Гибкое автоматизированное производство
Системы автоматизированного производства (САП)
Отметим, что здесь и далее пойдёт речь об автоматизации производства материальной продукции (не услуг), хотя, как отмечалось выше, производство сложной высокотехнологичной продукции всегда сопровождается поставкой и услуг по их сопровождению и обслуживанию.
Автоматизация производства промышленно развитых стран мира начиналась с автоматических поточные линий, объединяющие комплексы автоматически работающих агрегатных станков и станков-автоматов. Недостатком такой автоматизации является узкая ориентация на изготовление определенного вида изделий. В связи с этим подобные средства автоматизации можно использовать только там, где производство носит массовый, устойчивый характер. В промышленно развитых странах крупносерийное и массовое производство составляет лишь 20%, а единичное, мелкосерийное и серийное производство-80%.
В целях разрешения противоречий, обусловленных, с одной стороны, мелкосерийностью объектов производства, а с другой, ‑ крупными масштабами самого производства, были разработаны специальные методы групповых технологий.
Следующим шагом на пути автоматизации производства является разработка программируемых и за счет этого перенастраиваемых средств, то есть гибкого оборудования. К ним относятся станки с ЧПУ, в том числе обрабатывающие центры, промышленные роботы и вспомогательное (транспортирующее, складское и пр.) оборудование.
Еще большей гибкостью обладают системы, управляемые от ЭВМ. Подобные системы называют по разному. В Японии – гибкой автоматизацией, гибким производственным комплексом. В США – гибкой производственной системой (ГПС) ‑ Flexible Manufacturing System (FMS). В нашей стране такого рода комплексы называют гибким автоматизированным производством (ГАП).
ГАП – это современная форма производства, обеспечивающее максимальную степень гибкости переналадки оборудования (в отличие от остальных существующих типов производства). Гибкость ГАП обусловлена применением специальных станков— обрабатывающих центров (ОЦ), объединённых в гибкие производственные системы (ГПС) системами обеспечения работоспособности. Системы условно можно разделить на технические и информационные. Согласно ГОСТ 26228-85 в состав ГПС входят следующие системы:
- АТСС — автоматизированная транспортно складская система;
- АСИО — автоматизированная система инструментообеспечения;
- АСУО — автоматизированная система уборки отходов;
- АСУ — автоматическая система управления;
- АСК — автоматическая система контроля;
- САПР ТП — система автоматизированного проектирования технологиче-ских процессов;
- АСТПП — автоматическая система технологической подготовки производ-ства;
- АСНИ — автоматическая система научных исследований.
ГАП функционирует на основе программного управления и групповой ориентации производства. На первом этапе ГАП может быть автоматизированным, то есть включать операции, выполняемые с участием человека.
ГАП включаетисполнительную систему, состоящую из технологической, транспортной, складской систем и систему управления.
Преимущества ГАП по сравнению с участками, состоящими из универсальных станков:
1. резкое увеличение производительности труда в процессе изготовления единичной и мелкосерийной продукции благодаря более высокой загрузки оборудования;
2. быстрое реагирование на изменение требований заказчиков;
3. существенное повышение качества продукции за счет устранения ошибок и нарушений технологических режимов, неизбежных при ручном труде;
4. сокращение времени производственного цикла в несколько раз;
5. уменьшение капитальных вложений, площадей и численности обслуживающего персонала прежде всего за счет трехсменного режима работы, при этом две смены ведутся практически под наблюдением оператора;
6. снижение объема незавершенного производства;
7. повышение эффективности управления за счет исключения человека из производственного процесса;
8. улучшение условий труда, устранение сложных, трудоемких и тяжелых операций, освобождение человека от малоквалифицированного и монотонного труда.
Применение:
ГПС находят применение в основном в станкостроении, машиностроении.
Анализ ГПС позволяет сделать некоторые выводы:
1. управление транспортными системами и работой станков осуществляется одной или несколькими отдельными ЭВМ;
2. число станков в ГПС колеблется от 2 до 50. Однако 80% ГПС составлено из 4-5 станков и 15% из 8 – 10; реже встречаются системы из 30-50 станков (2-3%);
3. наибольший экономический эффект от использования ГПС достигается при обработке корпусных деталей, нежели от их использования при обработке других деталей, например деталей типа тел вращения. Например в Германии их 60%, в Японии – более 70, в США – около 90%;
4. различна и степень гибкости ГПС. Например в США преобладают системы для обработки изделий в пределах 4-10 наименований, в Германии – от 50 до 200;
5. нормативный срок окупаемости ГПС в различных странах 2 — 4,5 года.
Проблемы, возникшие при применении гибких систем
1. ГПС не достигла поставленных целей по рентабельности; она оказалась слишком дорогостоящей по сравнению с преимуществами, достигнутыми с ней. Обнаружено, что причиной высокой стоимости оборудования были несоразмерные расходы на приспособления и транспортную систему;
2. разработка и введение в эксплуатацию комплексной ГПС оказались трудными, а также дорогостоящими;
3. из-за недостатка опыта было трудно выбирать подходящие типы систем и оборудование для нее;
4. имеется мало поставщиков систем, которые могут поставлять сложные системы.
5. в некоторых случаях эксплуатационники получили опыт о фактически слабой гибкости;
6. конструктивные элементы ГПС, например, станки, системы управления и периферийные устройства часто оказывались неподходящими к системе и вызывали лишние проблемы по стыковке.
7. Эксплуатационники часто не имеют достаточной готовности к эксплуатации сложной системы;
8. Длительный срок выполнения проекта от конструирования до запуска системы.
Перспективы применения гибких систем
1. одновременное повышение эффективности и гибкости;
2. повышение степени автоматизации не уменьшая гибкости;
3. усовершенствование таких измерительно-контрольных методов, которые контролируют в процессе обработки состояние инструмента и обрабатываемых деталей, необходимое для соответствующей автоматической подналадки;
4. уменьшение количества приспособлений и палет за счет автоматизации крепления деталей;
5. введение в ГПС таких операций, как промывка, покрытие, термообработка, сборка и т.д;
6. развитие профилактического техобслуживания.
Значение ГПС:
1. более высокий коэффициент использования станков (в 2-4 раза больше по сравнению с применением отдельных станков);
2. более короткое время прохода производства;
3. уменьшается доля незаконченного производства, т.е. уменьшается количество запасов деталей на складах, которое означает уменьшение продукции, привязанного к производству;
4. более ясный поток материала, меньше перетранспортировок и меньше точек управления производством;
5. уменьшаются расходы на заработную плату;
6. более ровное качество продукции;
7. более удобная и благоприятная обстановка и условия работы для работающих.
5.2. Гибкие производственные системы (ГПС/FMS)
Западные САП развивались намного интенсивнее отечественных и к настоящему времени значительно опережают их по уровням автоматизации и степени интеграции подсистем. Кроме того, они изначально ориентированы на автоматизированное управление производственными, а не учётно-финансовыми, коммерческими или иными непроизводственными предприятиями.
Начало автоматизации производства в западной экономике положили системы автоматизированного проектирования CAD (Computer-Aided Design), автоматизированного планирования производственных процессов CAPP (Computer-Aided Process Planning) и компьютерного производства CAM (Computer-Aided Manufacturing), которое, по сути, сводилось к автоматизации программирования станков с числовым программным управлением (ЧПУ). Затем эти системы были объединены в интегрированную систему автоматизированного производства CIM (Computer-Integrated Manufacturing).
Как уже говорилось выше, в США системы автоматизации производства называют гибкими производственными системами (ГПС) ‑ Flexible Manufacturing System (FMS). Западный опыт автоматизации производства имеет более длительную историю, более глубоко проработан и обоснован.
Немного об истории и причинах появления ГПС. В середине 60-х годов прошлого века, когда конкуренция на рынке стала более интенсивной, главной заботой производства была стоимость (цена) продукции, позволявшая получать максимальную прибыль (добавочную стоимость). Однако позже, в связи с ростом конкуренции на внутренних и, особенно, ‑ на мировом рынках, приоритетом производственного бизнеса стало качество производимых товаров и услуг, нацеленное на максимальное удовлетворение постоянно растущих запросов потребителей и обеспечивающее, в итоге, выживание во всё обостряющейся конкурентной борьбе на рынках сбыта продукции.
Тогда же была сформулирована новая стратегия производства: быстрая и гибкая настраиваемость (Customizability) на бысро меняющиеся рыночные условия. Производственные компании должны адаптироваться к среде, в которой они работают, быть более гибкими в своих операциях и удовлетворить различные сегменты рынка.
FMS является, прежде всего, технологией производства, которой можно и должно управлять. Исследования Массачусетского технологического института (MIT) по конкурентоспособности отметили, что американские компании потратили вдвое больше времени на инновационную продукцию, чем на инновационные процессы. Немцы и японцы сделали прямо противоположное. При изучении FMS, нужно иметь в виду, что, как сказал известный американский производственный статистик Питер Друкер: «Мы должны стать менеджерами технологий (т.е. технологических процессов), а не просто их пользователями«.
Во-вторых, FMS – это философия. Ключевым словом является «Система». Философски, FMS включает в себя системную точку зрения на производство. Для современных производителей традиционное понятие «гибкость» (flexibility) – гибкость, переналаживаемость), расширено до понятия «agility» – проворность, быстрота, живость, ловкость. Современный «гибкий» производитель это тот, который является самым быстрым на рынке, работает с минимальной совокупной стоимостью и имеет наибольшую способность удовлетворять запросы своих клиентов. Таким образом, сегодня гибкость означает получение индивидуальных продуктов высокого качества по разумной цене, которые могут быть быстро доставлены клиентам, а FMS ‑ это просто один из способов достижения такой гибкости.
§
Существуют различные подходы к понятию «гибкость производства» (табл. 5.1).
Таблица 5.1 Различные подходы к гибкости производства и их смысл
| Подход (точка зрения) | Смысл гибкости |
| Производственный | Возможность производства различной продукции без существенной смены инструментария Мера того, насколько быстро компания преобразует процесс(ы) от принятия старой линейки продуктов до создания нового продукта Возможность изменения графика производства, для замены компонентов изделия, или для работы с несколькими компонентами |
| Операционный | Способность эффективно производить очень индивидуальные и уникальные продукты |
| Клиентский | Возможность использовать различные измерения скорости доставки |
| Стратегический | Способность компании предлагать широкий ассортимент продукции для своих клиентов |
| С т.з.производительности (мощности производства) | Способность быстро увеличивать или уменьшать объемы производства, либо способность быстро перенастроить систему с одной продукции или услуги на другую |
В то время как существует много разных мнений о том, что конкретно представляет собой гибкость, существует общий консенсус относительно основных её элементов. С этой точки зрения различают три уровня гибкости производства.
(a) Базовые гибкости (Basic flexibilities)
Машинная гибкость (Machine flexibility) — легкость, с которой машина может выполнять различные операции обработки
Гибкость обработки материалов (Material handling flexibility) ‑это мера легкости, с которой различные типы деталей можно транспортировать и правильно устанавливать на различных станках системы.
Операционная гибкость (Operation flexibility) ‑ это мера легкости, с которой для обработки деталей различных типов могут быть использованы альтернативные последовательности операций.
(b) Гибкости системы (System flexibilities)
Объемная гибкость (Volume flexibility) — это мера возможности системы работать с различными объёмами деталей существующих типов
Гибкость расширения (Expansion flexibility) ‑ способность создавать систему и постепенно расширять её
Гибкость маршрутизации (Routing flexibility) — это мера альтернативных путей, по которым детали могут эффективно следовать через систему (для заданного плана производства)
Гибкость процесса (Process flexibility) ‑ это мера объема множества типов деталей, которые система может производить без каких-либо установок
Гибкость продукции (Product flexibility) ‑ объем множества типов деталей, которые могут быть изготовлены в системе с минимальными установками
(c) Совокупные гибкости (Aggregate flexibilities)
Программная гибкость (Program flexibility) ‑ способность системы работать в течение достаточно длительного периода времени без внешнего вмешательства
Гибкость производства (Production flexibility) ‑ объем деталей различных типов, который система может производить без крупных инвестиций в капитальное оборудование
Рыночная гибкость (Market flexibility) ‑ способность системы эффективно адаптироваться к меняющимся условиям рынка
Преимущества гибкости
Сегодня производственная стратегия заключается в поиске выгоды от гибкости. Это возможно только тогда, когда производственная система находится под полным контролем FMS-технологии. В промышленности есть возможность достичь высокой гибкости за счёт технических и организационныхинноваций. Так компания Volvo, например, делает автомобили на подвижных паллетах, а не на конвейере, используя операторов, обладающих множеством навыков, на которые не способны механические линии. За счёт этого её производственный процесс и достигает нужной степени гибкости.
Таким образом, необходимо позволить гибким процессам быстро и недорого переключаться с одной линейки продуктов на другую. Это возможно только с гибкими работниками, обширные навыки которых развиты в направлении способности легко переключаться с одного вида деятельности на другой.
Как основные ресурсы, гибкие процессы и гибкие работники будут создавать гибкие заводы (flexible plants), которые могут адаптироваться к изменениям в режиме реального времени, с использованием подвижного оборудования, быстрой перепланировки производственных помещений (с помощью так называемых «опадающих стен») и легко доступного и перемаршрутизируемого вспомогательного оборудования.
Альтернативные FMS-системы
Идея FMS была предложена в Англии (1960) под названием «System 24», гибкая система обработки, которая может работать без участия человека-оператора 24 часа в сутки под управлением компьютера. С самого начала акцент был сделан на автоматизацию, а не «реорганизацию рабочего процесса».
Ранние FMS-системы были большие и очень сложные, состоящие из десятков станков с числовым программным управлением (Computer Numerical Controlled, CNC) и сложными системами обработки материалов. Они были очень «автоматизированными», дорогими и управлялись невероятно сложным ПО. Существовали лишь ограниченное число отраслей, которые могли позволить себе инвестировать в традиционные FMS.
В настоящее время тенденция в FMS направлена к малым версиям традиционных FMS, называемых гибкими производственными модулями (Flexible Manufacturing Module ‑ FMM).
Сегодня два или более станков с ЧПУ считаются гибкими ячейками, а две или более ячеек ‑ гибкой производственной системой.
Таким образом, гибкая производственная система (ГПС/FMS) состоит из нескольких станков вместе с комплектующими и устройствами обработки, такими как роботы, организованными так, что она может обрабатывать любое семейство деталей, для которых она была спроектирована и разработана.
FMS-системы разных уровней представляют:
Гибкий производственный модуль (Flexible Manufacturing Module ‑ FMM). станок ЧПУ, устройство смены паллет и буфер комплектуюущих;
Гибкае производственная (сборочная) ячейка (Flexible Manufacturing (Assembly) Cell ‑ F(M/A)C). Например: Четыре FMM и автоматизированное транспортное устройство (Automated Guided Vehicle ‑AGV);
Гибкая производственная группа (FMG). Например: Два FMC, FMM и два AGV, которые будут транспортировать комплектующие из зоны загрузки через станки в зону разгрузки;
Гибкие производственные системы (Flexible Production Systems ‑ FPS). Например: FMG и FAC, два AGV, автоматическое устройство хранения (Automated Storage Tool), и автоматическое устройство хранения деталей/сборок (Automated Part/assembly Storage);
Гибкая производственная линия (Flexible Manufacturing Line ‑FML). Например: несколько рабочих станций, выстроенных в линию, и AGV.
Преимущества и недостатки реализации FMS
Преимущества:
1. Более быстрые и дешевые заменены компонентов, что улучшает использование капитала
2. Ниже прямые затраты на рабочую силу, в связи с сокращением численности работников
3. Снижение материально-производственных запасов, связанное с точностью планирования и программирования
4. Постоянное улучшение качества, связанное с автоматизированным управлением
5. Низкая стоимость/на единицу продукции, за счет большей производительности с использованием того же числа рабочих
6. Экономия от косвенного труда, от снижения ошибок, переделок, ремонтов и отказв
Недостатки:
1. Ограниченная способность адаптироваться к изменениям в продукции или смеси продуктов (например, машины имеют ограниченные ёмкости и набор инструментов, необходимых для производимой продукции, даже из одного и того же семейства, не всегда допустимых в данной FMS)
2. Существенное предварительное планирование работы
3. Дорогие, стоимостью в миллионы долларов
4. Технологические проблемы точного позиционирования компонентов и точного времени, необходимого для обработки компонента
5. Сложные производственные системы
6. Причиной медленного внедрения FMS в промышленность является их сложность и высокая стоимость. В большинстве случаев предпочтение отдается FMC.
§
Концепция компьютеризированного интегрированного производства (Computer-Integrated Manufacturing ‑ CIM)возникла в начале 80-х годов и связана с интеграцией гибкого производства и соответствующих систем управления. CIM с точки зрения систем управления и планирования (в качестве которых используются MRP II- и ERP-системы) предполагает интеграциювсех структур системы управления:
1. управление снабжением, проектированием и подготовкой производства;
2. планирование и изготовление;
3. управление производственными участками и цехами;
4. управление транспортно-складскими системами;
5. управление обеспечением оборудованием, инструментом и оснасткой;
6. системы обеспечения качества, сбыта;
7. финансовые подсистемы.
Ниже приводится краткая история развития зарубежных САП.
Системы MRP/MRP II. Развитие западных САП-систем начиналось в 70-х годах прошлого века с автоматизированных систем планирования производственных материальных ресурсов (Material Require-ments Planning, MRP).
Основными целями MRP-систем являются:
· удовлетворение потребности в материалах, компонентах и продукции для планирования производства и доставки потребителям;
- поддержка уровней запасов не выше запланированных;
· планирование производственных операций, расписаний доставки, закупочных операций.
Дальнейшее развитие концепции MRP шло по пути расширения функциональных возможностей предприятия в сторону более полного удовлетворения потребностей клиентов и снижения производственных издержек. Это привело к тому, что в конце 70-х годов концепция MRP была дополнена положениями о формировании производственной программы в масштабах всего предприятия и контроля ее выполнения на уровне подразделений (Closed Loop MRP, или воспроизведение замкнутого цикла в MRP-системах).
Так появились системы MRP II (Manufacturing Resource Planning ‑ планирование производственных ресурсов), суть концепции которых сводится к тому, что прогнозирование, планирование и контроль производства осуществляются по всему производственному циклу, ‑ от закупки сырья до отгрузки товара потребителю.
Системы MRP II это комплекс проверенных на практике принципов, моделей и процедур управления и контроля, выполнение которых должно способствовать улучшению показателей экономической деятельности предприятия. Эта методология направлена на эффективное управление всеми производственными ресурсами. Она обеспечивает решение задач планирования деятельности предприятия в натуральных единицах, и финансовое планирование ‑ в денежном выражении.
Системы ERP. Дальнейшее совершенствование систем MRP II привело к разработке интегрированных систем планирования ресурсов предприятия (Enterprise Resource Planning, ERP), ориентированных на работу с сетью удаленных производственных и непроизводственных объектов. Обладая всеми возможностями MRPII, ERP-системы включают еще и механизм планирования потребностей при распределенных запасах (DRP-I/DRP-II — Distribution Requirements Planning), позволяющие определить потребность в пополнении запасов в случае территориально распределенных автономных складов. И, кроме того, в отличие от MRP/MRPII, эти системы допускают обновление аппаратной и программной платформы.
Системы ERP II. В октябре 2000 года консультационная предприятие Gartner Group, которая первая ввела в обиход термин «ERP» в 1990 году, сформулировала новую концепцию и основные требования к ERP-системам второго поколения, которые были названы ERP II или «расширенными» ERP-системами. Концепция ERP II базируется на шести отличиях «старых» и «новых» ERP-систем.
Во-первых, была изменена роль ERP-системы в деятельности предприятия. Если раньше корпоративная информационная система должна была обеспечивать автоматизацию внутренних бизнес-процессов предприятия, то в новом исполнении она должна обеспечивать свободное взаимодействие предприятия со своими контрагентами (заказчиками, поставщиками, партнёрами по бизнесу, банками, налоговыми органами и пр.).
Во-вторых, расширена область применения ERP-систем. Если раньше основными потребителями ERP-систем были производственные и дистрибьюторские предприятия, то пользователями ERP II-систем должны стать предприятия всех секторов и сегментов рынка.
В-третьих, расширен функционал ERP-систем. Помимо традиционных функций по автоматизации производства, торговли и дистрибуции, новые системы должны поддерживать автоматизацию всех остальных функций бизнеса.
В-четвертых, меняется характер процессов, протекающих в недрах ERP-системы. Внутренние и строго конфиденциальные процессы становятся внешними и открытыми. Все тайны корпоративной информации должны быть раскрыты.
В-пятых, существенным образом меняется архитектура ERP-систем. Закрытая монолитная платформа традиционных ERP-систем с весьма ограниченным выходом в Интернет (через отправку электронных писем или публикацию статистических отчетов на корпоративном Web-сайте) уступает место открытым, Web-ориентированным приложениям, построенным по принципам компонентных (севисных) программных моделей. Такую архитектуру принято называть сервис-ориентированной архитектурой (Service-Oriented Architecture) ‑ СОА (SOA).
В-шестых, данные, которые раньше генерировались и потреблялись самим же предприятием, должны стать доступными для всех членов бизнес-сообщества.
Системы CSRP. Результатом внедрения ERP-систем стала высокая производственная эффективность бизнеса. Однако опыт показал, что производственная эффективность может дать только краткосрочную, временную выгоду, но в долгосрочном плане производственные методы и технологии могут быть быстро подхвачены и повторены конкурентами. Хотя производственная эффективность больше не определяет долговременный успех на рынке, но цель остается прежней — привлекать новых и сохранять контингент заинтересованных покупателей. Исследования рынка показали, что покупатель ищет не просто товар — он ищет продукт, который удовлетворяет специфическому набору требований в конкретное время. Для реализации изменившихся требований нужны новые инструменты. В результате этого появилась новая модель бизнеса — планирование ресурсов, синхронизированное с запросами потребителей (Customer Synchronized Relationship Planning — CSRP), которая в большой степени определяет деятельность предприятия по созданию конкретного продукта, нужного «здесь и сейчас» конкретному потребителю.
Концепция CSRP – это методология ведения бизнеса, основанная на текущих требованиях покупателей, и на прогнозах их активности. Она сдвигает фокус управления предприятием с планирования потребностей производства на планирование производства по заказам покупателей. В информационную основу организации «вплавляется» информация о покупателях и предоставляемых им услугах.
Системы BPM. Системы управления эффективностью бизнеса (Business Performance Management, BPM) поддерживают стратегический уровень управления предприятиями. ВРМ-система включает четыре основных элемента:
- интерактивные бизнес-процессы стратегического управления;
- исполнителей (участников) процессов стратегического управления;
- методы стратегического управления;
- информационную систему стратегического управления и соответствующие технологии.
С точки зрения менеджеров высшего звена управления (top-менеджеров) информационная система должна обеспечить ему персонифицированный (то есть учитывающий его персональную роль в процессе управления) взгляд на состояние бизнес-предприятия. Прежде всего, это своего рода «панель управления» (dashboard), оснащенная «приборами», показывающими целевые и текущие значения ключевых показателей эффективности (Key Performance Iindicators, KPI) деятельности предприятия в целом и его управленческого персонала. Кроме того, BPM-система обеспечивает дополнительные средства, позволяющие планировать, анализировать, моделировать и контролировать деятельность предприятия, то есть обеспечивать все то, что переводит целевое управление в практическую плоскость.
BPM-система охватывает всё предприятие и предусматривает совместный доступ к данным, чтобы все участники процесса управления имели возможность обмениваться необходимой информацией. Важным моментом является взаимодействие информационной ВРМ-системы с транзакционными системами — ERP, CRM и другими (либо через хранилище данных, либо напрямую): без этого невозможна интеграция стратегического управления с оперативным.
§
Архитектурная модель автоматизированной производственной системы с трёхслойной «пирамидой управления» на рис. 6.1. Слева перечислены названия функциональных подразделений управленческой и производственной иерархии. Справа ‑ распределение компонентов АСУП по уровням управления.
Рис. 6.1. Модель современного производственного предприятия с трёхслойной пирамидой управления
На стратегическом уровне управления размещается BPM-компонента. ERP компонента занимает средний (тактический) и нижний (операционный) уровни управления. Исполнительные производственные системы (MES) и автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП) функционируют на нижнем – оперативном уровне управления непосредственно в производственных зонах предприятия (цехах, участках, производственных линиях).
Более детальная модель интегрированной АСУП, совмещающая представление сразу нескольких архитектурных компонентов, представлена на рис. 6.2. Программная часть архитектуры АСУП включает:
· подсистему стратегического управления (BPM/BI ‑ Business Performance Management/Business Intelligence),
· подсистему управления поставщиками комплектующих материалов (Supply Chain Management, SCM)
· подсистему управления отношениями с заказчиками (Customer Relationship Management, CRM).
· подсистему планирования корпоративными ресурсами (ERP),
· подсистему управления корпоративным контентом (ECM – Enterprise Content Management).
· подсистему управления корпоративными знаниями (KWM/KM – Knowledge Working Management/Knowledge Management),
· подсистему управления средой информационных технологий (Unicenter TNG компании Computer Associates),
Рис. 6.2. Развёрнутая информационно-технологическая модель АСУП
· подсистему интегрирации приложений, (Enterprise Application Integration, EAI)
· подсистемы оперативного управления производством:
o CAD (Computer-Aided Design) ‑ система компьютеризованного проектирования,
o PDM (Product Data Management) ‑ система управления данными продукции,
o PLM (Product Lifecycle Managemen) ‑ система управления жизненным циклом продукции
o CAM (Computer-Aided Manufacturing) ‑ подготовка технологического процесса производства изделий, ориентированная на использование ЭВМ.
o MES (Manufacturing Execution Systems) ‑ исполнительная производственная система,
o SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) ‑ система визуализации информации от программируемых контроллеров,
o CMMS (Computerized Maintenance Management System) ‑ компьютеризированная система управления техническим обслуживанием,
o EAM (Enterprise asset management) ‑ система управления основными фондами предприятия, являющиеся расширением CMMS-системы,
o CAPP (Computer-Aided Production Process) ‑ система «автоматизированный производственный процесс».
§
Для представления, анализа и проектирования САП-систем принято использовать процессный подход и модель, показанную на рис. 2.2. Объектами управления при таком подходе являются основные (определяющие рыночную «ценность» или «стоимость» производственной системы) производственные процессы. Ниже приводится подробное представление понятия «производственный процесс» и кратко обсуждаются свойства таких процессов.
Производственным процессом называют упорядоченную во времени совокупность действий (технологических операций), необходимых для выпуска готовых изделий или продуктов. В основу производственного процесса положен технологический процесс изготовления продукции, во время которого происходит изменение качественного состояния объекта производства. Для обеспечения бесперебойного выполнения технологического процесса изготовления изделия необходимы еще и вспомогательные процессы
Основные этапы производственного процесса:
· получение и складирование исходных материалов;
· доставка исходных материалов к рабочему оборудованию;
· различные виды обработки исходных материалов;
· перемещение полуфабрикатов между рабочим оборудованием.
Для дискретных производств дополнительно предусматривается
· сборка;
· испытание, регулировка;
· окраска, отделка и упаковка перед отправкой заказчику.
Для всех видов производств предусматривается
· контроль качества;
· хранение на складах.
Различные этапы производственного процесса могут выполняться в отдельных специализированных цехах или в одном цехе. В первом случае производственный процесс делят на части, выполняемые в специализированных цехах (механообработки, гальванопокрытий, сборки и т.п.). Во втором случае процесс называют комплексным производством.
Производственные процессы делятся на поточные и непоточные.
Под поточным производственным процессом понимают такой процесс, при котором заготовки, детали или собираемые изделия в процессе их производства находятся в движении, причем это движение осуществляется с постоянным тактом в рассматриваемый промежуток времени. Это значит, что поступившая, например, на первую операцию заготовка, сразу же после окончания ее передается на вторую, после второй на третью и т.д. до последней операции. Время пролеживания полуфабриката между операциями в таких случаях равно или кратно такту.
Под непоточнымпроизводством понимают такое производство, при котором полуфабрикаты в процессе их изготовления находятся в движении с различной продолжительностью операций и пролеживания между ними.
Программа выпуска – совокупность изделий установленной номенклатуры, выпускаемых в заданном объеме в год.
Объем выпуска – число изделий, подлежащих изготовлению в единицу времени (год, квартал, месяц).
Каждое производство обладает определенной производственной мощностью, под которой понимают максимально возможный выпуск продукции установленных номенклатуры и количества, который может быть осуществлен за определенный период времени при установленном режиме работы. Различают действительную и проектную мощность.
Проектная мощность – это установленная в проекте строительства и реконструкции производства производственная мощность, которая должна быть достигнута при условии обеспечения производства принятыми в проекте средствами производства, кадрами и организации производства.
Производственная мощность действующего производства не является постоянной и зависит от технического уровня работающих, уровня использования основных и оборотных фондов, сменности работы, уровня механизации и автоматизации производства и других факторов.
Производственный цикл – это календарное время изготовления изделий от начала производственного процесса до его окончания.
Движение заготовок, полуфабрикатов или изделий в производстве может осуществляться поштучно или партиями.
Партией принято называть определенное число заготовок, полуфабрикатов или изделий, одновременно поступающих на рабочую позицию (место).
Для выполнения производственного процесса должны быть соответствующим образом оборудованы рабочие позиции (места). Исходя из организационных соображений несколько рабочих позиций объединяют, образуя производственный участок.
Производственным участком называют часть объема цеха, в котором расположены рабочие места, объединенные транспортно-накопительными устройствами; средства технического, инструментального и метрологического обслуживания; средства управления участком и охраны труда и на котором осуществляются технические процессы изготовления изделий определенного назначения.
Более крупной организационной единицей является производственный цех, который представляет собой производственное, административно-хозяйственное обособленное подразделение завода. Цех включает в себя производственные участки, вспомогательные подразделения, служебные и бытовые помещения, а также помещения общественных организаций.
К вспомогательным подразделениям относятся:
· отделение по восстановлению режущего инструмента;
· контрольное отделение;
· ремонтное отделение;
· отделение по приготовлению и раздаче смазочно-охлаждающих жидкостей;
· отделение по переработке стружки.
Состав производственных участков и вспомогательных подразделений определяется конструкцией изготовляемых изделий, технологическим процессом, программой выпуска и организацией производства.
§
Функционирование современных САП-систем базируется на расширенных информационных (CALS-) технологиях.
За рубежом работы по созданию и внедрению CALS-технологий ведутся более 25 лет. В этом направлении достигнуты существенные результаты. CALS-технологии в настоящее время рассматриваются как выгодная глобальная экономическая стратегия во всех отраслях промышленности. Работы ведутся во всех ведущих индустриальных странах, создаются международные кооперации производителей сходных видов продукции, так называемые «виртуальные» предприятия, объединяющие поставщиков, производителей и потребителей продукции.
Впервые элементы CALS-технологий начали применяться в середине 80-х годов при взаимодействии Министерства обороны США со своими поставщиками, когда была поставлена задача перевести все операции с ними в электронный вид. В 1985 г. Министерство обороны США объявило планы создания глобальной автоматизированной системы электронного описания всех этапов проектирования, производства и эксплуатации продуктов военного назначения. Информационные технологии, реализованные в этой системе, были названы Computer Aided and Logistic Support – компьютерная поддержка поставок и логистики. За прошедшие годы CALS-технологии получили широкое развитие в оборонной промышленности и военно-технической инфраструктуре Министерства обороны США. По имеющимся данным это позволило ускорить выполнение НИОКР на 30-40%, уменьшить затраты на закупку военной продукции на 30%, сократить сроки закупки ЗИП на 22%, а также в 9 раз сократить время на корректировку проектов.
Впоследствии сфера применения CALS-технологий расширилась до всего жизненного цикла изделия, поэтому их стали называть Continuous Acquisition[1] and Life cycle Support – непрерывная поддержка сбора данных в автоматизированных системах управления и жизненного цикла продукции, а сфера их применения вышла за пределы военных ведомств. Несмотря на это, наиболее передовыми пользователями CALS-технологий все же являются военные разработчики. Например, с помощью CALS-технологий были созданы истребитель F‑22 (США), подводная лодка Viking (Дания, Норвегия и Швеция), самоходная гаубица Crusader (США). Во всех этих проектах делалась попытка организовать полномасштабное единое информационное пространство для всех участников жизненного цикла изделия. В области гражданского внедрения CALS-технологий в мире и в России лидируют аэрокосмическая и атомная промышленности, автомобиле- и судостроение.
В России подобные работы начались в середине 90-х годов. На рубеже столетий при Госстандарте был создан комитет № 431, координирующий работы по CALS-технологиям; создан НИЦ CALS-технологий «Прикладная логистика»; разработана программа стандартизации в сфере CALS-технологий в 2000 — 2003 годах; в авиастроении, судостроении, оборонной промышленности реализуются пилотные проекты по внедрению CALS-технологий. В нашей стране среди пионеров внедрения CALS — АВПК «Сухой», ОАО «Туполев», Конструкторское бюро приборостроения (Тула), Воронежский механический завод. Эти проекты поддерживаются Минпромнауки РФ, Минатомом РФ. Тем не менее, для нормального внедрения CALS в России необходимы переподготовка специалистов предприятий, подготовка специалистов в вузах и т. п.
В настоящее время CALS-технологии в России рассматриваются как средство интеграции в мировую экономику, как важный инструмент реструктуризации оборонной промышленности, судостроения, авиастроения и других отраслей, коренным образом упрощающий внутреннюю и международную промышленную кооперацию, повышающий привлекательность и конкурентоспособность промышленных изделий, обеспечивающий качество продукции, ускорение взаиморасчетов поставщиков и потребителей, совершенствование организации управления на конверсируемых и реформируемых предприятиях. Примерная цена внедрения CALS-технологий на отечественных предприятиях — от 50 до 900 тыс. долл. При этом реализация уже начального этапа дает существенный эффект за счет сокращения времени выхода изделия на рынок, повышения качества изделия, удовлетворения требований заказчика.
Отставание с внедрением CALS-технологий сделает для предприятий невозможным участие в международной кооперации, негативно отразится на конкурентоспособности и привлекательности производимой продукции, послужит причиной потери определенных сегментов рынка.
В основе концепции CALS лежит повышение эффективности процессов ЖЦИ за счет повышения эффективности управления информацией об изделии.
В условиях постоянного и значительного усложнения инженерно-технических проектов, программ разработки новой продукции и роста наукоемкости изделий конкурентоспособными окажутся предприятия, достигшие совершенства в управлении бизнесом, обладающие отлаженными процессами проектирования, производства, поставки и поддержки продукта, ориентированные на функционирование в условиях быстроменяющейся экономической ситуации и способные мгновенно реагировать на возникающие новые запросы рынка.
Такая цель не может быть достигнута частными, постепенными изменениями традиционных методов работы и точечным внедрением средств автоматизации. Предприятия должны провести кардинальное реформирование в сфере управления, опираясь на высокотехнологичные, положительно зарекомендовавшие себя стратегии организации современного бизнеса. Такую стратегию поддерживают принятые в настоящее время в качестве международного стандарта ‑ CALS-технологии.
Итак, CALS ‑ это стратегия повышения эффективности, производительности и рентабельности процессов хозяйственной деятельности производственных предприятий за счет внедрения современных методов информационного взаимодействия всех участников ЖЦ производимой на предприятии продукции.
Жизненный цикл изделия (продукта), как его определяет стандарт ISO 9004-1, — это совокупность процессов, выполняемых от момента выявления потребностей общества в определенной продукции до момента удовлетворения этих потребностей и утилизации продукта. Основные стадии жизненного цикла промышленного продукта показаны на рис.1. Термин ЖЦИ применяется, в основном, по отношению к сложной наукоемкой продукции высокотехнологичных предприятий в рамках CALS-технологий. Русскоязычным аналогом понятия CALS является ИП(ЖЦ)И (Информационная Поддержка [процессов Жизненного Цикла] Изделий).
Процесс —это структурированный набор функций, охватывающий различные сущности и завершающийся глобальной целью (определение по ISO/CD 15531-1). По определению, приведенному в стандарте ISO 8402:1994, процесс — это совокупность взаимосвязанных ресурсов и деятельности, которая преобразует входящие элементы в выходящие. Ресурсами являются персонал, средства обслуживания, оборудование, технология, методология.
ЖЦ продукта присуще большое разнообразие процессов. Наиболее известные: производственный процесс, процесс проектирования, процесс закупок. Каждый из этих процессов, в свою очередь, состоит из технологических процессов и организационно-деловых процессов. Под технологическим процессом понимается часть производственного (или другого процесса), содержащая целенаправленные действия по изменению и (или) последующему определению состояния предмета труда. Под организационно-деловыми процессами понимаются процессы, связанные с взаимодействием людей (подразделений, организаций). Все процессы ЖЦИ взаимосвязаны (рис. 8.1).
Для общей характеристики этих процессов используется понятие «бизнес-процесс».
Бизнес-процесс – совокупность технологических и организационно-деловых процессов, выполняемая целенаправленно в рамках заранее заданной организационной структуры.
Бизнес-процессы могут быть разного масштаба: масштаба предприятия (в него вовлечены работники нескольких подразделений, например, снабжающих предприятие материалами и комплектующими), внутрицеховые, внутрилабораторные (например, изготовить деталь). Внутри одного бизнес-процесса часть составляющих его технологических и организационно-деловых процессов может быть организована в отдельный вложенный бизнес-процесс меньшего масштаба. Отдельные технологические и организационно-деловые процессы могут разделяться на операции (законченные части процесса, выполняемые на одном рабочем месте – выписать накладную, составить договор), которые в свою очередь делятся на переходы (законченные части операции, выполняемые одними и теми же средствами – позвонить, записать, фрезеровать).
Рис. 8.1. Жизненный цикл продукта и его компоненты
Бизнес-процессы также различаются по типу деятельности:
· основные бизнес-процессы (определяют основное направление деятельности предприятия: производство продукции, сервисное обслуживание, оказание услуг и т. п.);
· вспомогательные бизнес-процессы (процессы, связанные с решением внутренних задач предприятия по обслуживанию основных бизнес-процессов);
· бизнес-процессы управления (планирование деятельности предприятия, организация производства, контроль);
· бизнес-процессы взаимодействия с поставщиками и потребителями (рис. 8.2).
Анализ бизнес-процессов позволяет по-новому взглянуть на работу предприятия, уточнить обязанности работников, оценить эффективность использования ресурсов, увидеть недостатки, скрытые в организационной структуре. С момента введения термина «бизнес-процесс» появилось понятие «реинжиниринг бизнес-процессов» (Business Process Reengineering, BPR), которое подразумевает фундаментальное переосмысление и перепроектирование бизнес-процессов предприятия с целью повышения эффективности его работы.
Рис. 8.2. Жизненный цикл продукта в форме взаимосвязи процессов поставщиков и
потребителей
В общем случае ЖЦ необходимо рассматривать как иерархически организованную совокупность ЖЦ конечного продукта и ЖЦ входящих в него компонентов, результатов деятельности субпоставщиков (рис. 8.1).
Детальное определение CALS. В дословном переводе аббревиатура CALS означает «непрерывный сбор данных (о продукции) и поддержка (всех этапов) её жизненного цикла». Первая часть определения — «непрерывный сбор данных о продукции» требует и подразумевает оптимизацию процессов взаимодействия заказчика и поставщика в ходе разработки, проектирования и производства сложной продукции, срок жизни которой, с учетом различных модернизаций, составляет десятки лет. Для обеспечения эффективности, а также сокращения затрат средств и времени, процесс взаимодействия заказчика и поставщика должен быть действительно непрерывным. Вторая часть определения CALS — «поддержка жизненного цикла» — заключается в оптимизации процессов обслуживания, ремонта, снабжения запасными частями и модернизации. Поскольку затраты на поддержку сложного наукоемкого изделия в работоспособном состоянии часто равны или превышают затраты на его приобретение, принципиальное сокращение «стоимости владения» обеспечивается инвестициями в создание системы поддержки ЖЦ.
Цельюприменения CALS-технологий, как инструмента организации и информационной поддержки всех участников создания, производства и пользования продуктом, является повышение эффективности их деятельности за счет ускорения процессов исследования и разработки продукции, придания изделию новых свойств, сокращения издержек в процессах производства и эксплуатации продукции, повышения уровня сервиса в процессах ее эксплуатации и технического обслуживания.
Предметом CALS являются технологии информационной интеграции, то есть совместного использования и обмена информацией об изделии (продукте), среде и процессах, выполняемых в ходе жизненного цикла продукта.
Основой CALSявляется использование комплекса единых информационных моделей, стандартизация способов доступа к информации и ее корректной интерпретации, обеспечение безопасности информации, юридические вопросы совместного использования информации (в том числе интеллектуальной собственности), использование на различных этапах ЖЦ автоматизированных программных систем (CAD/CAM/CAE, MRP/ERP, PDM и др.), позволяющих производить и обмениваться информацией в формате CALS.
Следует также подчеркнуть, что CALS-технологии поддерживают более широкий сквозной бизнес-процесс, чем интегрированные АСУП/КИС.
На рис. 8.3 показан расширенный (по сравнению с традиционными АСУП) сквозной БП, поддерживающий CALS-технологии. Сквозной БП традиционных АСУП включает этапы 4‑8, тогда как в расширенный сквозной CALS-БП добавлены три начальных этапа (1-3) и три конечных (9-11).
CALS-технологии предусматривают:
· однократный ввод данных,
· их хранение в стандартных форматах,
· стандартизацию интерфейсов,
· электронный обмен информацией между всеми организациями и их подразделениями ‑ участниками проекта.
Рис. 8.3. Расширенный сквозной бизнес-процесс CALS-систем
По данным военного ведомства США использование CALS-технологий позволяет:
· повысить эффективность управления и планирования в процессе заказа, разработки, организации производства, поставок и эксплуатации военной продукции,
· на 30—40% ускорить выполнение НИОКР,
· на 30% уменьшить затраты на закупку военной продукции,
· на 22% сократить сроки закупки ЗИП,
· в 9 раз сократить время на корректировку проектов.
Методы CALS доказали свою эффективность и были перенесены на «гражданские» отрасли промышленности. Новая концепция сохранила аббревиатуру CALS с более широким смыслом (Continuous Acquisition and Lifecyrcle Support ‑ непрерывная информационная поддержка поставок и жизненного цикла).
В этой трактовке CALSопределяется как:
«современный подход к проектированию и производству высокотехнологичной и наукоёмкой продукции, заключающийся в использовании компьютерной техники и современных информационных технологий на всех стадиях жизненного цикла изделия, обеспечивающая единообразные способы управления процессами и взаимодействия всех участников этого цикла: заказчиков продукции, поставщиков/производителей продукции, эксплуатационного и ремонтного персонала, реализованная в соответствии с требованиями системы международных стандартов, регламентирующих правила указанного взаимодействия преимущественно с помощью электронного обмена данными».
Применение CALS-технологий позволяет существенно сократить объёмы проектных работ, так как описания многих составных частей оборудования, машин и систем, проектировавшихся ранее, хранятся в унифицированных форматах данных сетевых серверов, доступных любому пользователю технологий CALS. Существенно облегчается решение проблем ремонтопригодности, интеграции продукции в различного рода системы и среды, адаптации к меняющимся условиям эксплуатации, специализации проектных организаций и т. п. Предполагается, что успех на рынке сложной технической продукции будет немыслим вне технологий CALS.
Современные CALS-технологии лежат в основе построения открытых распределённых автоматизированных систем для проектирования и управления в промышленности. Главная проблема их построения ‑ обеспечение единообразного описания и интерпретации данных, независимо от места и времени их получения в общей системе, имеющей масштабы вплоть до глобальных. Структура проектной, технологической и эксплуатационной документации, языки её представления должны быть стандартизированными. Тогда становится реальной успешная работа над общим проектом разных коллективов, разделённых во времени и пространстве и использующих разные CAD/CAM/CAE-системы. Одна и та же конструкторская документация может быть использована многократно в разных проектах, а одна и та же технологическая документация — адаптирована к разным производственным условиям, что позволяет существенно сократить и удешевить общий цикл проектирования и производства. Кроме того, упрощается эксплуатация систем.
Проводится стандартизация ряда аспектов CALS в международной организации стандартизации ISO. Методы CALS могут использоваться вместе с MRP II/ERP и CIM. В отличие от них CALS позволяет управлять всем жизненным циклом продукции, включая маркетинг, управление комплексными проектами, обслуживание при эксплуатации.
Для обеспечения информационной интеграции CALS-технологий использует стандарты форматов данных IGES и STEP . В CALS входят также стандарты электронного обмена данными, электронной технической документации и руководства для усовершенствования процессов. В последние годы работа по созданию национальных CALS-стандартов проводится в России под эгидой ФСТЭК РФ. С этой целью создан Технический Комитет ТК431 «CALS-технологии», силами которого разработан ряд стандартов серии ГОСТ Р ИСО 10303, являющихся аутентичными переводами соответствующих международных стандартов (STEP). Подробнее некоторые из этих стандартов будут рассмотрены в разд. .
Развитие CALS-технологий должно привести к появлению так называемых виртуальных производств, в которых процесс создания спецификаций с информацией для программно управляемого технологического оборудования, достаточной для изготовления изделия, может быть распределён во времени и пространстве между многими организационно-автономными проектными студиями. Среди несомненных достижений CALS-технологий следует отметить лёгкость распространения передовых проектных решений, возможность многократного воспроизведения частей проекта в новых разработках и др.
§
Системы и технологии управления жизненным циклом продукции (PLM ‑ Product Lifecycle Management ) появились примерно три десятилетия назад, но вскоре возникла необходимость отделить автоматизацию процессов проектирования и подготовки производства (CAD/CAM) от управления информацией, сопровождающей изделия. Тогда появилось самостоятельное направление Product Data Management (PDM), т.е. управление данными об изделиях; в основном оно связано с документооборотом конструкторской и технологической документации. Объёмы такой документации для сложной технической продукции, скажем в авиа и судостроении, производстве вооружений, могут быть чрезвычайно велики, потому трудно переоценить значение систем управления документооборотом для таких отраслей промышленности. Однако, как бы ни была важна задача управления такими потоками данных, программное обеспечение PDM применялось на уровне конструкторских и технологических подразделений, не выходя на корпоративный уровень. Инструментарием PDM пользовались менеджеры не выше среднего звена.
Одно из наиболее полных определений PLM включает:
· стратегический подход к бизнесу, предлагающий непрерывный набор бизнес-решений, который поддерживает коллаборативный режим создания, управления, распределения и использования изделий (интеллектуальных активов предприятия);
- поддержка «расширенного представления о предприятии» (extended enterprise), в том числе поддержка процессов проектирования, пользователей и партнеров;
- действие во времени от момента рождения концепции изделия до снятия его с производства и окончания сервисного периода;
- интеграция людей, процессов, систем и информации.
На основании этого определения выделяются три основные концепции PLM:
- возможность универсального, безопасного и управляемого способа доступа и использования информации, определяющей изделия;
- поддержание целостности информации, определяющей изделие, на протяжении всего его жизненного цикла изделия;
- управление и поддержка бизнес-процессов, используемых при создании, распределении, и использовании подобной информации.
Это позволяет расширить представления области действия PLM на нетрадиционные изделия. Изначально PLM применяли к изделиям, имеющим штучное представление, но сегодня в качестве изделий можно рассматривать также программное обеспечение, различные формы услуг (от информационных до бытовых) и т.д. PLM необходимо рассматривать не только как возможность повысить эффективность капиталовложений. Главное достоинство этого бизнес-подхода — в возможности увидеть проблемы производства в целом (360-degree view of the product). Он позволяет интегрировать всех участников жизненного цикла изделия, от инженеров до вспомогательных служащих. Дальнейшим развитием PLM-технологий стали CALS-технологии.
§
Product Lifecycle Management (PLM) (жизненный цикл изделия) — технология управления жизненным циклом изделий.
PLM-cистема – это организационно-техническая система, обеспечивающая управление всей информацией об изделии и связанных с ним процессах на протяжении всего его жизненного цикла, начиная с проектирования и производства до снятия с эксплуатации. При этом в качестве изделий, как правило, рассматриваются сложные технические объекты и системы (корабли и автомобили, самолёты и ракеты, компьютерные системы и сети и др.). Информация о таких объектах и системах, содержащаяся в PLM-cистеме, является цифровым макетом этого объекта (системы).
Цифрово́й маке́т — совокупность электронных документов, описывающих изделие, его создание и обслуживание. Содержит электронные чертежи и/или трёхмерные модели изделия и его компонент, чертежи и/или модели необходимой оснастки для изготовления компонент изделия, различную атрибутивную информацию по компонентам (номенклатура, веса, длины, особые параметры), технические требования, директивные документы, техническую, эксплуатационную и иную документацию. В состав цифрового макета входит:
· Система управления документами — один или несколько программных комплексов, организующих документы цифрового макета в единое целое и управляющая их жизненным циклом. В настоящее время в качестве системы управления используются системы PDM или PLM.
· Система управления составом изделия — даёт возможность создавать абстрактную структуру изделия, не имеющую жёсткой связи с файлами САПР-систем, что позволяет легко изменять состав изделия в зависимости от конфигурационных вариантов или целевого исполнения. При наличии системы управления составом изделия возможно применять один и тот же цифровой макет для выпуска и обслуживания всех модификаций и исполнений изделия.
· Система управления жизненным циклом документов — включает в себя средства коллективной работы по просмотру, верификации и утверждению новых документов и по внесению изменений в ранее утверждённые документы. При использовании электронной подписи[2] или принятого на предприятии её аналога возможна разработка и эксплуатация изделия по полностью безбумажной технологии.
· Система управления жизненным циклом изделия — является набором средств и настроек для представления цифрового макета на различных этапах создания и существования изделия: конструировании, производстве, обслуживании и утилизации.
· Трёхмерная модель — совокупность файлов одной или нескольких САПР-систем, представляющих объёмные модели частей и компонент изделия. Взаимное и абсолютное позиционирование в небольших изделиях может управляться САПР-системой, для больших проектов управление позиционированием осуществляется PDM-системой.
· Облегчённая трёхмерная модель — модель, полученная при помощи фасеточной аппроксимации модели из исходной САПР. Применяется для просмотра и анализа модели изделия средствами системы управления документами без использования САПР. Также, из-за меньшего объёма и простоты требует гораздо меньше машинных ресурсов для своего отображения. Наиболее употребимыми форматами облегчённого представления являются JT и CGR.
· Атрибутивные данные — данные, характеризующие и описывающие элементы цифрового макета. Например, для разработанной на данном предприятии детали атрибутивными данными будут: имя и отдел разработчика, материал, вес, набор и значения контролируемых параметров. Для стандартных изделий: обозначение ГОСТа, типоразмер. Для покупных изделий: наименование поставщика, номенклатура поставщика, список альтернатив.
· Технологические данные — данные, содержащие необходимые указания для производства: используемые инструменты, материалы, технологии, средства контроля и так далее. Результаты расчётов различных средств CAE.
· Производственные данные — данные по организации производства: проектирование и изготовление оснастки, технологические процессы, библиотеки операций и переходов. Программы для станков ЧПУ. Результаты моделирования средствами CAM.
· Документация — всевозможные документы, так или иначе связанные с изделием. Например, директивные документы, изменяющие этапы жизненного цикла элементов цифрового макета. Эксплуатационная и ремонтная документация, связанная как с изделием в целом, так и с отдельными деталями и узлами изделия.
§
Компания SAP – лидер в создании программных решений для управления предприятием, разработала решение для эффективного и гибкого производства.
В табл. 9.1 показано влияние внедрения решений SAP на ключевые показатели деятельности предприятия.
Таблица 9.1. Влияние решений SAP на ключевые показатели деятельности предприятий*
| Операционные и финансовые показатели | Эффект** |
| Сокращение производственного цикла и времени на разработку продукции | минимум на 5 месяцев |
| Уменьшение запасов (готовой продукции, НЗП, материалов) | на 28% |
| Ускорение обработки заказа клиента | в 12 раз |
| Уменьшение уровня неликвидов | на 70% |
| Управление бизнесом на основе отчетности, получаемой в режиме реального времени | 100% |
| Сокращение периода от завершения работы до выставления счета с 8 до 3 дней | на 38% |
| Уменьшение дублирования данных | в 8 раз |
| Сокращение периода финансового закрытия с 20 до 5 дней | в 4 раза |
| Увеличение количества обрабатываемых заказов при том же количестве работников | на 50% |
| Увеличение среднего размера прибыли | на 5% |
* На основе данных, предоставленных клиентами SAP во всем мире, в том числе, в России
** Эффект достигается за счет использования решений SAP по информационной поддержке изделия на протяжении всего его жизненного цикла, которые реализованы в функциональности «Управление жизненным циклом продукта» (PLM – «Product Life Cycle Management»).
mySAP PLM. PLM-компонент корпоративной информационной системы компании SAP (mySAP PLM) включает в себя следующие возможности (рис. 19.1 ):
· организация эффективного сотрудничества с контрагентами (заказчиками и поставщиками) на протяжении всего жизненного цикла изделия;
· управление программами и проектами;
· управление данными по продукту (включая возможность создания и управления электронными каталогами готовой продукции и запасных частей);
· управление качеством;
· управление жизненным циклом оборудования (техобслуживание и ремонт, гарантийное и сервисное обслуживание)
Таким образом, mySAP PLM охватывает весь процесс — от возникновения идеи до её воплощения и послепродажного обслуживания. Следует отметить очень важный факт – в рамках mySAP PLM существует возможность отслеживать затраты на протяжении всего жизненного цикла изделия.
Рис. 9.1. Карта решений mySAP PLM для предприятий машиностроения
mySAP PLM обеспечивает эффективную поддержку для разработки новых продуктов и для их управления в течение всего жизненного цикла. С его помощью можно не только распространять информацию о продукте, но и тесно сотрудничать со всеми основными участниками процесса проектирования, производства и сопровождения продукта. Такая организация производственного цикла характеризуется высокой скоростью работы, быстротой реакции на изменения рыночной конъюнктуры и ориентированностью на клиента.
Компонента mySAP PLM может быть настроена в соответствии с требованиями конкретной компании, а так же может расти и изменяться по мере роста потребностей этой компании. Благодаря открытой архитектуре, систему можно интегрировать не только с решениями SAP, но и с рядом других программных комплексов, которые используются на различных производствах. Среди них такие CAD-системы, как AutoCAD, CATIA, Pro/Engineer, SolidWorks, Autodesk Inventor, SOLID EDGE, I-DEAS, Unigraphics и многие другие. Кроме того, mySAP PLM имеет стандартный интерфейс с PDM-системами SmarTeam, iMan (поставляется партнерами SAP).
Основные преимущества, которые дает использование mySAP PLM:
· сокращение времени выхода продукта на рынок;
· рост доходов, обусловленный возможностью разработок инновационных продуктов и освоения новых возможностей рынка;
· снижение расходов с помощью усовершенствования управления изменениями, а так же благодаря возможности отслеживания и анализа проектов по всем линиям продуктов;
· повышение качества продуктов с помощью интегрированного управления качеством, охватывающего процессы разработки продукта, производства и сопровождения;
· рост удовлетворенности клиентов.
SAP PLM. Следующей (за mySAP) версией комплекса корпоративных информационных систем компании SAP является интегрированный пакет SAP Business Suite, позволяющий организациям оптимизировать и реализовывать стратегии развития бизнеса и ИТ. Это дает организациям возможность выполнять ключевые бизнес-процессы, ориентированные на конкретную отрасль, с помощью модульных решений, совместимых с другими программными продуктами SAP и решениями других разработчиков. Используя пакет SAP Business Suite, организации и отделы, независимо от отраслевой принадлежности, смогут развертывать бизнес-приложения поэтапно, – следуя собственным графикам, руководствуясь конкретными потребностями бизнеса и не прибегая к дорогостоящим обновлениям. Бизнес-решения SAP обеспечивают расширенные возможности обзора и анализа всех аспектов работы предприятия, повышение операционной эффективности и более гибкое реагирование на изменения в бизнесе.
Кроме SAP PLM, пакет SAP Business Suite включает еще четыре компонента (рис. 9.2):
· для управления ресурсами предприятия (SAP ERP).
· для управления взаимоотношениями с клиентами (SAP CRM),
· для управления взаимоотношениями с поставщиками (SAP SRM),
· для управления логистической сетью (SAP SCM)
Рис. 9.2.Компонента SAP PLM в структуре комплекса SAP Business Suite
Решение для управления жизненным циклом продукта SAP PLM (SAP Product Lifecycle Management) предоставляет полноценную поддержку всех связанных с продуктом процессов, включая разработку концепции, производство и техническое обслуживание. С помощью SAP PLM можно:
· Создавать и выпускать инновационные продукты, удовлетворяющие или создающие рыночный спрос
· Оптимизировать процессы и системы разработки для ускорения вывода продуктов на рынок, обеспечивая соответствие отраслевым, качественным и нормативным стандартам
· Стать более маневренными, чем конкуренты, и выгодно использовать рыночные и конкурентные возможности в своих бизнес-сетях
SAP PLM является частью SAP Business Suite, что предоставляет организациям уникальную возможность работать в единой интегрированной среде, охватывающей все бизнес-процессы предприятия.
Решение «Управление жизненным циклом продукта» является серьезной основой для успешной разработки и вывода на рынок новых продуктов и изделий, а также объединяет информацию и людей, организуя их эффективную и слаженную работу. Благодаря решению «Управление жизненным циклом продукта» предприятия могут интегрировать в общий процесс различные подразделения, включая отделы маркетинга, продаж, планирования, а также производство, материальное снабжение, техническое обслуживание и ремонт. Кроме того, данное решение обеспечивает возможность совместной работы партнеров, поставщиков, субподрядчиков, поставщиков услуг и даже клиентов.
Решение «Управление жизненным циклом продукта» дает всем вовлеченным сторонам возможность глобального управления бизнес-процессами, касающимися разработки изделий и продуктов и обслуживания оборудования. Оно предоставляет необходимую информацию на протяжении всего жизненного цикла: от разработки концепции изделия, его проектирования и запуска в производство до управления его изменениями, технического обслуживания и поддержки.
Являясь наиболее полным решением по управлению жизненным циклом продукта на современном рынке, SAP PLM помогает предприятиям:
- совместно проектировать и разрабатывать продукты и изделия, управлять проектами и основными фондами и осуществлять контроль качества на всех этапах жизненного цикла;
- управлять процессами охраны труда, здоровья и защиты окружающей среды с учетом законодательных требований и ограничений;
- работать в единой интегрированной среде с решениями «Управление взаимоотношениями с клиентами» (SAP CRM), «Управление логистической сетью» (SAP SCM), «Управление взаимоотношениями с поставщиками» (SAP SRM) и «Управление ресурсами предприятия» (SAP ERP), а также ускорить обмен информацией между подразделениями маркетинга, продаж, проектирования, производства и сервисного обслуживания;
4. сформировать комплексную систему для управления жизненным циклом продуктов и изделий, сократить затраты на ее интеграцию и упростить ее техническое развертывание.
Российские предприятия выбирают SAP PLM. Среди российских компаний PLM-компонента mySAP заинтересовала концерн «Силовые машины» — ведущего производителя и поставщика оборудования для электростанций. В настоящее время проект находится в стадии внедрения. В качестве целей проекта определены:
· организация совместной с клиентами работы по разработке и планированию проектов поставок энергомашиностроительного оборудования;
· эффективное управление долгосрочными поставками энергомашиностроительного оборудования, монтажом оборудования на объектах;
· управление сервисным обслуживанием.
В качестве примера российской фирмы, находящейся на пути реализации PLM-решения, можно привести компанию ПНППК (Пермская научно-производственная приборостроительная компания).
На этом предприятии уже более двух лет в продуктивном режиме эксплуатируется функциональность, составляющая основу PLM-решения:
· управление материальными потоками;
· управление сбытом;
· планирование и управление производством.
При этом указанная функциональность работает в интеграции с финансовой бухгалтерией и контроллингом. По состоянию на конец 2004 года в продуктивной системе работали 200 сотрудников компании.
По итогам проекта достигнуты значительные результаты, которые выражены как в качественных так и в количественных показателях.
Количественные показатели:
1. длительность процесса сбора и распределения затрат, получения всех необходимых аналитических отчетов сократилась в 2 раза;
2. количество выдаваемых в подразделения машинограмм в области управления материальными потоками снизилось с 71 до 3-х;
3. сроки формирования бухгалтерской и налоговой отчетности сократились в среднем на неделю.
Качественные показатели:
1. совершенствование бизнес-процессов;
2. достижение нового качества менеджмента;
3. повышение квалификации сотрудников;
4. повышение инвестиционной привлекательности компании.
Еще одним предприятием, которое пользуется функциональностью, входящей в состав PLM-решения, является Чепецкий механический завод (ЧМЗ).
На ЧМЗ в продуктивном режиме работают полномасштабные функции управления материалами, планирования и управления производством, сбытом, качеством, ТОРО (Техническое Обслуживание и Ремонт Оборудования). Все перечисленные функции используются в интеграции с финансовой бухгалтерией (в том числе учетом основных средств), контроллингом, управлением проектами и персоналом.
По состоянию на конец 2004 года в продуктивной системе работали 1250 пользователей. Общая сумма экономического эффекта, достигнутого в результате внедрения SAP-системы, составила 513 677 тыс. руб.
Только на начальном этапе проекта произошло высвобождение оборотных средств на 3,5 %, в том числе:
· по производственным запасам – на 11,4%;
· по готовой продукции – на 4,2%;
· по дебиторской задолженности – на 2,1%;
· по НЗП – на 1%.
PLM-решения SAP отвечают самым высоким стандартам и обеспечивают высочайший уровень эффективности для организации любого масштаба. Многие российские компании уже оценили преимущества SAP: по данным рейтинга «The 2005 Russia 50 Fortune» среди 10 крупнейших компаний России 9 компаний являются клиентами SAP.
§
PDM-технология. Одной из ключевых CALS-технологий является PDM-технология ‑ технология управления данными об изделии, которая позволяет решить две проблемы, возникающие при разработке и поддержке жизненного цикла (ЖЦ) наукоемкой промышленной продукции:
— управление данными об изделии и
— управление информационными процессами ЖЦ изделия, создающими и использующими эти данные.
Данные об изделии представляют собой всю информацию, созданную в течение ЖЦ. Они включают спецификации, состав и структуру изделия, геометрические параметры, чертежи, планы проектирования, производства и экслуатации, нормативные документы, программы для станков с ЧПУ, результаты анализа, эксплуатационные данные и многое другое (при этом все данные обязательно представлены в электронном виде).
Создаются и изменяются такие данные в результате выполнения определенных информационных процессов ЖЦ изделия, например процедуры внесения изменений. Информационные процессы могут быть достаточно сложными, охватывающими десятки сотрудников предприятия и при этом взаимосвязанными между собой. Например, проектирование сборки включает проектирование каждой входящей в нее детали, а изменение одной из них может повлечь за собой изменение множества других (а если эта деталь используется в нескольких изделиях, то изменения затронут несколько проектов).
Основной идеей PDM-технологии является повышение эффективности управления информацией за счет повышения доступности данных об изделии, требующихся для информационных процессов ЖЦ.
Повышение доступности данных об изделии достигается за счет интеграции всех данных об изделии в логически единую модель. Существует много задач, которые можно решить за счет применения PDM-технологии, среди которых можно выделить наиболее распространенные:
· Создание ЕИП для всех участников ЖЦ изделия ;
- Автоматизация управления конфигурацией изделия;
- Построение системы качества продукции согласно международным стандартам качества серии ISO 9000 (здесь PDM-технология играет роль вспомогательного средства);
· Создание электронного архива чертежей и прочей технической документации (наиболее простой способ применения PDM-технологии).
В проектах по разработке изделий необходимо не только планировать все входящие в них процессы, но и управлять их выполнением, распределяя задачи между исполнителями, определяя данные, которые им при этом необходимы, и обеспечивая их совместный доступ к этим данным. Эти задачи выполняют системы управления жизненным циклом продукции (Product Lifecycle Management, PLM), реализующие соответствующие (PLM-) технологии.
Управление информационными процессами ЖЦ представляет собой поддержку различных процедур, создающих и использующих данные об изделии (например, процедуры изменения изделия), т.е. фактически поддержку электронного документооборота, например, конструкторского документооборота.
При решении задач CALS-технологий (повышение эффективности управления информацией об изделии) роль PDM-технологии состоит в том, чтобы сделать информационные процессы максимально прозрачными и управляемыми. Эта задача решается путем повышения доступности данных для всех участников ЖЦ изделия, что требует их интеграции в логически единую информационную модель.
PDM-системы. Для реализации PDM-технологии существуют специализированные программные средства, называемые PDM-системами, — системы управления данными об изделии и информационными процессами ЖЦ. PDM-система может выступать в двух основных ролях:
— как рабочая среда сотрудника предприятия;
— как средство интеграции данных на протяжении всего ЖЦ изделия.
Рабочая среда сотрудника. PDM-система должна стать рабочей средой для любого сотрудника предприятия, которому необходимы данные о выпускаемых изделиях. В эту категорию входят не только конструкторы, технологи и работники технического архива, но и работники из других областей — сбыта, маркетинга, снабжения, финансов, сервиса, эксплуатации и т. п. Таким образом, сотрудник предприятия в процессе своей работы должен постоянно находиться в PDM-системе, а система в свою очередь обеспечивать все его информационные потребности, начиная от просмотра спецификации узла и заканчивая изменением твердотельной модели детали или ее утверждением у начальника. При необходимости она обращается к помощи других систем обработки данных (например, САПР), самостоятельно определяя, какое именно внешнее приложение необходимо применить для обработки той или иной информации. Главной задачей PDM-системы как рабочей среды сотрудника является предоставление каждому пользователю нужной ему информации в нужное время и в удобной форме (в соответствии с правами доступа). Ниже приведен классический перечень функций PDM-системы:
— правление хранением данных и документов. Все данные и документы хранятся в специальной подсистеме — хранилище данных, которое обеспечивает их целостность, организует доступ к ним в соответствии с установленными правами и позволяет осуществлять их поиск;
— управление процессами, т. е. отслеживание всех операций пользователей с данными, в том числе версий создаваемых и изменяемых данных. Кроме того, PDM-система управляет потоком работ проекта;
— управление составом изделия. PDM-система содержит информацию о составе изделия (см. пример на рис. 10.1). Важной особенностью является наличие нескольких представлений состава для различных предметных областей (конструкторское, технологическое, маркетинговое и т. п.), а также управление применяемостью компонентов изделия с помощью правил комплектации;
Рис. 10.1. Структура изделия в системе PDM STEP Suite
— классификация. PDM-система должна поддерживать различные классификаторы хранимой в ней информации (об изделиях и документах). Например, таким классификатором можно пользоваться при автоматизации поиска изделий с нужными характеристиками;
— календарное планирование. PDM-система содержит функции формирования календарного плана работ, распределения ресурсов между отдельными задачами и контроля их выполнения;
— вспомогательные функции обеспечивают взаимодействие PDM-системы с другими программными средствами, с пользователями, а также взаимодействие пользователей друг с другом. Наиболее мощные системы позволяют производить “цифровую сборку” сложных изделий из нескольких трехмерных моделей, созданных различными организациями в разных САПР.
PDM-системы как средство интеграции данных на протяжении ЖЦ. Важной задачей PDM-системы является также интеграция данных об изделии на протяжении всего ЖЦ. Фактически на предприятии существует два центра интеграции данных: АСУП и PDM-система. Но если АСУП интегрирует данные в основном о ресурсах предприятия, то PDM-система — о продукте. Кроме того, на предприятии существуют прикладные компьютерные системы, которые создают и обрабатывают данные об изделии. Таким образом, можно выделить два направления интеграции данных — вертикальное (PDM и прикладные системы) и горизонтальное (PDM-система и АСУП), рис. 10.2.
Рис. 10.2.Центры интеграции данных об изделиях на предприятии
Таким образом, при создании ЕИП для всех участников ЖЦ изделия, PDM-система выступает в качестве средства интеграции всего множества используемых прикладных компьютерных систем (САПР, АСУП и т.п.) путем аккумулирования поступающих от них данных в логически единую модель на основе стандартных интерфейсов взаимодействия (рис. 10.3, 10.4).
Рис. 10.3.Создание ЭИП на основе PDM-системы
Рис. 10.4. PDM — система интегрирует данные от различных прикладных систем
Выгоды от использования PDM-системы. Основной выгодой от использования на предприятии PDM-системы является сокращение времени разработки изделия, т.е. сокращение времени выхода изделия на рынок и повышение качества изделия. Сокращение времени выхода на рынок достигается в первую очередь за счет повышения эффективности процесса проектирования изделия, которое характеризуется четыре аспекта:
· Избавление конструктора от непроизводительных затрат своего времени, связанных с поиском, копированием и архивированием данных, что, при работе с бумажными данными, составляет 25-30% его времени;
- Улучшение взаимодействия между конструкторами, технологами и другими участниками ЖЦ изделия за счет поддержки методики параллельного проектирования, что приводит к сокращению количества изменений изделия;
- Значительное сокращение срока проведения изменения конструкции изделия или технологии его производства за счет улучшения контроля за потоком работ в проекте;
- Резкое увеличение доли заимствованных или слегка измененных компонентов в изделии (до 80%) за счет предоставления возможности поиска компонента с необходимыми характеристиками.
При использовании систем автоматизированного проектирования и подготовки производства качество изделия зависит не столько от качества проектирования, сколько от состояния данных (т. е. их полноты, корректности, актуальности). PDM-система позволяет значительно улучшить это состояние и соответственно повысить качество самого изделия.
§