1.7. Автоматизация производственных и логистических процессов

1.7. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ И
ЛОГИСТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
1.7.1. Автоматизированные системы управления
Автоматизация
управления
на
различных
уровнях
промышленного
производства реализуется с помощью автоматизированных систем управления АСУП (или ERP) и АСУТП. Системы ERP в иерархической структуре
управления охватывают уровни от предприятия до цеха, а АСУТП - от цеха и
ниже, хотя на уровне цеха могут быть средства и АСУП, и АСУТП. В то же
время в АСУТП могут быть и межцеховые связи, если единый технологический
процесс реализуется в нескольких цехах.
В последнее время в связи с развитием сети Internet автоматизация
распространилась на управление связями между предприятиями. Появились
соответствующие подсистемы в ERP, но часто взаимодействие с поставщиками
и заказчиками осуществляют с помощью самостоятельных систем SCM и
CRM соответственно.
Современные системы ERP строятся на основе концепции иерархического
управления предприятием. Наряду с этой концепцией в последнее время все
заметнее проявляется тенденция к созданию многоагентных управляющих
систем, основанных на принципах процессного управления [36].
В современных системах ERP выделяют ряд подсистем. Ниже приведен
список основных подсистем, встречающихся во многих системах ERP, вместе с
присущими им функциями.
1 . «Календарное планирование производства». Основные функции: сетевое
планирование производства, расчет потребностей в мощностях и материалах,
межцеховые спецификации и учет движения изделий, контроль выполнения
планов.
2.«Оперативное
управление
производством».
Функции:
сопровождение
данных об изделиях, контроль выполненных работ, брака и отходов, расчет норм
расхода ресурсов, управление обслуживающими подразделениями.
3.«Управление
проектных
проектами».
работ и
Функции:
сетевое
планирование
контроль их выполнения, расчет потребности в
производственных ресурсах.
4.«Финансово-экономическое
управление,
бухгалтерский
учет».
Функции: учет денежных средств и производственных затрат, маркетинговые
исследования,
ходов,
ценообразование,
ведение
договоров
и
составление
взаиморасчетов,
смет
рас
финансовые
отчеты,
отчетность по налогам, анализ платежеспособности предприятия.
5. Логистика».
Функции:
сбыт
и
торговля,
реализации,
складское
обслуживание,
пасами
закупками,
управление
и
статистика
управление
и
анализ
снабжением,
транспортировкой,
за
оптимизация
маршрутов транспортных средств.
6. «Управление
персоналом».
Функции:
кадровый
учет,
ведение
штатного расписания, расчет зарплаты.
7. «Управление
документами
программного
и
информационными
ресурсами».
документооборотом,
обеспечения,
Функции:
инсталляция
генерация
и
управление
сопровождение
моделей
и
интерфейсов приложений, имитационное моделирование производственных
процессов.
Как отмечено выше, существуют разновидности АСУП со своими
англоязычными названиями. Если наиболее общую систему с перечисленными
выше функциями называют ERP, то системы, сконцентрированные на управлении
производством (оперирующие информацией о материалах, производстве,
контроле и т.п.), называют MRP-2.
В ERP важная роль отводится системам управления данными EDM (Enterprise
Data Management), аналогичным системам PDM в САПР.
Системы MES по своей функциональности близки к системам ERP и имеют
ряд подсистем следующего назначения [37]:
• синтез расписаний производственных операций;
• распределение ресурсов, в том числе распределение исполнителей по
работам;
• диспетчирование потоков заказов и работ;
• управление документами, относящимися к выполняемым операциям;
• оперативный контроль качества;
• оперативная
корректировка
параметров
процессов
на
основе
данных о протекании процессов и др.
Мировым лидером среди систем программного обеспечения ERP является
система R/3 (фирма SAP), к числу лидеров относятся также системы Ваап IV,
Oracle Applications, J.D. Edwards. С точки зрения интеграции систем управления и
проектирования следует обратить внимание на систему Omega Production
(компания СИКОР) [38]. Среди отечественных АСУП следует назвать системы
Парус [39], Галактика [40], Флагман [41], М-2 и др.
Так, в системе Вааn IV имеются следующие подсистемы [42].
• «Администратор
анализируются
деятельности
показатели
предприятия»,
с
ее
финансово-хозяйственной
помощью
деятельности,
сопоставляются значения текущих показателей с предельными, генерируются
информационные отчеты, что позволяет в целом судить о состоянии дел на
предприятии;
• «Производство» - служит для сопровождения данных (спецификаций,
технологических
маршрутов)
об
изделиях,
планирования
и оперативного управления производственными процессами;
• «Проект» - занимается планированием проектных работ с учетом требуемых
ресурсов,
в
том
числе
финансовых,
и
контролем
выполнения планов;
• «Сбыт, снабжение, склады» - предназначена для решения соответствующих
логистических задач;
• «Транспорт» - служит для определения оптимальных маршрутов перевозок с
учетом загрузки экипажей и для контроля за местонахождением грузов;
• «Управление
персоналом»
-
занимается
расписания, кадровым учетом, расчетом зарплаты;
ведением
штатного
• «Финансы»
планированием,
-
управляет
денежными
распределением
затрат,
средствами,
налоговой
финансовым
и
финансовой
отчетностью;
• «Процесс»
-
ориентирована
на
управление
непрерывными
производственными процессами;
• «Сервис» - служит для управления процессами обслуживания с
составлением графика планово-предупредительных мероприятий, выполнением
ремонта, определением требуемых ресурсов, тарифов на расходные материалы;
• «Моделирование
предприятия»
-
предназначена
для
оценки
эффективности работы предприятия с помощью создания и использования
моделей;
• «Инструментарий» - инструментальная среда для описания структуры базы
данных, генерации приложений с помощью языка 4GL.
В системе Парус функционируют подсистемы:
• «Управление финансами»;
• «Логистика»;
• «Управление производством»;
• «Управление персоналом»;
• «Управление бизнес-процессами».
Компоненты (модули) корпоративной информационной системы Флагман
(компания Инфософт) группируются в совокупности, называемые контурами. В
системе семь контуров: финансово-экономическое управление, логистика,
управление производством, управление персоналом, бухгалтерский учет и
анализ, контроллинг, управление информационными ресурсами.
Шагом в направлении создания единого информационного пространства
управления производством является создание средств сопряжения разных
автоматизированных систем управления друг с другом. Такие средства
называют конверторами или мостами (ERPBridges). Так, в системе R/3
имеется ряд мостов, например мост, связывающий R/3 с системой
управления производством F/Ops. Система F/Ops относится к классу
продуктов MES.
Функциями систем MES являются анализ производственных процессов,
их оптимизация, управление ресурсами и расходом материалов, анализ
простоев
оборудования,
диагностика
и
предупреждение
поломок
оборудования, контроль и управление качеством продукции, формирование
отчетов о производстве для передачи на уровень ERP.
Среди других систем MES одно из видных мест занимает программа
InTrack компании Wonderware. Это программное обеспечение позволяет
предприятиям легко моделировать и контролировать каждую стадию
производственного
процесса
от
-
получения
сырья,
материалов
и
комплектующих до выпуска готовой продукции. С помощью InTrack можно
определять и моделировать процессы, устанавливать очередность работ,
контролировать незавершенное производство, управлять материальными
запасами, выполнять сбор данных и т.п.
В программе InTrack используются имитационные модели производства. В
моделях представляются стадии и процессы производства, описываемые в
терминах статических объектов, таких, как материалы, операции, станки,
площади,
наборы
данных
и
т.п.,
и
динамических
объектов,
характеризующих, движение товарно-материальных запасов, например
единиц незавершенного производства.
Примером
управления
Marketing
автономно
отношениями
Center
компании
используемой
с
системы
клиентами
ПРО-ИНВЕСТ.
является
Система
организации
и
CRM-система
позволяет
до-
кументировать контакты с клиентами, планировать работу по каждому
контакту, накапливать статистику для последующего маркетингового
анализа и т.п.
Примером систем SCM может служить отечественная система компании
BSE, состоящая из подсистем: Vector - для управления складским
хозяйством; e-Partner - для управления взаимоотношениями с поставщиками
и партнерами; e-Purchase - для управления торговыми операциями.
Программное
обеспечение
АСУТП
представлено
операционными
системами реального времени, программами SCADA, драйверами и
прикладными программами контроллеров.
Основными требованиями, предъявляемыми к операционным системам
реального времени, являются высокая скорость реакции на запросы внешних
устройств, устойчивость системы (т.е. способность работы без зависаний) и
экономное использование имеющихся в наличии системных ресурсов.
В АСУТП находят применение как варианты широко распространенных
операционных систем UNIX и Windows, так и специальные операционные
системы
реального
многозадачная,
времени.
Перспективной
многопользовательская,
считается
UNIX-совместимая
LynxOS
-
система.
Windows NT становится системой реального времени после ее дополнения
средой RTX компании VenturCom. Развитый программный интерфейс RTX
API, основанный на Win32 API, обеспечивает создание драйверов и приложений реального времени. Кроме того, Microsoft разработала специальную
версию операционных систем Windows NT для встроенных приложений,
названную Windows NT Embedded.
При использовании в АСУТП встроенного оборудования на базе шины
VMEbus целесообразно применять операционные системы QNX или
VxWorks, а в случае АСУТП на базе шины CompactPCI -операционные
системы OS-9, QNX или расширения Windows NT для реального времени
[43].
Операционная система QNX канадской фирмы QSSL является открытой,
модульной и легко модифицируемой. Она разработана в соответствии со
стандартами POSDC, поддерживает шины ISA, PCI, CompactPCI, PC/104,
VME, STD32 и др.
Операционная система реального времени Vx Works выполняет функции
планирования и управления задачами. Она может функционировать как в
мультипроцессорных системах с общей памятью, так и в слабосвязанных
системах с использованием распределенных очередей сообщений. Vx Works
поддерживает все сетевые средства, обычные для UNIX, а также ОРСинтерфейсы (OLE for Process Control). Вместе с инструментальной системой
Tornado она является кросс-системой для разработки прикладного программного обеспечения.
В
многозадачной,
многопользовательской
системе
имеется
OS-9
интегрированная кросс-среда, предназначенная для разработки приложении,
включающая редактор, браузер исходных кодов, отладчики, компиляторы
C/C++, поддерживаются коммуникационные протоколы Х.25, FR, ATM, ISDN,
SS7 и др.
SCADA-системы
в
АСУТП
различаются
типами
поддерживаемых
контроллеров и способами связи с ними, операционной средой, типами
алармов
(оповещений),
числом
трендов
(тенденций
в
состоянии
контролируемого процесса) и способом их вывода, особенностями человекомашинного интерфейса и др.
Связь с контроллерами и приложениями в SCADA-системах обычно
осуществляется посредством технологий DDE, OLE, OPC или ODBC. В
качестве каналов связи используют последовательные промышленные шины
Profibus, CANbus, Foundation Fieldbus и др.
Алармы фиксируются при выходе значений контролируемых параметров
или скоростей их изменения за границы допустимых диапазонов.
Число одновременно выводимых трендов может быть различным, их
визуализация
буферизацией.
возможна
в реальном времени
Предусматриваются
возможности
или
с предварительной
интерактивной
работы
операторов.
Программы для программируемых контроллеров составляются на языках
C/C++, VBA или оригинальных языках, разработанных для конкретных систем.
Программирование обычно выполняют не профессиональные программисты, а
заводские технологи, поэтому желательно, чтобы языки программирования
были достаточно простыми, построенными на визуальных изображениях ситуаций. В связи с этим во многих системах дополнительно используются
различные схемные языки. Ряд языков стандартизован и представлен в
международном стандарте IEC 1131-3. Это графические языки функциональных
схем SFC, блоковых диаграмм FBD, диаграмм релейной логики LD и текстовые
языки - паскалеподобный ST и низкоуровневый язык инструкций IL.
Одной из широко известных SCADA-систем является система Citect
австралийской компании Ci Technology, работающая в среде Windows. Это
масштабируемая клиент-серверная система со встроенным резервированием для
повышения надежности. Она состоит из пяти подсистем: ввода/вывода,
визуализации, алармов, трендов, отчетов. Подсистемы могут быть распределены
по разным узлам сети. Используется оригинальный язык программирования
Cicode.
SCADA-система Trace Mode для крупных АСУТП в различных отраслях
промышленности и в городских службах создана компанией AdAstra. Система
состоит из инструментальной части и исполнительных модулей. Предусмотрены
управление технологическими процессами, разработка автоматизированных
рабочих мест руководителей цехов и участков, диспетчеров и операторов. Возможно использование операционных систем QNX, OS9, Windows.
Другой пример популярной SCADA-системы - Bridge VIEW (другое
название Lab VIEW SCADA) компании National Instruments [44]. Ядро системы
управляет базой данных, взаимодействует с серверами устройств, реагирует на
алармы. При настройке системы на конкретное приложение пользователь
конфигурирует входные и выходные каналы, указывая для них такие величины,
как частота опроса, диапазоны значений сигнала и т.п., и создает программу
работы приложения. Программирование ведется на графическом языке блокдиаграмм.
Назначение прикладного программного обеспечения - анализ производства,
воздействие на него в реальном времени. Для разработки прикладного
программного обеспечения в АСУТП используют пакеты типа Component
Integrator. К числу известных комплексов Component Integrator относятся FIX,
Factory Suite 2000, ISaGRAF и др.
Комплекс Factory Suite 2000 [45] компании WonderWare используется при
проектировании систем промышленной автоматизации от АСУТП до АСУП. В
частности, в этот комплекс входят системы InTouch 7.0 и InTrack. С помощью
InTouch 7.0 создаются распределенные приложения со средствами построения
человеко-машинного
интерфейса,
в
частности
SCADA-системы.
Рассмотренный выше модуль InTrack служит для управления материальными
потоками
и
производственными
запасами,
контролирует
загрузку
оборудования на предприятии. Он интегрирован в известную систему
планирования ресурсов предприятия iBaan. К числу других модулей Factory
Suite 2000 относятся база данных реального времени IndustrialSQL Server,
совокупность средств программирования задач управления технологическими
процессами InControl, программы статистического анализа данных SPC Pro и
др.
Одной из развитых инструментальных сред разработки приложений реального
времени является система Tornado, созданная для мультизадачной операционной
системы VxWorks фирмой Wind River. Разработка приложений ведется на
инструментальном компьютере, которым могут быть ПЭВМ или рабочие
станции Sun, HP, IBM, DEC. В базовую конфигурацию Tornado входят
компиляторы C/C++, отладчики, симулятор целевой машины, командный
интерпретатор, браузер объектов целевой системы, средства управления проектом
и др. Для разработки программного обеспечения для встраиваемых сигнальных
процессоров Tornado применяют вместе со специальной операционной
системой WISP [46]. Инструментальная среда Tornado Prototyper и симулятор
операционной системы VxWorks, работающий под Windows, могут быть получены бесплатно по сети Internet [47], что позволяет осуществить предварительную
разработку прикладной программы, а уже затем закупать полную версию кросссистемы.
Инструментальная среда ISaGRAF используется для разработки прикладного
программного обеспечения для программируемых контроллеров PLC. Среда
реализует
методологию
граф-схем
Flowchart
и
пять
языков
программирования по стандарту МЭК 61131-3 (IEC 1131 – 3 ).
С
более
развитием
тесной
сетевой
интеграции
инфраструктуры
АСУП
и
появляется
АСУТП,
ранее
возможность
развивавшихся
автономно. Использование в АСУП информации о технологических процессах
позволяет
более
рационально
планировать
производство
и
управлять
предприятием. Интеграция выражается в использовании на этих уровнях общих
программных средств, баз данных, связей с сетью Internet на основе развития
PC-совместимых контроллеров и сетей Industrial Ethernet и т.п. [48].