Автоматизация адаптивного управления производством на промышленном предприятии - Коллектив авторов

Система PolyPlan имеет меньший набор функций MES, но позиционируется как система оперативно-календарного планирования для автоматизированных и гибких производств в машиностроении. Российская MES-система PolyPlan ориентирована на машиностроительные производства, но, кроме традиционного класса обслуживающих устройств типа рабочих центров (РЦ), оперативно-календарное планирование PolyPlan предполагает формирование расписаний для транспортных систем, осуществляющих перевозку партий деталей между РЦ, для складских устройств приема-выдачи партий деталей и для бригад наладчиков. Ввиду отсутствия явного контура оперативной диспетчеризации PolyPlan стоит несколько дешевле указанных выше систем [19].

Система MES PolyPlan легко адаптируется для управления и неавтоматизированным производством. Ориентированная на машиностроение, она может быть также использована и на этапе маркетинга, – программа позволяет на укрупненных данных определить возможность выполнения портфеля заказов по существующим фондам времени технологического оборудования. При оперативном планировании производства возможно получение нескольких допустимых решений расписания. Чем выше глубина поиска, которая задается пользователем, тем больше время счета, но и тем выше точность построения расписания. Точность «однопроходной» оптимизации, часто используемой в таких задачах, отличается от оптимального решения не более чем на 5-7%, но на порядки экономит время счета [19].

В версии 1.8 системы Zenith SPPS реализован полноценный обратный расчет расписания. В случае такого расчета для каждой рассчитываемой позиции оперативного плана делается попытка установить максимально позднее начало выполнения операций, при котором еще возможно завершение работы в срок (стратегия Just-In-Time). В результате появляется возможность позднее закупать необходимые для производства материальные средства. В отличие от имеющейся в версиях 1.5-1.7 функции «Поздний срок запуска», обратный расчет работает точно и поддерживает сборы, но при этом требует гарантированного запаса свободного времени на рабочих местах. Функция уплотнения позволяет корректно убрать из плана неоправданные простои, возникшие вследствие оптимизации расписания по другим критериям. В результате происходит дополнительная оптимизация плана. При перерасчете расписания можно сохранить изменения периодов выполнения операций, сделанные в ходе диспетчирования предыдущего расписания [22].

В T-FACTORY 6 MES предусмотрены средства сетевого и перспективного планирования на неограниченный период времени. Планирование возможно осуществлять также во внешних программах – например в MS Project® [23, 24]. Основное отличие T-FACTORY 6 MES от конкурирующих разработок, отмечаемое самим производителем, заключается в следующем [25]:

T-FACTORY 6 MES – коробочный продукт, который может быть полностью освоен и внедрен силами отдела АСУ предприятия;

T-FACTORY 6 MES основан на технологиях реального времени, разрабатывается в тесной интеграции с системой АСУТП предприятия (как бы «вырастает» из нее).

В целом система представляет достаточно сильные средства для автоматизации производства и смещена в большей степени в направлении ERPсистем.

Система Preactor (Великобритания) формируется на этапе построения логической модели производства. В процессе описания основного технологического оборудования с каждым инвентарным номером связываются какие-либо ограничения, способные оказать влияние на его доступность или характеристики работы. В качестве вторичных ограничений может выступать предел потребления электроэнергии, необходимость присутствия оператора на определенных рабочих местах, наличие специфической оснастки и т. п. В дальнейшем при планировании и коррекции плана система будет отслеживать доступность и объем использования вторичных ограничений. В случае превышения или нехватки ресурсов система, прежде всего, проинформирует об этом диспетчера, а затем предложит принять либо отклонить условия этого варианта плана [26].

Идеальным решением является комплексная автоматизация, предлагаемая, например, ERP-системой Axapta от Microsoft. Но, в существующих экономических условиях далеко не все предприятия могут позволить себе использование таких систем. Поэтому приходится автоматизировать предприятие несколькими продуктами различных производителей. При этом необходимо учитывать, что планы по автоматизации не должны сковывать планы предприятия по развитию: всегда нужно обдумывать решения на шаг вперед [27].

Довольно часто приходится слышать о различных ситуациях, в которых необходимо планировать новый пришедший заказ по какой-либо стратегии. Самыми популярными стратегиями являются ASAP («As soon as possible» – «Планирование как можно раньше») и JIT («Just in time» – «Точно в срок»). Возможность настройки параметров планирования значительно повышает гибкость системы планирования, однако возможность настройки стратегии отсутствует практически во всех рассмотренных системах и, как правило, предоставляет возможность только для задания выбранной стратегии для всего плана производства, всего потока заказов, что является достаточно жестким условием.

Рассматривая развитие MES систем, можно отметить частое смещение понимания MES в сторону ERP-систем. Однако в части, касающейся управления производственными процессами, MES-системы отличаются от ERP тем, что в MES расчет производственных планов строится на основе множества критериев. В системах ERP планирование, как правило, осуществляется по одному критерию. В MES-системе ФОБОС таких критериев 14 (например, максимальный коэффициент загрузки, минимальное число используемых станков, равномерная загруженность станков, минимальное число переналадок, минимальная мощность грузопотока и другие). В системе Preactor таких критериев 8. Минимально возможное число критериев, отличающее MES-систему от систем других типов, равно двум. Различные комбинации критериев позволяют рассчитывать десятки вариантов производственного плана, использовать их как средство моделирования производственных процессов и выбирать наиболее эффективный сценарий выполнения текущего плана [28].

Только MES-системы оперируют так называемыми векторными, интегральными критериями построения планов. При этом диспетчер, составляя план, может указать, что должно быть достигнуто в конкретном расписании: уменьшение календарной длительности выполнения всего задания, уменьшение длительности операций переналадок, высвобождение станков, имеющих небольшую загрузку и т.п. Оперативность составления и пересчета плана является также прерогативой MES, поскольку пересчет может вестись с дискретой в одну минуту. Это не означает, конечно же, что каждую минуту рабочему будут выдаваться новые задания, но это означает, что все процессы в цехе контролируются в режиме реального времени, что позволяет заранее предвидеть все возможные нарушения расписаний и вовремя принимать соответствующие меры [29].

Критерий, который отражает какой-либо один параметр при построении плана, называется частным, например, минимизация времени переналадок, минимизация транспортных операций и другие. В отличие от частных критериев, существуют критерии интегрального характера. К ним относятся, например, минимум суммарного непроизводительного времени, минимум стоимости выполненного плана и другие [30, 31].

С использованием нескольких частных критериях можно создать очень большое количество комбинаций, которые могут быть пригодны для различных производственных ситуаций. Например, в MES-системе ФОБОС имеется возможность получения 100 комбинаций векторных критериев. Такое большое количество векторных критериев в системе ФОБОС достигается комбинированием 14 критериев в группы по три критерия. Для таких случаев системный анализ на основе жесткого руководства «разделяй и властвуй» дает более гибкое решение – «разделяй, синтезируй, властвуй». Это относится к так называемым векторным критериям планирования. Векторный критерий – это такой интегральный критерий, в который могут входить несколько частных критериев, иногда противоречивых (чем более противоречат частные критерии друг другу, тем сложнее отыскать оптимальное решение). В ряде случаев синтез критерия осуществляется в процессе уточнения производственного задания по планированию с учетом технологии того или иного производства [31].

При оптимизации планов в MES-системах с помощью векторных критериев используются различные методики, но чаще всего – поиск оптимума на Парето-множествах [32]. Таким образом, за счет использования в MESсистемах векторных критериев повышается управляемость при построении расписаний, что существенно сказывается на последующем увеличении эффективности использования парка дорогостоящего оборудования. При планировании партиям деталей могут назначаться приоритеты. Так, в MES-системе ФОБОС некоторым заказам присваивается приоритет в очереди заказов, подлежащих планированию. Приоритет назначается в виде числа от 1 до 100, чем больше значение, тем выше приоритет, а значит, эта партия деталей будет назначаться на изготовление раньше по времени, нежели партии деталей, имеющих более низкий приоритет [31].