Для отправки ваших публикаций, пожалуйста, зарегистрируйтесь.

Если Вы уже зарегистрированы, то авторизуйтесь на сайте.


  1. Вход или регистрация
  1. Подписка

MES-системы. Вид сверху , взгляд изнутри. Критерии, которые мы выбираем.
15 июня 2009             

Информация об Авторах
Фролов Е.Б. Фролов Е.Б., дтн, профессор кафедры "Информационные технологии и вычислительные системы", Московский государственный технологический университет "СТАНКИН",
Загидуллин Р. Р., дтн, профессор кафедры "Автоматизация технологических процессов", Уфимский государственный авиационный технический университет
Нерецензируемый материал

Вид «сверху»

MES-системы. Вид сверху , взгляд изнутри. Критерии, которые мы выбираем.
Рис.1 Как найти баланс?

Оперативное производственное управление - это искусство составления баланса между заказами и загрузкой имеющихся производственных мощностей (см. рисунок 1). Вряд ли кто-то из профессионалов станет оспаривать это утверждение.

Это все, безусловно, так, ну а что же следует делать, когда встают задачи календарного производственного планирования, и какое место среди этих задач занимают исполнительные производственные системы - системы класса MES?

Бегло взглянув на проблему календарного планирования производства, можно выделить 4 группы основных задач:

  1. Объемно-календарное планирование(Master Schedule);
  2. Баланс производственных мощностей (Capacity Planning Problem);
  3. Расчет производственного расписания (Production Scheduling);
  4. Группирование деталей, сборочных единиц и оборудования(Group Technology).

Теперь кратко, не вникая в детали:

Задача 1 - решается на уровне ERP. Возможно ERP+APS.

Задача 2 - это уровень ERP, но дополнительно корректируется после решения задач 3 и 4.

Задача 3- прерогатива исключительно MES и APS

Задача 4 - исключительно MES.  

На рисунке 2 приведена укрупненная блок-схема решения задач планирования производства, желтым цветом выделена сфера действия MES-систем.

MES-системы. Вид сверху , взгляд изнутри. Критерии, которые мы выбираем.
Рис.2 Укрупненная блок-схема решения задач календарного планирования производства.

По-видимому, уважаемый читатель, нет смысла здесь детально останавливаться на каждой из перечисленных задач; взгляда «сверху» вполне достаточно, чтобы увидеть место MES систем, которое они занимают. Интереснее заглянуть внутрь MES и посмотреть, как это все там работает.

Анатомия MES-систем

Рассмотрим структурно-функциональную схему MES-системы для дискретного производства.

MES-система получает задание на какой-либо горизонт планирования либо в виде некоего объема номенклатуры, которую тот или иной цех должен выполнить за определенное время, либо этот же объем может быть представлен в виде готового расписания для цеха. В обоих случаях на те или иные детали, узлы и готовые изделия могут быть указаны директивные сроки их выхода из цеха. В первом случае MES-система получает задание от ERP-системы, во втором случае - от APS-системы. В некоторых случаях, как мы уже говорили, данные могут поступать в MES-систему по цепочке ERP->APS.

Первым долгом, MES-система производит анализ поступившей номенклатуры. При этом анализируются:

  • выполнимость номенклатуры (по оборудованию, технологии и пр.);
  • комплектация (материалы, оснастка и пр.);
  • необходимость опережающего изготовления специального инструмента и оснастки;
  • приоритеты для деталей и узлов.

При анализе входных данных MES-система использует различные базы данных (БД) - технологических процессов, оборудования (основного и вспомогательного), персонала, материалов, справочно-нормативную информацию. 

Важными исходными данными процесса анализа для MES-системы являются технологические процессы (ТП) заданной номенклатуры выпуска. Это означает, что на предприятии при внедрении MES или APS-систем обязательно должна быть внедрена технологическая система класса САПР ТП/АСТПП. Еще лучше, если внедрена вся конструкторско-технологическая цепочка CAD-CAM, интегрированная через PDM/PLM-систему. По ряду причин не все предприятия могут себе это позволить, но в любом случае, как минимальный вариант, технологическая информация может быть представлена хотя бы таблицах Excel. Дело в том, что MES-системы, как правило, имеют встроенные возможности ввода и редактирования технологии изготовления деталей, но имея электронный вариант ТП по номенклатуре деталей, ввод данных значительно сокращается по времени, что очень важно в плане оперативности.

MES-системы. Вид сверху , взгляд изнутри. Критерии, которые мы выбираем.
Рис.3 Функциональная схема MES-системы

На следующем этапе диспетчер цеха формирует в MES-системе модель планирования в соответствии с поступившей номенклатурой, текущим состоянием производственных мощностей,  необходимостью оперативного ремонта оборудования и ряда дополнительных требований. При этом диспетчер выбирает тип модели планирования (в ряде MES-систем существует возможность выбора модели - имитационной, численной и др.), критерии и ограничения, актуальные на момент планирования, и в ряде случаев - алгоритм, по которому будет строиться расписание. Надо отметить, что данная модель соответствует текущему состоянию и требованиям, при планировании нового объема номенклатуры, через два-три дня или даже смену, модель может быть совершенно иной. Естественно, к диспетчеру MES-системы предъявляются достаточно высокие требования - он должен знать основы технологии и организации производства того цеха, для которого строит расписания.

В дальнейшем, после построения модели, на что уходит не более пяти  минут, MES-системой производится расчет оперативного план-графика работы в цеху. При этом формируются следующие плановые документы:

  • расписания работы основных и вспомогательных единиц оборудования;
  • расписания работы персонала;
  • расписания плано-предупредительных и оперативных ремонтов оборудования;
  • документы на рабочие места;
  • документы отчетности (использование оборудования и материалов, планируемые параметры качества и др.).

Вся дальнейшая работа цеха теперь подчиняется этим текущим плановым документам. До тех пор, пока либо не будет выполнен план, либо не поступит новая информация. В процессе работы диспетчер, пользуясь оперативной информацией мастеров и операторов, фиксирует ход выполнения всех спланированных работ. При этом фиксируются такие события, как: - отказы оборудования; - запаздывание или опережение при изготовлении; - брак при изготовлении; - отсутствие материалов или оснастки и пр. MES-система, с периодом в 3-5 минут, с учетом введенных отклонений, может пересчитать расписания и определить - будет ли вовремя выполнен весь объем работ, какие заказы могут выйти с нарушением директивных сроков выпуска, возможно ли уплотнение загрузки оборудования и пр. Главное при этих пересчетах - выявить необходимость коррекции общего план-графика работ. Если сдвиги в расписаниях незначительны и не нарушаются директивные сроки выпуска продукции, то диспетчер может оставить текущий план без изменений. Если же нарушения отражаются на сроках выпуска или возникает ситуация, когда новый план может оказаться более эффективным для всего цеха, тогда диспетчер принимает решение о замене текущего плана на новый. Это отнюдь не означает, что рабочему, только что начавшему выполнение на станке какой-либо партии деталей, придется отложить работу и, перенастроив станок, перейти к изготовлению других деталей. Новый план вступает в силу для разных рабочих центров (РЦ) по мере выполнения ими текущих заданий, а для некоторых РЦ новый план может и не предусматривать смену заданий.

Наличие данного контура диспетчирования в MES-системе позволяет не только обеспечивать устойчивость выполнения заданий на горизонте планирования при возникновении возмущений в технологической среде, но также вносить в существующие планы выпуска новые изделия, а также оперативно реагировать на директивное, со стороны ERP или APS, изменение сроков выпуска некоторых изделий.  При каждом дополнении плана выпуска по номенклатуре или изменении сроков выпуска (что квалифицируется для MES как внешние возмущения), происходит пересчет плана-графика работы всего цеха по тому же сценарию, который был описан выше. Кроме того, если MES-система, после получении директивного объема для выполнения от ERP или APS-системы, и последующего анализа «обнаружит» резервы в своем цеху, то это непременно будет выдано диспетчеру в виде диаграмм загрузки парка РЦ. При этом диспетчер может обратиться к верхнему контуру управления - к ERP или APS-системам с целью запроса дополнительного объема на выполнение. Точно также будет инициирован запрос к верхнему уровню управления, если вдруг обнаружится, что изначальный объем номенклатуры выполнить при существующих временных ограничениях невозможно. При этом ERP или APS-система должна скорректировать объем в меньшую сторону.

Таким образом, мы видим, что MES-система работает, практически, в режиме реального времени, постоянно корректируя план-график работы цеха и оперативно отслеживая поступление новых изделий в цех, т.е. реагирует на возмущения как внутреннего, так и внешнего характера. Такая возможность и обеспечивает MES-системам устойчивость выполнения заданий при неустойчивом характере производственной среды.

Модели планирования в MES

Очень часто можно услышать расхожее мнение о том, что все особенности MES-планирования можно очень легко реализовать на том или ином встроенном языке той или иной ERP-системы. При этом надо только «дописать функционал». Увы, в реальных ситуациях на создание референтной модели планирования в ERP-системах уходит не менее года. Причина неудач кроется в том, что при таком подходе («дописать функционал») мы будем иметь дело только с выходными данными - программным кодом. А чтобы создать сложный программный продукт, требуется определенная последовательность решения задачи от первого абстрагирования при описании системы до программного кода(см-те рисунок 4).

MES-системы. Вид сверху , взгляд изнутри. Критерии, которые мы выбираем.
Рис.4 Последовательность создания программного продукта

На первом этапе ставится задача и определяется служебное назначение системы. На втором этапе строятся модели системы - структурные, функциональные, модели данных, математические модели. Конечному пользователю, как правило, для ознакомления, нужна только структурно-функциональная модель, которая позволяет разобраться - как же работает система в первом приближении и какие функциональные модули она содержит. Все остальные модели нужны только тем, кто-либо разрабатывает систему, либо пытается ее модернизировать («дописать»). Например, математические модели [2] в сжатой форме показывают - какие параметры среды будут учитываться в системе, какие переменные являются неизвестными, а какие будут определяться, какие критерии планировании будут использоваться.

На рисунке 5 представлен фрагмент объектной структурно-логической модели процесса планирования MES-системы Trio-Prod (© В.Е. Архангельский), в которой описывается среда производства в виде сети объектов: Продукт (P0, P1, P2); Операция; Работа; Задание; Заказ; Поток продуктов (F0, ..., F4); Рабочий центр; Ресурс; Издержки использования ресурса.

MES-системы. Вид сверху , взгляд изнутри. Критерии, которые мы выбираем.
Рис.5 Объектная структурно-логическая модель MES-системы Trio-Prod

Любая операция в такой модели имеет входы и выходы, соединенные с потоками. Вход операции определяет продукт, потребляемый операцией, а выход - продукт, производимый операцией. Параметры объектов позволяют интерпретировать объектную модель как потоковую и связывать потребности в планировании заказов с выходными характеристикам расписаний.

На третьем этапе, ищутся или разрабатываются алгоритмы, реализующие представленные ранее модели. Алгоритмам планирования посвящено очень много работ, особенно в рамках теории расписаний. К сожалению, подобрать какой-либо из них для проектируемой MES-системы удается далеко не сразу, поскольку большинство из них страдают «академизмом», - с целью создания быстродействующих алгоритмов, в некоторых случаях имеющих аналитический характер и полиномиальную вычислительную сложность, авторы сознательно идут на упрощение модели, не учитывается большое количество особенностей технологии и организации, характерных для реальных производственных систем. В большинстве случаев алгоритмы MES-систем построены на базе одного или нескольких эвристических алгоритмов. 

И, наконец, на последнем, четвертом этапе, после выяснения задачи, построения моделей и проектирования алгоритма, пишется программный код. Теперь понятно, что если у нас отсутствуют первые этапы, то дорабатывать или модернизировать систему крайне сложно. Это равносильно попытке починить телевизор, не имея при этом его принципиальной схемы.

Надо отметить, что отечественные MES-системы, в отличии от зарубежных, в силу традиций отечественных научных школ, являются максимально открытыми для разработчиков и интеграторов - большинство моделей, алгоритмов опубликовано в открытой печати.

Критерии, которые мы выбираем

Представьте себе, что у вас автомобиль без коробки передач и вы можете ехать только вперед, с одним значением крутящего момента на колесах. На таком автомобиле хорошо ездить по идеальной трассе, уходящей в бесконечность. Но в жизни необходимо преодолевать разные препятствия и многоступенчатая коробка передач значительно расширяет возможности вашего управления. Как каждая ступень в такой коробке предназначена для определенных целей, так и различные критерии планирования в багаже MES-систем обеспечивают им возможность более гибко строить расписания при изменяющихся условиях организационно-технологической среды предприятия.

Читатель может спросить - «зачем MES-системе много критериев, если можно обойтись всего одним, например, критерием минимума календарной длительности выполнения всего комплекса работ?». Действительно, данный критерий очень часто используется в системах класса Project Management и в MES-системах начального уровня. Но он, кроме преимущества, имеет и существенный недостаток. Поясним это на простом примере (рис.4). Допустим, имеется некое множество M работ (технологических операций), которое надо выполнить на множестве N  РЦ. Возьмем классический случай, когда каждая операция может быть выполнена на любом из РЦ.


Обсудить статью на Форуме Машиностроителей
Страница 1 из 2 | Следующая страница






Комментариев пока нет
{c_navigation}

Написать комментарий

Другие публикации по теме





Автоматизация промышленных предприятий Автоматизация промышленных предприятий
Диспетчеризация производства, идентификация и прослеживаемость, управление КПЭ (KPI)...
(495) 662-43-70
Rodcraft (Родкрафт), Deprag, Stahlwille (Штальвиль), инструмент Atlas Copco (Атлас Копко), Iscar (Искар), Sandvik Coromant (Сандвик Коромант), Mitsubishi (Митсубиси). Маркировка труб, горячего металла в металлургии. Промышленное оборудование и инструмент
Rodcraft (Родкрафт), Deprag, Stahlwille (Штальвиль), инструмент Atlas Copco (Атлас Копко), Chicago Pneumatic (Чикаго Пневматик), Fuji (Фуджи), Desoutter, Iscar (Искар), Sandvik Coromant (Сандвик Коромант), Mitsubishi (Митсубиси), Korloy (Корлой), Seco tools, SGS tools, Onsrud, Fette, Guhring и пр. Оборудование для маркировки. Маркировка труб, горячего металла в металлургии. Фаскосниматели (фаскорезы, кромкорезы), ручные фрезеры по металлу. Пневмодвигатели (пневматические двигатели, пневмомоторы).
(495) 668-13-58
ИРОК-2М. Купить. Инструкция.
Инструмент ИРОК-2М от производителя. Купить. Скачать инструкцию и другие документы. Прочий электромонтажный инструмент и электрокомпоненты.
(495) 668-13-58 доб. 4
Реклама на сайте и-Маш Реклама на сайте и-Маш      
pr()i-mash.ru