На Нижнетагильском металлургическом комбинате (НТМК), одном из самых крупных металлургических предприятий России, создана система динамического планирования производства. Уникальный по сложности задачи эксперимент (именно эксперимент, поскольку никто до конца не был уверен в правильности выбранных решений) успешно завершен. Константин Зимин беседует с руководителем проекта, автором решений, директором НТМК по информационным технологиям Игорем Суковатиным.

Игорь Суковатин родился в Астане. На Нижнетагильском металлургическом комбинате в области автоматизации производства работает с 1965 года. Кандидат технических наук.
Нижнетагильский металлургический комбинат (ОАО «НТМК») вместе с Западносибирским и Новокузнецким меткомбинатами и рядом других металлургических и горно-добывающих предприятий входит в крупнейший вертикально-интегрированный холдинг Evraz Group SA.

Intelligent Enterprise: Системы управления производством цехового или надцехового уровня — пока редкость на российских предприятиях. Насколько мне известно, у вас очень богатый опыт в области автоматизации производства...

Игорь Суковатин: Да, я много занимался этим, опыт достаточно большой, причем как удачный, так и не очень. Начну с неудачного. Давно, почти 20 лет назад, на НТМК были введены в строй два новых мощных прокатных стана — блюминг «1500» и универсально-балочный стан. Если в двух словах, то технология заключалась в следующем: на блюминг поступали слитки, они прокатывались в фасонную заготовку, после чего раскат нужно было измерить и раскроить на заготовки, которые затем подавались на универсально-балочный стан. Задача заключалась в том, чтобы раскроить раскат на заготовки так, чтобы после проката на универсально-балочном стане получить минимальный выход немерных длин балок, брака и т. д. Задача очень интересная и обещавшая большой эффект.

Мы приступили к ее решению — построили систему, которая автоматически измеряет длину раскатов, выполняет безупорный останов раската для порезки на заданные длины, ведет учет. Для того, чтобы решить задачу оптимизации, нам пришлось заниматься целочисленным нелинейным программированием. Это оказалось довольно сложно, и мы потратили на решение задачи оптимизации много сил и времени. В результате получили хорошую систему, которая вроде бы правильно всё делает, но как только она стала кроить, выявились проблемы.

Математика — наука точная, и система вместо привычных равнодлинных заготовок стала кроить раскаты на оптимальные, но разнодлинные заготовки, которые хотя и различались не более чем на один-два сантиметра, тем не менее подлежали учету, и их разнообразие должно было учитываться при дальнейшем раскрое на универсально-балочном стане. И это бы еще ничего, но такой раскрой был бы оправдан, если бы длина раската на блюминге измерялась абсолютно точно, а фактические сечения заготовок и балок, угар металла в печах и другие технологические параметры были строго нормативными. В реальности же эти погрешности и отклонения свели на нет все точные математические расчеты. И оказалось, что подобная точность нам просто не нужна. В итоге в систему просто были введены таблицы — как кроить заготовку в зависимости от той или иной заданной длины балки. И всё. Хотя усилий было приложено очень много, но наше сложное решение оказалось невостребованным.

Теперь другой пример, уже удачный, — это система управления сталеплавильным производством. Около десяти лет назад в старейшем в России конвертерном цехе НТМК началась реконструкция, целью которой был переход на непрерывную разливку стали с установкой четырех машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), трех установок «печь-ковш» и двух вакууматоров. Преимущество непрерывной разливки стали заключается в том, что на выходе цеха получаются не слитки, а заготовки, и еще в том, что непрерывно разливая сталь сериями «плавка на плавку», можно значительно увеличить выход годных заготовок. Понятно, что чем больше плавок в непрерывной серии, тем выше производительность цеха и качество заготовок. А вот как достичь высокой серийности, как спланировать и синхронизировать работу всех агрегатов (конвертеров, кранов, печь-ковшей, сталевозов, сталь-ковшей, вакууматоров, МНЛЗ), чтобы максимально большое количество плавок разливать непрерывно, — этой проблеме серьезного значения не придали. Главная задача была в том, чтобы построить и запустить агрегаты. Остальное — потом. И только когда запустили первую машину, обнаружилось, что планируя традиционно «вручную», можно было непрерывно разлить только три-четыре плавки, а затем процесс давал сбой и серия прерывалась. И это при работе всего одной машины. Стало ясно, что после установки всех четырех машин и всех агрегатов внепечной обработки стали «ручное» планирование станет физически невозможным.

И тогда была поставлена задача очень быстро создать и внедрить систему автоматического планирования работы всех агрегатов конвертерного цеха в режиме реального времени. Система была построена в короткий срок, и сейчас непрерывно разливаются серии из 120 — 140 плавок. А непрерывная разливка одновременно на четырех машинах — главная задача конвертерного производства — без данной системы вообще неосуществима, это снижает производство на 10 — 20 %, если не больше.

Из двух приведённых примеров можно сделать вывод, на который я хочу обратить внимание: главное для нас, ИT-директоров, — знать, куда стрелять. Какие цели выбирать и что делать. Можно приложить массу усилий, сделать гигантскую работу и получить ненужную систему. Даже в принципе правильные и красивые идеи, как в случае оптимального раскроя на НТМК, могут быть просто не нужны. А, например, для другого комбината раскрой — задача номер один. И наоборот, в силу каких-то особенностей сталеплавильного производства на этом заводе задача оптимального планирования работы агрегатов не столь существенна. Хотя, впрочем, вряд ли.

Совсем недавно вы запустили систему управления производством. Какие задачи она решает и каково ее место в общей корпоративной информационной пирамиде?

Раньше я очень много занимался задачами оптимизации на уровне цеховых АСУТП, такими, как позиционирование, режимы нагрева и прокатки, управление выплавкой стали, ходом доменной печи и др. Всё это задачи сложные и интересные, но все-таки они дают локальный эффект. А вот задача управления производством в целом, хотя она намного сложнее, может и эффект дать значительно больший. В принципе учить технологов, как вести процессы, не надо, а вот оптимизационные задачи управления производством — совсем другое дело. И их надо решать. Поэтому мы и приступили к созданию системы оптимального производственно-экономического планирования «сбыт — производство — снабжение», или, как мы ее называем, системы динамического планирования. Основная идея создания системы — обеспечение оптимального, клиенториентированного производства и динамического планирования, идущего от текущего состояния производства, запасов, портфеля заказов и ограничений по сырью.

Центральным ядром корпоративной информационной системы Нижнетагильского металлургического комбината является ERP-система SAP R/3 (рис. 1). У нас внедрены модули управления материальными потоками, сбытом, финансами, бухгалтерский и налоговый учет, контроллинг, управление ремонтами, инвестициями, качеством, персоналом с расчетом заработной платы, проектами (кстати, очень эффективный модуль) и частично модуль планирования производства.

Рис. 1. Общая архитектура информационной системы НТМК

Над SAP R/3 стоит аналитическая информационная система, которая называется «Мониторинг текущей деятельности», очень популярная у руководителей нашего завода. Она охватывает все основные виды деятельности предприятия: производство, сбыт, закупки, запасы, расчеты, затраты, качество, транспорт и т. д. На самом нижнем уровне корпоративной информационной системы находятся цеховые АСУП и АСУТП. Все основные цехи у нас снабжены цеховыми системами слежения за производством.

Cистема динамического планирования отвечает как за внутрицеховые, так и за межцеховые производственные и технологические процессы. Она связана и с модулями SAP R/3 (управление материалами, контроллинг, управление сбытом и планирование производства), и с цеховыми системами. Общая структура системы показана на рис. 2.

 

Рис. 2. Общая архитектура системы динамического планирования

 

Система состоит из четырех основных модулей: объемного планирования (производственная программа на месяц или его оставшуюся часть), задания из которого поступают в модуль оперативно-календарного планирования, а оттуда, в свою очередь, через модуль слежения за производством детальные планы выдаются на уровень цеховых систем, и модуля анализа и отчетности. Ключевые пользователи системы — специалисты по управлению сбытом, работающие в экономическом и производственном управлениях завода. Модуль производственного планирования в SAP R/3 собственно планированием не занимается, а служит только интегрирующим звеном для связи с данными ERP-системы.

Расскажите подробнее о том, как осуществляется планирование производства.

Общая схема планирования показана на рис. 3. На входе система получает три вида исходных данных, которые задаются перед началом планирования. Первый — портфель заказов: заказчик, получатель, продукция и требования к ней, объем, цены, сроки и условия поставки.

Рис. 3. Схема планирования

Здесь надо сказать, что на момент планирования у нас могут быть как реально оформленные заказы, так и заказы виртуальные. Поскольку у нас клиенториентированное планирование, наличие заказов от клиентов является обязательным требованием, и коммерсанты по своим соображениям вводят условные заказы, которые позже замещаются реальными. Второй вид — ограничения по материалам: доступные материалы, их цены и ограничения по количеству или стоимости. И третий — производственные мощности: ограничения по производительности агрегатов, ремонты и профилактика, ограничения по сменному оборудованию и пр.

Эта информация поступает в модуль объемного планирования, где рассчитывается производственная программа на месяц или его оставшуюся часть. Критериев оптимальности такого планирования мы выбрали пять: маржинальный доход, себестоимость, объем реализации, расход выбранных видов сырья и физический объем производства. Из этих пяти вариантов производственных программ, как правило, сравниваются две программы — по критерию максимального маржинального дохода и по максимальному физическому объему производства.

И насколько велика разница между этими программами оптимизации?

Это очень важный момент. Так как опытом решения таких задач мы не обладали, для меня важно было понять, какой получится эффект. Можно применить любую изящную математику, но если при планировании разница между вариантами производственных программ составляет, скажем, 100 рублей, то понятно, что здесь ничего нет, кроме красивой математики. В этом состояли наши первые риски. Когда в первый раз запускали расчеты, мы сильно нервничали — а вдруг не будет выигрыша? Но получился результат, которого я сам не ожидал. Если разница в физическом объеме производства между различными вариантами производственных программ составляет около 2%, то разница в прибыли между ними будет достигать 15—20% и составит миллионы долларов в месяц. Именно так: миллионы. То есть система говорит, что есть такие варианты производственной программы, в результате которых за месяц можно получить дополнительную прибыль в несколько миллионов. Это очень существенно и свидетельствует о том, что этим надо заниматься.

А как ведется календарное планирование? По каким критериям вы здесь проводите оптимизацию?

После решения задачи объемного планирования производственная программа передается в модуль оперативно-календарного планирования. В этом модуле заданные потребности в чугуне, стали, заготовке и прокате преобразуются в календарные графики работы каждого передела, цеха и основных агрегатов.

Должен сказать, что оптимальный календарный график у нас строится несколько необычным образом. Традиционно задача оптимизации в производстве сводится к минимизации запасов и затрат. Мы же построение оптимального календарного графика подчинили другому единому критерию, который называется «скорость движения оборотного капитала в производстве». Всем понятно, что запасы и затраты снижаются для того, чтобы увеличить скорость движения оборотных средств. Но сам показатель — уровень запасов — на мой взгляд не совсем понятен и корректен. Что такое уровень запасов? Как и когда его измерять? Ведь в течение времени он непрерывно изменяется в зависимости от характера и интенсивности производства. И если его принудительно ограничить, то можно и производство сорвать. А оптимальный календарный график, минимизирующий цикл движения оборотных средств, хотя и не ставит своей прямой целью сведение запасов к минимуму, но автоматически приводит к их снижению, однако так, чтобы производство всем было обеспечено. Мы просто решаем саму задачу максимизации скорости движения оборотных средств, и естественно, что средний уровень запасов сразу снижается. И хотя математически эта задача чрезвычайно сложна и было потрачено много усилий для ее решения (в целом весь проект создания системы динамического планирования шел 3 года), я считаю, что такой подход единственно верен.

На выходе системы планирования мы имеем график выплавки чугуна, разливки стали, производства проката и график потребностей в сырье и материалах, данные по загрузке цехов и агрегатов, а также бюджет сбыта, график отгрузки продукции и платежей за поставки. Таким образом, система динамического планирования связывает снабжение, производство и сбыт в единый процесс.

Тот эффект, о котором вы говорили, — миллион в месяц — связан в основном с минимизацией оборотного капитала?

Не только, но управление оборотным капиталом — очень важная тема. На мой взгляд, это невостребованный ресурс любого предприятия. Ведь за оборотным капиталом в режиме реального времени никто не следит. В финансовом менеджменте есть такой показатель — цикл оборота оборотных средств; но он рассчитывается по завершении отчетного периода и действительно зависит от уровня затрат и запасов. Но кроме того, движение оборотных средств в цикле «закупки — производство — сбыт» это еще и физический процесс, процесс движения носителей оборотных средств и событий их перехода из одной формы носителя в другую. А идея-то простая: сырье, вагоны, каждая плавка стали, каждый выставленный счет — это носители оборотного капитала. В любой момент времени весь оборотный капитал предприятия бывает размещен по разным носителям. Их распределение с течением времени непрерывно изменяется, но общая сумма оборотных средств предприятия, вложенных в носители, остается постоянной, т. е. той, которой располагает предприятие. Дело в том, что носители оборотного капитала можно идентифицировать и оценить. Моменты времени их возникновения, движения, преобразования в другую форму можно регистрировать, а раз так, то и скорость движения оборотных средств можно измерять и планировать.

Иными словами, процесс движения оборотного капитала можно формализовать и управлять им. Динамика деятельности предприятия может дать эффект больший, чем просто снижение затрат и уровней запасов. Хотя и этим нужно заниматься — настойчиво, но в разумных пределах. Управление оборотным капиталлом — это сложная тема, и ее надо серьезно разрабатывать.

Три года на создание системы — довольно большой срок. У вас был немалый кредит доверия...

На заводе меня знают. Я уже почти 40 лет здесь работаю, в каждом металлургическом цехе проработал в среднем по пять — семь лет. И это мне сильно помогает. Ведь для того, чтобы сделать подобную систему, нужно не просто формально знать производство, его нужно чувствовать. И еще необходима интуиция и кругозор. Об этом ни в каком учебнике не прочитаешь, интуиция заложена в человеке, в его опыте и знаниях. И может быть, даже в его годах.

Кстати, первый раз мы эту идею обсуждали еще в 1998 году. Тогда на НТМК был другой генеральный директор. Ему идея понравилась, но в ту пору было не до того. Потом пришел новый гендиректор, и уже с ним и при его участии мы всерьез занялись разработкой системы. Поэтому мне дали закончить систему, и поэтому нам удалось ее внедрить. Вообще говоря, все топ-менеджеры как завода, так и «Евраз Груп» поддерживали нас в той работе. Торопили. Быстро не получилось, но я и сам не ожидал в начале пути, что придется решать такое огромное количество принципиальных и технических проблем.

Вы были первопроходцем, но сейчас вряд ли найдется ИТ-директор, которому дадут три года на создание подобной системы. Как можно уменьшить этот срок? Может быть, за счет привлечения внешних консультантов, большей команды или использования каких-то готовых решений?

На самом деле большую часть из этих трех лет шел процесс поиска решений. Первый промежуточный вариант, второй и так далее. Если бы решения были, то процесс можно было бы сократить в разы. Рабочая группа проекта состояла всего из девяти человек, ну и поскольку масса информации идет с уровня цеховых систем или из ERP, то привлекались соответствующие специалисты. Не думаю, что процесс можно было ускорить привлечением бoльших ресурсов.

Мы не сразу пришли к тому, что нужно самим разрабатывать систему. Мы довольно долго искали какое-нибудь готовое решение, которое можно было бы адаптировать к нашим задачам. На тот момент, увы, ничего не нашли. Вот, например, SAP R/3 — хорошая система, я думаю, лучшая на сегодня. Но сам алгоритм решения задачи оптимизации как при объемном, так и при календарном планировании очень сложен, и с помощью SAP R/3 эти задачи не решаются. Более того, я не знаю типовую систему, где такую задачу можно решить.

Здесь мне хотелось бы сделать важное на мой взгляд замечание. У нас в ИT одинаково называемые вещи могут кардинально различаться по содержанию. Можно, скажем, что-то спланировать, используя Microsoft Excel, а затем отразить это в SAP R/3 и считать задачу решенной: дескать, планирование производства автоматизировано. Но нам не это было нужно.

А как вы считаете, почему типовые системы, в том числе и ERP, не решают задачи управления производством? Их разработчики далеки от проблем конкретного производства?

Возможно. Но главное не в этом. Построение ERP-систем всегда начинается с автоматизации тех процессов, которые хорошо формализованы: бухучета, сбыта; в принципе понятно, что делать с управлением материалами... И в этом отношении в ERP всё получается неплохо. Но в производстве — сплошной эксклюзив. Металлургические заводы только кажутся одинаковыми или похожими. Более того, даже одинаковые по своему назначению цехи различаются между собой настолько, что использование каких-либо правил управления, пригодных для одного цеха, может оказаться неприемлемым для другого. Например, конверторный цех НТМК отличается от конверторного цеха ММК. Отличается и технологией, и составом оборудования, и проблемами управления. Точно так же различаются и прокатные станы — даже одного назначения. Например, рельсобалочный цех НКМК от рельсобалочного цеха НТМК. А система управления производством не может быть построена без учета всех особенностей технологии и присущих конкретному заводу конкретных проблем. Планирование производства в каком-то общем виде не бывает. И унифицированную систему в виде коробочного или даже настраиваемого продукта создать нельзя. Другое дело, когда речь идет о решениях. Вот решения тиражировать можно, если, конечно, это хорошие решения. И за счет этого — в разы сократить время создания системы.

Вы говорили о динамическом планировании. В какой степени это система реального времени? Как часто вы можете перепланировать производственную программу?

Исходные данные для планирования могут меняться в течение всего периода в любое время. Сама процедура расчета длится где-то около десяти секунд, поэтому можно легко изменять исходные данные и моделировать разные варианты детальных производственных и оперативно-календарных графиков. Скорость расчетов — очень важное требование к системе. Если расчеты будут выполняться часами, много не намоделируешь и, значит, не найдешь лучшего в этой ситуации решения.

Еще важнее проблема изменений производственного графика. Любое изменение в графике любого передела изменяет сведенный ранее баланс, и это должно автоматически учитываться. Если вы, например, планируете изменить график разливки хотя бы на одной из машин непрерывной разливки стали в какие-то сутки работы, то система должна автоматически изменить как график выплавки чугуна, так и графики выплавки стали и проката (см. рис. 2. — Прим. ред.). Может даже потребоваться по-новому выполнить объемное планирование. Учет этих взаимосвязей графиков производства разных цехов и разных переделов оказался очень сложной задачей, которую пришлось решать. Но без этого планирование производства теряет смысл. Хотя частое перепланирование — тоже плохо. Это свидетельствует скорее о том, что производственные процессы плохо подготовлены.

Идеально, конечно, когда производственная программа и календарный график утверждены и неукоснительно соблюдаются. Но металлургия — это тяжелая работа с множеством рисков. И система должна это обязательно учитывать.

С какими еще проблемами вы столкнулись при построении системы?

Все-таки главные проблемы внедрения оказались не научного или технического характера. Главные проблемы — организационные, психологические и политические. Здесь и противоречие интересов разных заинтересованных групп, принимающих участие в планировании, и психологическое недоверие к правильности результатов расчетов: «вручную я сделаю лучше!» Да и клиенториентированное планирование по всем переделам тоже не совсем привычно. А многое вообще непривычно. Складывавшиеся десятилетиями стереотипы укоренились, и в одночасье их изменить очень трудно.

Что вы делали для снятия организационных проблем? Как вы привлекали к разработке системы производственников и коммерсантов? Что делалось для ускорения обучения и интерпретации результатов работы системы?

Основные идеи, принципы и цели конечно же обсуждались на уровне управляющего директора, главного инженера комбината, директора по производству и других менеджеров. И они были приняты к исполнению. Производственники и коммерсанты непосредственно в состав рабочей группы не входили, не было необходимости. А уже когда система была доведена до уровня технической готовности к работе, подключились специалисты производственного, коммерческого и экономического управлений. В каждом из них были определены ключевые пользователи, в чью задачу входило освоение системы и ее доводка до уровня практического инструмента управления.

Специального обучения работе с системой не проводилось. Изначально интерфейсы разрабатывались так, чтобы планировщик думал только о том, что он хочет сделать — что изменить и что получить; а как это сделать, ему должно быть интуитивно понятно из экранных форм. Вся инструкция по планированию вмещается в одну страницу формата А4.

Сложнее с другими проблемами. Например, клиенториентированное планирование предполагает построение производственных графиков не только в виде физических объемов суточного производства, но и в виде исполнения конкретных заказов клиентов, причем на всех переделах. И это имеет принципиальное значение. Ведь покупателям не безразлично, когда им будет отгружена наша продукция. Если раньше требуемого срока, то у них образуются неоправданные запасы, если позже — нарушится график производства. А сейчас такое время, когда за клиентами нужно «ухаживать» — не только не создавать им проблем, но и стремиться к увеличению их добавленной стоимости. Клиенту должно быть комфортно с нами работать, даже если это некомфортно для нас.

Отсюда следуют другие требования и подходы. Например, графики должны быть неизменны в течение определённого периода, а усилия всех служб должны в первую очередь направляться на заблаговременную подготовку производства по этому графику. А это сложно. Непривычны пока для производственников и проблемы ускорения движения оборотных средств. Грубо говоря, им это неинтересно. Более того, любому производственнику понятно, что чем больше уровень запасов, тем меньше рисков. Вот в этом и заключаются противоречия интересов.

Другими словами, как и в случае внедрения ERP-систем, вы столкнулись с проблемами изменения управленческой культуры, причем не только собственно на производстве?

Да, это другая культура управления, если понимать под этим комплекс иных, еще непривычных требований, порожденных совершенно иными условиями функционирования предприятия. Мир, в котором мы сейчас живем и работаем, стремительно изменяется, а наше сознание и стереотипы управления за этими изменениями не успевают. Это не только на НТМК, это везде. Например, внедряется на предприятии ERP-система мирового класса, базирующаяся на современных бизнес-процессах. И есть два пути — либо перестроить свои управленческие процессы, либо под свои бизнес-процессы перестроить систему. Всем больше нравится второе. Всем, кроме айтишников, которым придется это делать. Но всех — больше, и они побеждают. А на самом деле отторгается как раз другая культура управления, отработанная и принятая в том мире, в который мы пришли со своими сложившимися за многие десятилетия стереотипами и правилами поведения — со своей культурой управления.

Нам нравится, когда за нами — клиентами — ухаживают в красивом современном магазине. Но нам пока непривычно, что и за нашими клиентами, то есть предприятиями, нужно «ухаживать» — поставлять продукцию точно в срок и хорошего качества и, более того, заботиться об их добавленной стоимости. Нам нравится, что на деньги, которые мы положили в банк, насчитываются проценты — наши деньги работают. Но нам непривычно, что залежалые полуфабрикаты в производстве или запасы на складах — это тоже деньги, те же оборотные средства, но они не движутся, не работают, и прибыль, которую они могли бы принести в своем обороте, потеряна. Но ко всему этому рано или поздно придется привыкнуть. Любая большая современная информационная система должна нести и, как правило, несет другую культуру управления. И проблемы внедрения таких систем — это проблемы восприятия, освоения и внедрения другой культуры управления.

Система динамического планирования на НТМК — большое, многофункциональное и сложное решение. Сейчас она находится в состоянии промышленной эксплуатации — с ней работают производственники, коммерсанты, экономисты. В систему в режиме реального времени поступает детальная информация о состоянии производства и запасов, в ней моделируются различные варианты производственных программ и графиков, формируются производственные задания для цехов, анализируется текущее состояние производства. Но освоение системы еще не завершено. Я здесь имею в виду освоение всех тех возможностей, которые могут быть реализованы за счет эффективной оптимизации производственных процессов. А в том, что это произойдет, я не сомневаюсь.