Модернизация информационной системы управления на ОАО "RONEe'S"

38

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Структура предприятия

1.1 Краткие сведения о предприятии

1.2 Организационная структура предприятия

1.3 Схема информационных потоков

2. Архитектура ИСУ

2.1 Постановка задачи интеграции

2.2 Типы интеграции

2.3 Программное обеспечение интеграционного уровня

2.4 Схемы реализаций интегрированных информационных систем

2.5 ERP - системы

2.6 LIMS - системы

3. Разработка сети

3.1 Топология сети

3.2 Линии связи

4. Программно-аппаратные средства интеграции

4.1 Промышленные компьютеры

4.2 Контроллеры

4.3 Маршрутизаторы

4.4 Концентраторы

4.5 Серверы

Заключение

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

В последнее время наблюдается оживление рынка систем промышленной автоматизации, как за рубежом, так и в России в частности. Большинство российских предприятий требуют серьезной модернизации, что стимулирует развитие рынка АСУ ТП и встроенных систем.

За последние несколько лет такие системы не только стали намного разнообразнее, но и увеличился их выбор. Таким образом, любое предприятие, которое хочет повысить свою рентабельность и конкурентоспособность на рынке имеет возможность сделать это за счет введения в производство подходящую систему управления. Но необходимо правильно подойти к этому вопросу иначе можно не то, что не получить выгоду, а остаться вообще ни с чем. Целый ряд предприятий перешли на компьютерные системы управления, открывая перед собой новые возможности в области автоматизации и управления, что позволило им решать задачи повышенной сложности.

В данном курсовом проекте рассматривается завод по производству виноматериалов ОАО «RONEe`S».

Для того чтобы вывести данное предприятие на новый уровень (сделать его более гибким, способным быстро реагировать на малейшие изменения спроса и потребностей населения) и сделать его продукцию конкурентоспособной на российском рынке, необходимо провести модернизацию управления данным предприятием.

Для достижения этой цели решаются следующие задачи:

Выбор архитектуры интегрированной системы автоматизации;

Выбор программно-аппаратных средств;

Выбор и обоснование средств интеграции.

1. СТРУКТУРА ПРЕДПРИЯТИЯ

1.1 Краткие сведения о предприятии

Группа компаний RONEe`S - один из самых динамично развивающихся южно-российских производственных холдингов. Интересы группы лежат в сфере производства электронных носителей информации, полиграфии,дистрибуции видео и аудио продукции.

В 2002 году группа вышла на рынок алкоголя. На сегодняшний день в группу входят спиртзавод и три винодельческих предприятия в Ростовской области и Краснодарском крае. На всех заводах завершены работы по реконструкции и приведению производств в соответствие с современными европейскими стандартами виноделия.

Реализуется программа по предотвращению преждевременного забраживания винограда на этапе сбора и транспортировки. Так же специалистами компании разработана программа по переносу мощностей по первичной переработке, до получения сусла или мезги, в места сбора винограда. Это позволит значительно снизить транспортные расходы, и главное окажет положительное влияние на качественные показатели сырья, так как позволяет избежать повреждения ягоды во время перевозки и соответственно снижает вероятность окисления материала.

Первым закончил процесс переоснащения Семикаракорский филиал "Междуреченский", в результате чего завод вышел на новый уровень качества.

Значительно увеличен парк горизонтальных винификаторов, позволяющих проводить контролируемое брожение, по заданной программе. Все емкости для вторичной обработки, хранения и "отдыха" вина перед розливом помимо традиционных коммуникаций для мойки и стерилизации, оснащены управляемыми системами подачи инертного газа, для предотвращения окислительных процессов и системами управления температурными режимами, для создания оптимальных условий.

Особое внимание уделяется сырьевой базе. Группа контролирует сельхозпредприятия из традиционных центров виноградарства Дона и Кубани. Ведутся серьезные работы по повышению эффективности существующих виноградников, закладке новых, отбору и адаптации сортов винограда.

Три причины, которые обуславливают высочайшее качество вин компании, выгодно выделяя относительно аналогичной продукции, как российского, так и импортного происхождения

Суперсовременные технологии:

? суперсовременный парк итальянского технологического оборудования на всех стадиях переработки винограда и производства вина, как по красной, так и по белой технологическим цепочкам;

? уникальный горизонтальный ротационный винификатор Aromatik производства фирмы Diemme S.p.a. Для красных вин, позволяющий осуществлять более полную и качественную экстракцию дубильных и красящих веществ, содержащихся в кожице черных сортов винограда;

? уникальный моноблок разлива и укупорки корковой пробкой фирмы Cannelli (Италия);

? мембранные фильтры производства Graft (Германия) и Sartorius AG (Германия);

? ультраохладитель для белых виноматериалов производства фирмы Velo (Италия);

Собственные виноградники:

? виноградник Джемете, близ Анапы, по совокупности физико-географических и климатических условий относящийся к Северо-Западной Черноморской провинции. Взаимодействие влажного морского и сухого континентального климатов предопределяет высокое качество и богатое разнообразие культивируемой лозы, а сумма эффективных температур за период вегетации 3 400^oС обуславливает высокий уровень глюкозы виноградного сока;

? виноградник Междуреченский Семикаракорского района Ростовской области, расположенный на второй пойменной террасе реки Дон, в междуречье рек Сал и Дон. Совокупность почвенно-климатических условий в сочетании с количеством солнечных часов за период вегетации, определяемых 2330 часом, обуславливают высокое качество белых сортов винограда;

? виноградник Крымский Семикаракорского района Ростовской области расположен в 50 километрах от Семикаракорска на восток на второй пойменной террасе реки Дон (из них 150 га на южных смытых черноземах и 50 га на южных черноземах). Среднегодовое количество осадков (418 мм) в совокупности с количеством солнечных часов в 2002 году (2331 час) поздним периодом сбора (с середины сентября по начало октября) определяют высокое качество автохтонных сортов винограда;

Команда экспертов:

? высококлассные специалисты в области ампелографии, селекции винограда и технологи виноделия в тесном сотрудничестве с экспертами Всероссийского научно-исследовательского института виноградарства и виноделия (Новочеркасск) и экспертами-дегустаторами на базе высокотехнологичной энохимической лаборатории создают лучшие вина из возможных, подчеркивая особенности и достоинства каждого из урожаев, полученных в полном соответствии с реестром о контролируемых наименованиях.

1.2 Организационная структура предприятия

Предприятие следует рассматривать как организованное объединение его составных частей и элементов, внутренне связанных между собой (цехов и служб). Все элементы работают на одну цель, поэтому предприятие как система - это особое объединение элементов. Именно это соединение элементов приобретает новое качество, необходимое для достижения целей, ради которых создаётся система, причем, отдельные элементы, образующие эту систему не имеют качеств ей присущих, например, каждый отдельный цех предприятия, будучи его частью, не может создать продукта, который производит все предприятие с помощью необходимых цехов, служб, оборудования, кадров и т. д. Таким образом, все части или элементы системы работают на одну глобальную цель предприятия, реализуя при этом свои локальные цели, связанные с глобальной целью предприятия.

Структурная схема предприятия ОАО «RONEe`S» приведена в графической части (220301.К07.049-АТП-031). На схеме показаны все основные и вспомогательные элементы предприятия.

Предприятие делится на две основные, связанные между собой системы, управляемую и управляющую.

Управляющая система предприятия ОАО «RONEe`S» состоит из следующих отделов:

- директор;

- зам. директор по административно-хозяйственным вопросам и снабжению;

- планово-экономический отдел;

- финансовый отдел;

- бухгалтерия;

- отдел маркетинга;

- отдел кадров;

- диспетчерский отдел.

Управляемая система - это основное, вспомогательное производства и инфраструктура.

К основному производству относятся основные участки предприятия, в которых создаётся продукция - участок подачи сырья, отделение переработки, участок настаивания и осветления, бродильное отделение, участок розлива и упаковки.

Служба КИПиА, ремонтно-механический цех, транспортная служба и отдел сбыта и снабжения объединены во вспомогательное производство. Эта подсистема осуществляет вспомогательные функции при основном производстве.

К инфраструктуре относятся медсанчасть, отдел охраны, столовая, складские помещения.

Каждая из этих систем имеет свои особенности в адаптации по отношению к внешней среде, но только их совместное функционирование способно составить предприятие, как систему.

1.3 Схема информационных потоков

Схема информационных потоков иллюстрирует механизм обмена ин-формацией между структурными подразделениями ОАО «RONEe`S». Жирными линиями указаны информационные потоки первостепенной важности, имеющие огромное значение для бесперебойного функционирования предприятия в целом.

Тонкими линиями изображены потоки, необходимые для эффектив-ной работы структурных подразделений ОАО «RONEe`S». Эта информация передаётся с меньшей периодичностью.

Схема информационных потоков представлена на чертеже 220301.К07.049-АТП-032.

1.3.1 Ранжирование

Ранжирование потоков информации составлено по степени значимости по 10-ти бальной шкале. Максимальному значению по степени важности соответствует 10 баллов, минимальному - 1. Предприятие является флуктуирующей системой, то есть непрерывно меняющейся, поэтому степень значимости может увеличиваться или уменьшаться. Схема ранжированных информационных потоков представлена на чертеже 220301.К07.049-АТП-033.

1.3.2 Скорость и объем информации

Сеть предприятия ОАО «RONEe`S» построена при помощи сетевой технологии Ethernet.

Сетевая технология - это согласованный набор протоколов и реализующих их аппаратно - программных компонентов, достаточных для построения сети.

В этой сетевой технологии используются следующие коммуникации:

- 10 Base - T - использует неэкранированную витую пару и обеспечивает сегменты длиной до 100 м с максимальным числом рабочих станций в сегменте 1024.

Скорость передачи при использовании данной технологии равна 10 Мбит/с.

2. АРХИТЕКТУРА ИСУ

2.1 Постановка задачи интеграции

Основная цель интеграции различных подсистем на предприятии создание единого информационного пространства предприятия для объективной и оперативной оценки текущей ситуации, оперативного принятия оптимальных управленческих решений, ликвидации, наконец, информационных и организационных барьеров между управленческим и технологическим уровнями.

Существующие в настоящее время локальные (автономные) подсистемы, основанные на многообразных программно-технических решений, не охватывают всех функциональных областей управления. Продолжение практики создания автономных подсистем без единой стратегии объединения их в единое информационное пространство приводит к тому, что быстро возрастает количество используемых для обмена данными интерфейсов, в том числе и нестандартизованных, образующих наиболее дорогостоящие и ненадежные узлы информационных потоков.

С точки зрения ориентированного на производство предприятия, выгодность или убыточность бизнеса определяется величиной добавочной стоимости, вносимой в продукт при его производстве. Данные, хранящиеся во внутрицеховых системах, по своей природе уже содержат все закономерности и взаимосвязи, которые можно использовать для оптимизации процесса повышения добавочной стоимости. Доступ к этим данным жизненно необходим всем структурам предприятия, ответственным за эффективное преобразование этой добавочной стоимости в прибыль.

Одной из основных задач, требующих интеграции всех систем предприятия, является необходимость создания, хранения и обеспечения доступа ко всем типовым моделям продукции и технологических процессов (например, рецептам или технологическим картам).

Создание в рамках предприятия единого хранилища сведений о продукции, процессах и прочих производственных данных снижает степень дублирования информации и обеспечивает стандартизацию всей деятельности предприятия. Вследствие чего снижается уровень издержек производства, повышается качество продукции и, как правило, ускоряется оборот капитала. Кроме того, достигнутая стандартизация обеспечивает возможность оперативного внедрения на предприятии всех современных технологических достижений.

Интеграция будет приобретать все большее значение как одно из средств объединения управляющих приложений с цеховыми системами. Она предоставляет верхнему звену управления предприятием возможности по обработке данных в таких задачах, как моделирование и проигрывание производственных процессов, а также выступая в роли средства планирования, контроля и оптимизации внутрицеховых операций

Объединение офисных функций с внутрицеховыми операциями далеко не тривиальная задача, учитывая разнородность используемых систем на нижнем уровне. Офисные функции более ориентированы на обработку документов и исполняются с такими временными интервалами, как часы, дни, недели и даже месяцы, в то время как технологическое управление производством характеризуется большим числом параметров, получаемых от уникальных процессов, оборудования и систем, время реакции которых измеряется миллисекундами. Различие в типах данных и скорости их передачи у различных систем предприятия требует постоянного накопления, обработки и анализа этой информации. Приводит к необходимости создания между офисными приложениями и системами управления технологическими процессами промежуточных накопителей и преобразователей информации.

С другой стороны, на тех предприятиях, где системы автоматизации изначально создавались с учетом особенностей технологии процессов и представляли собой продуманный подход к выбору решений, базовая информационная инфраструктура для интеграции уже создана. И хотя эта база пока не оптимальна и не достаточно полна, для реализации открытого и упрощенного доступа к технологической информации она уже пригодна. В нее входят такие компоненты, как имеющиеся на предприятии сети Ethernet, технологии открытого доступа к информации, стандартные промышленные шины на уровне цеховой автоматики. Это те необходимые стартовые условия, с которых можно начинать горизонтальную и вертикальную интеграцию предприятия.

Причем с ростом уровня интеллекта устройств цеховой автоматики степень сложности задач интеграции будет только возрастать. Накапливаемые такими устройствами объемы данных будут возрастать и одновременно иметь определяющее значение для принятия решений в самых различных задачах: оптимизация процессов, техническое обслуживание, повышение качества и т.д.

Инструмент интеграции, при правильном его использовании, предоставляет возможность доступа управленческого аппарата ко всей оперативной информации о текущей ситуации на заводе в целом и на каждом участке, в каждом подразделении в отдельности. Эту информацию могут получать и обрабатывать все задействованные в процессе управления предприятием, его отдельными подразделениями и участками лица, которые на основе этой информации могут выявить и контролировать все возможные источники повышения эффективности предприятия.

Что же еще, кроме повышения производительности, может дать использование на административном уровне цеховой информации с точки зрения снижения затрат, повышения эффективности производственного процесса и конкурентоспособности выпускаемой продукции?

1. Снижение себестоимости.

За счет постоянного контроля ключевых технологических и производственных параметров, определяющих себестоимость продукции, могут быть обнаружены и устранены, например: источники непроизводственных потерь энергетических и трудовых ресурсов, простои оборудования, перерасход сырья, завышение нормативов трудозатрат и т.п. На каждом предприятии эти источники в принципе известны, но их количественные оценки, которые при их обнаружении легко считаются, могут оказаться настоящим откровением для руководителей и могут с лихвой покрыть создание автоматизированной информационной системы, призванной их ликвидировать.

2. Повышение качества продукции.

Обеспечение текущего контроля качества на всем цикле производства продукции позволит избежать таких ситуаций, когда брак выявляется только на завершающей стадии производства или еще хуже на складе готовой продукции. И чем раньше лица, принимающие решения, будут знать о нарушении качественных показателей, тем меньше будут возможные издержки от потери качества. Кроме того, наличие такого оперативного контроля позволяет в течение длительного времени поддерживать стабильно заданное качество, т.е. обеспечивать регулируемый выпуск однородной продукции.

3. Оперативный переход на новый вид продукции.

Ключевым моментом здесь становится время перенастройки оборудования на другие технологические циклы и режимы. Здесь поможет электронный доступ к базам данных, где хранятся технологические карты и рецепты для каждого вида выпускаемой продукции, а также алгоритмы их адаптации на конкретный тип имеющегося технологического оборудования.

В ряде случаев важно в соответствии с текущей конъюнктурой рынка обеспечить оперативный переход от одного вида продукции к другому.

4. Формирование технологического паспорта изделия

Выполнение требования по предоставлению производителем индивидуального технологического паспорта на поставляемое изделие становится все более актуальным, особенно при экспорте продукции. В этом случае подразумевается, что все циклы, этапы, условия и режимы переработки исходного сырья и материалов до конкретного продукта должны накапливаться и прикладываться при отгрузке именно к данному изделию, а не другому. Для этого наряду с информацией о технологических процессах необходимо в темпе с производством получать данные с автоматизированных систем маркирования, взвешивания, контроля качества, транспортирования, складирования и отгрузки продукции.

5. Предупреждение аварийных ситуаций

Эту задачу можно решить с помощью создания средств диагностики и мониторинга основного технологического оборудования как наиболее подверженного аварийным ситуациям и горизонтальной интеграции этих средств в единую информационную систему предприятия. Экономический эффект от прогнозирования и предупреждения или даже снижения последствий серьезных поломок оборудования и аварий невозможно оценить в деньгах. К сожалению, прямые убытки можно подсчитать только после того, как эта авария произойдет. Вторая составляющая эффекта, достигаемого внедрением диагностических систем, это экономия средств на ремонт и эксплуатацию технологического парка за счет перехода от системы планово-предупредительного ремонта оборудования к обслуживанию по его фактическому состоянию.

Вероятно, самое неожиданное в процессе интеграции то, что на первых этапах приходится иметь дело в основном не с техническими и программными средствами, а с людьми. Это определяется тем, что успех интеграции основывается на точных и всеохватывающих требованиях, которые определяются не формальными расчетами, а обычным и старомодным образом: в процессе контактов с работниками предприятия. Прежде чем начинать процесс интеграции, специалисты всех основных производственных подразделений и участков должны составить специальный перечень требований (рис. 1), состоящий из следующих четырех основных компонентов:

- Описание технологического процесса простое последовательное описание способа выпуска продукции производственными мощностями;

- Описание информационных потоков перечень требуемых сведений и описание пользовательских интерфейсов, необходимых для сбора и предоставления информации.

- Описание функций обслуживания руководство по ремонту и поддержанию оборудования в рабочем состоянии. Кого необходимо уведомить в случае поломки оборудования? Каким образом? Какие ресурсы необходимо иметь в наличии для своевременного проведения ремонта?

- Описание функций оператора описание характера участия технологического персонала в производственном процессе. Для каких систем нужны операторы? Сколько? Какие действия они выполняют?

Рисунок 1 - Перечень требований

После описания, анализа и определения всех этих параметров данный перечень требований превратится в фундамент для реализации последующих этапов процесса интеграции.

Проектировщики будут пользоваться им для разработки технической и рабочей документации и спецификаций оборудования, заводскому начальству он будет нужен как исходный документ для последующих ревизий, контроля изменений и оценки стоимости системы. На его основе могут быть определены легко идентифицируемые задачи моделирования и тестирования. Но самое главное, что он позволит наглядно сформулировать ожидания руководства, поставить четкую цель, определить пути ее достижения и разработать план прохождения этого пути. Работа по плану означает отсутствие неприятных сюрпризов. Хотя на данном этапе не рассматриваются конкретные технические и программные решения, необходимо учитывать, что наступит момент, когда в интеграционные требования надо будет включать и технические вопросы. Непосредственно перед этим руководители предприятия вновь должны свериться со своими целями. Как уже было сказано вначале, мало кто может позволить себе начать все с нуля и заново перестроить свое предприятие. Всем остальным нужен подробный технический план-график (рис. 2). В значительной мере этот план-график, как и перечень требований, определяет цели и сроки выполнения процесса интеграции.

Рисунок 2 - Технический план-график

В целом, существуют всего три основных элемента, жизненно необходимых для органично интегрированной архитектуры предприятия: информационные серверы, сети и средства визуализации. Информационные серверы это те устройства, которые являются концентраторами, объединяющими между собой различные системы предприятия и обеспечивающими тем самым горизонтальную интеграцию. Сети необходимы для вертикальной интеграции, так как именно они обеспечивают распространение информации по всему предприятию. А средства визуализации это тот инструмент, посредством которого операторы, диспетчеры и руководители предприятия и получают представление о том, что происходит на контролируемых и руководимых ими участках.

После выбора информационных компонентов, систем телекоммуникации и средств визуализации начинается последний этап: интеграция в физическом смысле. Развертыванием, тестированием и опытной эксплуатацией займутся инженеры и программисты. По завершении этого этапа и окончании процесса интеграции начинается работа по оптимизации производственных и технологических операций, повышению производительности и улучшению хозяйственных показателей организации.

И хотя абсолютно все элементы процесса интеграции играют важную роль, составление перечня требований и разработка технологического плана, наиболее трудные в формулировании и осуществлении шаги. Поскольку цели интеграции у каждого предприятия не похожи друг на друга, аналогичным образом будут различаться и требования, формулируемые к задачам интеграции. Это делает почти невозможным унификацию и стандартизацию предлагаемых технических решений при практическом создании интегрированной системы АСУП/АСУТП.

Предлагаемый в данном проекте подход направлен на целевое создание комплексной информационной поддержки деятельности ОАО «RONEe`S», соответствующей современному уровню развития информационных технологий.

2.2 Типы интеграции

Для интегрирования информации основного технологического и вспомогательного производства необходимо объединение разнородных подсистем в единую систему мониторинга и диспетчеризации технологических и производственных процессов.

Для создания единой информационной системы необходимо решить такие задачи, как:

1. Горизонтальная интеграция - обеспечение информационного взаимодействия между существующими автономными подсистемами технологического уровня. Основными компонентами таких подсистем являются следующие:

- объединенное промышленными шинами контроллерное оборудование, для обеспечения информационного взаимодействия с которым используются драйверы или серверы ввода вывода;

-SCADA-приложения, уже обеспечивающие сбор технологических данных с контроллерного уровня, информационное взаимодействие с которыми можно обеспечить, используя механизмы COM (DCOM), DDE (NetDDE), частнофирменные протоколы, если обмен осуществляется между SCADA-приложениями одного производителя;

- стандартные настольные программы (Excel, CrystalReports, Word); обмен информацией с данными приложениями может осуществляться на базе OLEAutomation-объектов, SQL-запросов, DDE-протокола;

- таблицы баз данных; добавление, удаление, модификация текущих записей в таблицах возможна с помощью языка SQL-запросов (драйверы ODBC, OLE DB).

Данные, которые поступают с технологического уровня, отличаются тем, что быстро изменяются во времени (по сравнению с бизнес-параметрами) и потому объем их, получаемый в единицу времени, огромен. Из этого следует, что подсистема, интегрирующая технологические данные, должна обеспечивать скоростной сбор данных, сжатие данных при сохранении, поддержку каналов обмена по вышеуказанным протоколам. Причём интегрирующие подсистемы должны не только поддерживать обмен с технологическим уровнем, но и обеспечивать передачу технологических данных на уровень ERP-систем. Существенно то, что большинство данных реального времени мало полезно в бизнес-приложениях. Поэтому на бизнес-уровень должны подниматься технологические данные, предварительно обработанные интеграционной подсистемой.

2. Вертикальная интеграция. В общем случае целью вертикальной интеграции является передача технологических данных на уровень бизнес-приложений. В полном объеме на этом уровне решаются следующие задачи:

- обеспечение хранения оперативных данных (данных реального времени) в объеме, оптимальном для конкретного предприятия. Именно эти данные, назовем их realtime-данные, должны стать источником обрабатываемой информации, в том числе востребованной в бизнес-приложениях, системах управления ресурсами предприятия;

- формирование данных, отражающих динамику и последовательность технологического процесса производства продукта от сырья до товара. Называются эти данные продуктовыми или product-данными. Программное обеспечение, ориентированное на решение таких задач, относится к классу MES (Manufacturing Executive Systems), или систем управления производством. В качестве входных данных в MES-системы поступают параметры сырья, выходными параметрами является полная характеристика (например, технологический паспорт) полученного товара(ров);

- формирование данных, отражающих структуру и состояние фондов (активов) предприятия, прежде всего, основных фондов, с помощью которых реализуется технологический процесс. Называются они данными поддержки или maintenance-данными. Программное обеспечение, ориентированное на отслеживание и сопровождение основных фондов производства, относится к классу EAM (Enterprise Assets Management) cистем.

Следует заметить, что realtime-данные часто являются основой формирования количественных значений product- и maintenance-данных.

С технической точки зрения, горизонтальная интеграция предполагает объединение между собой всех автономных систем автоматизации технологических и производственных процессов, а также административных отделений цехового уровня в единую информационную сеть. Что обеспечивает необходимый обмен данными в реальном масштабе времени между всеми подразделениями основного и вспомогательного производства. С производственной точки зрения, это означает учет каждого шага производственного процесса от прибытия сырья, например машины с контейнером с виноградом, до отъезжающего к заказчику грузовика с готовой продукцией ящиками с вином. Что дает горизонтальная интеграция, проще всего понять на примере ее полного отсутствия, т.е. на примере предприятия с не связанными между собой технологическими и производственными процессами.

Предположим, что непрерывные и дискретные процессы рассматриваемого завода виноматериалов охвачены раздельными сетями передачи информации, которые управляются не связанными друг с другом контроллерами (хотя физически они находятся под одной и той же крышей). В этой широко распространенной ситуации левая рука не знает, что творит правая, и обе в результате страдают от последующей несогласованности действий. Например, в случае сравнительно длительной поломки укупорочной машины непрерывный процесс, как правило, продолжает упорно выдавать на-гора готовый продукт, большую часть которого через некоторое время приходится утилизировать, после чего останавливать оба процесса до устранения неисправности.

Горизонтальная интеграция позволяет устранять подобные изолированные действия путем объединения всего производственного цикла в единую согласованно действующую систему. Все устройства автоматики имеют между собой информационную связь и могут регулироваться и настраиваться без особых усилий. Однако это совсем не означает, что в каждый момент времени вся производственная система функционирует с максимальной эффективностью. Это задача вертикальной интеграции.

Вертикальная интеграция базируется на организации потоков информации от нижнего уровня (датчиков и контроллеров технологического оборудования) во внутренние и внешние компьютерные сети предприятия и через них в административные системы управления. Данная задача решается путем объединения промышленных и административных сетей. Основная цель вертикальной интеграции устранение препятствий на пути информационных потоков между уровнями АСУП и АСУТП с целью оперативного обмена данными.

Поскольку производственные мощности часто разобщены и из-за одновременного, как правило, использования разнородных систем, возникают различные промежуточные слои, тормозящие передачу информации. Вертикальная интеграция устраняет эти препятствия, передавая оперативные сведения технологическому и административному персоналу в различных подразделениях предприятия. Это значит, что оператор теперь может сидеть у компьютера, например, в диспетчерской и контролировать с его помощью загрузку тех или иных производственных линий.

Преимущества горизонтальной и вертикальной интеграции очевидны. В первую очередь повышение производительности. Благодаря объединению производственного оборудования и возможности получать любую интересующую информацию в любой момент времени, специалисты гораздо быстрее могут устранять узкие места, препятствующие эффективному производству. Во-вторых, появляется возможность производить больший объем готовой продукции. Если все оборудование работает более эффективно, можно достичь и более высокой производительности всего предприятия.

Непосредственный доступ к оперативной информации представляет собой источник сведений теоретически с неограниченными возможностями. Можно немедленно получить ответы на такие вопросы, как: какие участки предприятия выбились из графика? у какой линии максимальная производительность? Более того, эти сведения можно использовать для улучшения параметров процесса, например: Для обеспечения постоянной работы линии пакетирования необходимо увеличить объем загрузки . Или: Необходимо отрегулировать линии В и С, чтобы они по производительности сравнялись с линией А .



Рисунок 3 - Обобщённая схема интегрированной информационной системы предприятия

Интеграционный уровень отвечает за реализацию таких функций, как:

- поддержка каналов обмена между технологическими подсистемами и ERP-системами;

- определение и хранение на интеграционном уровне технологических данных; в максимальном варианте это регистрация всех технологических данных, что чаще всего и осуществляется, и только после некоторого эксплуатационного периода определяются требуемые данные;

- определение структуры product-данных, описание технологического маршрута продукта, отслеживание карты передела (движения) продукта;

- формирование maintenance-данных.

2.3 Программное обеспечение интеграционного уровня

Программное обеспечение интеграционного слоя предназначено для решения следующих задач:

· сбор и хранение данных, поступающих из различных технологических участков/цехов и отражающих оперативную информацию о состоянии технологического процесса;

· визуализация производственного процесса с предоставлением количественных характеристик во всех контрольных или узловых точках технологического процесса;

· дистанционный контроль и управление технологическими процессами;

· мониторинг текущего состояния основных фондов производства;

· поддержка Internet-решений, что (помимо других достоинств) позволяет осуществлять обмен информацией, в том числе и графической, между технологическими и корпоративными системами.

Программные продукты, обеспечивающие поддержку интеграционного уровня, можно разделить на четыре группы базы данных, системы визуализации и управления производством, системы управления активами предприятия, web-решения.

2.3.1 База данных

Выбор базы данных (БД) зависит от общего объема и от скорости поступления информации. Лишь для ограниченного класса технологических процессов с ограниченным информационным потоком могут использоваться обычные реляционные базы данных (РБД). В курсовом проекте рассматриваются базы данных реального времени (БДРВ), ориентированные на высокие скоростные характеристики регистрации, на сжатие данных, их сохранение и обеспечение доступа к технологическим данным по SQL-запросам со стороны клиентских приложений. Ниже кратко описываются характеристики выбранного продукта из класса БДРВ: Plant2Business Server, разработанный компанией CiTechnologies.

БДРВ Plant2Business Server обеспечивает взаимодействие с произвольными клиентскими приложениями по SQL-запросам. Кроме того предоставляется ряд клиентских приложений, которые могут настраиваться на различные требования пользователей.

БДРВ Plant2Business Server легко интегрирует данные технологического процесса в существующий или новый SQL Server. Если SQL Server не используется, то Plant2Business Server будет сохранять информацию, используя Microsoft Data Engine (MSDE), который поставляется с Plant2Business Server и на 100% совместим с Plant2Business Server (рис. 4).

Одно из таких приложений поставляется для Microsoft Excel. Оно позволяет пользователю выбирать необходимые данные и встраивать их в электронные таблицы. При этом допускается использование всех стандартных средств (tools), позволяющих представлять и анализировать информацию с последующим её сохранением для повторного использования.

Рисунок 4 - МS SQL Server основа Plant2SQL

По умолчанию все трендовые и событийные (алармовые) данные автоматически доступны клиентскому приложению. Пользователи могут только отметить точки, которые необходимо зарегистрировать в базе данных Microsoft SQL и иметь к ним доступ.

БДРВ Plant2SQL включает подсистему событий, которая просматривает события в SCADA-системе Citect и может использоваться для передачи или хранения набора данных. В Plant2SQL этот набор данных называется Snapshot (мгновенная выборка снимок). Мгновенные выборки переменных данных типа Snapshot активизируются из множества источников, включая временные метки или условные выражения переменных в Citect. Каждая выборка может быть гибко переконфигурирована в зависимости от конкретных требований пользователя.

Рассматриваемая БДРВ в качестве основы использует одну из распространенных баз данных Microsoft SQL Server (возможны и другие решения). Преимущества такого подхода:

- продуктом Microsoft SQL Server владеет большое количество пользователей, поэтому в проектных решениях они могут использовать не только возможности БДРВ, но и создавать собственные базы данных или таблицы в рамках существующей базы данных реального времени;

- сокращаются расходы на техническое сопровождение.

· В Plant2SQL технологические данные хранятся в стандартных таблицах MS SQL. Для обеспечения высокой скорости регистрации используется стандартная подсистема архивов Citect.

· Режим регистрации в Plant2SQL поддерживается либо системой архивирования SCADA-программы Citect, либо, использованием API-интерфейса (Application Programming Interface) для произвольных приложений Windows.

2.3.2 Система визуализации и управления производством

Система визуализации

В качестве системы визуализации, безусловно, могут использоваться SCADA-системы. Преимущество SCADA-систем заключается в том, что они предоставляют не только объектно-ориентированные редакторы с большим количеством простых и сложных графических объектов со средствами анимации, что упрощает создание окон для визуализации технологических процессов, но и обеспечивают обмен по стандартным протоколам (OPC, DDE, OLE, SQL) для формирования информационного канала с отдельными технологическими подсистемами и с бизнес приложениями производства.

Использование систем визуализации на любом этапе технологического процесса позволяет ответить на вопросы: Когда? Где? Кто? Как?

Часто SCADA-системы используются как средство визуализации для MES-систем (рис.5). В этом случае важно, чтобы выбранная SCADA-система поддерживала механизм обмена с выбранной MES-системой. Необходимо отметить, что в этом случае при выборе SCADA-пакета следует выяснить, с помощью какого механизма технологические данные могут поставляться из SCADA-приложений в MES- и EAM-системы.

Рисунок 5 - Информационный поток, сопровождающий этапы производства продукции

Система управления производством

Системы управления производством (MES-системы) представляют собой инструментальные системы, позволяющие создавать приложения, описывающие все стадии производства продукта от сырья до товара. Основой таких систем являются базы данных с определенной системой отношений полей в таблицах. С их помощью описываются характеристики технологического процесса, маршруты движения продуктов, контрольные точки. На рис.6 показана условная схема прохождения продукта через контрольные точки, в которых формируются количественные характеристики технологического процесса, в том числе на основе данных, поступающих с технологического уровня.



Рисунок 6 - Определение контрольных точек производства продукта

Большинство MES-систем являются открытыми продуктами, способными поставлять данные во внешний мир, включая мир корпоративных сетей.

В качестве системы визуализации для InTrack используется SCADA-пакет InTouch. Основной механизм передачи данных из приложения InTrack определяют объекты OLE Automation, встраиваемые в приложение InTouch.

2.3.3 Системы управления активами предприятия

Под активами предприятия понимаются все принадлежащие предприятию ценности. Активы разделяются на оборотные фонды (текущие активы circular/working assets) и основные (долгосрочные активы fixed assets) фонды. Под оборотными фондами понимаются запасы продукции, сырья, полуфабрикаты, дебиторская задолженность, денежные средства, ценные бумаги. Основные фонды включают в себя материальные средства: оборудование, здания.

Инструментальные средства для создания систем управления активами предоставляются программными продуктами EAM (Enterprise Assets Management), которые разделяются по ориентации на основные и оборотные фонды. К интеграционному уровню следует отнести, прежде всего, модули, касающиеся управления основными фондами, поскольку состояние промышленного оборудования, его диагностика, степень износа должны постоянно контролироваться как в рамках планового регламента, так и по фактическому текущему состоянию с фиксацией событий при выходе из строя какого-нибудь элемента оборудования, возникновения сбоев в работе оборудования и т.п.

Основные модули, включаемые в пакеты управления основными фондами, содержат поддержку следующих функций:

- описание всех элементов оборудования; допустимо иерархическое описание элементов-сущностей;

- создание заказов на выполнение работ, планирование; слежение за ходом выполнения работ, закрытие заказов;

- превентивная, предупредительная поддержка оборудования;

- инвентаризация;

- поставка оборудования.

В рамках подсистем EAM вводятся maintenance-данные. Обновление данных осуществляется через каналы связи с технологическими подсистемами. Фактически, при получении информации из SCADA-систем и баз данных реального времени отслеживается отклонение данных от спецификации. При обнаружении заданной (описанной) ситуации EAM-программа будет формировать заказ на выполнение ремонтных или иных работ.

2.3.4 Web-решения

Тема доступа к данным производственного технологического процесса с любого компьютера предприятия, с любой подсистемы стала актуальной. Поставщиками технологической информации могут быть приложения SCADA (один из основных компонентов автоматизированной системы управления технологическим процессом, АСУТП), а также различного типа клиентские приложения, которые могут предоставлять соответствующие производственному процессу в огромном объеме данные в приемлемом для пользователя виде.

В решениях с поддержкой обмена информацией через Internet/Intranet кроме технологического сервера как поставщика данных и клиента как получателя информации, задействован также Web-сервер (рис. 7).

Рисунок 7 - Клиенты и серверы Web

Предлагается специальное программные средства, реализованное как расширение Web-серверов. Остановимся на Plant2Net от CiTechnologies.

Программное средство Plant2Net также является расширением Microsoft Web-сервера. Источником технологических данных для него является БДРВ Plant2Business Server. Для просмотра данных через браузер MS Explorer предлагается использовать специальные средства для отображения значений различных переменных БДРВ Plant2Business Server, статистической информации, списков данных, гистограмм и трендов. Все, что регистрируется в БДРВ Plant2Business Server в виде переменных, алармов, трендов доступно и Web-клиентам.

Проблемные задачи, такие как поддержка MES, EAM, сохранение информации в БДРВ, поддержка Internet-решений, должны решать, и решают все продукты интеграционного слоя, но выбор произвольных систем от разных производителей не всегда возможен из-за отсутствия коммуникаций между ними. Так, выбор Plant2Net в качестве Web-предполагает обязательное применение Plant2Business Server как БДРВ. Использование InTrack как MES-системы сопровождается выбором InTouch как системы визуализации.

2.4 Схемы реализаций интегрированных информационных систем

На предприятии существует три типовые варианта построения систем:

· иерархический вариант (рис.8) характеризуется тем, что выбранные технологические данные или realtime-данные поднимаются с уровня технологических систем на интеграционный уровень. Далее часть realtime-данных и выбранные product- и maintenance-данные поднимаются на уровень бизнес-приложений. Аналогичным образом через интеграционный уровень должны осуществляться управляющие воздействия на технологические приложения со стороны бизнес-уровня;

· централизованный вариант ориентирован на постоянное сохранение всей технологической информации на интеграционном уровне: приложения верхнего (бизнес-уровня) и нижнего (технологического уровня) при необходимости обращаются к данным, хранящимся в инфраструктуре интеграционных систем, при этом, не обязательно сохраняя обработанную информацию на своем уровне. Соответствующее приложение, например, бизнес-уровня по известному алгоритму всегда может получить результат, запросив данные с интеграционного уровня. По конфигурации централизованная система аналогична иерархической, но направления информационных потоков и потоков управления отличаются;



Рисунок 8 - Иерархический вариант

· диспетчерский вариант (рис. 9) предполагает, что интеграционные приложения распределены по цехам. Например, в каждом цехе имеется своя БДРВ, клиентское или серверное SCADA-приложение, которое является приложением главного диспетчера, но распределенным по цехам. MES-решение включает один сервер базы данных и клиентские приложения, реализованные в цехах.



Рисунок 9 - Диспетчерский вариант

В представленном курсовом проекте информационная система носит смешанный характер.

2.5 ERP-системы

ERP (Enterprise Resource Planning) - планирование ресурсов предприятия, называемая иногда также планированием ресурсов в масштабе предприятия (Enterprise-wide Resource Planning). В основе ERP лежит принцип создания единого хранилища данных (репозитария), содержащего всю деловую информацию, накопленную организацией в процессе ведения бизнеса, в частности финансовую информацию, данные, связанные с производством, управлением персоналом, и любые другие данные. Наличие репозитария избавляет от необходимости передавать данные от приложения к приложению. Кроме того, любая часть информации, которой располагает данная организация, становится одновременно доступной для всех работников, обладающих соответствующими полномочиями.

Концепция ERP нашла широкое применение, поскольку планирование ресурсов позволяло сократить время выпуска продукции, снизить уровень товарно-материальных запасов, а также улучшить обратную связь с потребителем при одновременном сокращении административного аппарата. Стандарт ERP позволил объединить все ресурсы предприятия и повысить эффективность управления ими.

Основное отличие ERP-систем среднего уровня от ERP-систем для крупных предприятий состоит в ограниченности решаемых задач и относительной простоте используемых технологий.

Этап выбора системы управлением предприятия является одним из самых важных, и руководство предприятия должно быть крайне заинтересовано в выборе правильного решения. Любой проект в области автоматизации должен рассматриваться предприятием как стратегическое вложение средств, которое должно окупиться за счет усовершенствования управленческих процессов, повышения эффективности производства, сокращения издержек, и ставиться на один уровень с приобретением, например, новой производственной линии или строительством цеха.

В первую очередь руководство предприятия должно определить требования, предъявляемые к системе (в частности, какие функциональные области и какие типы производства она должна охватывать, какую техническую платформу использовать, какие производить документы), и составить документ "Требования к компьютерной системе". Этот документ предназначен, прежде всего, для самого предприятия, так как в нем описаны все характеристики новой системы и содержатся критерии для сравнения разных систем управления предприятием по заранее определенным параметрам: на его основании осуществляется выбор ERP-системы.

С развитием систем электронной торговли (e-commerce) и попытками встроить ERP-системы в управление производством возникла необходимость взаимодействия цеховой и административной информационной структуры. Являясь важнейшим компонентом общей интеграции предприятия, это взаимодействие быстро становится необходимой вехой на пути повышения его эффективности и гибкости. При этом наилучшим способом такой интеграции является методология снизу вверх от цехового уровня до уровня руководства.

Внедрение систем планирования бизнес-ресурсов предприятия (ERP-систем) в системы управления производством привело к необходимости взаимодействия цеховой и административной информационной структуры.

Реальной основой эффективности работы производственного участка является информация, поступающая снизу вверх в реальном времени (т.е. оперативная технологическая информация). Это утверждение опирается на следующие предположения:

- оперативная технологическая информация попадает в нужные руки в нужном контексте;

- оперативная информация передается также и в административные системы, так что снабженцы могут получать истинные цифры запасов материалов и загрузки оборудования;

- потребители имеют возможность получать все необходимые сведения об исполнении их заказов;

- руководство завода может быть уверено, что получает истинную информацию о длительностях циклов производства, издержках, загрузке рабочей силы и оборудования;

- главные бухгалтеры могут получать сведения о выпуске продукции и обороте капитала на основе фактических событий.

Оперативную информацию, отражающую реально происходящие технологические события получают операторы станков и оборудования. Если связать операторов между собой, то потоки информации, поступающей в реальном времени, будут пронизывать все предприятие. Подключение к ним администрации обеспечит поступление оперативных данных в бизнес-системы и системы планирования бизнес-ресурсов. Доступ из ERP-систем к оперативным данным приведёт к улучшению показателей, связанных с эффективностью производства.

Предлагается внедрить ERP-систему типа SAP R/3.

2.6 LIMS - система

Не секрет, что для большинства отраслей промышленности процесс производства в значительной степени зависит от работы технической или испытательной лаборатории. Например, в непрерывных производствах, где технологические процессы постоянно контролируются и корректируются со стороны центральной заводской лаборатории. Ежедневно в ней проводятся сотни и даже тысячи различных анализов с учётом множества технических и регламентирующих документов. Это огромный рутинный и ответственный труд, который чрезвычайно нуждается в автоматизации. 

Решать задачи автоматизации деятельности лаборатории призваны LIMS -Laboratory Information Management System - Система Управления Лабораторной Информацией. Современные LIMS - это информационная технология, предназначенная для получения достоверной информации по результатам испытаний и позволяющая оптимизировать все аспекты управления деятельностью лаборатории.

А если проще, то это специализированные программные средства, имеющие средства автоматизации всего, что делается в лаборатории и вокруг неё, начиная от планирования испытаний и управления жизненным циклом образцов и заканчивая работой со штрих-кодами и авторизацией электронной подписи пользователя.

В современной рыночной экономике огромное внимание уделяется проблемам качества. Это обусловлено наличием конкурентной среды. Между качеством и эффективностью производства существует прямая связь. Повышение качества способствует повышению эффективности производства, приводя к снижению затрат и увеличению доли рынка для данного предприятия.