108 СТА 2/2016 www.cta.ru введение Современные реалии таковы, что предприятия вне зависи- мости от вида деятельности всё чаще сталкиваются с необхо- димостью автоматизации. Большие массивы не всегда струк- турированных данных, требуемые для анализа и принятия ре- шений, в настоящий момент вручную обрабатывать практиче- ски невозможно. Именно поэтому на устах использование та- ких систем автоматизации, как BI (Business Information), ERP (Enterprise Resource Planning), MES (Manufacturing Execution System) и АСУ ТП (автоматизированные системы управления технологическими процессами) [1]. Совместное применение подобных систем позволяет выстроить жёсткую вертикаль управления деятельностью предприятия, начиная от автома- тического сбора информации и заканчивая получением свод- ных аналитических отчётов. Использование данных систем обеспечивает управление ин- формацией в масштабах всего предприятия. В классической теории управления [2] выделяют три уровня управления: стра- тегический, тактический и оперативный (рис. 1). Из названия уровней становится очевидным, что каждый из них предна- значен для решения различных видов задач, отличающихся в первую очередь частотой обработки данных. Важно подчерк- нуть, что применение средств автоматизации ведётся по кано- нам указанных уровней. Проведя анализ литературных источников, посвящённых си- стемам автоматизации, хочется упомянуть содержащую описа- ние OLAP-систем (OnLine Analytical Processing) моногра- фию [3], работу [4], посвящённую ERP-системам, а также кни- ги по MES и SCADA-системам (Supervisory Control and Data Acquisition) [5, 6]. К сожалению, указанные источники содер- жат лишь детальное описание систем автоматизации, а вопрос их интеграции не рассматривается. В ряде статей приводится детальный анализ различия систем автоматизации [7–9], а так- же обзор технических задач, возникающих при реализации си- стем автоматизации [10]. Однако и этого недостаточно для то- го, чтобы чётко сформулировать проблемные области, с кото- рыми необходимо считаться при интеграции подобных систем. Цель данной работы состоит в анализе задач, возникающих при интеграции систем автоматизации для построения еди- ной системы управления, обеспечивающей эффективную об- работку информации в рамках предприятия. Уровни автоматизации предприятия Ранее указанные системы автоматизации (BI, ERP, MES, АСУ ТП) и уровни управления (рис. 1) можно соотнести (рис. 2). Следуя данным рис. 2, можно сказать, что системы вида BI и ERP определяют стратегический уровень управле- ния, MES-системы задают тактический уровень, а АСУ ТП – оперативный. Подобное определение уровней автоматизации деятельности предприятия встречается в большинстве работ [7, 10, 11]. Анализ проблем, возникающих при интеграции по- добных систем, потребует детального описания каждого уров- ня. Начнём с нижестоящего. Уровень АСУ ТП и SCADA представляет собой комплекс тех- нических и программных средств, предназначенный для авто- матизации управления технологическим оборудованием на промышленных предприятиях. Выделяют управляющие, ин- формационные и вспомогательные функции АСУ ТП, позво- ляющие регулировать отдельные технологические переменные процессов, вести программное управление группой оборудо- вания, технологическими режимами или отдельными участка- ми процессов, а также контролировать и измерять технологи- ческие параметры процессов [12]. Пример графического поль- зовательского интерфейса SCADA-системы дан на рис. 3. MES-уровень – это автоматизированная система управле- ния производственной деятельностью предприятия, позво- ляющая в режиме реального времени планировать, опти- мизировать, контролировать и документировать про- изводственные процессы от формирования заказа до выпуска готовой продукции [13]. Выделяют такие функции MES-систем, как контроль состояния и распределения ресурсов, оперативное/детальное планирование, диспетчеризация производства, управление качеством продукции, производ- ственными процессами, техобслуживанием и ремонтом оборудования, а также анализ производительности [9]. Рис. 4 демон- стрирует пример пользовательского интерфейса MES-системы. Уровень ERP-систем позволяет реализовать стратегию интегра- ции логистических (закупки, производство, сбыт), финан- В записную книжку инженера Интеграция ERP и MES-систем: взгляд сверху Дмитрий Степанов Стратегический уровень Тактический уровень Оперативный уровень ERP-системы BI-системы MES-системы АСУ ТП BI системы Стратегический уровень Тактический уровень Оперативный уровень Рис. 1. Уровни управления Рис. 2. Уровни автоматизации деятельности предприятия 108-111 01_Макет 1 22.03.2016 12:14 Страница 108
4
Embed
Интеграция ERP и MES-систем: взгляд сверху€¦ · управление качеством продукции, производ - ственными процессами,
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
108
СТА 2/2016www.cta.ru
введение
Современные реалии таковы, что предприятия вне зависи-мости от вида деятельности всё чаще сталкиваются с необхо-димостью автоматизации. Большие массивы не всегда струк-турированных данных, требуемые для анализа и принятия ре-шений, в настоящий момент вручную обрабатывать практиче-ски невозможно. Именно поэтому на устах использование та-ких систем автоматизации, как BI (Business Information), ERP(Enterprise Resource Planning), MES (Manufacturing ExecutionSystem) и АСУ ТП (автоматизированные системы управлениятехнологическими процессами) [1]. Совместное применениеподобных систем позволяет выстроить жёсткую вертикальуправления деятельностью предприятия, начиная от автома-тического сбора информации и заканчивая получением свод-ных аналитических отчётов.
Использование данных систем обеспечивает управление ин-формацией в масштабах всего предприятия. В классическойтеории управления [2] выделяют три уровня управления: стра-тегический, тактический и оперативный (рис. 1). Из названияуровней становится очевидным, что каждый из них предна-значен для решения различных видов задач, отличающихся впервую очередь частотой обработки данных. Важно подчерк-нуть, что применение средств автоматизации ведётся по кано-нам указанных уровней.
Проведя анализ литературных источников, посвящённых си-стемам автоматизации, хочется упомянуть содержащую описа-ние OLAP-систем (OnLine Analytical Processing) моногра-фию [3], работу [4], посвящённую ERP-системам, а также кни-ги по MES и SCADA-системам (Supervisory Control and DataAcquisition) [5, 6]. К сожалению, указанные источники содер-жат лишь детальное описание систем автоматизации, а вопросих интеграции не рассматривается. В ряде статей приводится
детальный анализ различия систем автоматизации [7–9], а так-же обзор технических задач, возникающих при реализации си-стем автоматизации [10]. Однако и этого недостаточно для то-го, чтобы чётко сформулировать проблемные области, с кото-рыми необходимо считаться при интеграции подобных систем.
Цель данной работы состоит в анализе задач, возникающихпри интеграции систем автоматизации для построения еди-ной системы управления, обеспечивающей эффективную об-работку информации в рамках предприятия.
Уровни автоматизации предприятия
Ранее указанные системы автоматизации (BI, ERP, MES,АСУ ТП) и уровни управления (рис. 1) можно соотнести(рис. 2). Следуя данным рис. 2, можно сказать, что системывида BI и ERP определяют стратегический уровень управле-ния, MES-системы задают тактический уровень, а АСУ ТП –оперативный. Подобное определение уровней автоматизациидеятельности предприятия встречается в большинстве работ[7, 10, 11]. Анализ проблем, возникающих при интеграции по-добных систем, потребует детального описания каждого уров-ня. Начнём с нижестоящего.
Уровень АСУ ТП и SCADA представляет собой комплекс тех-нических и программных средств, предназначенный для авто-матизации управления технологическим оборудованием напромышленных предприятиях. Выделяют управляющие, ин-формационные и вспомогательные функции АСУ ТП, позво-ляющие регулировать отдельные технологические переменныепроцессов, вести программное управление группой оборудо-вания, технологическими режимами или отдельными участка-ми процессов, а также контролировать и измерять технологи-ческие параметры процессов [12]. Пример графического поль-зовательского интерфейса SCADA-системы дан на рис. 3.
MES-уровень – это автоматизированная система управле-ния производственной деятельностью предприятия, позво-
ляющая в режиме реального времени планировать, опти-мизировать, контролировать и документировать про-
изводственные процессы от формирования заказа довыпуска готовой продукции [13]. Выделяют такие
функции MES-систем, как контроль состояния ираспределения ресурсов, оперативное/детальное
Рис. 1. Уровни управления Рис. 2. Уровни автоматизации деятельности предприятия
108-111 01_Макет 1 22.03.2016 12:14 Страница 108
109
СТА 2/2016 www.cta.ru
в з А п и С н у ю к н и ж к у и н ж е н е р А
совых (дебиторы, кредиторы, банки) и кадровых функций ком-пании, ориентированную на оптимизацию ресурсов пред-приятия посредством специализированного программногообеспечения [14]. ERP-системы в большинстве своём ведут об-работку транзакционных данных и относятся к классу системOLTP (OnLine Transactional Processing). Аналитическая обра-ботка транзакционных данных, собранных средствами ERP-систем, ведётся на уровне OLAP (OnLine Analytical Processing)с использованием автоматизированных BI-систем (BusinessInformation) [3]. Пример OLTP-системыпродемонстрирован на рис. 5.
Совместное использование указанныхуровней автоматизации формирует единуюинформационную среду предприятия(табл. 1). Так, уровень АСУ ТП, ограничен-ный программируемыми логическимиконтроллерами, SCADA-системами и ба-зами данных, позволяет вести сбор и обра-ботку технологических данных в режимереального времени. Обработанная инфор-мация передаётся на уровень MES-системи используется для оперативного управле-ния производством с учётом взаимозаме-няемости и переналадок оборудования.Оперативный план производства данногоуровня соотносится с результатами работыERP-систем по стратегическому планиро-ванию и управлению административно-хо-зяйственными операциями компании.Сводная аналитическая отчётность, полу-ченная на основе транзакционных данныхERP-уровня, определяет финальный шагавтоматизации средствами BI-систем.
проблемные области
интеграции
Описанный процесс взаимодействияуровней интеграции предприятия позво-ляет сформулировать задачи, решение ко-торых необходимо для построения единойинформационной среды. Если рассмотретьработу интегрированной среды ERP, MESи АСУ ТП сверху вниз, то ERP-системыформируют календарный план производ-ства на основе стандарта MRPII (MaterialRequirement Planning). Созданный план,переданный на уровень MES, служит осно-вой для формирования и последующей оп-тимизации производственного расписания.Производственное расписание определяеттехнологические процессы, проводимые иконтролируемые на уровне АСУ ТП. Сле-дует отметить, что возможны различныесценарии объединения систем, включаяполное отсутствие интеграции. В послед-нем случае каждая система будет работатьнезависимо: так, ERP-система будет ис-пользоваться для объёмного планированияи фиксации результатов производства,MES – для объёмного/детального плани-рования и управления производством, аАСУ ТП – для процесса мониторинга.
Сказанное свидетельствует о необходимости чёткого разгра-ничения функциональности систем в случае их интеграции.Например, процесс формирования объёмного плана про-изводства может выполняться как средствами ERP, так и MES-систем, причём и в том и в другом случае есть свои преимуще-ства и недостатки. Так, MES-системы предлагают более совер-шенные, ориентированные на реальное положение дел алго-ритмы создания производственного расписания, в то время какERP используют в качестве базиса MRPII-стандарт тридцати-
Рис. 5. Пользовательский интерфейс ERP-системы SAP ECC
Рис. 3. Графический пользовательский интерфейс АСУ ТП на базе ICONICS GENESIS32
Рис. 4. Графический пользовательский интерфейс MES-компонента SIMATIC IT
пятилетней давности. Однако в первом случае требуется боль-шее количество настроек и доработок систем для достижениясоответствия ERP и MES-данных по сравнению со вторым [15].Схожее сравнение можно привести для процессов контроля ка-чества продукции, ремонта оборудования и управления доку-ментами, возможность реализации которых существует в обо-их видах систем (рис. 6).
После определения функционального назначения каждой изсистем решаются задачи по синхронизации используемых дан-ных. Формирование и становление систем автоматизации про-исходило постепенно, поэтому каждая система имеет такую ар-хитектуру, которая позволяет и взаимодействовать с внешнимиинформационными системами, и, наоборот, работать в закры-том от обмена информацией режиме. В любом случае посто-янные и переменные данные систем обрабатываются на каж-дом уровне интеграции. Проблема заключается в том, что по-строение единой системы управления требует синхронизацииданных каждого уровня автоматизации, или, попросту говоря,данные в разных системах должны быть одинаковыми. В про-изводственных процессах данными, подлежащими синхрони-зации, являются номенклатурные позиции, спецификации,технологические карты и прочие объекты, представленныена рис. 7. Интеграция данных затрагивает вопросы сопоставле-ния бизнес-объектов, их признаков и размерностей, кроме то-го, определяется частота и порядок обновления информации.
По большому счёту, всё множество проблем интеграцииERP и MES-систем связано с вопросом разграничения функ-циональности. Задав функциональное назначение систем, не-обходимо обеспечить их объединение: выбрать технологиюинтеграции, задать мастер-систему ведения данных, опреде-лить объекты миграции и правила их сопоставления.
практические способы разрешения
проблем интеграции
Ранее было показано, что существует несколько возможныхвариантов разграничения производственной функционально-сти в ERP и MES-системах. В системах ERP отсутствует воз-можность управления производственными процессами, дан-ные функции присущи исключительно MES, в то время как вERP существует лишь возможность фиксации полученных ре-зультатов производства (табл. 1). Поэтому вопрос разграниче-ния функций систем связан исключительно с процедурамиформирования плана производства и расписаний, которыеможно выполнить как средствами ERP, так и MES-систем. Не-смотря на то что создавать план и расписание производстваможно в обоих видах систем, чаще всего предпочтение от-даётся ERP. Звучит немного парадоксально, ведь именноMES-системы обладают расширенными возможностями фор-мирования производственного расписания, однако в боль-шинстве проектов по интеграции наблюдается именно такаякартина. Как результат, в ERP-системе на основе данных про-даж создаётся план, а затем и расписание производства.
Для обеспечения обмена данными в большинстве ERP иMES-систем реализован стандарт ISA-95 (IEC 62264), вклю-чающий в себя описание объектов, атрибутов и моделей ин-теграции [16]. На практике для синхронизации данных системтребуется разработка интерфейсов обмена, а также использо-вание готовых интеграционных сред. Интерфейс выполняетэкстракцию и трансформацию данных, в то время как среда –передачу обработанных данных в систему получателя. Мастер-системой по ведению основных данных чаще всего назначает-ся ERP: создание, изменение и удаление данных ведётся цент-рализованно в ERP-системе, MES-система только используетэти данные без возможности их изменения. Гармонизация дан-ных позволяет выявить особенности их ведения (тип и размер-ность, количество символов в дробной части), которые закла-дываются и реализуются в процедурах трансформации.
Обмен и хранение переменных данных ведётся по схожей схе-ме, однако их обработка может инициироваться как из ERP, таки из MES-системы. Реализация процессов контроля качествапродукции, ремонта оборудования и управления документамиосуществляется преимущественно в ERP-системе. В большин-стве проектов MES ограничивается функциями, непосред-ственно связанными с производством. Ранее говорилось, чтоинтеграция ERP и MES обеспечивает идентичность данных,представленных на рис. 7. Тогда упомянутое производственноерасписание представляется бизнес-объектом – заказом на про-изводство, который содержит всю необходимую для изготовле-ния продукции информацию, включая даты, статусы и ком-ментарии. Созданные на основе плана производства заказы пе-редаются из ERP в MES-систему. На определённую дату MES-система может содержать несколько заказов, требующих ис-пользования заданного оборудования, именно поэтому на дан-ном уровне существуют механизмы оптимизации загрузки обо-рудования с учётом различных производственных ситуаций. Ти-повая модель интеграции систем представлена на рис. 8.
в з А п и С н у ю к н и ж к у и н ж е н е р А
Таблица 1Характеристики систем автоматизации
Рис. 6. Функциональные возможности ERP и MES-систем
ERP-система
MES-система
Управлениезакупками
Управлениесбытом
Управлениезапасами
Управлениефинансами
Контроллинг
Детальноепланирование
Управлениетехобслуживанием
Управлениекачествомпродукции
Управлениедокументами
Управлениеперсоналом
Контроль состоянияи распределения
ресурсов
Диспетчеризацияпроизводства
Сбор и хранениеданных
Управлениепроизводственными
процессами
Анализпроизводительности
Системаавтоматизации
Горизонтпланирования
Частотаобработки Автоматизируемые процессы Особенности планирования
BI (OLAP) – Ежедневно Получение аналитической отчётности –
ERP (OLTP)Квартал,месяц, неделя
Ежедневное/еженедельноепланирование
Административно-хозяйственныепроцессы
Стратегическое планирование, включая объёмное планирование производствас возможностью фиксации выходных результатов
MESНеделя,смена, час
Планирование в режимереального времени Производственные процессы Оперативное планирование производства с учётом
различных производственных ситуаций
АСУ ТП (SCADA) – Режим работыв реальном времени
Процесс обработки технологическойинформации –
108-111 01_Макет 1 22.03.2016 12:14 Страница 110
заключение
Совместное применение BI, ERP, MES и АСУ ТП позволяетвыстраивать единую систему управления предприятием, в ко-торой каждый уровень интеграции выполняет строго заданнуюфункцию: формирование аналитической отчётности, ведениеобъёмно-календарного планирования, расчёт оптимальногопроизводственного расписания и контроль технологическихпроцессов. Помимо ERP существуют и другие автоматизиро-ванные системы предприятия: SRM (Supplier Relationship Man-agement), CRM (Customer Relationship Management), PLM(Product Lifecycle Management) и SCM (Supply Chain Manage -ment), обеспечивающие управление взаимоотношениями с по-ставщиками и клиентами, а также жизненным циклом продук-ции и цепочками поставок [17].
SCM-системы успешно решают задачи по управлению всейлогистической сетью. Одной из подсистем SCM служит APS(Advanced Planning and Scheduling), отвечающая за оптимизи-рованное производственное планирование. В случае исполь-зования APS-систем схема планирования ресурсов предприя-тия будет включать три уровня: ERP для объёмно-календарно-го планирования, APS для формирования производственногорасписания в масштабах всего предприятия, а также MES длясоздания оперативного плана производства по цехам [18].
Включение APS-систем в контур планирования ресурсов пред-приятия приводит к появлению проблем, которые были про-анализированы ранее. Тем не менее, использование системданного вида представляется перспективным направлениемдальнейшей автоматизации работы производственного пред-приятия. l
литератУра
1. Гвоздева Т.В., Баллод Б.А. Проектирование информационных систем :
учеб. пособие. – Р. н/Д. : Феникс, 2009.
2. Ким Д.П. Теория автоматического управления: линейные системы. –
М. : ФИЗМАТЛИТ, 2003.
3. Лодон Дж., Лодон К. Управление информационными системами : пер.
с англ. Трутнева Д.Р. – СПб. : Питер, 2005.
4. О’Лири Д. ERP системы. Современное планирование и управление
ресурсами предприятия. Выбор, внедрение и эксплуатация : пер. с англ.
Водянова Ю.И. – М. : Вершина, 2004.
5. Андреев Е.Б., Куцевич И.В., Куцевич Н.А. MES-системы: взгляд изнут-
ри. – М. : РТСофт, 2015.
6. Андреев Е.Б., Куцевич Н.А., Синенко О.В. SCADA-системы: взгляд из-