О проектеТеоретические вопросыРоссийские MESКонтакты

Управление машиностроительным производством с помощью MES-систем.

Управление машиностроительным производством
Управление машиностроительным производством включает в себя различные задачи. В данной статье пойдет речь об управлении производственными процессами. Как известно, прибавочная стоимость создается в процессе производства продукции, в цехах. От того, как работает тот или иной цех, от коэффициента загрузки оборудования, от оп-тимальности расписаний работы станков и вспомогательных элементов производственной системы зависят прибыль и потери предприятия.
 
 Структуру современных автоматизированных систем управления производствами (АСУП) можно представить в виде многоуровневой системы управления (рис.1), где на первом уровне с помощью систем класса ERP (Enterprise Resource Planning) решаются задачи стратегического характера – управление ресурсами предприятия, укрупненное пла-нирование. Для каждого цеха, на основе расцеховки заказов, определяется – сколько и ка-ких машин, узлов и деталей необходимо сделать к определенному сроку.
кликните чтобы увеличить

Рис.1 Уровни управления

В дальнейшем эти объемы работ необходимо выполнить на конкретных единицах оборудования, с учетом их переналадок, ремонтов, отказов, транспортных и складских операций, кадрового состава операторов и станочников и других производственных фак-торов конкретного цеха. При выполнении объемов работ надо стремиться к тому, чтобы максимально плотно загрузить оборудование и, в то же время, стремиться к высвобожде-нию лишних станков, необходимо так составить расписания работы цеха, чтобы миними-зировать незавершенное производство (НЗП). За выполнение этих задач отвечает на соот-ветствующем уровне такой класс систем управления производством как MES-системы (Manufacturing Execution Systems). На нижнем уровне управления находятся SCADA-системы (Supervisory Control And Data Acquisition), которые отвечают за функции автома-тизации управления и контроля выполнения технологических процессов.
Взаимосвязь систем ERP и MES представлена на рис.2.

кликните чтобы увеличить

Рис.1 Связь ERP и MES

При этом ERP-система формирует объемные планы для цехов, а с помощью сессий MES-системы каждый цех формирует детализированные расписания. Данная система управле-ния должна иметь два контура диспетчирования – внешний K1, отслеживающий возмож-ность выполнения заданного объема при существующих временных ограничениях на го-ризонт планирования и сроки выпуска продукции конкретного наименования, форми-рующий соответствующую величину рассогласования , и внутренний контур K2, кото-рый формирует величину рассогласования в случае, если для того или иного цеха не-обходим пересчет расписания в случае его невыполнения по тем или иным причинам.

Причины такого децентрализованного подхода к управлению производством кро-ются в том, задачи составления расписаний работы оборудования относятся к классу NP-сложных комбинаторных задач и ERP-системы не в состоянии оперативно составлять расписания, порой, для нескольких тысяч единиц оборудования, а также отслеживать все изменения, происходящие в цехах и участках. Поэтому эти функции делегируются MES-системам, которые могут составлять расписания и отслеживать их выполнимость с доста-точной оперативностью и точностью.
Системы класса MES (www.mesa.org) включают в себя одиннадцать функций:

• Оперативно-календарное (детальное) планирование
• Диспетчеризация производственных процессов
• Контроль состояния и распределение ресурсов
• Управление внутренними документами
• Сбор и хранение оперативных данных
• Оперативное управление персоналом
• Оперативное управление качеством продукции
• Оперативное управление производственными процессами
• Оперативное управление техобслуживанием и ремонтом
• Отслеживание истории продукта
• Анализ производительности

Основными функциями MES-систем из перечисленных выше являются – опера-тивно-календарное планирование и диспетчирование. Именно эти две функции определя-ют MES-систему как систему оперативного характера, нацеленную на формирование рас-писаний работы оборудования и оперативное управление производственными процессами в цеху [1].

В отличие от ERP-систем, MES-системы являются предметно ориентированными – для машиностроения, деревообработки, полиграфии и пр. Поэтому они максимально пол-но отражают особенности технологии конкретных производственных процессов и зачас-тую включают в себя развитые средства поддержки технологической подготовки того или иного типа производства.
Еще одним положительным отличием MES-систем от каких-либо других систем управления производственными процессами является то, что в их основе лежат достаточ-но сложные и точные, с точки зрения адекватности реалиям производственной среды, ма-тематические модели планирования и диспетчирования [2].

При отыскании оптимальных и близких к оптимальным решений используются ме-тоды многокритериальной оптимизации на Парето-множествах [3], что позволяет опери-ровать десятками различных частных критериев и ограничений, учитывать при построе-нии расписаний работы оборудования самые различные производственные ситуации. Ал-горитмы, используемые в MES-системах, позволяют формировать расписания и пересчи-тывать их в контуре диспетчирования за минимальное время (от трех минут до 10 секунд для задач с размерностью в 2000-5000 операций и 150-200 единиц технологического обо-рудования).

Весьма привлекательными характеристиками большинства MES-систем являются их стоимость и сроки внедрения в производство, которые в ряде случаев на порядок меньше аналогичных характеристик ERP-систем.

Целью MES-систем является не только выполнение заданных верхним уровнем управления объемов производства, но главным образом оптимизация расписаний работы оборудования, результаты которой позволяют более плотно загрузить технологическое и вспомогательное оборудование (с 40-45% до 80%), высвободить, в ряде случаев, некото-рые единицы оборудования, уменьшить длительность и количество операций по перена-ладке оборудования, сократить объемы незавершенного производства на 30-40%, сокра-тить общую длительность производственного цикла на 10-15%. В итоге, главным резуль-татом использования MES-систем является увеличение пропускной способности произ-водственной системы, ускорение оборачиваемости материальных средств и ресурсов, что является одним из самых привлекательных факторов современного производства, харак-теризующегося мелкосерийным характером выпуска изделий в рамках динамично ме-няющегося рынка товаров.
Наряду с классическими системами, предназначенными для автоматизации произ-водственных процессов машиностроительных предприятий (рис.3),

кликните чтобы увеличить

Рис.3 MES ФОБОС

на отечественном рынке существуют решения для автоматизированных производствен-ных систем (рис.4),
кликните чтобы увеличить

Рис.4 MES PolyPlan
для малых предприятий (рис.5).
кликните чтобы увеличить

Рис.5 Trio-Production

Несмотря на некоторые отличия этих систем, общими для них является то, что они, в силу своего прикладного и предметно-ориентированного характера являются, для большинства отечественных предприятий наиболее реальным инструментом повышения конкуренто-способность отечественной продукции, особенно, в преддверии вступления России в ВТО.

Авторы:
Фролов Евгений Борисович © 2007
д.т.н., профессор, Московский государственный технологический университет "СТАНКИН", кафедра "Информационные технологии и вычислительные системы".
Загидуллин Равиль Рустэм-бекович © 2007
д.т.н., профессор, Уфимский государственный авиационный технический университет (УГАТУ), кафедра "Автоматизированых технологических систем".

Литература:
1. Фролов Е.Б. Производственные исполнительные системы MES: реальная эффектив-ность. – М.: Вестник компьютерных и информационных технологий. – 2005. – №5. – С.48 – 50.
2. Загидуллин Р.Р. Оперативно-календарное планирование в гибких производственных системах /Под. ред. В.Ц. Зориктуева. – М.: Изд-во МАИ, 2004. – 208 с.
3. Ногин В.Д. Принятие решений в многокритериальной среде: количественный подход. М.: ФИЗМАТЛИТ. – 2002. – 144 с.


 
След. »