MES-система и её эффективность
В промышленном секторе экономики Украины сегодня наблюдается устойчивый рост числа внедрений информационных и MES-систем. При этом зачастую обязательным условием для принятия решения о внедрении того или иного проекта является предоставление расчета ожидаемой экономической эффективности.
Для расчета ожидаемой экономической эффективности специалистам компаний системных интеграторов или менеджерам департамента ИТ самого предприятия необходимо подсчитать эффективность возврата инвестиций и дополнительный эффект, который может быть получен. Расчет этих показателей включается в технико-экономическое обоснование проекта и подается на рассмотрение тендерной комиссии. Обычно именно на основании этого документа и принимается решение о реализации проекта или его выбора из нескольких имеющихся вариантов.
Проблемы технико-экономического обоснования
Необходимым условием успешной разработки технико-экономического обоснования является слаженное взаимодействие производственной, ИТ и финансовой служб предприятия. Причем точно определить эффективность внедрения систем в области информационных технологий достаточно сложно и требует серьезных затрат времени и ресурсов. Обусловлено это тем, что внедрение систем такого рода имеет как прямой, так и косвенный эффект.
Посчитать косвенный эффект с несущественной погрешностью практически не представляется возможным. Дело в том, что информационные системы имеют свойство глубокой интеграции в инфраструктуру всего предприятия и при реализации одной из функций системы возникает эффект и в других подразделениях или отделах, которые напрямую не связаны с внедрением.
Впрочем, непростая ситуация складывается и с определением численных показателей прямого эффекта при внедрении систем управления производством. Сложность заключается в том, что на этапе предварительного проектирования без глубокого и детального обследования предприятия очень сложно определить ожидаемые численные значения показателей эффективности (увеличение производительности, снижение потерь и процента брака и т. д.). В тоже время стоимость услуг по обследованию предприятий, оказываемых консалтинговыми фирмами, довольно высока, а в некоторых случаях может достигать стоимости внедрения самой МES-системы.
Наиболее часто при определении прямого эффекта используют данные, полученные в результате внедрения типовых решений на аналогичных объектах отрасли. При этом обычно рекомендуется определить три варианта возврата инвестиций: лучший, худший и средний. Расчет и последующий анализ полученных вариантов позволяет наиболее точно оценить ожидаемую эффективность возврата инвестиций в сферу информационных технологий предприятия.
Оценка эффективности Mes
В качестве базы для оценки экономической эффективности внедрения МESсистемы рассмотрим продукт Proficy Plant Applications (в дальнейшем РРА) производства одного из лидеров в области промышленной автоматизации — компании GE Fanuc Automation (США-Япония).
На уровне принятия решений по управлению производством набор приложений РРА обеспечивает выполнение функций по сбору и хранению разнородных данных, их представлению персоналу, последующего анализа и, на его основе, оптимального управления производственными процессами, качественными показателями продукции и основными фондами предприятия в реальном времени. В настоящее время РРА успешно применяется на ведущих мировых предприятиях, занятых производством напитков и продуктов питания, фармацевтики и средств гигиены, в металлургии, целлюлозно-бумажной промышленности, автомобилестроении, производстве стройматериалов и т. п. Примером типичного объекта применения программных решений РРА может служить технологический процесс производства пива.
Анализ технологических процессов предполагает построение комплекса моделей производства и динамических связей между данными и событиями, которые собираются средствами АСУТП и единого хранилища значимых для производства данных.
В состав РРА входят программные модули Quality (контроль качества), Efficiency (контроль брака, простоев и производительности), Production (контроль выполнения заказов и истории происхождения продукции) и Batch Analysis (контроль партий). Функции визуализации и анализа данных для клиентов РРА реализованы в виде подсистемы отчетов, в том числе и в web-форме. Пакет представляет собой набор клиент-серверных программных приложений. Базовый сервер РРА функционирует на основе реляционной БД Microsoft SQL и через интерфейсы взаимодействует с серверами «истории». Это могут быть Proficy Historian (GE Fanuc), PI System (OSIsoft), IP.21 (Aspen Tech), PHD (Honeywell), InSQL (Wonderware), RSSQL (Rockwell) или любой SQL-совместимый сервер. Кроме этого, напрямую поддерживается обмен данными с серверами OPC-HDA.
Построение модели предприятия (рис. 1) заключается в разработке иерархической структуры оборудования типа «завод – цеха – технологические линии – установки – группы параметров – переменные». Переменные модели являются ссылками на данные определенного источника (архив, ручной ввод, расчеты и т. п.) и типа (массивы, аналоговые, дискретные, строковые).
PPA рассчитан на отслеживание производственных событий, источниками которых могут служить автоматические либо ручные изменения соответствующих переменных. Поставляемая с пакетом расширяемая библиотека моделей позволяет автоматически интерпретировать события и обеспечивать принятие управленческих решений по оптимизации производства. РРА имеет расширенную систему организации внутренних вычислений, применяющхся для расчета различных показателей. Методы создания собственных вычислений включают в себя алгебраические формулы, VB-скрипты и хранимые SQL-процедуры.
Для описания технологического процесса в РРА составляются «семейства» продуктов, которые привязываются к установкам, на которых они производятся. Свойства продуктов описываются в спецификациях, отклонения значений параметров которых служат источником генерации тревог. Особенностью системы тревог в РРА является наличие аппарата анализа возникающих нарушений с использованием дерева причин. С этой целью производится увязка тревожных событий с шаблонами из дерева причин. Иерархия причин в виде дерева (до четырех уровней вложенности) позволяет производить анализ с постепенной детализацией. Реакция на тревогу фиксируется выбором соответствующего шаблона дерева действий. Таким образом, производится полное документирование возникающих производственных ситуаций и формируется база знаний для последующего анализа.
Интерфейс с пользователем может быть реализован как с использованием «толстого» специализированного клиента PPA, так и в web-форме (при помощи собственного Web-сервера). Набор экранов пользователя охватывает основной спектр MES-задач.
На рис. 2 показано, как может выглядеть рабочий экран оператора одного из технологических участков пивоваренного завода (в данном случае варочного порядка — участка приготовления сусла). На рисунке отображена технологическая линия «Варочный порядок №1» со всеми входящими в нее установками. Стрелками обозначены возможные технологические маршруты производства. Прямоугольники — схематичное изображение технологических установок с рассчитываемыми в реальном времени показателями. Отображаются тревоги нарушения технологического режима, возникшие при изготовлении партии продукции (в данном случае варки), количественные показатели партии (количества варок с начала суток и их объем в литрах) и качественные показатели работы установки (процент эффективности, потери, простои). Причем каждый элемент отображения выполняет функции перехода на другие экраны для отображения более развернутой информации по интересующему показателю.
Следующий экран (рис. 3) содержит список всех имеющихся и уже выполненных заказов на варку (они вводятся вручную или могут быть экспортированы в модуль Production из ERP-системы предприятия). Заказы имеют соответствующие статусы: выполненный, текущий, следующий. Информация по каждому заказу может быть просмотрена более подробно. Например, для текущего заказа доступна информация: по какому технологическому маршруту выполняется заказ, в каком объеме и за какой промежуток времени планируется сварить сусло, какие возникают тревоги и на какой установке, а также показатели эффективности выполнения заказа.
Еще один экран (рис. 4) отображает все выпущенные партии продукции (для варочного порядка это произведенные варки) за сутки, смену, час. Колонки содержат перечни качественных и количественных характеристик каждой варки. Обеспечивается вся необходимая информация, в том числе номер заказа, смена, бригада, время начала и окончания варки, показатели объема сусла на входе и выходе данной установки, объем потерь, а также ряд других важных технологических параметров.
Модуль Quality обеспечивает непрерывный контроль качества сырья, полуфабрикатов и выпускаемой продукции путем выявления возникающих событий нарушения технологических регламентов и спецификаций. Приложение модуля Autolog может быть использовано как лабораторная система ввода данных, позволяющая обеспечить ручной ввод данных и комментариев по продуктам, его свойствам и спецификациям.
При производстве пива для линии розлива и упаковки наиболее актуальными задачами MES-системы являются отслеживание простоев и потерь продукции на отдельных агрегатах, а также расчет коэффициентов эффективности использования оборудования. При этом используются механизмы автоматического формирования событий простоев и их сопоставления с возможными причинами, которые предусмотрены в модуле РРА Efficiency.
Определение параметров эффективности производится путем сравнения и анализа отличий в производственных показателях оборудования на разных линиях. Оценка текущей загруженности производства позволяет в случае необходимости оперативно распределять нагрузку в пределах имеющихся производственных мощностей. Система позволяет прилагать комментарии или документы к любому событию простоев или потерь эффективности. События потерь могут формироваться и автоматически, в соответствии с конфигурируемыми моделями, в том числе и по расчету материального баланса. При этом определяется длительность и место возникновения потерь, происходит увязка с возможными причинами и вычисляется объем потерь. Для отображения информации о потерях служит специальный экран (Waste View).
MES-система позволяет централизованно контролировать состояние линии розлива и упаковки, отслеживать процесс производства и в реальном времени выявлять ограничения, препятствующие повышению его эффективности. Для выявления этих ограничений используется показатель OEE, объединяющий производственные аспекты эффективности, выход продукции и качество. Использование показателей OEE и внедрение систем подготовки отчетов о производительности оборудования поможет любой производственной области сфокусироваться на наиболее критических параметрах успеха бизнеса. Способ расчета ОЕЕ может варьироваться от технологического процесса или отрасли в целом. Plant Applications позволяет использовать для его вычисления принятую на предприятии методику.
Компонент Web Report Server обеспечивает предоставление информации через Интернет/Интранет. Собственный Web-сервер обеспечивает соединение c сервером SQL РРА. Report Engines формируют HTML страницы и помещают их на Plant Applications Web, где они доступны клиентам. В качестве основных клиентов Web-сервера выступают средство администрирования Plant Applications Web Administrator и Plant Applications Add-in для Excel.
Web Administrator позволяет настраивать индивидуальные профили доступа для пользователей, а также сконфигурировать параметры отчетов и расписанияих генерации. Разработчики из GE Fanuc побеспокоились об удобстве и быстроте разработки пользовательских отчетов. С этой целью система содержит около ста готовых к употреблению шаблонов.
Поставляемая совместно с РРА надстройка Excel Add-In позволяет воспользоваться возможностями Microsoft Excel для анализа и представления информации из РРА. Основное предназначение компонента — генерация текущих отчетов, экспорт/импорт конфигурации, помощь в администрировании РРА. Стандартные инструменты Excel Add-In позволяют выводить сводную информацию о процессе, информацию о событиях и их деталях, параметрах спецификаций и т. п. В основе Add-In лежат динамические запросы к базе данных сервера РРА.
Относительно экономической эффективности MES-систем отметим, что исходной предпосылкой успешного внедрения является понимание механизмов влияния производственных функций конкретного объекта управления на его эффективность. Коэффициент OEE — один из показателей, позволяющих быстро оценить, насколько хорошо процесс соотносится с производственным планом и позволяет раскрыть факторы, оказавшие на него влияние. В итоге, за счет лучшего понимания того, как протекает процесс производства, и выявления ограничений, препятствующих повышению его эффективности, достигается реальная экономическая выгода.
Результаты
Исходя из опыта внедрения Proficy Plant Applications, можно с уверенностью говорить о ряде преимуществ, которые такая система дает пользователю и которые определяют величину экономической эффективности:
снижение эксплуатационных расходов;
снижение простоев;
снижение отходов и потерь производства;
снижение времени на производство продукции (от размещения заказа до его получения);
снижение ошибок;
разгрузка складов;
увеличение пропускной способности / мощности производства;
усовершенствование управления жизненным циклом продукта;
рост контроля качества;
увеличение объема продукции при тех же издержках производства.
В качестве основы для расчета экономической эффективности можно, например, использовать данные, полученные в результате внедрения Proficy Plant Applications на пивоваренном заводе компании Coors Brewing Company (Golden, Colorado, США).
На предприятии стояла задача интеграции уровня систем управления и ERP-системы SAP, а также повышения эффективности работы упаковочных цехов, общей продуктивности, роста объема выпускаемой продукции и снижения отходов, связанных с недои перепроизводством пива. Результаты оправдали все производственные затраты. Исходя из полученных данных, рассмотрим пример расчета эффективности возврата инвестиций при внедрении РРА на участке линии розлива и упаковки пивоваренного завода.
Было установлено, что прямыми резервами повышения эффективности являются увеличение производительности при постоянном объеме ресурсов и снижение объема брака.
К косвенным резервам следует отнести:
более эффективное управление производством благодаря интеграции уровня систем управления и ERP-систем;
повышение качества производимой продукции;
снижение трудозатрат по анализу ситуаций и принятия решений.
Увеличение производительности при постоянном объеме используемых ресурсов наблюдалось за счет полного выполнения плана и путем снижения простоев. Используя РРА, оператор получает возможность выявлять «тонкие места» производства, отслеживать их и своевременно реагировать для исключения простоев. На линии упаковки производительность повысилась на 5%. Вторым прямым резервом повышения общей эффективности на линии упаковки явилось снижение процента брака на 90%. Близкие результаты были получены на заводе Lion Nathan (Австралия).
Определим показатели возврата инвестиций на условномпримере линии розлива и упаковки пивоваренного завода. Для расчета возьмем резерв увеличения производительности на 2,5%, что в 2 раза меньше, чем может быть достигнуто.
Основополагающими показателями экономической эффективности обычно принимаются ROI (Return On Investment) и срок возврата инвестиций. В нашем расчете они соответственно 256% и 6 месяцев. Определив данные показатели по нескольким возможным проектам в области автоматизации предприятия, у менеджмента появляется возможность сделать выбор лучшего проекта.
Важно при расчете стоимости владения принимать во внимание не только год внедрения MES-системы, но и последующие годы. Это позволит более точно сделать технико-экономическое обоснование и обоснованно выбрать наилучший для внедрения проект.
В заключение хочется еще раз отметить, что расчеты ожидаемого экономического эффекта от внедрения информационных систем являются весьма приблизительными. Опыт компании «ИндаСофт» в сфере системной интеграции показывает, что наиболее убедительным вариантом определения экономической эффективности внедрения MES-системы является предварительное выполнение пробного пилотного проекта.
Для внедрения такого бюджетного проекта выбирается конкретная задача MES (например управление качеством, управление эффективностью работы оборудования или анализ истории происхождения продукции), которая решается в пределах определенного участка производства. Обычно такой проект не занимает много времени и усилий, но позволяет на базе реально получаемых данных оценить будущую эффективность возврата инвестиций на данном конкретном предприятии.
Принимая решение о внедрении MES-системы, нужно понимать, что прибавочная стоимость продукции создается именно в производственных зонах (цехах, участках), поэтому инвестиции в повышение эффективности производственных процессов обязательно дают отдачу. Достоверная и своевременная информация, необходимая для принятия правильных решений, также находится в производственных зонах, поэтому оптимизация управления технологическими процессами способна существенно улучшить финансовые показатели предприятия.
Сергей Евтушенко — канд. экон. наук, директор,
Владимир Патрахин — руководитель отдела системной интеграции
С. Евтушенко, В. Патрахин, Корпоративные системы [10.2006]
https://www.lobanov-logist.ru/library/all_articles/54619/