Понятие сквозной автоматизации в машиностроительной отрасли является, пожалуй, наиболее осязаемым в сравнении с другими отраслями. Эффект станет особенно ощутим, если зафиксировать изначальную структуру бизнес-процессов и состояние автоматизации, а потом сравнить всё это с тем, что стало после преобразований ИТ-ландшафта. А разовые изменения такого рода как раз свойственны все тем же машиностроительным предприятиям, к числу которых относится и компания ОАО «Ратеп».

Продукция этой компании разделена на три основных направления: военная техника, оборудование гражданского назначения и товары народного потребления. Изделия первой группы производятся в «Ратепе» со дня его основания и до сих пор считаются основной статьей дохода. Вторая группа появилась лишь в последнее время и пока включает унифицированные пульты управления для машиниста тепловозов, оборудование вагонов метро и некоторые другие изделия. Товары народного потребления, выпуск которых также налажен сравнительно недавно, ассоциируются с привычным набором малой электробытовой техники. В «Ратепе» работает около двух с половиной тысяч сотрудников. Предприятие имеет 16 видов производств, ориентированных, в частности, на выпуск печатных плат и СВЧ-модулей, на современное автоматизированное заготовительное производство, механическую обработку промежуточных деталей, а также монтаж, сборку и регулировку конечной продукции. Как и у любого машиностроительного предприятия, выступающего в роли головного разработчика хотя бы по некоторой части выпускаемой продукции, у «Ратепа» есть партнеры — конструкторские бюро, проектные институты, соизготовители комплектующих.

Сквозная ИТ-поддержка — это не сумма автоматизации участков

Революционные преобразования подходов к автоматизации производства прошли на предприятии относительно недавно, так что его сотрудники хорошо помнят предшествовавшую ситуацию. В этой статье речь в основном пойдет о продукции первой группы, и начнем мы с проблем проектирования. Оглядываясь назад, руководство «Ратепа» понимает, что автоматизированное проектирование в отсутствие сквозной автоматизации (то есть без автоматизированной передачи и преобразования информации по жизненному циклу изделия) в лучшем случае может дать меньше половины потенциально достижимого эффекта. Раньше бизнес-процессы были построены так, что конструкторы несли ответственность за изготовление конструкторской документации на изделие и при этом совершенно не касались деятельности по ее преобразованию и передаче в производство. Специальное подразделение операторов ИТ-отдела в составе сорока человек занималось исключительно тем, что по данным конструкторской спецификации вводило в информационную систему соответствующие производственные заказы.

На стадии производства в дело вступала так называемая эталон-программа, преобразующая конструкторскую спецификацию в поцеховую номенклатуру под конкретный заказ. После выполнения работ в цеху информация возвращалась в центр ввода данных, где те же сорок операторов вводили сведения уже о закрытых нарядах. Эти данные поступали в бухгалтерию, которая в двадцатых числах следующего месяца была в состоянии свести бухгалтерский баланс предприятия.

Если проанализировать такую схему, то можно отметить, что если не все, то основные классические элементы автоматизации производства в ней имеют свое место. Конструкторская документация готовится в электронном виде. Разбор спецификации изделия и преобразование ее в производственную тоже формально присутствуют. Налицо и позаказное планирование номенклатуры, и автоматизация учета. Но от реально достижимой эффективности по целому ряду причин здесь было ещё очень далеко.

Фактический разрыв технологий автоматизации на этапе запуска заказов в производство приводил к значительному количеству неточностей. Например, та или иная деталь по ошибке могла попасть в разряд покупных и вместо того, чтобы быть взятой со склада, покупалась у сторонних поставщиков. Отсутствие непрерывности в бизнес-процессах движения документации по жизненному циклу изделия также представляло для предприятия немалые проблемы. Возможность исправить ошибку или внести дополнение на ходу, уже на стадии производственного процесса, которая была у каждого конструкторского подразделения, порождала ситуацию, когда на промежуточных стадиях появлялось несколько вариантов производственной спецификации. Последствия подобного «запараллеливания» данных (пусть даже и в электронном виде) всем хорошо известны.

Что касается производства, то по словам представителей «Ратепа» в таких условиях все шло более или менее гладко только до момента изготовления примерно половины комплектующих для окончательной сборки. После прохождения через эту «критическую точку» оказывалось, что при пятидесятипроцентной готовности того или иного заказа на деле из-за отсутствия вполне определенных элементов (то есть из-за некомплектности) на стадию сборки вообще ничего не может быть передано. И тогда по специальной дефицитной ведомости рабочие цехов в ударном темпе за повышенную оплату срочно изготавливали детали, чтобы передать промежуточную сборку на комплектацию.

Эта ситуация демонстрирует один вполне универсальный на наш взгляд тезис. Состоит он в том, что автоматизация каждой стадии жизненного цикла отличается от сквозной информационной поддержки отсутствием гладкой передачи информации в тех или иных сочленениях производственного процесса. Чтобы эти сочленения были действительно гладкими, наряду с автоматизацией требуются и определенные организационные изменения. Другими словами, сквозная автоматизация означает передачу данных с одного этапа жизненного цикла на другой без информационных и организационных разрывов. Следует обратить внимание и на то, что такая ИТ-поддержка предполагает широкое вовлечение сотрудников предприятия в работу с электронной информацией, причём на более детальном уровне. Рассуждения здесь могут строиться следующим образом. Если мы хотим сопровождать изделие в информационном пространстве непрерывно на всех стадиях жизненного цикла, значит, мы должны делать это и в цеху, и на отдельных его участках, что неминуемо влечет детализацию информационной картины. Преобразования бизнес-процессов и технологий автоматизации в «Ратепе» проходили с опорой на эти тезисы.

За счет PDM-системы

Говоря о преобразованиях, вернемся к проблемам конструирования. Поскольку конструкторская документация по сути является первичным источником всех последующих информационных модификаций, то ставилась задача возложить на конструкторов ответственность не только за ее подготовку, но и за адекватную передачу в производство. То, что спроектировано на этапе подготовки, по определению должно быть правильным и на этапе производства. Надо сказать, что организационный аспект перераспределения ответственности сотрудников, по словам руководства «Ратепа», вызвал ряд трудностей, но одним из основных козырей в решении данного вопроса все-таки выступила PDM-система, в качестве которой на предприятии используется продукт Search минской компании «Интермех». Именно это решение в настоящее время является хранилищем, в которое передают свою информацию конструкторы. Над этими данными работают технологи и нормоконтролеры, после чего информация, пополненная атрибутами соответствующего профиля, снова попадает в PDM-систему, фактически имея уже статус полного информационного ресурса, суммирующего стадию подготовки производства. Однако наряду с тем, что PDM-система предоставляет производственной компании функции специализированного хранилища информации о машиностроительном изделии, она решает и еще ряд задач.

Речь, в частности, идет о задачах workflow, также возникающих на различных этапах жизненного цикла продукции, а если более конкретно, то о возможностях моделирования информационных потоков, об их мониторинге. Немалое значение имеют также защита информации и организация обратных связей в ИТ-пространстве, повышающих, как известно, устойчивость информационных ресурсов к нерегламентированным или непродуманным изменениям. Вся собранная информация предпроизводственной стадии утверждается и помещается в архив, блокируемый от дальнейших изменений. С этого момента работа с документами ведется только после выпуска специальных извещений, инициируемых по замечаниям о несоответствиях в документации. Такие несоответствия могут быть выявлены на разных этапах жизненного цикла и сохраняются в той же PDM-системе.

За счет этих функций workflow удалость решить упомянутую проблему запараллеливания производственной спецификации. Теперь после появления замечаний к конструкторской документации и установления необходимости изменений выпускается извещение, и вся информация снова возвращается в PDM. В этой системе проводятся все предписанные внутренними регламентами процедуры изменений, и она же остается единым хранилищем полной непротиворечивой информации.

Кроме того, функции моделирования информационных потоков продукта Search позволили локализовать и впоследствии исключить неэффективные участки движения информации на этапе подготовки производства, модифицировав в нужном направлении соответствующие бизнес-процессы.

К автоматизации конструкторской работы, учитывая первостепенную значимость её эффективности, «Ратеп» подошел и с другой стороны. На базе КИС «Флагман» компании «Инфософт», используемой на предприятии в качестве ERP-системы, создан модуль автоматизации учета рабочего времени конструкторов, который внедрен опять-таки при некоторой модификации существующих бизнес-процессов. На каждую разработку выделяется руководитель проекта. Согласуются общие финансы, объемы работ, длительность их выполнения, и после этого каждый специалист по приходе на работу сам расписывает свое время на восемь часов. При всей простоте организационных приемов и алгоритмов поддержки, заложенных в реализацию этой инициативы, руководство предприятия считает данную систему очень эффективным инструментом.

Планирование по операциям

Работы по формированию производственной части в цепочке сквозной информационной поддержки направлены на истинное решение задачи позаказного планирования и учета. Отмеченная выше проблема изготовления конкретных комплектующих для конкретного заказа в конкретное время заставила предприятие глубоко погрузиться в тонкости внутри- и межцехового планирования, разумеется, не забывая при этом и об укрупненном планировании производства верхнего уровня, необходимом в любой отрасли и при любом типе производства. Построение цехового планирования, в свою очередь, должно характеризоваться некоторыми свойствами, пусть даже и не связанными напрямую с основной решаемой задачей. Среди них можно отметить учет целого ряда ограничений: по мощности оборудования, наличию персонала, последовательности производимых согласно маршрутной карте операций, готовности смежных с точки зрения сборочного производства деталей и некоторых других. Оптимизационные алгоритмы, средства мониторинга исполнения заказа на уровне отдельных участков цехов и выделенных рабочих центров также являются обязательными составляющими эффективной автоматизации цехового планирования.

И коль скоро все это должно присутствовать, во многих практических ситуациях удается решить в том числе и сопутствующие задачи независимо от того, ставились ли они изначально в явной форме или нет. Среди «побочных» решений можно назвать возможность в реальном времени оценивать себестоимость произведенных работ в разрезе заказов, цехов, участков, типов производства и т. д., отслеживание брака, детальный мониторинг отпуска сырья в производство, значительное ускорение передачи продукции между участками и цехами и ряд других. Все это в той или иной мере характерно для многих проектов в сфере машиностроения, а соответствующее направление в силу «плавающей» трактовки различных терминов часто называют по-разному: цеховое планирование, производственная оптимизация, MES или же APS (Advances Planning and Scheduling). Многое из вышесказанного вполне относится к автоматизации планирования в «Ратепе», полностью построенной на базе КИС «Флагман».

Процессы планирования верхнего уровня и их автоматизация прежде всего включают в себя перспективное (на один — три года вперед) и объемно-календарное планирование. По спецификациям конструкторской документации и имеющимся нормативам или их аналогам (если изделие новое) составляется среднесрочный план без акцента на оптимизацию. Это значит, что в нем учитываются только ограничения по ресурсам, да и то в огрубленном виде (то есть с учетом сезонности отпусков, ремонта значимого оборудования и т. д.). После этого у предприятия появляется первичный план и соответственно два годовых (разбитых помесячно) графика — мощности ресурсов и планируемой загрузки. Но по сути это лишь подготовка к последующему погружению на уровень пооперационного планирования, который, наоборот, почти целиком ориентирован на оптимизацию и на котором как раз и решаются упомянутые выше вопросы.

Надо сказать, что специалисты предприятия вследствие определенной специфики производства не очень склонны употреблять термин «внутрицеховое планирование», и это далеко не вопрос каких-то предпочтений в области терминологии. «У нас в процессе изготовления каждая деталь проходит через пять-семь цехов, а взаимозависимость между ними в ходе незавершенного производства очень сильная.

Если какой-то цех корректирует свой план, то он автоматически заставляет то же самое делать и другие цеха», — поясняют руководители производства ОАО «Ратеп». Алгоритм работы пооперационного планирования эвристический, то есть ориентированный на перебор имеющихся решений с учетом ограничений; при этом его цель — поиск одного или нескольких лучших вариантов, соответствующих заданному критерию. В качестве ограничений в первую очередь выступают отмеченные выше факторы реального хода производства (имеющийся персонал, оборудование, необходимость изготавливать детали под конкретную промежуточную сборку, последовательность выполнения технологических операций). А целями могут быть, например, скорейшее получение полной комплектации конкретной сборки, первоочередное изготовление некого множества заданных деталей, минимизация простоя станка и пр. На практике же, как правило, используются не все ограничения, причём те из них, что применяются, не всегда используют ту степень детализации, которая потенциально предоставляется системой. Так, в «Ратепе» основным ограничивающим фактором является персонал (отдель­ные профессии). Оборудование же (за исключением уникальных участков, использующих, например, CAM-производство) к дефицитным ресурсам не относится, что и отражается в методах пооперационного планирования, хотя КИС «Флагман» позволяет учитывать мощность рабочих центров. Далеко не всегда оказывается нужным и предоставляемый системой инструмент поминутного составления планов — пока фиксируются более длительные временны’е промежутки.

Как мы уже сказали, условием решения задач производственной автоматизации на уровне цеха фактически является сбор первичной информации и детальный мониторинг выполнения заказа. Из общего количества рабочих мест в КИС «Флагман» на предприятии около восьмидесяти приходится на начальников участков, мастеров и сотрудников заготовительных кладовых. Маршрутная карта, распечатываемая с ПК на каждое изделие, фактически является единственным бумажным документом, проходящим по производственному участку жизненного цикла, хотя и она имеет свое электронное представление. На каждом участке по завершении технологической операции делаются отметки в ней, а также в электронной наряд-маршрутной карте в ИТ-системе, после чего деталь передается на следующий этап.

Сегодня в системе в режиме реального времени формируется практически полная информационная картина, отражающая ход производства. В свою очередь, это постепенно изменяет и стимулы, двигающие данный процесс. Благодаря тому, что в любой момент времени виден ход незавершенного производства, участок, идущий по технологическому маршруту впереди, фактически управляет работой участков-поставщиков. Частично это является следствием самоорганизации, появившейся в новой конфигурации информационной среды, частично — результатом некоторых настроек бизнес-процесов, в частности определяющих момент начисления заработной платы рабочим.

Итоги явные и сопутствующие

Явное повышение дисциплины производства, которое неминуемо сопровождало постановку пооперационного планирования, наверное, можно считать условием реализации проекта и одновременно его результатом. В настоящее время имеются нормативы на все производственные операции; связанные с конструированием и производством спецификации хранятся только в электронном виде; бумажный документооборот практически исключен, а любая деталь может попасть на производство только при наличии спецификации, технологии и материала (заготовки) для ее изготовления.

В результате помимо основной задачи точного позаказного планирования производства удалось решить еще целый ряд сопутствующих проблем. Напомним, что речь идет о возможности оценивать себестоимость в любых разрезах и в реальном времени, о мониторинге отпуска в производство сырья, о значительном (примерно троекратном) ускорении передачи продукции между участками и цехами и о некоторых других вопросах.