От цехового уровня и выше

В течение почти 20 лет, начиная примерно с 1985 года, MES-системы (Manufacturing Execution System, производственные исполнительные системы) играли центральную роль в эффективном управлении производством. Первоначально они были задуманы как инструмент управления заказами и назначениями на работы для менеджмента цехового уровня и ограничивались именно этим первичным цеховым уровнем управления. Однако параллельно шло развитие ERP-систем, которые автоматизировали управленческие процессы на более высоком уровне - уровне предприятия и холдинга. Поэтому совершенно логично, что впоследствии MES-системы развились в полноценный промежуточный слой между верхним уровнем управления ресурсами предприятия и событиями реального времени, происходящими на производственных линиях. Кроме того, постепенно шел и процесс усложнения задач планирования. Появились идеи позаказного планирования, концепции APS, CPFR (Сollaborative Planning, Forecasting and Replenishment) и PLM (Product Life-cycle Management). Все эти идеи в разной степени нашли отражение в MES-системах и подвигали компании к внедрению таких систем.

Подобный процесс эволюции привел к тому, что непросто идентифицировать такое ПО как устойчивый и четко определенный класс. Сейчас можно встретить два вида определений MES-системы. В наиболее общем виде, MES-система - это система автоматизации набора бизнес-процессов, которые управляют производственными событиями и выполнением в реальном времени запланированных заданий на производство. Слова "реальное время" здесь принципиальны, поскольку все плановое управление на уровне MES-систем относится к текущим "сиюминутным" задачам, это управление в реальном времени. В более узком смысле MES-система - это система, которая служит для управления заказами и порядком работ, отслеживания хода работ и формирования соответствующей отчетности. Обобщение MES-систем как класса ПО - достаточно непростая задача, так как названия и функции различных компонент MES-систем изменяются не только в зависимости от конкретной промышленной отрасли, но и даже среди компаний одной промышленной группы.

Производственная пирамида

Аналитики традиционно использовали пирамиду с тремя уровнями, чтобы иллюстрировать иерархию систем на промышленном предприятии (см. рис.). Сейчас различия между уровнями становятся все более размытыми, так как производители соответствующего ПО активно расширяют свои приложения на сопредельные области. Но текущее построение большинства предприятий соответствует этой структуре.

1. Уровень планирования. Это царство объединенных продуктовых планов, включая большинство планов по цепочке поставок, учет запланированной и фактической продукции и т. д. ИТ обычно реализует и поддерживает эти процессы планирования как относительно простыми системами, поддерживающими MRP, так и ERP-системами последней выпечки. Стандартное развитие этих систем следует за широкой перспективой общего взгляда на компанию в целом, на ее финансы, человеческие и производственные ресурсы, взаимоотношениями с клиентами и т. д. Такие системы планирования нацелены на то, чтобы обеспечить информацию для поддержки принятия решения по наиболее общим вопросам развития компании.

2. Уровень производства. Это уровень исполнения производственных планов, составленных на уровне планирования. Приложения, поддерживающие процессы этого уровня, принципиально отличны от ERP-систем. Они работают в мире OLTP и нацелены на оптимизацию и выполнение текущих операционных задач в течение минут, секунд или миллисекунд. Инструментальные средства и системы уровня производства работают в реальном времени и сообщают о фактических результатах уровню планирования. Системы, которые работают на этом уровне, чрезвычайно разнообразны. Они могут изменить загрузку того или иного оборудования, потому что полученные материалы не отвечали требованиям по качеству, корректировать температурный режим работы того или иного устройства в зависимости от каких-либо событий или изменить ход процесса обработки на отдельном станке. Для осуществления каждой такой технологической операции они должны "понимать" очень детализированную информацию о процессе и работать со многими переменными процессов. И поскольку идеи интеллектуального предприятия все быстрее распространяются, то к задачам систем этого уровня в последнее время добавилось обслуживание и ремонты производственного оборудования.

3. Уровень устройств. Это самый нижний уровень производственной пирамиды. Этот уровень охватывает самые элементарные события технологических процессов, например, включение двигателей или измерение температур. Большинство этих событий не требует человеческого вмешательства, а выполняется программой в логическом контроллере или SCADA-системах.

Тенденция размывания границ этих уровней сегодня очевидна. Поставщики систем планирования верхнего уровня (ERP) стремятся приблизиться к уровню исполнения производственных планов предприятия, а системы, традиционно работавшие на уровне производства, развиваются в сторону планирования как можно более общих ресурсов. Однако конвергенция двух этих видов систем в ближайшее время маловероятна.

Дело в том, что применяемые в них технологии сильно различаются. Чаще всего системы планирования верхнего уровня организованы на единой базе данных, интегрированы и оперируют четко определенными формами данных. Тогда как система исполнения производственных планов на предприятии составлена из широкого набора разнообразных и порой несовместимых систем, в том числе и унаследованных, отказаться от которых или изменить их быстро без больших затрат и серьезных сбоев смогли пока очень немногие организации. Как класс ПО MES-системы совсем не похожи на ERP-системы и не так стандартизированы, как они.

MES-системы имеют много различных форм и форматов. Функции MES-систем не идентичны. Основу успеха концепции ERP составила, несмотря на всю уникальность хозяйственной деятельности каждого предприятия, возможность выделить задачи, общие для самых разных видов деятельности (управление материальными ресурсами, закупками, сбытом, кадрами, бухгалтерский, налоговый и управленческий учет, расчеты с покупателями и поставщиками, управление потоком наличности и т. д.). Но с MES-системами так не получается. MES-система, используемая в производстве электроники, только по основной концепции походит на MES-систему, используемую в пищевой промышленности. И обе они существенно отличаются от соответствующей системы у фармацевтического завода. Более того, MES-системы очень различаются даже в пределах одной отрасли промышленности. MES-системы и ERP-системы оперируют разными объектами и временными интервалами. Концептуально они совершенно разные. Поэтому их соединение в одном продукте в ближайшее время нереально.

Основные функции MES-систем

Если MES-системы настолько не похожи друг на друга, правильно ли выделять их в определенный класс ПО? Несомненно, поскольку, несмотря на большие различия MES-систем, некоторые общие формы и функции этих систем выделить можно. В целом функциональные компоненты MES-систем могут быть разделены на две категории: основные функции, которые непосредственно связаны с управлением промышленным процессом и включены в большинство MES-систем, и дополнительные функции, которые являются в определенном смысле периферийными, хотя и важными. Основных функций можно выделить семь.
1. Управление заказами. Функция учета и управления заказами на работы, которые были получены от ERP-системы. Эта функция выполняет следующие задачи: изменения к заказам (например, количества продукции), объединение или разбивание заказов, некоторую оптимизацию размещения заказов путем краткосрочного "что-если" анализа, а также приоритезацию и планирование заказов на работы.
2. Управление рабочими единицами. Функция учета рабочих единиц (как логических, так и физических) и управления их загрузкой. Она выполняет планирование рабочей загрузки и контролирует текущую доступность производственного ресурса.
3. Управление детальной спецификацией изделий. Функция учета и хранения детального описания каждого устройства, партии продукции или модуля готового продукта.
4. Управление движением материалов. Функция учета и управления движением материалов в процессе производства.
5. Сбор и обработка данных, выдаваемых уровнем устройств. Центр обмена информацией и транслятор для данных, которые необходимы и/или сгенерированы на самом нижнем уроне производственной пирамиды - уровне устройств.
6. Интерфейс с системами планирования ресурсов верхнего уровня. Функция, обеспечивающая взаимодействие с системой планирования верхнего уровня, как правило, с ERP-системой.
7. Управление исключениями. Способность MES-системы реагировать на непредвиденные события, которые затрагивают производственный план, например нехватка какого-либо элемента из спецификации изделия. Большинство MES-систем сегодня способны реагировать на непредвиденные, исключительные обстоятельства.

Дополнительные функции

Дополнительные функциональные компоненты MES-систем крайне разнообразны. Иногда некоторые из них даже выделяются в отдельную категорию ПО. Например, так происходит с продуктами, автоматизирующими управление обслуживанием и ремонтами (EAM-системы). В предлагаемом списке (ни в коем случае не исчерпывающем) приведены только самые типичные дополнительные функции MES-систем.
1. Управление обслуживанием и ремонтами. Учет и управление обслуживания и ремонтов производственного оборудования, включая оптимизацию и прогнозирующее обслуживание, заказы на соответствующие работы и приобретение необходимых запасных частей. Очень многие MES-системы имеют подобную функциональность, поскольку она служит логичным расширением функций учета рабочих единиц и управления их загрузкой. Однако, эта функциональность в MES-системах бывает очень разной.
2. Учет рабочего времени. MES-системы параллельно с учетом и управлением заказами на работы часто собирают информацию о рабочем времени сотрудников производства.
3. Управление качеством изделий. Прежде всего имеется в виду статистическое управление качеством - метод обеспечения качества изделий, базирующийся на непрерывном контроле ключевых параметров процесса производства, а не на проверке готовых изделий. Подобная функциональность есть практически у всех MES-систем. Тем не менее ее нельзя рассматривать как основную функцию MES-систем. Кроме того, часто у MES-систем есть компонент, поддерживающий процесс проверки качества готовых изделий.
4. Анализ производительности процессов. Сбор данных о производительности производственных процесса и анализ, например, в разрезе "время-стоимость" сегодня стал неотъемлемой частью функционала MES-систем.
5. Документация о продукте и история. Организация данных и документация о продукте могут быть очень важным компонентом MES-системы. Кроме того, MES-системы часто ведут историю изменений продукта или группы продуктов. В дополнение к сгенерированным данным о продукте большинство MES-систем может включить подобную информацию в документацию на готовое изделие.
6. Управление готовой продукцией. Ряд MES-систем позволяют контролировать и управлять действиями по отправке продукции. Информация о местоположении продукта или этапе выполнения заказа - некоторые из этих возможностей. Иногда MES-системы включают и функционал управления цепочками поставок.

Если учесть, что эти дополнительные функции могут быть очень сильно развиты, то становится понятно, почему MES-системы так разнообразны. В некоторых MES-системах функционал дополнительной функции может быть не меньшим, чем функционал основных семь функций. Некоторые компании имеют все эти подсистемы, но не используют термин MES. В других случаях компания называет MES-системой единственный модуль, например, обеспечивающий управление обслуживанием и ремонтами.

Отсутствие интеграции

Но есть и еще одна ключевая особенность, которую необходимо выделить, говоря о сегодняшнем состоянии MES-систем как класса ПО. Это их неинтегрированность в единый пакет. И дело не в том, что очень часто компании имеют набор разрозненного ПО, покрывающего эту функциональность, но никак не связанного между собой. Это можно понять, учитывая долгую эволюцию и неочевидное изначальное позиционирование этого класса продуктов. Нет, причиной служит не только ситуация в конкретных компаниях, но и логика развития самих продуктов.

Сегодняшние MES-системы скорее представляют собой набор слабосвязанных модулей "best of breed", чем единые интегрированные пакеты. Для нового класса ПО это достаточно закономерный этап развития, но для систем, эволюционирующих уже более 20 лет, это достаточно странно. Многие поставщики MES-систем шли по пути покупки нужных решений, расширяющих функциональность продукта, и не слишком заботились о создании интегрированного решения. Традиционные поставщики MES-систем, такие как Camstar, Datasweep и Visiprise, сейчас активно расширяют свои системы, чтобы обеспечить более широкое разнообразие функций, включая проверку качества, историю продукции, управление жизненным циклом продукта, управление цепочками поставок, в едином интегрированном пакете. В то время как основные функции MES-системы неплохо объединяются в единый продукт, большинство дополнительных функций не слишком просто интегрируются с ними. Более новые MES-системы уделяют больше внимания проблемам интеграции, но большинство MES-систем сегодня просто составлены из разрозненных компонентов.

Расширение аудитории

Наконец, надо сказать еще об одной тенденции. Начиная с 1985 года MES-системы стали широко использоваться компаниями и доказали свою полезность. Но сегодня усложнение алгоритмов планирования и ужесточение требований к эффективности вызывает волну нового интереса к MES. Главная идея такова - MES-системы генерируют и поддерживают большое количество данных, которые могут быть полезны еще для многих сотрудников предприятия и даже для внешних заказчиков. Необходимую информацию трудно отыскать и извлечь из MES-систем. Они просто не рассчитаны на то, чтобы предоставлять информацию вне уровня исполнения производственных планов. Сейчас этот недостаток MES-систем потихоньку исправляется, информация становится доступнее, поставщики систем расширяют приложения более широкими функциональными возможностями в части доступа к внутренней информации и новыми инструментальными средствами, которые могут собрать и объединить данные от разрозненных систем. Вот несколько направлений работы.

1. Использование порталов для предоставления информации из MES-систем определенной группе пользователей.
2. Предоставление данных о производительности процессов производства для аналитических инструментов. Аналитические инструменты могут проводить сложную агрегацию первичных производственных данных и представлять информацию в виде приборных панелей.
3. Прогресс инструментальных средств управления бизнес-процессами и прикладных стандартов типа RosettaNet позволяет улучшить процесс выдачи планов из системы планирования верхнего уровня в MES-систему, сделать его гибче и эффективнее.

MES-системы много лет верно служили инструментом менеджмента цехового уровня. Но сейчас ситуация меняется. Использование MES-систем расширяется, их данные нужны более широкой аудитории. В результате роль MES-систем изменится. При этом будет расти значение MES-систем как критического источника информации реального времени о производстве.