6 - 2003

Производственные исполнительные системы (MES) — путь к эффективному предприятию

В.Н. Леньшин, В.В.Куминов, Е.Б.Фролов, Р.А. Будник

Промышленные предприятия отстают от развития информационных технологий

Почему ERP-системы не оправдывают надежд

Что можно сделать

Производственные исполнительные системы — необходимый элемент эффективного управления предприятием

Среди множества проблем, которые возникают при создании АСУП на промышленных предприятиях, следует особо выделить трудности с внедрением ERP-систем, обусловленные явным креном при внедрении АСУП в сторону автоматизации и информатизации бизнес-процессов и откладыванием на потом (или вообще игнорированием) автоматизации основных производственных процессов и задач управления ресурсами производственного уровня. Однако при серьезном целевом подходе к созданию действительно интегрированной АСУП промышленного предприятия без решения проблем производства уже не обойтись.

Промышленные предприятия отстают от развития информационных технологий

Как показывает опыт, процент успешного внедрения систем класса ERP в финансовых, административных и торговых организациях несравненно выше, чем в промышленности. Так, по словам финансового руководителя одного из промышленных предприятий, где в течение трех лет внедрялась система SAP R/3 (для чего была создана корпоративная сеть и приобретены мощный сервер и 100 высокопроизводительных ПК), наиболее ощутимым результатом стал постоянный рост платежей за Интернет-услуги. Впрочем, и на предприятиях, где внедрение было признано успешным, для получения полной картины необходимо сопоставить результаты с теми целями и задачами, которые ставились в начале этого процесса.

Однако это вовсе не означает, что в стратегическом плане и собственно цель (достижение эффективного производства в условиях быстро меняющегося рынка), и курс к этой цели (через информатизацию и компьютерную автоматизацию) были выбраны неправильно. По-видимому, причина неудач — несоответствие темпов, методов и средств достижения указанной цели реальному состоянию и степени готовности промышленных предприятий. Похоже, что уровень развития современных информационных технологий оказался не по зубам консервативному производственному рынку.

Следует отметить, что за короткий промежуток времени сама цель внедрения АСУП менялась с калейдоскопической быстротой: вначале ориентировались на повышение эффективности административно-финансового управления предприятием, затем — на управление ресурсами предприятия, а в последнее время — на внедрение технологий электронного бизнеса и создание так называемого интеллектуального предприятия. В это же время на рынке АСУП практически одновременно появилось множество продуктов, уследить за которыми было сложно не только потенциальным потребителям, но и специалистам. Не успевали управленцы выучить и запомнить название одного чудо-продукта, как на смену ему приходил другой. При этом в одном ряду фигурировали средства и системы автоматизации управления ресурсами предприятия (ERP, MRP II), управления информационными системами (Open View), управления знаниями (Knowledge Management), управления жизненным циклом продукта (CALS, PDM) и т.п. Руководители предприятий были не в состоянии разобраться во всем многообразии названий и предложений и выяснить, для чего предназначена та или иная система и насколько решаемые ею задачи актуальны для конкретной организации. Положение еще более усложняли длительные, сопровождающиеся серьезными проблемами процессы внедрения этих продуктов. К тому же отрицательные эмоции вызывались и такими новыми терминами, как B2B (Business-to-Business), e-Manufacturing, e-Business, SCM и др.

Однако, несмотря на все разочарования, время было потрачено не напрасно. Скорее всего, это был объективный и необходимый этап развития, положительным итогом которого стали накопленный опыт, осознание необходимости уточнения целей и способов их достижения. Теперь всем участникам процесса необходимо сделать паузу в этой гонке, провести анализ и определиться на ближайшее будущее. Все это потребует и более четкой постановки задач, чтобы не двигаться на ощупь, и ревизии пройденного пути для более точного определения вектора будущего движения, и даже отступления назад, которое позволит сделать шаг вперед.

Если оценивать пройденный и грядущий периоды в целом, то коротко их можно охарактеризовать так: позади осталась стрельба по площадям (сначала автоматизируем то, что можно, а потом оценим результат), впереди — стрельба по четко обозначенным целям (будем автоматизировать то, что надежно обеспечивает достижение запланированной цели). Иначе говоря, нас ждет переход от «валовой» автоматизации к автоматизации целевой.

Авторы настоящей статьи не претендуют на всеобъемлющий и глубокий анализ причин скромных успехов процесса «АСУПизации всей страны» вследствие избытка на рынке решений, средств и продуктов для решения этих задач, но пытаются обозначить одну из проблем внедрения ERP-систем на промышленных предприятиях — интеграцию процесса управления производством в единую систему управления предприятием.

В начало В начало

Почему ERP-системы не оправдывают надежд

В принципе, вполне понятно, почему на промышленных предприятиях внедрение модулей ERP-систем, отвечающих за производство, осуществляется в последнюю очередь (если до этого вообще доходит дело). Связано это прежде всего с тем, что офисные системы необходимо интегрировать с миром иных технологий, физических процессов и параметров. Вместо обычных компьютеров и ручного ввода данных нужно иметь дело с автоматическими источниками информации (датчиками, контроллерами, SCADA-пакетами), которые должны фиксировать и обрабатывать информацию в реальном времени, иначе она будет безвозвратно потеряна. Кроме того, информация передается по специальным промышленным шинам типа Modbus, PROFIBUS и др., требующим сопряжения с офисными сетями Ethernet. Смысловое наполнение циркулирующей здесь информации, казалось бы, тоже не имеет никакого отношения к делу — это, как правило, данные о давлении, температуре, расходах физических ресурсов (пар, тепло, топливо, электроэнергия и т.д.), но не о финансовых средствах или товарах. Да и руководство предприятия, внедряющего ERP, легче убедить в том, что для успеха внедрения гораздо важнее учитывать и считать живые деньги в бухгалтерии, сырье, комплектующие, а также готовую продукцию на складе. Однако существует прямая логическая взаимосвязь ряда ключевых технологических параметров производственного процесса с показателями материально-хозяйственной и финансовой деятельности. Например, потребление электрической мощности и других энергоресурсов (газ, вода, тепло) в процессе производства напрямую влияет на себестоимость; текущий расход сырья или простои оборудования могут определять оптимальное время подачи в цех новой партии сырья; своевременное выявление нарушения технологии позволяет сократить или вовсе исключить дополнительные затраты, связанные с исправлением брака.

Как известно, на производственном уровне в настоящее время доминирует «лоскутная», «островная» автоматизация. Здесь отсутствует единая информационная среда, которая смогла бы стать основой системы оперативного учета и управления ресурсами производства на уровне участка, цеха и предприятия в целом. В то время как на административно-хозяйственном уровне в рамках ERP-системы осуществляется учет каждой финансовой операции и каждого документа, на уровне производства подобного детального контроля не обеспечивается, а ведь именно на этом уровне рождается прибавочная стоимость, осуществляются основные затраты и скрыты главные источники экономии, обеспечиваются производственный план и нужное качество продукции, а также работают многие другие факторы, определяющие эффективность и рентабельность предприятия. Таким образом, из контура автоматизированного контроля и управления предприятием выпадает основное звено — производственный блок.

В кибернетике считается, что управлять можно только тем, что подвергается измерению. Очевидно, что этот принцип нарушается при управлении производством со стороны ERP: производство в этом случае представляет собой в плане контроля и мониторинга, а значит, и управления так называемый черный ящик. Его внутренние процессы информационно и логически не взаимосвязаны и не синхронизированы по времени с процессами административно-хозяйственной и финансовой деятельности предприятия в целом. Получается, что применительно к производству основная задача АСУП — своевременно обеспечить поставки сырья и комплектующих, задать производственный план, подготовить склад и отдел сбыта к отгрузке, а затем пассивно ждать появления готовой продукции.

При этом руководители производства всех уровней вначале бодро рапортуют о том, что план будет выполнен, к середине планового срока начинают говорить о неожиданно возникших проблемах, а в конце срока заявляют директору, что план вообще не может быть выполнен, так как производственные фонды изношены, автоматизация слабая, главный конвейер поставлен на непредвиденный ремонт, прессовщик не вышел на работу и т.д. и т.п. И происходит это вовсе не потому, что руководители производства  — плохие организаторы и неумелые менеджеры, а по той причине, что для решения данных проблем необходима система оперативного управления производственными процессами с учетом фактической ситуации, которая подвержена значительным и быстрым изменениям. Без такой системы управлять производством приходится посредством интуиции и всевозможных указаний подчиненным на фоне текущих проблем (рис. 1).

В начало В начало

Что можно сделать

Чтобы процесс производства стал контролируемым и управляемым, нужно решить по крайней мере две задачи. Во-первых, необходимо создать систему измерения, обеспечивающую объективный и оперативный контроль текущего состояния технологических и производственных процессов и имеющихся в распоряжении производственных ресурсов. Во-вторых, следует найти адекватный инструмент управления производственными процессами и ресурсами.

Для высокой эффективности управления производством необходимо обеспечить соответствующее качество выбранных средств измерения и управления, качество производственной информации, адекватность системы управления целевой функции управления и, конечно, качество управленческих решений. Игнорирование любого из этих факторов неизбежно приведет к потере эффективности управления. Естественно, все это справедливо и для других элементов АСУП, однако для производственного уровня такой подход особенно актуален, поскольку именно здесь можно получить действительно качественную информацию, необходимую и достаточную для принятия управленческих решений. Показателями качества этой информации являются ее оперативность и объективность.

Оперативность позволяет:

• своевременно обнаруживать узкие и проблемные места производства, обеспечивая тем самым возможность оперативно влиять на процесс;

• контролировать в реальном времени загрузку и техническое состояние производственного оборудования;

• управлять ключевыми показателями производства не по нормативным параметрам, а по их реальному текущему состоянию.

Объективность обеспечивает:

• оптимизацию производственных процессов на основе их объективного анализа;

• поддержку заданных производственных показателей: производительности, качества продукции, себестоимости;

• исключение человеческого фактора при решении учетных задач.

Решение всех перечисленных задач необходимо для повышения эффективности производства и требует ответов на следующие вопросы:

• Целесообразно ли решать эти задачи с помощью имеющихся в ERP-системах средств поддержки производства и интеграции их с уровнем АСУТП?

• Не является ли это задачей нового класса продуктов, не таких дорогих, более легких при внедрении и ориентированных на решение специализированных задач управления производством?

• На что лучше ориентироваться в этом случае: на готовые или заказные системы?

• С чего начать создание системы управления производством?

Очевидно, что однозначных ответов здесь быть не может. Мы уверены лишь в том, что при серьезном, то есть целевом подходе к созданию действительно интегрированной АСУП промышленного предприятия невозможно обойтись без решения проблем производства.

В начало В начало

Производственные исполнительные системы — необходимый элемент эффективного управления предприятием

В большинстве реализованных проектов, связанных с созданием интегрированных систем управления промышленным предприятием (во всяком случае, в России), существует целый ряд функций, не обеспечиваемых ни классом ERP, ни классом АСУТП. На условной модели предприятия (рис. 2) показано, что ERP-системы не обеспечивают оперативного управления производством, ограничиваясь стратегическим планированием, что предопределяет существование значительного функционального разрыва между уровнем ERP и уровнем АСУТП — в этом не охваченном информационными технологиями пространстве оперативного управления производством находятся жизненно важные для предприятия производственные процессы, создающие прибавочную стоимость и оказывающие значимое влияние на эффективность предприятия в целом.

Этот класс задач не нов и хорошо известен, а средства автоматизации данных процессов разрабатывались, в том числе и в нашей стране, более двух десятилетий назад и носили название АСУПП (АСУ производственных процессов). В настоящее время указанные системы позиционированы в классе производственных исполнительных систем (Manufacturing Execution Systems, MES), ориентированных на информатизацию задач оперативного планирования и управления производством, на оптимизацию производственных процессов и производственных ресурсов, на контроль и диспетчеризацию выполнения планов производства с минимизацией затрат. Как и для ERP-систем, в данный момент в классе MES-систем происходит интенсивная разработка формализованной методологии создания и внедрения данного класса производственных систем.

На Западе необходимость использования MES-систем считается очевидной, и при решении задач комплексной автоматизации предприятия одновременно ведется поиск решений для трех взаимосвязанных уровней управления: АСУТП, MES и ERP. В России же подобные системы практически неизвестны, и игнорирование их, на наш взгляд, является причиной серьезных проблем при создании комплексных систем автоматизации промышленных предприятий.

Функции, реализуемые в MES-системах, аналогичны методам управления в ERP-системах, но только в иных временных масштабах и с другими объектами контроля и управления. MES — это автоматизированная исполнительная система производственного уровня, предоставляющая ряд возможностей, которые дополняют и расширяют функции ERP-систем. Используя фактические технологические данные, MES-системы поддерживают всю производственную деятельность предприятия в режиме реального времени. Быстрый результативный отклик на изменяющиеся условия и ориентация на снижение издержек помогают эффективно управлять производственными операциями и процессами. Кроме того, MES-системы формируют данные о текущих производственных показателях, необходимые для функционирования ERP-систем. Таким образом, MES-система — это связующее звено между ориентированными на финансово-хозяйственные операции ERP-системами и оперативной производственной деятельностью предприятия на уровне цеха, участка или производственной линии.

Интегрированную автоматизированную систему управления промышленным предприятием можно представить в виде трех взаимосвязанных уровней управления (рис. 3), каждый из которых выполняет свою основную управленческую функцию:

• верхний уровень управления предприятием (административно-хозяйственный) решает стратегические задачи, а соответствующая ERP-система обеспечивает управление ресурсами в масштабе предприятия в целом, включая часть функций поддержки производства (долгосрочное планирование и стратегическое управление в масштабе: годовое, квартальное, месячное);

• средний уровень управления (производственный) решает задачи оперативного управления процессом производства, а соответствующая автоматизированная система обеспечивает эффективное использование ресурсов (сырье, энергоносители, производственные средства, персонал), а также оптимальное исполнение плановых заданий (сменное, суточное, декадное, месячное) на уровне участка, цеха, предприятия;

• низшие уровни технологического управления решают традиционные задачи управления технологическими процессами.

Надо отметить, что при передаче части функций управления от систем ERP в MES-системы на производственный уровень (руководству производства, цеха, производственного участка, технологу, начальнику службы эксплуатации и т.д.) происходит рациональная сегментация контуров управления предприятием в целом (рис. 4).

Каждый контур управления характеризуется соответствующим уровнем интенсивности циркулирующей в нем информации, своим масштабом времени и своим набором функций:

• контур управления уровня АСУТП (технологический) является самым интенсивным по объему информации и самым жестким по времени реакции, которое может составлять секунды и даже миллисекунды. В этом уровне — в SCADA-системах — происходит накопление и обработка большого числа технологических параметров и создается информационная база исходных данных для MES-уровня;

• контур управления уровня MES (оперативно-производственный) опирается на отфильтрованную и обработанную информацию, поступающую как от АСУТП, так и от других служб производства (снабжения, технической поддержки, технологических, планово-производственных и т.д.). Интенсивность информационных потоков здесь существенно ниже и связана с задачами оптимизации заданных производственных показателей (качество продукции, производительность, энергосбережение, себестоимость и т.д.). Типовые времена циклов управления составляют минуты, часы, смены, сутки. Оперативное управление производством в этом контуре управления осуществляется специалистами, которые более детально, чем высший менеджмент, владеют производственной ситуацией (руководители производственных цехов, участков, главные технологи, энергетики, механики и др.). В связи с этим следует повышать качество и эффективность принимаемых решений в пределах делегированных полномочий;

• контур управления уровня ERP (стратегический) освобождается от решения оперативных задач производства и обеспечивает поддержку бизнес-процессов предприятия в целом. Поток информации от производственного блока становится минимальным и включает агрегированную управляющую и отчетную информацию по стандартам ERP с типовыми временами контроля (декада, месяц, квартал), а также «алармовые» сигналы, требующие немедленного вмешательства высшего менеджмента предприятия.

Очевидно, что при комплексной автоматизации практически любого предприятия существует потребность в обеспечении того или иного набора MES-функций средствами автоматизации. Какими продуктами это реализуется — другой вопрос, и здесь возможны разные варианты. В одном случае могут применяться интегрированные MES-системы, в другом — эти функции могут быть реализованы в рамках определенной функциональности ERP, в третьем — возможно использование автономных продуктов, реализующих ту или иную MES-функцию. Возможно также и сочетание этих вариантов. Конкретный набор MES-продуктов для данного предприятия, с учетом его специфики и возможностей, обычно предлагают фирмы, специализирующиеся на MES-консалтинге, и системные интеграторы (www.mesa.org, www.mesa.ru) в рамках предлагаемого MES-проекта. Пример технической реализации MES-проекта приведен на рис. 5.

Нужно отметить, что автоматизация всех уровней управления везде и сразу не является обязательной — возможны поэтапная автоматизация предприятия или управление на уровне MES-системы с дополнением ее учетными средствами автоматизации административно-хозяйственной деятельности предприятия.

Возросший в последнее время интерес к MES-системам и к классу MES-продуктов  — не просто дань моде, а насущная потребность производства в целях повышения эффективности и рентабельности промышленных предприятий. Доказательствами этого утверждения служат следующие обстоятельства:

1. Классификация MES-функций определяет их четкую ориентацию на достижение заданных реальных целей повышения эффективности производства с учетом организационной структуры промышленного предприятия. Широкий набор этих функций и наличие на рынке достаточного ассортимента систем и отдельных продуктов, реализующих эти функции для различных отраслей промышленности, позволяют создавать интегрированные системы, учитывающие конкретные типы, уровни и объемы производства предприятий.

2. MES-системы, как правило, уже интегрированы с источниками физических данных уровня АСУТП — программируемыми логическими контроллерами (ПЛК), SCADA-системами и базами данных реального времени, с одной стороны, и ERP-системами, с другой стороны, что обеспечивает интеграцию всех уровней управленческой и информационной вертикалей предприятия.

3. Методология внедрения MES не требует серьезной реорганизации производственного предприятия и подстройки его под конкретный продукт, а основывается на выборе оптимального набора продуктов, решающих конкретные задачи повышения эффективности производства конкретного предприятия.

По мнению западных экспертов, внедрение систем управления производством — жизненно важный этап реализации общей стратегии бизнеса в плане решения как организационно-хозяйственных, так и технических задач. Эти системы могут стать одним из основных элементов повышения конкурентоспособности производственного предприятия и устранить разрыв между производственными и административными уровнями управления. Выгода от внедрения систем управления производством может многократно превысить расходы на их разработку и дать весьма ощутимые результаты с точки зрения рентабельности и возможностей дальнейшего развития предприятия.

По нашему мнению, на российских предприятиях имеются неплохие предпосылки для внедрения MES-систем — важно только не повторять тех ошибок, которые сопровождали процессы внедрения ERP.

В начало В начало

«САПР и графика» 6'2003