Еще раз об основах
О потребностях организаций в комплексном эффективном управлении всеми имеющимися ресурсами говорится много. Действительно, оперативное и гибкое реагирование на изменения потребностей рынка — одно из главных условий успешного бизнеса в непрерывно меняющейся конкурентной рыночной среде. Потому не ослабевает интерес предприятий к интегрированным системам управления корпоративными ресурсами (ERP — Enterprise Resource Planning, или АСУП), которые теоретически способны «видеть» все детали деятельности организации, анализировать их и помогать руководству выбирать новый порядок функционирования подразделений в меняющейся ситуации. Подчеркнем в данном утверждении слово «теоретически» — чтобы ERP-система действительно смогла выполнять описанные функции, предварительно нужно проделать немалую работу по построению адекватной модели функционирования всех подразделений предприятия.
Вряд ли мы сильно погрешим против истины, если скажем, что модель любого предприятия будет достаточно простой, если в ней не учитывать производственный процесс. Специалисты по АСУ ТП утверждают, что каждый проект автоматизации технологических процессов уникален и индивидуален, поскольку даже однотипные предприятия могут применять разные установки и даже технологические процессы. Именно учет производства делает каждую интегрированную АСУП уникальной.
Большинство промышленных предприятий имеют насыщенную «биографию» автоматизации, уходящую вглубь технологической истории на несколько поколений компьютерной техники, сетевого оборудования и промышленной электроники. Обычно проекты комплексной информатизации промышленных предприятий сопровождаются модернизацией систем промышленной автоматизации. Кажется, еще ни одному предприятию при этом не удалось избежать эффекта «кусочной» или «островковой» автоматизации... А возможно ли это в принципе? Еще лучше поставить вопрос по-другому: является ли «островковая» автоматизация таким уж принципиальным злом, которое надо всемерно искоренять?
Обратимся к архиву проектов автоматизации промышленных предприятий. Ни в России, ни в других странах не зафиксировано случая внедрения комплексной информационной системы промышленного предприятия на базе одной платформы. Не известно также ни одного случая замены одной такой системой нескольких существующих подсистем автоматизации. Видимо, не зря вплоть до последнего времени проекты в области АСУ ТП и АСУП выполняли различные организации. Более того, эти два класса систем автоматизации — в некотором роде антагонисты: АСУП (ERP) ориентированы на поддержку транзакций, а АСУ ТП — на обработку системных событий в реальном масштабе времени. Теоретически весьма непросто представить совмещение этих двух подходов в рамках единой информационной системы. Видимо, более реален и практичен путь оптимальной интеграции разнородных подсистем автоматизации.
Понятно, что во главу угла при разработке подходов к комплексной автоматизации промышленных предприятий должны быть положены принципы структурированности и модульности.
В отечественной практике внедрения средств автоматизации принято деление на два уровня: АСУ ТП и АСУП, причем уровень АСУ ТП соответствует четырем первым уровням по зарубежной классификации.
Производители программных средств для создания АСУП — как зарубежные (SAP, Oracle, Baan и т.д.), так и отечественные, — поставляют свои продукты в модульном исполнении, что позволяет создавать информационную систему предприятия верхнего уровня, начиная с базовой (минимальной) конфигурации, постепенно наращивая ее функциональность и усиливая степень интегрированности корпоративных данных.
Практически все основные производители систем АСУП включают в спектр поставляемых решений модули поддержки производственных процессов, что теоретически означает готовность этих продуктов к интеграции с системами уровня АСУ ТП. Однако на практике эта теоретическая готовность сталкивается с неспособностью существующих систем промышленной автоматизации напрямую обмениваться данными с ERP-, MRP- и им подобными системами.
Появление систем уровня поддержки производства (Manufacturing Execution Systems, MES) стало ответом на потребности промышленных предприятий в получении целостной картины текущего состояния производственного процесса — в любой точке производственного цикла и со временем реакции, близким к реальному масштабу времени. Таким образом, системы класса MES представляют собой «мостик», с помощью которого преодолевается упомянутое противоречие между потоком производственных данных, ориентированным на события, и ориентированным на транзакции потоком управляющей информации, связанной с интегральными категориями планирования бизнеса.
Важная характеристика современных MES-систем — сложность их внедрения, обусловленная сложностью интеграции современных систем локальной автоматизации. Сегодня практически применяются три основных варианта реализации таких систем.
1. Частные закрытые решения, создаваемые для поддержки производства конкретного заказчика. Представляют собой ПО, написанное либо сотрудниками отдела АСУ предприятия, либо программистами компании-интегратора, привлеченной для выполнения данного проекта.
2. Локальная автоматизация отдельных участков производства на основе коммерческих специализированных или универсальных продуктов, дополненных ПО, специально разработанным для данного предприятия.
3. Внедрение коммерческих интегрированных MES-систем, поставляемых в виде набора взаимоувязанных приложений. Это наиболее универсальный подход, обеспечивающий максимальные возможности интеграции. Однако он требует немалых усилий для перепрограммирования устройств промышленной автоматизации с целью их настройки на специфику конкретного производства.
Результирующая сложность комплексной интеграции предприятия складывается из следующих составных частей:
- сложность интеграции на уровне MES;
- сложность интеграции MES — ERP;
- сложность учета потребностей будущего развития предприятия.
Действительно, комплексная информационная система управления предприятием — это информационная модель реального предприятия. Эта модель только тогда имеет настоящую ценность, когда она «живет» и развивается вместе с самим предприятием, отражая изменения в технологических процессах.
Уникальное предприятие — уникальная ИС
ОАО "Оскольский электрометаллургический комбинат" (ОЭМК) — крупнейшее в мире и единственное в России металлургическое предприятие, которое использует принципиально новую технологию прямого получения железа из руды, минуя стадии аглофабрики, коксохимического производства, доменного цеха. С 1982 года. комбинат экспортирует металлопродукцию в Южную Корею, Тайвань, США, Италию и Югославию. Сегодня большая часть выпускаемого комбинатом готового проката идет на экспорт.
| Профиль клиента |
|---|
|
Компания Местонахождение: Руководитель: Суть проблемы: |
Жесткие условия конкуренции на мировом рынке металлопродукции заставляют руководство ОЭМК постоянно заниматься совершенствованием и модернизацией основного производства. Так, вместо традиционного железнодорожного транспорта на комбинате используется система гидротранспорта, не зависящая от метеорологических капризов и легко поддающаяся автоматизации процессов регулирования и управления. Для межцеховых и внутрицеховых перевозок используются конвейерные системы и специальный автотранспорт, что также позволило значительно повысить гибкость управления функционированием подразделений.
Одно из основных перспективных направлений развития ОЭМК связано с модернизацией на основе ввода в действие стана 350, что позволит предприятию повысить конкурентоспособность продукции и эффективность производства, увеличить свой экспортный потенциал.
Как мы видим даже из этих нескольких примеров, потребности развития основного производства комбината тесно связаны с автоматическим управлением разнообразными технологическими процессами. Сегодня ОЭМК представляет собой высокоавтоматизированное производство. Его функционирование поддерживается интегрированной автоматизированной системой управления комбинатом, построенной по иерархическому принципу. На верхнем уровне располагается ERP-система SAP R/3 — уже внедрены модули «Финансовая бухгалтерия», «Управление потоками материалов», «Сбыт», «Контроллинг», «Тех.обслуживание и ремонт оборудования»; внедряются модули «Управление производством», «Управление качеством»; идет подготовка к внедрению модуля “Управление персоналом» и двух решений на базе Web: mySAP BW (“Информационное хранилище данных») и mySAP SEM (“Стратегическое управление предприятием»).
Далее в иерархии располагаются цеховые АСУ, решающие задачи сменно-суточного планирования выплавки стали и производства проката, слежения за металлом на всех переделах производства. Кроме того, на нижнем уровне функционируют АСУ технологическими процессами и основными агрегатами (машины непрерывной разливки стали, электродуговые и термические печи и т. д.).Есть также средства базисной автоматизации, решающие задачи локального управления и регулирования, сбора и первичной обработки информации о ходе технологического процесса.
Модернизация АСУ назрела
В 1997 году на предприятии был выполнен проект реконструкции АСУ ТП для машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), являвшийся частью более крупного проекта модернизации систем автоматизации электросталеплавильного цеха (ЭСПЦ). По словам Анатолия Фомина, начальника Центра информационных технологий ОЭМК, модернизации подвергалась старая система автоматизации, разработанная для ЭСПЦ ОЭМК компаниями Krupp, Siemens и ASEA еще в 1970-х годах и включавшая механизмы отечественного производства, управляющие вычислительные комплексы (УВК) на базе ЭВМ СМ 1420, комплексы DS8 фирмы ASEA, функционирующие под управлением ОС реального времени ОСРВ 3.0, а также машины СМ 1420, выполняющего функции диспетчеризации и управления производством в ЭСПЦ.
При выборе платформы для новой системы промышленной автоматизации в качестве основных кандидатов рассматривались два решения — комплекс BASEstar компании Digital (впоследствии поглощенной корпорацией Compaq, http://www.compaq.com), функционирующий на базе компьютеров Alpha под управлением ОС реального времени Open VMS и Digital UNIX, и программно-аппаратный комплекс на базе Intel-серверов и ПО Microsoft. Тестовые проверки показали, что решение Digital более полно соответствовало требованиям ОЭМК по надежности, отказоустойчивости, а также времени реакции на нештатные и аварийные ситуации.
«Выбор системы BASEstar в качестве ядра АСУ ТП позволил предприятию перейти на самое современное оборудование по всей номенклатуре используемой техники, — подчеркнул Анатолий Фомин. — Мы смогли в относительно короткие сроки разработать приложения автоматизации металлургического производства, а также обеспечить возможность расширения и интеграции с другими используемыми системами».
Этапы модернизации
Переход на новую систему осуществлялся поэтапной заменой устаревших средств автоматизации на новые. Первый этап включал замену локальных систем регулирования на современные ПЛК типа ЭК-2000 («Эмикон»). На втором этапе были подключены компьютеры Digital Alpha, на третьем — отключены УВК СМ1420 и УСО DS8.
В ходе проекта специалисты Центра ИТ комбината собственными силами выполнили весь цикл работ — от формулировки технического задания до составления рабочего проекта, а также осуществили все работы по вводу системы в промышленную эксплуатацию. Правда, следует отметить, что существенную помощь ОЭМЛ оказали партнеры комбината, в частности, компания «Прософт-Е» из Екатеринбурга (поставщик контроллеров и сертифицированного ПО для их параметрирования и настройки) и НВК ВИСТ (поставка оборудования, ПО BASEstar, системная интеграция, разработка интерфейса Alpha Station — ПЛК).
По мнению специалистов ОЭМК, экономический эффект от внедрения новой системы АСУ ТП МНЛЗ-2 ЭСПЦ достигается за счет более глубокого контроля за процессами непрерывной разливки стали, оптимизации раскроя непрерывно-литого слитка стали, удаления дефектов («поясов»), приобретенных в процессе производства. «С использованием новых средств промышленной автоматизации на МНЛЗ-2 разливают наиболее ответственный сортамент, экономия металла составляет при этом около 10 тыс т стали в год, — отметил Анатолий Фомин. — Кроме того, принятый подход к интеграции АСУ ТП МНЛЗ с системой управления SAP R/3 позволит в ближайшем будущем объединить информацию, требуемую для контроля процесса разливки стали, с информацией, необходимой для организации производства всего цеха ЭСПЦ».
Compaq BASEstarПакет BASEstar предназначен для создания информационных систем класса MES и обеспечения интеграции уровней АСУП и АСУ ТП. Выполняя роль ядра интегрированной системы поддержки производства, BASEstar одновременно выполняет другие функции, в частности, обмен данными между удаленными элементами производства по протоколу TCP/IP и создание автоматизированной среды для пользователей, адекватной их задачам. Комплекс BASEstar включает средство BASEstar HMI (Human Machine Interface), позволяющее пользователям интерактивно визуализировать на своем рабочем месте конкретные производственные процессы в реальном масштабе времени. C помощью механизма OPC (OLE for Process Control, контроль за процессами на базе протокола OLE) BASEstar HMI взаимодействует с другими OPC-серверами в рамках распределенной информационной системы BASEstar, подключаясь к различным источникам OPC-данных в корпоративной сети интранет. При необходимости можно использовать встроенные функции BASEstar HMI для создания и отладки новых приложений. С помощью модуля BASEstar Open Client/DDE Bridge можно осуществлять передачу DDE-данных из среды BASEstar Open настольным системам пользователей на базе программных платформ корпорации Microsoft. Предусмотрена разработка новых приложений на основе интерфейса командной строки, интерфейса прикладного программирования API и языка программирования BASEstar CIMfast. Этот высокоуровневый язык класса 4GL (предусмотрен только в версии BASEstar Open), основанный на системных событиях, специально создавался с целью упрощения описания несинхронизированных взаимодействий элементов системы, например, изменения показателей текущего состояние датчиков или сообщений от другого приложения BASEstar. В состав пакета BASEstar входит также модуль BASEstar Graphics Enabler, позволяющий создавать сложные интерактивные приложения с помощью графических средств. Минимизация традиционного программирования достигается благодаря наличию объектно-ориентированной среды графических объектов, которые могут создаваться и самими пользователями. Продукты семейства BASEstar функционируют в клиент-серверной среде. Единая база данных и подсистемы обработки событий и сообщений работают в реальном масштабе времени. Все это в сочетании с высокой производительностью системы позволяет решать задачи сбора, обработки, дистрибуции (распределения по системе) и интеграции технологических данных в реальном масштабе времени. |
Процесс идет вширь
Удачный опыт внедрения BASEstar в ЭСПЦ сотрудники Центра ИТ решили использовать при выполнении следующих проектов промышленной автоматизации. «Конечно, универсализация применяемых программных средств сказывается на увеличении объема и усложнении задач, решаемых заводскими программистами, — отметил Фомин. — Упорядочение имеющегося на предприятии оборудования промышленной автоматизации и унификация работы с ними стоит того, чтобы приложить дополнительные усилия». Следующий проект внедрения BASEstar на ОЭМК стал гораздо более масштабным — он охватил все цеха и подразделения комбината. Речь идет о реконструкции системы диспетчеризации энергоснабжения ОЭМК с целью повышения эффективности управления энергохозяйством предприятия. Проект предусматривает модернизацию механизма текущего планирования, а также всех подсистем снабжения (газ, вода, пар, тепло, воздух, кислород-азот-аргон) и системы защиты атмосферы.
Старая АСУ «Энерго», в полном объеме вступившая в строй в 1985 году, была разработана ЦПКБ «Промавтоматика» и функционировала на базе мэйнфрейма в режиме многотерминального доступа. Система «Энерго» обменивалась информацией с другими автоматизированными системами («АСУП ЭСПЦ», «АСУП ОСМ и БТ», «АСУП СПЦ-1») с помощью icc-пакета.
Новая система на базе пакета BASEstar позволила реализовать диспетчеризацию потребления энергоресурсов в течение 12 месяцев командой из 7 сотрудников лаборатории АСУ ТП. В ходе проекта был осуществлен переход на архитектуру клиент-сервер, система была портирована на программно-аппаратную платформу Alpha. В качестве серверов опроса используются 8 рабочих станций Alpha Station XP900 с ОС Compaq Tru64 Unix и ПО BASEstar Client, в качестве серверов приложений — две рабочие станции Alpha Station XP900 с ОС Compaq Tru64 Unix и ПО BASEstar Open Server.
Старые телекомплексы ТК-120 были заменены на современные измерительные комплексы типа ЭКОМ-3000. Сегодня система в режиме реального времени осуществляет сбор информации от рассредоточенных энергообъектов ОЭМК, расстояние между которыми достигает нескольких десятков километров. Всего предусмотрено подключение около 200 объектов для учета и контроля энергоносителей на 600 узлах измерения (около 2,5 тыс. датчиков расхода, давления, температуры, счетчиков-интеграторов), а также более 2 тыс. датчиков телесигнализации и около 400 объектов телеуправления (насосов и задвижек).
«Перевод нескольких тысяч сигналов и 60 линий связи с одной системы на другую проводился поэтапно с обеспечением целостности учетной базы данных, — рассказывает Анатолий Фомин. — Так как новая система может работать и со старыми датчиками и линиями связи, то переход к новой системе произошел без сбоев. На переходном этапе работали обе системы, и обе использовали единую базу данных».
Коренная модернизация программно-аппаратной платформы системы АСУ «Энерго» на базе средств BASEstar обеспечит обмен учетной информацией между АСУ «Энерго» и системой SAP R/3 по местам возникновения затрат. В частности, полностью исключается ручной ввод данных в систему R/3, управляющий и технологический персонал ОЭМК получает надежный доступ к оперативной информации о расходе энергоносителей. Это позволяет принимать обоснованные решения для обеспечения бесперебойного снабжения энергоресурсами всех производств комбината, а также рационального использования ресурсов. Повышается заинтересованность персонала в снижении затрат.
По оценкам специалистов ОЭМК, только за счет эффективного использования энергосберегающих технологий на основе новой системы АСУ «Энерго» комбинат сможет ежегодно экономить до 7 млн руб. Ожидаемый срок окупаемости вложенных в модернизацию системы средств оценивается в два года.
| ОАО "Оскольский электрометаллургический комбинат" http://www.oemk.oskol.ru |
| Металлургическое предприятие основано во второй половине 1970-х годов. Специализируется на производстве окисленных окатышей, выплавке стали, производстве сортового проката, трубной и передельной заготовки, а также строительных материалов и бытовой техники для жилищного и промышленного строительства. Экспортирует металлопродукцию в Южную Корею, Тайвань, США, Италию и Югославию. |
