В статье обосновывается необходимость интеграции различных информационных систем управления производством (MES, ERP, АСУТП), приводятся практические подходы, примеры реализации и обсуждаются архитектурные особенности интегрированных решений.
Введение
Руководители предприятий для принятия обосно- ванных и своевременных управленческих решений должны быть обеспечены наглядной, объективной, оперативной и архивной информацией в достаточ- ном объеме по различным направлениям производ- ственной деятельности предприятия, с учетом специ- фики его деятельности. В большей степени эта задача решается с помощью интеграции как существующих на предприятии, так и создающихся АСУ.
Данная статья – результат практической де- ятельности компании «КонсОМ СКС» в обла- сти проектирования, разработки и внедрения систем автоматизации на промышленных предприя- тиях непрерывно-дискретного типа. Начиная с 1995 г. компания прошла путь от небольшой организации по проектированию и монтажу волоконно-оптиче- ских сетей до проектного института, решающего весь спектр задач по проектированию, разработке, про- ведению строительно-монтажных и пусконаладоч- ных работ по АСУ на промышленных предприятиях горно-добывающей, металлургической и энергети- ческой отраслей. За эти годы компания приобрела значительный практический опыт в проектировании и внедрении реальных систем автоматизации уровня ТП и управления производством.
В настоящее время значительный интерес у заказчиков на российских предприятиях вызывает тема- тика, связанная с внедрением систем автоматизации уровня MES. Отметим, что заказчики трактуют понятие MES в «узком» и «широком» смысле. В «узком» смысле под аббревиатурой MES скрывается приклад- ное ПО, предназначенное для автоматизации задач управления производством. В «широком» смысле MES подразумевает АСУ уровня цеха [1], включаю- щую прикладное ПО (30%), системное ПО, серверы, рабочие станции, информационные сети, электропи- тание. И самое главное, что без обученного персонала MES не дает никакого результата. Другими словами, MES – это комплексная система [2, 3].
Первопричиной развития систем данного класса явилась рыночная конкуренция. Приоритетной про- изводственной задачей становится работа под заказ, и как следствие, появляются потребности управлен- цев в знании реальной «картинки» в цехах, в рамках которых стал формироваться класс MES [3]. Ведь именно организация производства на цеховом уровне оказывает максимальное влияние на повышение эффективности производственных процессов. При наличии современных АСУТП обеспечивается ка- чественный уровень локального управления отдель- ными ТП. Но АСУТП не отвечает за то, что на склад вовремя не подошел полуфабрикат или вспомога- тельные материалы для упаковки, не проведен вовре- мя планово-предупредительный ремонт, не подго- товлено место для размещения готового изделия и т. д.
Системы уровня ERP в первую очередь решают следующие задачи бухгалтерско-финансового блока: оформление документов о выпуске готовой продук- ции, отгрузка потребителю с выпиской всех бухгалтер- ских и финансовых документов. При этом временной разрыв между выпиской документов и физическими операциями с материальными объектами по данным документам бывает значительным и для систем авто- матизации данного класса принимается априори.
Системы класса MES призваны наладить, связать производственный учет и технологическое слежение за продукцией в темпе с происходящими событиями [4]. Пользователями системы класса MES становятся технологический, производственный, управленче- ский персонал.
Тема взаимодействия и интеграции систем класса АСУТП, MES, ERP не является новой, но остается актуальной. На рис. 1 представлена классическая пирамида взаимодействия уровней автоматизации любого предприятия.
На рис. 2 отражена схема информационного взаимодействия между производственными системами конкретного предприятия. Из рисунка видно, что взаимодействие между системами различается схемой подключения к общей среде информационного взаи- модействия и объемом передаваемых и принимаемых данных.
Кроме того, косвенное влияние на схему инфор- мационного взаимодействия систем оказывают:
- принадлежность производственной системы
к тому или иному подразделению предприятия;
- характер обслуживания и ввода системы в экс- плуатацию (выполняются эти работы внешними ор- ганизациями и существующими на предприятии под- разделениями);
- взаимодействие с основным или вспомогатель- ным оборудованием.
В период 2004–2006 гг. указанные особенности при- сутствовали, но в значительной степени не сказывались на ходе выполнения проектов по автоматизации. На предприятиях существовали подразделения, между ко- торыми в организационном, техническом и информаци- онном плане прослеживалась четкая граница. Одни от- вечали за работу систем автоматизации непосредственно на уровне ТП, другие – за производственный учет и т.д.
С течением времени информационные границы производственных подразделений стали размываться благодаря развитию программно-технической базы (операторские станции и панели, средства челове- ко-машинного интерфейса и т. д.) и возрастающим потребностям пользователей (за появившейся воз- можностью автоматически получать данные уровня АСУТП и передавать их на уровень управления про- изводством появилось желание автоматически полу- чить данные о ТП в режиме on-line).
На развитие систем автоматизации, в том числе MES, сильное влияние оказывают научно-технические дости- жения конца ХХ столетия в следующих областях.
Научно-технические достижения и их влияние
Развитие вычислительных средств – стоимость и издержки на эксплуатацию контроллеров и компьютеров упали в разы, что позволило удешевить их производство и начать широко их использовать в промышленности.
Развитие средств связи и коммуникаций – распространение волоконно- оптических линий связи, появление стандартов Profibus, Ethernet и т. п., развитие сетевых технологий позволило обеспечить устойчивую и бы- струю коммуникацию между различными электронными устройствами.
Развитие ПО – в данной области произошел «взрывной» скачок в области различных программных технологий [5].
Все эти достижения позволяют реализовать требование бизнеса по повышению прозрачности мониторинга и контроля технологии и производства. Для этого требуется объединить на уровне MES данные из корпоративных систем (ERP) о заказах, от- грузках и т. д. и данные из АСУТП для слежения за ходом исполнения производственных заказов и т. п. Однако все еще остается необходимость в ручном вводе учетных данных, так как есть такие стадии ТП, в которых участвует человек. Например: физическое оприходование или перемещение материала, заготовок. Автоматизация данных операций иногда невозможна, а иногда слишком дорога. Именно факт наличия в производственном процессе человеческого фактора является определяющим для понимания как текущих задач, так и перспектив развития MES [6].
Увеличение объема данных и значение интеграции
Особенностью современного производства является существенное увеличение объема данных как следствие стремления человека увязать множество разнородных параметров и событий. Управленческие решения основываются на потоках внешней и внутренней информации. Развитие в мире современных коммуникаций (во всех своих проявлениях) привело к тому, что конкурентное преимущество обеспечивается во многом за счет правильных и вовремя принятых управленческих решений. Соответственно руководители и менеджеры предприятий должны быть обеспечены наглядной, объективной, оперативной информацией. Эта задача может и должна решаться с помощью интеграции как существующих на пред- приятии, так и строящихся АСУ.
С одной стороны, информационные системы структурируют существующий поток данных, с другой – порождают значительно больший поток вторичных данных. В условиях роста объема данных происходит декомпозиция систем автоматизации, выполняется локализация отдельных систем в ходе реализации проекта комплексной автоматизации. Например, АСУТП прокатного производства разделяется на локальные системы автоматизации отдельно каждого агрегата (моталка, разматыватель руло- нов, стан и т. д.) со своим набором информационных и управляющих сигналов.
Информационные обмены, происходящие на уровне локальных АСУТП, необходимы не только для техно- логического управления агрегатами, но также сбора и обработки информации, которая передается на следующий уровень управления. Так на уровне MES, формируется генеалогия продукции, включающая информацию о единице продукции, режимах ее обработки, значениях технологических сигналов на каждом из агрегатов в момент обработки, требованиях заказчика к продукции и т. д. Данные для реализации этой функции поступают в MES из АСУТП и из ERP системы.
Необходимость автоматического взаимодействия
Таким образом, требование автоматического сле- жения на уровне производства за исполняемыми заказами в технологической цепочке накладыва- ет дополнительные требования на АСУТП и ERP. И главным среди этих требований является необходи- мость автоматического взаимодействия уровней MES, АСУТП и ERP. Для реализации этого требования необходимо спроектировать, разработать и внедрить межуровневую логику информационного взаимо- действия. Функциональность этой логики, как и на- бор программных интерфейсов, сильно отличаются для различных предприятий, что зависит от разви- тости существующих на предприятии АСУ и от под- ходов при реализации вновь вводимых систем АСУ. Но только реализовав данную логику, пользователь сможет оценить насколько богаче «засияет» функционал и АСУТП, и MES, и ERP.
Интеграция систем управления технологией и производством
На сегодняшний день существует громадное число готовых к использованию программных средств. Они создавались в разное время, для их разработки использовались разные технические и программные подходы, хотя почти всегда при разработке новой ин- формационной системы можно найти подходящие по своим функциям готовые компоненты. Но по фак- ту, многие существующие компоненты АСУ разных уровней не понимают один другого, не могут работать совместно.
Развитие технических и программных средств позволяет в настоящее время разрабатывать и эксплуатировать иерархические системы сбора, передачи, обработки, хранения, отображения информации. Множество решений развиваются на протяжении послед- них десятилетий. Для примера, можно при- вести сервисно-ориентированные технологии ETL, ESB и стандарт ISA 95 со спецификаци- ей B2MML. Получается, что на рынке есть все для того, чтобы «собрать» решение для заказчика. Однако каждый раз инженеры сталкиваются с особенностями реализации того или иного проекта.
Авторами разработан и внедрен на нескольких предприятиях интегрированный комплекс автоматизации, ставший ядром для информационного взаимодействия смежных информационных систем. Практический опыт показывает необходимость выполнения следующих этапов работ:
- выделение в отдельный проект решение задач по взаимодействию различных информационных систем;
- создание масштабируемой программной «среды», реализующей все требуемые взаимодействия;
- формирование единых требований для всех участников проекта (разнородные поставщики контрактного и неконтрактного оборудования и различные службы заказчика) реализации единых подходов к взаимодействию с информационными системами.
В ходе реализации проекта важное значение уделяется его организационному сопровождению, включающему проведение переговоров, разработку протоколов передачи данных, технических требований и заданий, проверку своевременного исполнения организационных мероприятий в ходе реализации проекта.
В рамках интегрированного комплекса автоматизации реализуются интерфейсы обмена данными между MES и ERP, АСУТП различных производите- лей. Объем интеграции зависит от масштабов вновь вводимых систем, объемов поставки технологического оборудования, организационной структуры пред- приятия. Объективно оценить объемы и сложность реализации таких задач удается только при обследовании объекта и обсуждении задач с заказчиком.
Архитектура интегрированного решения
На конечную архитектуру интегрированного решения влияет множество факторов, таких как: объем ин- формации, интенсивность взаимодействия, время реакции передающей и принимающей сторон, специфика регламента взаимодействия, необходимость буферного хранения данных. В большинстве проектов может потребоваться применение различных технологий для реализации взаимодействия типа: «контроллер-MES»,
«SCADA-MES», «MES (1)-MES (2)», «MES-ERP».
Компания Консом для реализации обмена типа
по вертикали, так и по горизонта- ли) с мониторингом за технологией и производством «в целом» и возможностью детализации до агрегата и операции;
- достоверность данных, полу- чаемых непосредственно из АСУТП и ERP, а также формируемых автоматически на основании дискретных и аналоговых сигналов со вспомогательных и обеспечивающих систем;
- масштабируемость решения благодаря реализации проектного подхода к взаимодействию разных информационных объектов, позволяющего на стадии проектирования и строительства технологических агрегатов проработать информационную модель взаимодействия;
- наличие организационного обеспечения для реализации проекта.
«контроллер-MES» и «SCADA-MES» использует программный комплекс «ПАРАДИГМА 2011» [7], пред- назначенный для объединения локальных АСУТП предприятия в единую систему сбора, хранения, об- работки и передачи данных.
Структурная схема программного комплекса ПА- РАДИГМА (рис. 3) включает:
- модуль ФАРАОН, выполняющий функции архитектора по развертыванию, администрированию и общей настройки взаимодействия;
- подсистему обработки данных и управления модулями ПОДИУМ, состоящую из сервера обработки данных (СОД), модуля оперативного сопряжения тегов (МОСТ), математико-алгоритмического интерпретатора специализированных технологических расчетов (МАГИСТР), буфера оперативных данных (БОД), подсистемы извлечения и локального отображения тегов (ПИЛОТ).
Для более «медленных» регламентов «MES (1)- MES (2)», «MES-ERP» используется программная шина собственной разработки или уже существующая на предприятии (например, набор Oracle SOA Suite, решения по интеграции фирмы Tibco и т. п.). На рис. 4 представлен один из возможных вариантов для «медленных» регламентов обмена данными.
Выводы
Результатом внедрения интегрированного комплекса автоматизации является:
- единая «картинка» для технологического, производственного и управленческого персонала (как по вертикали, так и по горизонта- ли) с мониторингом за технологией и производством «в целом» и возможностью детализации до агрегата и операции;
- достоверность данных, полу- чаемых непосредственно из АСУТП и ERP, а также формируемых автоматически на основании дискретных и аналоговых сигналов со вспомогательных и обеспечивающих систем;
- масштабируемость решения благодаря реализации проектного подхода к взаимодействию разных информационных объектов, позволяющего на стадии проектирования и строительства технологических агрегатов проработать информационную модель взаимодействия;
- наличие организационного обеспечения для реализации проекта.
Кроме того, отметим важность наличия опыта реализации проектов у исполнителя как гарантии результата заказчика: технических и программных средств на сегодняшний день приобрести можно много, а вот гарантии результата и минимальные риски будущим заказчикам дают только люди с опытом и знаниями внедренных решений.
Авторы статьи
- Е.Н. Ишметьев, А.В. Романенко (ЗАО «КонсОМ СКС»),
- Ю.Н. Волщуков, П.Е. Марков (ООО «Парадокс»
Автоматизация в промышленности
Август 2013 Ссылка на источник
