Как выбрать MES: базовый функционал

Этот текст является продолжением цикла публикаций «Как выбрать MES: стратегия и цели» и «Как выбрать MES: ресурсы и потребности». Материал представляет основной функционал систем автоматизации производства.  

Итак, у нас есть понимание целей и задач предприятия. Формируем список доступных систем, анализируем каждую на соответствие вышеописанным критериям, рассматриваем прикладной функционал, и как он реализован в системах из нашей выборки.

Стандартные функции

Существуют стандарты для MES. Развивается (или входит в моду) методология MOM. Про 11 функций знают все.  С точки зрения стандартов этот список устарел, но с практической точки зрения, они никуда не делись – эти процессы существуют на реальном производстве и могут быть (должны быть) покрыты IT-системами. Каждую функцию надо проанализировать. Зачем она нужна. Что эта функция будет делать для нас. Как она должна осуществляться именно на нашем предприятии.

RAS (Resource Allocation and Status) — распределение ресурсов и контроль за ними. Судя по названию — это область ERP. Но для учетных систем, ресурсы — это цена, количество, естественная убыль и т. д.  Для производственных систем (MES), ресурсы придется реально оцифровать. Измерять и контролировать нужно:

• Свойства материалов: технологические (пригодность к обработке, необходимость подготовки), логистические (упаковка, плечо доставки, ограничения складирования), совместимость и еще много чего.
• Свойства запасов: минимальный и максимальный запас, резервирование под заказы, партионность, требования к хранению, деградация свойств со временем и т. п.
• Свойства полуфабрикатов, с точки зрения производства: плечо доставки, логистические требования, операционные партии и т. д.
• Свойства оборудования: производительность, периоды недоступности, заменяемость, требования по сервису, допустимые параметры эксплуатации.

ODS (Operations/Detail Scheduling) — оперативное детальное планирование. Формирует сменно-суточное задание по рабочим центрам, с учетом последовательности сборки, объединения партий на технологических переделах (гальваника, термичка), потребности в полуфабрикатах. Цель — составить производственное расписание с максимальной эффективностью по заданным критериям: минимальными переналадками, сокращение сроков изготовления, минимальной себестоимости или «незавершенки».

DPU (Dispatching Production Units) — диспетчеризация производства. Управление продуктовым потоком на производственном уровне в реальном времени: распределение партий на изготовление по рабочим центрам, разделение партий для ускорения выпуска, объединение партий для сокращения переналадок, приоритизация партий для ускорения выпуска заказов или уменьшения незавершенки, изменение заказов в зависимости от инцидентов (например выпуск брака, авария оборудования).

DOC (Document Control) — управление документами. Получение, содержание и обработка документов, сопровождающих поток производства: технологические и операционные карты, уведомления  о технических изменениях, инструкции, нормативы работ, НСИ, чертежи, регламенты стандартных операций, программы обработки, досье продуктовой партии, передачу информации между сменами. Плановая и отчетная цеховая документация. Инструкции по производственной и экологической безопасности, требование госстандартов. Сохраняет историю правок и валидации. Проверяет права доступа и сроки актуальности документов.

DCA (Data Collection/Acquisition) —специализированные функции для сбора технологических и производственных данных, преобразующие их в информацию для визуализации персоналу, отображения в документах и передачи в другие системы. Анализируют информацию в реальном времени и ретроспективе. Данные получаются с цехового уровня или вручную, или автоматически от оборудования. В последнее время развиваются функции автоматического и предиктивного анализа, показывающие неочевидные взаимосвязи событий и возможное развитие ситуации в будущем.

LM (Labor Management) — управление персоналом. Управляет информацией о сотрудниках, как о субъекте производства: навыки, аттестация, производительность, роли, полномочия, права доступа, сменность, рабочее время, в т. ч. затраченное на основное или вспомогательное производство, учет затрат людских ресурсов по видам деятельности или продукции (activity based costing, ABC). Может взаимодействовать с функцией управления ресурсами, для совершенствования производственных расписаний и балансировки загрузки ресурсов.

QM (Quality Management) — управление качеством. Анализ в реальном времени параметров производства и продукции, для обеспечения надлежащего качества и выявления проблем, требующих вмешательства или изменения процессов, а также для оптимизации (ускорения/удешевления/автоматизации) контрольных мероприятий.

Определение причин брака на основе анализа взаимосвязи технологий, показателей качества и параметров выполнения производственных операций. Формирование рекомендаций по устранению проблем, Статистическое управление процессом и статистическое управление качеством продукции (SPC/ SQC). Управление КИМ и лабораториями качества, лабораторные информационно-управляющие системы (LIMS).

PM (Process Management) — управление процессами производства. Контролирует производственный процесс и автоматически обрабатывает отклонения или контролирует устранение отклонений сотрудниками. Внутриоперационный и межоперационный порядок действий и соблюдения нормативов выполнения. Управление сигналами и уведомлениями. Взаимодействие с MDC и SCADA.

MM (Maintenance Management) —техобслуживание и ремонт оборудования. Управляет обслуживанием оборудования, оснастки и инструментов. Поддержанием производственного оборудования в работоспособном состоянии и предупреждением его повреждения или преждевременного износа. Планирует периодические и предупредительные ремонты. Реагирует на критические сообщения с оборудования, аварии и вызовы производственного персонала. Контролирует параметры для назначения ремонта по состоянию. Собирает и хранит историю событий, связанных с оборудованием (отказы, сбои, снижение производительности и т. п.) для определения неполадок оборудования и их предотвращения в дальнейшем. Формирует, устанавливает и контролирует нормы для операций техобслуживания.

PTG (Product Tracking and Genealogy) — отслеживание и генеалогия продукции. Контролирует состояние каждого заказа и его прохождение по технологическому маршруту.  Хранит и отображает информацию о состоянии и расположении заказа в каждый момент. Обеспечивает прослеживаемость и накопление данных для электронного паспорта продукта: компоненты, материалы и их поставщики, полуфабрикаты,  номер партии, серийный номер, условия производства, аварии и отклонения, данные о повторной обработке и другие события, относящиеся к продукции.

PA (Performance Analysis) — анализ производительности. Формирует отчеты о фактических результатах производства, сравнение их с прошлыми периодами, эталонными и плановыми показателями: доступность и коэффициент использования ресурсов, время выполнения сбытового заказа, производственной партии, единицы продукции или технологической операции, контролирует на соответствие плану и стандартам деятельности. Добывает пресловутый OEE. Сюда выдают показатели статистический контроль качества продукции или процессов (SPC/SQC). Интегрирует для персонала разрозненные показатели — за прошлые периоды, текущие и прогнозные.

c-MES

Функциональную модель пересмотрели в 2004 году и назвали c-MES (Collaborative Manufacturing Execution System). Необходимость этого актуализировалась запуском Facebook и переизбранием Путина на второй срок. Некоторые функции были укрупнены, а некоторые вытеснены за пределы MES. Это несколько сузило требования к системам, желающим войти в класс MES. Некоторые функции были отнесены к другим классам систем. Теперь отдельно рассматриваются APS и WMS, например, а MM переродился в TPM. За MES остались:

• RAS (Resource Allocation and Status) — распределение и состояние ресурсов;
• DPU (Dispatching Production Units) — диспетчеризация производства (координация производственных операций и партий);
• DCA (Data Collection/Acquisition) — получение и обработка производственных данных;
• LUM (Labor/User Management)— управление людскими ресурсами;
• QM— система качества;
• PM — управление производственными процессами;
• PTG — прослеживаемость и генеалогия продукции;
• PA — анализ производительности.

Это полезный список, но следует рассматривать весь производственный контур. MES или не MES, а работать придется.

Хотя из стандарта выпилили производственные расписания (ODS), ТОиР и ППР (MM), и цеховой документооборот (DOC), эти функции относятся к производственному контуру и очень не исключаются вендорами из того, что называют MES-системами (даже определение кривое). Но можно и рассматривать отдельные системы Оптимизированных производственных расписаний APS (Advanced Planning & Scheduling), Управления состоянием оборудования EAM (Enterprise Asset Management), складами и запасами WMS, логистикой SCM и т. д. Соответствие систем названию классов, кодексу Бусидо и ожиданиям заказчиков никем не проверяется. Поэтому еще раз: ландшафт, процессы, роли, все на бумагу и аккуратнее общайтесь с консультантами.

Полный функционал

Развитие IT-рынка привело к тому, что многие развитые системы перекрывают функционал нескольких классов.

Стоит изобразить (в «Газпромнефть» есть такая стена, жаль сфоткать не разрешили) текущий ИТ-ландшафт и желаемый. Не только взаимодействие имеющихся систем, а именно функциональные связи и производственные процессы. Сравнительный анализ схем позволит выявить зону охвата рассматриваемой системы и неохваченный функционал.

Независимо от формальных требований, наша задача сформировать систему управления производством именно для своего предприятия.

Дополнительный функционал

Дополнительно рассмотрим функционал, не описываемый стандартами, но не менее важный от этого:

1. Резервирование. Система должна поддерживать целостность данных и предусматривать резервирование и защиту. Контролировать переполнение хранилищ. При необходимости сжимать или архивировать данные.  По команде, по расписанию или автоматически.
2. Обновление. Обязательно рассматриваем условия расширения и продления лицензий, политику обновлений и их стоимость.
3. Ситуационно зависимый контент. Экраны для персонала должны отображать только необходимую для данной ситуации информацию, желательно с разделением по зонам ответственности или по степени важности, желательно с подсказками и возможными вариантами реакции.

Альтернативные сценарии. Попытайтесь смоделировать внештатные ситуации для рассматриваемой системы:

• выполнение работы не по плану;
• поступление неверной поставки на любом этапе;
• отказ оборудования;
• неработоспособность ERP;
• неработоспособность АСУТП.

Если сама MES не работает (вся или частично):

Визуализация. Всем сотрудникам нужна реальная картина производства – руководству, менеджменту, специалистам, исполнителям. Диспетчеры, операторы, лаборанты, инженеры, технологи, механики оборудования, всем нужны достоверные данные в удобном виде. Надо видеть:

• работа идет, как надо или нет; 
• состояние рабочих центров – выполнение или простой, техническое обслуживание или неисправность;
• состояние заказов – какие заказы в очереди, какие в работе, какие выполнены, отставание или опережение плана;
• уровень достижения показателей – отходы, брак и качество, на каждой операции и интегрированно, план-фактный анализ, выработку на сотрудника и на рабочий центр и т. п.

Визуализация должна помочь людям точнее воспринимать информацию, реагировать своевременно, акцентировать внимание на неочевидных взаимосвязях, уследить за режимами и действиями, которые сложно контролировать автоматически.

Человеко-машинный интерфейс (UI/UX) – отдельная глубокая тема, но акцентируем «болевые точки:

• единый интерфейс – сотрудник эффективнее работает, меньше стрессует и утомляется, если взаимодействует с производственной системой через «личный кабинет» вместо множества разнородных интерфейсов разных программ;
• подавление незначимой информации и упрощение вспомогательных элементов, дабы проще работать с важным;
• акцентирование информации требующей обработки (выделение цветом, формой, шрифтом, группировкой на экране и т. п.);
• возобновление внимания на сообщениях/значениях для немедленной реакции (звук, моргание, изменение размеров);
• механизмы защиты от игнорирования важных сигналов;
• защита от непреднамеренной реакции (типа, нечаянно нажал);
• валидация прав на доступ к информации.

Замкнутый контур информации. Учитываются все ресурсы и все операции, отклонения не должны вызывать пробелов в информации.

Контрольные методы. Хорошо, если в системе есть встроенные механизмы, контролирующие:

• работоспособность системы;
• соответствие инфраструктуры;
• исправность оборудования;
• целостность ПО;
• целостность данных;
• идентичность пользователей.

Желательно чтобы проверки, подтверждения, валидация и тестирование осуществлялись автоматически.

Замер и сравнения технологических параметров и производственных показателей, с плановыми и нормативными. Метрики, отображающие полноту обработки и соблюдения бизнес-процессов.

Эффективность

«Управлять можно только тем, что измерено». В производственную систему поставляют данные:

• персонал, если вводит их вручную;
• системы управления оборудованием (ЧПУ и контроллеры всякие);
• датчики и измерители (напрямую или через SCADA);
• алгоритмы, интегрированные и производные данные – сформированные системой на основе алгоритмов взаимодействия и взаимосвязи (например, на станке началась обработка, следовательно, наладка и установка инструмента всяко завершены);
• другие ИТ-системы (ERP или PDM, например);
• внешние пользователи (клиенты или сотрудники контрагентов, если им предоставлена такая возможность);
• внешние ИТ-системы (государственные, подрядчиков, поставщиков, смежников и т.д.);
• справочники (банки данных, экспертные системы, НСИ и т. п.).

Наименее надежна информация, вводимая людьми. «Человеку свойственно ошибаться». Иногда информация искажается намеренно. Данные с оборудования, приборов учета и контроля – самые достоверные. Роботы не врут. Желательно увязывать данные в схемы взаимопроверки.

Данные преобразуются в информацию, алгоритмы на основании которых специалист определяет значимые для производства события и выводы на основе параметров и значений, желательно автоматизировать. Нас ждет бум экспертных систем в ближайшее время. Одновременно с этим люди привыкают полагаться на алгоритмы, что повышает вероятность и цену ошибки.

Нужно предусмотреть способы выявления и коррекции неэффективных шаблонов, схем, алгоритмов, последовательностей.

Накопление множества мелких причин и малозначительных событий, суммарно приводит значительным потерям. Как они выявляются? Курильщик не замечает два дня, «выкуренных» ежемесячно. Полчаса до работы, это полтора рабочих месяца в год.

• Транзакционные издержки – «овчинка выделки не стоит». Иногда затраты на осуществление или контроль превышают выгоды от производственной операции.
• Безопасность. Встроенные в систему механизмы защиты и контроля целостности данных, авторизации, поддержка внешних систем кибербезопасности, сторонних поставщиков.

Работа MES в интеграции. Работа с другими ИС

• Интегрированная. Информация вводится единожды в мастер-системе, и потом только обрабатывается и не изменяется без ведома владельца данных. Пользователи (люди и другие системы) могут временно добавить сущности, или откорректировать с последующим подтверждением (или отклонением) правок владельцем данных.
• Автономная. MES предусматривает работу без взаимодействия с другими системами. Вообще-то – это штатный режим, он оговаривается стандартами на разработку MES. Информация либо вводится (формируется) в MES, либо переносится на промежуточных носителях (папирусы, Word/Excel, флешки, татуировки, почтовые голуби, SMS и т.п.).
• Синхронизация по требованию. Данные вводятся в нескольких местах, в нескольких системах и синхронизируются периодически или по команде, с обработкой коллизий и несоответствий.
• Рассмотреть интеграцию MES с системами других классов, даже если они не применяются: ERP – управление ресурсами предприятия, HRM – развитие персонала, PLM – жизненный цикл изделия, CAM – технологическая подготовка, CAE – инженерный анализ, APS – системы расширенного планирование, WMS – управление складами и запасами, MDC – сбор машинных данных, SCADA.
• APS и планирование планирования. Автоматизированное планирование – один из самых сложных уровней автоматизации. Планировщик может быть встроенный или внешний, и потребует от MES данных о ресурсах, процессах и состоянии заказов и производственных партий.  Эта тема будет рассмотрена отдельно.
• Балансировка нагрузки и отказоустойчивость. Цифровизация предприятия требует огромных вычислительных мощностей и объемов обработки данных. Насколько архитектура системы и применяемые технологии готовы к масштабированию нагрузки? (распределенные серверы, облачные вычисления, фоновая обработка и нормализация данных и т. п.).
• Сроки внедрения. Заложены ли в систему технологии, позволяющие составить «дорожную карту» внедрения, предсказать сроки ее реализации и их контролировать.

Статья не вместила все акценты рассмотрения функционала производственных систем, но возможно будет полезна для рассмотрения MES в интересах всего предприятия. Профильные специалисты быстрее накапливают экспертизу, но иногда «специалист подобен флюсу – полнота его однобока». Хотя уже есть множество IT-директоров, способных рассматривать системы комплексно.

Упущенные аспекты можно отметить в комментариях.  Перспективы развития систем управления производством будут рассмотрены в заключительной части цикла.

Фото: pixabay.com