XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

Введение

Сегодня в АСУТП достаточно опыта и навыков, которые отражены в многочисленных трудах нескольких поколений ученых. Однако в процессе модернизации производства мы сталкиваемся с необходимостью пересмотра устоявшихся научных взглядов для усовершенствования моделей организации производства и управлением предприятиями.

Сегодня традиционная система индустриального производства не может обеспечить стабильное развитие национальной и мировой экономики. Требуется реализация новой стратегии развития производственных систем, с высоким уровнем приспособляемости к изменяющемуся рыночному спросу. Применение таких систем нового поколения с автоматически изменяющейся структурой позволяет широко использовать параллельную организацию работ на производстве, что существенно повышает эффективность работы предприятия.

Разработанные в прошлом подходы к организации производства практически полностью утратили эффективность, а новые еще только формируются. Набирает актуальность задача формирования принципиально новой теоретической базы производственного менеджмента, улучшения существующих и разработки новых технологий проектирования и эффективного регулирования технологических процессов, повышающих работу предприятий. Актуальность этой проблемы подтверждается бурным развитием за рубежом систем поддержки жизненного цикла продукции (Continuous Acquisition & Life cycle Support / CALS — технологии). Данные технологии преимущественно ориентированы на гибкое высокотехнологичное производство с широким использованием автоматических систем, вычислительных машин и сложных технологических процессов. В связи с этим, начиная с 1990-х гг., огромное значение в научных разработках решения проблем организации производства и управления промышленными предприятиями занимают работы по созданию адаптивных производственных систем (Reconfigurable/Intelligent Manufacturing Systems RMS/IMS). По данной тематике регулярно проводятся крупные международные форумы и конференции, посвященные вопросам повышения технологической гибкости существующего роботизированного производства и создания в будущем нового поколения производственных систем с параллельными технологическими процессами.[1]

Автоматизация предприятия – важнейший этап технологического развития человечества. Но для того, чтобы полноценно использовать системы автоматизации промышленного производства, необходимо точно и грамотно ставить задачи. [2]

Внедряя системы управления ресурсами предприятия, можно получить решения множества типичных проблем, например

1)сократить производственные издержки за счет создания расписания, оптимизированного для оборудования с учетом технологических ограничений и синхронизированного по ресурсам и материалам;

2)сократить запасы сырья и материалов за счет планирования загрузки оборудования, синхронизировано с потребностью в материалах и их наличием на складе;

3)сократить незавершенное производство, планируя производственные заказы на полуфабрикаты так, чтобы сократить время ожидания их в очереди на обработку на следующей стадии;

5)сократить штрафы за просрочку отгрузки готовой продукции и снизить транспортные расходы на срочную доставку за счет планирования производства к дате отгрузки;

6)повысить производительность за счет оптимального использования всех занятых в производстве единиц оборудования, сбалансированности их загрузки и сокращения время нахождения заказов в производстве;

7)улучшить качество обслуживания клиентов, используя реальные планы производства и увеличивая количество заказов, исполненных точно в срок,

8)ускорить вывод на рынок новых товаров за счет прозрачной и неразрывной цепочки процессов, начиная от получения конструкторско-технологической документации до запуска изделий в производство и отгрузки готовой продукции заказчику. [2]

В данной работе произведен анализ существующих автоматизированных систем управления производством. Так же рассмотрены предприятия, на которых успешно внедрили АСУП. Цель нашей работы показать на каком уровне сейчас находятся разработки в области АСУТП как в России, так и в мире, какие у них плюсы и какие задачи они должны решать.

Разработка систем управления производством в России

Использование иностранного программного обеспечение по эксплуатации элементов технического производства приводит к вопросу о безопасности отечественной индустриальной сферы. Ведь в истории уже имеются факты подрыва работы предприятия из-за введённых санкций. На данный момент в России формируется рынок проектов в сфере информационных технологий, которые затрагивают не одно предприятие, а целые отрасли производств. Компания «Оптима» провела соц. исследование, благодаря которому заказчиков в ИТ сфере можно поделить на: передовых (нефть, газ), перспективных (металлургия, госсектор), растущие (малые и средние предприятия). Главными центрами являются Москва, Санкт-Петербург и Самара. Так же стоит отметить крупнейшего отечественного разработчика ПО для автоматизации производственных процессов – АСКОН.

Одними из первых информационных технологий, появившихся на рынке России, были ERP-системы (SAP R/3, Scala). Главными разработчиками этого софта можно считать компании: «Парус», «1C», «Галактика». Так же сегодня эти фирмы предлагают сложные решения комплексной автоматизации для перерабатывающих и энергетических отраслей. Стоит также отметить отечественного разработчика «систем автоматизации документооборота» - компания «EOS». Волжский автомобильный завод можно считать первым предприятием, на котором успешно внедрили АСУ. Система управления решала задачи: оперативно календарное планирование, управление сборочными конвейерами в реальном времени и др. Техническое обеспечение ACУ-ВАЗ имело иерархическую структуру построения и обеспечивала технологический взаимосвязанный цикл регистрации. Высокая надежность комплекса АСУП давала возможность гибкого резервирования внешних устройств и процессоров, это дало возможность оперативно изменять конфигурации вычислительных систем с помощью канальных и периферийных переключателей. В конечном итоге, благодаря внедрению автоматизированных систем управления производством были полностью исключены ручные операции. В целом на российском рынке работает достаточное количество предприятий, производящие различные технические устройства для АСУ ТП. Однако ни у одного из них нет производства большей части программно-технических компонентов АСУ ТП. Другими словами, одна компания не может полностью внедрить системы управления производством, в отличии от иностранных компаний «Siemens» или «General Electric»

Проблемы и задачи решаемые АСУП

На российском рынке АСУ одной из главных проблем это импортозамещение. Сегодня имея достаточное количество аналогов зарубежного ПО, компании все же предпочитают выбирать последнее. Российские компании не могут на равных конкурировать с международными гигантами в силу несопоставимых финансовых возможностей. Помочь в этом могло бы государство, однако здесь имеется один барьер. Дело в том, что государственная стратегия в данной сфере остается достаточно невнятной.  Российский классификатор видов продукции, например, не отражает существенной части продуктов и услуг, являющихся ключевыми для цифровой экономики, в частности АСУТП. Конечно, отмечают разработчики ПО, положительные сдвиги с господдержкой есть, и власти РФ предпринимают важные шаги в этом направлении. Принят целый ряд постановлений и распоряжений правительства. В частности, государственным компаниям предписывается отдавать приоритет при закупках российским производителям. Более того, наши предприятия получили 15‑процентную ценовую фору. Другими словами, если иностранная продукция на 15 % дешевле, все равно надо покупать отечественную. Зачастую российским разработчикам ПО просто тяжело конкурировать с иностранцами в вопросах имиджа и маркетинга. Иностранные компании за свой счет приглашают десятки российских менеджеров на семинары – на Кипр, в Италию, в Испанию. Разумеется, это определенный стимул для менеджмента, чтобы сделать выбор именно в пользу импортного ПО. К сожалению, у российских производителей таких возможностей обычно нет. Однако даже если российским компаниям все же удается получить подряды, они нередко сталкиваются с проблемой неплатежей. Иностранным компаниям платят минута в минуту, ведь в противном случае применяются огромные штрафы. А вот отечественным разработчикам платежи задерживают, что усложняет их и без того сложное положение.  В качестве примера значимости и актуальности вызова хочу привести в пример ситуацию с внедрением АСУ ТП на предприятии города Омск. Там реализуется национальный проект в области импортозамещения – создание фабрики по выпуску катализаторов. Технологический процесс там используется российский. Но автоматизация управления этим предприятием планируется на зарубежном программном обеспечении [3].

На данный момент в самом разгаре совершается четвертая индустриальная революция, машины и системы переходят на совершенно новый уровень, дистанционное управление производством. Так как нового поколения процессоров пока не существует, а сегодняшние инновации производителей направлены лишь на оптимизацию нынешних технологий, а именно плотное расположение элементов на кристалле. Другими словами, использование огромных интегральных схем. И активно ведутся разработки самообучающихся машин, использующих технологию «Big Data Analysis». Таким образом, что перед предприятиями с АСУП стоят глобальные задачи:

Выстраивание ускоренного плана по внедрению в производство новых поколений высокоэффективной техники.

В решении этой задачи активное участие принимает глобальная корпорация «Газпром нефть». Компания улучшает логистику производства, внедряют беспилотники. На производстве ускорился процесс получения данных о месторождениях нефти и актуальности скважин. Одна из главных целей предприятия – построение единой платформы АСУП, начиная от добычи полезных ископаемых и до прямой поставке потребителю.

Если рассмотреть предприятия, направленные на производство транспорта или похожей продукции. То сейчас люди хотят право индивидуальности. Поэтому производимая продукция должна изготовлена под вкус потребителя. Для этого требуется наладить быстрое производство единичной продукции, или адаптировать предприятие под мелкосерийное производство.

В пример можно привести всемирно известную автомобильную компанию – «Роллс-Ройс». Компания предоставляет клиенту самому выбрать не только внешние изменения, но и внутренний экстерьер. Так же предприятие способно выпустить единичный автомобиль под эскиз заказчика.

Пересмотр сегодняшних социальных устоев предприятия и повышение привлекательности производств для молодых сотрудников.

В кругах молодого поколения все чаще чувствуется неприязнь к перспективе идти на завод. Дело в том что производство работает по старой системе, а сегодня желания распоряжаться своим временем, избегать иерархических структур и нежелание слепо подчинятся приказам руководителя приобретают главный характер. Молодое поколение предпочтет выполнить работу в кафе в удобное время, иметь возможность взять выходной. Поэтому для сохранения квалицированного персонала требуется внедрение новых стратегий по повышению интереса к индустриальной сфере.

Социальный запрос на экологичное и рациональное, социально-ориентированное производство. 

Продукция, выпускаемая предприятиями, должна быть ориентированная на потребителя, то есть предприятия должны ставить на первое место человека и отношения между ними, а не отношения к человеку как к возможности получения прибыли. Предприятия должны решать в первую очередь социальные потребности клиентов и сотрудников, в противном слечае они могут их потерять. [4]

Автоматизированные системы управления производство

Автоматизированные системы управления производством нужны промышленным предприятиям для организации, планирования, контроля и управления производственного процесса

На производстве управление потоками информации и ресурсами, происходит в многофакторной среде. Все процессы необходимо связать так, чтобы продукция производилась в срок и с высоким уровнем качества. При этом нужно учитывать параметры оборудования, сырья, компонентов, окружающей среды, а на управленческом уровне иметь представление о состоянии производства и производственных процессов для принятия решений. Для этого требуются системы управления производством.
На функционирующем производстве уже есть такая система управлением производства. Если предприятие не масштабное, то имеют право на существование автоматизированные системы на основе бумажного документооборота и межличностных отношений. Тем не менее, с повышением требований к производимой продукции, так же увеличивается сложность. Повышается и вероятность несоответствий различного рода. Применение систем MES, обычно работающих в паре с решениями APS (системами производственного планирования и диспетчеризации), позволяют автоматизировать часть рутины, взять на себя задачи по сбору и предоставлению информации для предприятия. При этом они оставляют больше времени на работу, которая создаёт ценность для потребителя и компании.

Важно понимание того, что такое ценность. В концепции бережливого производства понятие ценности описывается четырьмя пунктами:

1)Дать клиенту то, что он хочет.

2)Дать клиенту продукт там, где он хочет. 

3)Дать клиенту продукт тогда, когда это ему необходимо. 

4)Дать клиенту продукт за те деньги, которые он готов за него платить. [4]
Для заказчика продукт, который полностью соответствует этим пунктам, является качественным. Учитывая описанные выше вызовы — проблемы и сложности, которые стоят перед современными производственными предприятиями, возникает вопрос: как ими управлять в таких условиях?

Системы управления производством MES

Любое коммерческое предприятие должно производить продукцию для потребителя с наименьшими затратами для получения прибыли на дальнейшее развития производства. Все процессы в производственном цикле, по-разному влияют на себестоимость изделия. Поэтому применение различных автоматизированных систем или установка нового оборудования обычно рассматривается в контексте сокращения издержек.

Системы управления производством и производственными операциями (MES/MOM), такие как DELMIA Apriso, являются инструментом, требующим не только серьёзных финансовых затрат, но и глубокого детального анализа. Помимо гармоничного встраивания систем в технологический процесс они также должны соответствовать ожиданиям: быть просты и удобны в управлении, предоставлять актуальную и точную информацию для принятия решений, удовлетворять текущим и будущим требованиями производства и общества.[4]

Поддержка уже выстроенных процессов позволяет сохранить комфортную рабочую среду, снизить эмоциональную нагрузку и стресс внутри команды. Учитывая возможности влияния систем MES на предприятие, они должны решать задачи, которые беспокоят как производственника, так и владельца производственного предприятия, помогать предприятию стать прибыльнее и непрерывно развиваться.

[5] Со временем MES системы стали не справляться с задачами и встала задача улучшений существующих технологий. Новое поколение получило название MES+.

Преимущества программного обеспечения MES+

- Адаптивность к портфелю заказов

-Адаптация производственной среды. Может изменяться под воздействием множества различных факторов и происходит это через управление потоками производственных заданий с автоматически назначаемыми приоритетами и выработку корректирующих действий со стороны как системы, так и цехового менеджмента по поддержанию эффективности производственной среды.

-Самообучение системы через постоянно развивающийся цифровой двойник

Адаптивная система управления проектной и производственной средой, способная поддерживать высокую эффективность при изменении внешних условий, требует быстрой обратной связи от систем мониторинга ресурсов, операций и очередей с использованием любых современных средств ввода – от ручных сенсорных панелей до киберфизических систем, входящих в состав интеллектуальных датчиков и контроллеров. Посредством этих связей и накопления знаний через алгоритмы статистической обработки создается цифровой двойник производства, который открывает новые возможности для достоверного моделирования ситуаций и точного прогнозирования бизнес-результатов с использованием автоматически формируемых контрольных карт Шухарта.

-Ускорение производственных потоков

Задача корректирующих действий – постепенно добиться гибкой интеллектуальной автоматизации управления практически всеми производственными процессами, включая процессы контроля и переналадки без участия человека. В свою очередь, реализация принципа эстафеты позволяет выполнять в срок до 100% заказов, обеспеченных мощностями. Одновременно достигается значительное сокращение циклов производства. При этом если самоуправляемый робот может в соответствие с заложенным алгоритмом сгенерировать событие, меняющее состояние системы, то для производственных операций с участием человека, выполняющего функцию наладчика, контролера, логиста или оператора, для генерации события в системе необходим простой маршрутный терминал с сенсорной панелью.

-Повышение конкурентоспособности предприятия

Внедрение системы ERP

ERP-система (от англ. Enterprise Resource Planning) является инструментом для планирования ресурсов предприятия. Системы ERP предназначены для хранения и обработки огромного количества данных, и позволяют связать все информационные ресурсы в единое целое. Полученная информация позволит более грамотно распределять производственные ресурсы и принимать точные управленческие решения. Именно качественное планирование в крупном бизнесе и приносит ощутимый эффект. Программа не просто хранит данные о происходящем на предприятии, но и позволяет благодаря встроенным модулям планировать и оптимизировать все виды ресурсов – финансовые, материальные, человеческие, временные. ERP-система, в отличие от других программ, охватывает работу всей компании, а не отдельных подразделений. Современные ERP-системы нужны, чтобы связать все процессы в единый цикл управления. Автоматизация ERP позволяет объединить все бизнес-процессы компании на одной мощной платформе. [6]

Но из-за высокой стоимости и сложности внедрения ERP-системы, автоматизация ERP в малом и среднем бизнесе считается нецелесообразной. Такое масштабное решение может, наоборот, замедлить процессы и привести к неоправданным убыткам на предприятии.

Внедрение MES на Концерн “Калашников”

В 2015 начали внедрение ERP и MDM (управление справочниками) технологий. После детального анализа рынка MES-систем, было решено разработать собственную систему для требуемых функциональных требований.

Практика показывает, что внедрение только ERP-системы на производство не решает проблему быстрого перепланирования предприятия из-за специфики систем. Обычно внедрение ERP без MES сопровождается дальнейшим увеличением персонала, для ручного ввода данных в систему. Задачи MES направлены, напротив, на предоставление возможности операторам самим вводить данные в систему, объединять их в единое целое и передавать во внешние системы для детального анализа и построения отчетности. На оборонном предприятии одной из приоритетных целей была возможность выверки нормативно-справочной информации, являющейся актуальной в целом для промышленности и частично для машиностроения. Знание фактических данных по трудоемкости технологических операций и расходу режущего инструмента позволяет выстроить процесс циклической проверки и оптимизации трудовых затрат и расходов основных материалов. MES так же позволяет создать грамотное управление загрузкой оборудования и наладить контроль как запланированных, так и внезапных простоев производства. На производстве так же меняется процесс передачи смен с бумажного на системы сигналов и заявок на ремонты. [7]

Как результат на концерне «Калашников» была внедрена система управление производства. Был выработан индивидуальный подход, который позволил взять все производственные процессы под полный контроль. От создания производственных расписаний до контроля выполнения заданий рабочими. Система функционирует таким образом, что любой сотрудник предприятия ,от оператора до диспетчера, имел собственный рабочий кабинет, работающий через электронный терминал или планшет в цехах, а так же ПК.

Гибкость предприятия

Доктор технических наук Х. Вайендал (H.-P.Wiendahl) выделял три типа гибкости предприятия как системы для успешной работы на современных рынках:

Оперативная гибкость

Производство должно быстро реагировать на незапланированные обстоятельства и задачи. Для этого внедряют оперативную гибкость, которая охватывает работоспособность рабочих, уровень оборудования, последовательности операций и объёма продукции, а также снабжение материалами. Устраняет и контролирует издержки, связанные с браком, переделками, простоями оборудования, а также может реагировать и переключаться на уровне исполнения для производства различных заказов.

Тактическая гибкость 

Нужна для обеспечения наличия процессов, которые способны в определенный период непредвиденных задач поддерживать стабильность, уровень качества и безопасность выпускаемой продукции. А также точности поставок и требуемого уровня затрат.

Стратегическая гибкость

Ориентирована на долгосрочный период, помогает предприятию реагировать на резко изменяющийся рынок. В контексте стратегической гибкости рассматривается уже всё производство и его способность перестраиваться под потребности рынка.

Для внедрения всех трех типов гибкости предприятия как системы, необходимо успешно использовать методы в области менеджмента организации и современных цифровых решений для управления производственными процессами.

Цифровизация и бережливое производство

Одной из концепций управления является бережливое производство. Оно ориентировано на удовлетворение потребностей клиента в соответствии с ожидаемыми им ценностями, она позволяет сократить издержки, не связанные непосредственно с процессом производства продукции, устраняя известные виды потерь.

Помимо обычного применения инструментов бережливого производства для решения проблем, его важными задачами являются выстраивание процессов и операций в последовательности, соответствующей процессам работы над изделием. Это требует пересмотра текущей планировки, перемещения оборудования, глубокого анализа, что требует времени.

Для работы с такими задачами эффективно использовать решения из области цифровых производств (Digital Manufacturing). Они позволяют смоделировать в трёхмерной среде производственный процесс с размещением оборудования в цехах, проработать технологические маршруты, провести анализ операций обработки изделия. Такие функции реализует DELMIA Digital Manufacturing.

Для функционирующих предприятий это даёт возможность увидеть в динамике текущие потоки, обнаружить узкие места и до принятия решения смоделировать новую идею. Это позволяет оценить планируемые изменения, не вмешиваясь и не прерывая реальный физический процесс. Кроме того, можно смоделировать операции, требующие участие оператора и провести оценку не только затрачиваемого времени на создание ценности, но и эргономики операций для формирования комфортной рабочей среды. Применение подобных инструментов даст возможность избежать ошибок и с сразу же запустить наиболее эффективный процесс.

При вводе в производство новых изделий, применение таких решений позволяет смоделировать в виртуальной среде будущий процесс.

Системы MES (таких как DELMAI Manufacturing & Operations) позволяют выстроить процесс взаимодействия как между инженерными и производственными подразделениями для того, чтобы уменьшить время, затрачиваемое на учёт операций по контролю качества и операций между производственными подразделениями.

Анализ данных, получаемых с оборудования, дает возможность встроить оповещения для сотрудников технического обслуживания и ремонта, повысить эффективность использования оборудования и получать информацию о его состоянии, автоматически вычисляя показатели его эффективности.

Таким образом, цифровые решения для автоматизации управления производственными процессами, включая процессы внутренней логистики, ТОиР и управления качеством, позволяют с минимальными издержками реализовать оперативную гибкость предприятия. Решения, позволяющие моделировать производства на уровне цеха или проводить оценку самих операций совместно с APS (DELMIA Ortems), обеспечивают тактическую гибкость. А использование подобных инструментов совместно с платформенными решениями (такими как 3DEXPERIENCE), позволяющими связать все команды, включая продажи и маркетинг, дает возможность в полной мере реализовать стратегическую гибкость.

Заключение

Что касается обстановки в России. Как говорят российские разработчики ПО, чтобы сдвинуть импортозамещение с мертвой точки, надо назначить конкретные объекты, на которых оно должно происходить. И тщательно их контролировать. Проблема заключается еще и в том, что российский рынок – ограниченный. Практически все крупные корпорации действуют в глобальном масштабе. Они получают огромные деньги за техническую поддержку своих продуктов и могут за счет этих средств разрабатывать новое ПО. Поэтому надо сразу думать о том, как выходить с нашим ПО на международную арену, хотя бы в страны БРИКС.  Но если российские компании ТЭКа начнут покупать отечественное ПО и платить за это реальные деньги, то ситуация постепенно, может, и будет меняться к лучшему.

В заключение хочется сказать, что для того, чтобы быть успешной и эффективной, автоматизация промышленного предприятия должна быть планомерным и логичным процессом. Очень важно стандартизировать внутренние процессы, предприятия, потому что работа любого звена в конечном итоге влияет на результат и конкурентоспособное положение на рынке. Конечно, можно полностью модернизировать оборудование, но, если при этом не провести обучение персонала, в модернизации не будет смысла.

Автоматизация это в первую очередь комплексная структура, так что ее внедрение на предприятие должно происходить на всех уровнях.

Как итог внедрения технологий в производство, руководство имеет большие шансы на получение успеха в конкурентной борьбе на мировом рынке, создать наиболее удачную стратегию развития, а также устранить не эффективные элементы в производственной цепи.

Ссылки на литературу

Интернет-проект «Корпоративный менеджмент», 1998-2021. Автор Мизюн Владимир К.т.н, доцент кафедры менеджмента организации Издательство СНЦ РАН URL:

https://www.cfin.ru/management/manufact/manufacturing_sys-01.shtml(Дата обращения 06.11.2021)

Интернет-проект «Корпоративный менеджмент», 1998-2021. Автор Юлия Балашов, эксперт компании «Epicor Software» URL:

https://www.cfin.ru/itm/kis/choose/Manufacturing.shtml (Дата обращения 16.10.2021)

Международная газета «Энергетика и промышленность России». Главный редактор Пресняков Валерий Андреевич. URL: https://www.eprussia.ru/teploenergetika/34/7144443.htm (Дата обращения 08.11.2021)

Форум Хабр. Автор статьи компания «DassaultSystemes» URL: https://habr.com/ru/company/ds/blog/534210/(Дата обращения 06.11.2021)

DDM.lab зарегистрированная торговая марка компании «Современное оборудование» 2000-2021 URL:

https://www.ddmlab.ru/technology/mesplus-mom/(Дата обращения 16.10.2021)

Форум Хабр. Автор статьи компания ООО «Илада». История российской автоматизации. URL:

https://habr.com/ru/company/iladaruli24/blog/273593/ (Дата обращения 16.10.2021)

Газета «РИТМ машиностроения» автор статьи Вячеслав Бухаров, руководитель по внедрению производственных систем URL:

https://ritm-magazine.ru/ru/public/opyt-vnedreniya-sistemy-upravleniya-proizvodstvom (Дата обращения 16.10.2021)

Проект «СОВАРЕ» Санкт-Петербург, Умный выбор систем для бизнеса URL: https://soware.ru/categories/manufacturing-execution-systems. (Дата обращения 06.11.2021)

Четвертая промышленная революция / К. Шваб —«Эксмо», 2016 — (Top Business Awards)

«Системы управления гибким автоматизированным производством» Под общей редакции доктора технических наук, профессора А.А. Краснопрошиной. Киев. Головное издательство издательского объединения «Выща Школа», 1987.

Электронный ресурс «1C-Архитектор бизнеса» URL:

https://www.1ab.ru/blog/detail/erp-sistemy-chto-eto-prostymi-slovami-preimushchestva-i-nedostatki-erp/(Дата обращения 08.11.2021)

Код для цитирования: Скопировать