СИСТЕМИ КОМП'ЮТЕРИЗОВАНОГО ІНТЕГРОВАНОГО ВИРОБНИЦТВА

Системи комп'ютеризованого інтегрованого виробництва (CIM) - природний етап розвитку інформаційних технологій в області автоматизації виробничих процесів, пов'язаний з інтеграцією гнучкого виробництва і систем управління ними. Історично першим рішенням у сфері розвитку систем управління технологічним обладнанням була технологія Numerical Control (NC), або числового програмного керування. В основу автоматизації виробничих процесів закладався принцип максимально можливої автоматизації, майже повністю виключає участь людини в управлінні виробництвом. Перші системи прямого числового програмування (Direct Numerical Control - DNC) дозволяли комп'ютера передавати дані програми в контролер верстата вже без участі людини. В умовах динамічних виробництв верстати і агрегати з жорсткою функціональною структурою і компонуванням замінюються на гнучкі виробничі системи (Flexible Manufacturing System - FMS), а пізніше - на Реконфігуровані виробничі системи (Reconfigurable Manufacturing System - RMS). В даний час ведуться роботи по створенню реконфігурованих виробництв і підприємств (reconfigurable enterprises).

Розвиток комп'ютерного управління виробництвом було реалізовано в декількох областях управління, таких як планування виробничих ресурсів, облік, маркетинг та продажу, а також в області розвитку технологій, що підтримують інтеграцію CAD / CAM / CAPP-систем, що забезпечують технічну підготовку виробництва. Інформаційні системи цього класу істотно відрізнялися від систем автоматизації в технічних системах, важко формалізуються і формалізації завдання управління виробництвом, що переважають в складних виробничо-економічних системах, не могли бути вирішені без участі людини. Повний потенціал комп'ютеризації в виробничих системах не може бути отриманий, коли всі сегменти управління виробництвом не інтегровані. На практиці це поставило задачу загальної інтеграції виробничих процесів з іншими інформаційними системами управління підприємством. Виникла потреба в можливості передачі даних через різні функціональні модулі системи управління виробництвом, об'єднанні основних компонентів інтегрованої автоматизованої системи управління виробництвом. Розуміння цього призвело до появи концепції комп'ютеризованого інтегрованого виробництва (CIM), реалізація якої зажадала розвитку цілої лінійки комп'ютерних технологій в системах управління виробництвом на основі принципів інтеграції.

Основна відмінність між комплексною автоматизацією виробництва і комп'ютеризованим інтегрованим виробництвом полягає в тому, що комплексна автоматизація стосується безпосередньо технічних виробничих процесів і роботи обладнання. Автоматизовані системи управління виробничими процесами призначені для виконання зборки, обробки матеріалів і контролю виробничих процесів практично без участі людини. CIM включає в себе використання комп'ютерних систем для автоматизації не тільки основних (виробничих), але і забезпечують процесів, таких як, наприклад, інформаційні, процеси управління в фінансово-економічній області, процеси прийняття проектних і управлінських рішень.

Концепція комп'ютеризованого інтегрованого виробництва (CIM) має на увазі новий підхід до організації та управління виробництвом, новизна якого полягає не тільки в застосуванні комп'ютерних технологій для автоматизації технологічних процесів і операцій, а й у створенні інтегрованої інформаційної середовища для управління виробництвом. У концепції CIM особливу роль відіграє інтегрована комп'ютерна система, основними функціями якої є автоматизація процесів проектування і підготовки виробництва виробів, а також функції, пов'язані із забезпеченням інформаційної інтеграції технологічних, виробничих процесів та процесів управління виробництвом.

Комп'ютеризоване інтегроване виробництво об'єднує такі функції:

• • проектування і підготовку виробництва;
• • планування і виготовлення;
• • управління постачанням;
• • управління виробничими ділянками і цехами;
• • керування транспортними і складськими системами;
• • системи забезпечення якості;
• • системи збуту;
• • фінансові підсистеми.

Таким чином, комп'ютеризоване інтегроване виробництво охоплює весь спектр завдань, пов'язаних з розвитком продукту і виробничої діяльності. Всі функції здійснюються за допомогою спеціальних програмних модулів. Дані, необхідні для різних процедур, вільно передаються від одного програмного модуля до іншого. У CIM використовується загальна база даних, яка дозволяє за допомогою інтерфейсу забезпечувати доступ користувача до всіх модулів виробничих процесів і пов'язаних з ним бізнес-функцій, які інтегрують автоматизовані сегменти діяльності або виробничого комплексу. При цьому CIM знижує і практично виключає участь людини у виробництві і тим самим дозволяє прискорити виробничий процес і знижує коефіцієнт збоїв і помилок.

Існує чимало визначень CIM. Найбільш повне з них - визначення Асоціації комп'ютерних автоматизованих систем (CASA / SEM), яка розробила концепцію комп'ютеризованого інтегрованого виробництва. Асоціація визначає CIM як інтеграцію загального виробничого підприємства з управлінської філософією, яка покращує організаційну та кадрову ефективність ^[1] . Ден Епплтон, президент Dacom Inc., розглядає CIM як філософію управління виробничим процесом ^[2] .

Комп'ютеризоване інтегроване виробництво розглядається як цілісний підхід до діяльності виробничого підприємства з метою оптимізації внутрішніх процесів. Цей методологічний підхід застосовується до всіх видів діяльності: від проектування продукту до сервісного обслуговування на комплексній основі з використанням різних методів, засобів і технологій для того, щоб домогтися поліпшення виробництва, зниження витрат, виконання планових термінів поставки, поліпшення якості та загальної гнучкості у виробничій системі . При такому цілісному підході економічні та соціальні аспекти мають таке ж значення, як технічні аспекти. CIM також охоплює суміжні галузі, в тому числі автоматизує процеси загального управління якістю, реінжинірингу бізнес-процесів, паралельного проектування, документообігу, планування ресурсів підприємства і гнучкого виробництва.

Динамічна концепція виробничого підприємства з точки зору розвитку систем комп'ютеризованого інтегрованого виробництва розглядає виробничу середу компанії як сукупність аспектів, включаючи:

• • особливості зовнішнього середовища підприємства. Розглядаються такі характеристики, як глобальна конкуренція, турбота про навколишнє середовище, вимоги до систем управління, скорочення циклу виробництва продукції, інноваційні способи виробництва виробів і необхідність швидкого реагування на зміни зовнішнього середовища;
• • підтримку прийняття рішень , що визначає необхідність поглибленого аналізу і застосування спеціальних методів для прийняття ефективних управлінських рішень. Для того щоб оптимально розподілити інвестиції і оцінити ефект від впровадження складних систем в віртуальному територіально-розподіленому виробництві, компанія повинна наймати висококваліфікованих фахівців - групу підтримки прийняття рішень. Такі фахівці повинні приймати рішення, грунтуючись на даних, отриманих із зовнішнього середовища і з виробничої системи, використовуючи підходи до вирішення слабоструктурованих задач;
• • ієрархічність. Всі процеси управління у виробничій системі розбиваються за сферами автоматизації;
• • комунікаційний аспект. Відображає необхідність в обміні даними між різними системами і в підтримці глобальних комунікаційних та інформаційних зв'язків як по кожному контуру управління, так і між різними контурами;
• • системний аспект , який відображає саму систему компьютерноінтегрірованного виробництва як інфраструктуру, що лежить в основі свідомості єдиної комп'ютерно-інтегрованого середовища підприємства.

Практичний досвід створення і експлуатації сучасних CIM показує, що система CIM повинна охоплювати процеси проектування, виготовлення і збуту продукції. Проектування повинно починатися з вивчення кон'юнктури ринку і кінчатися питаннями доставки продукції споживачеві. Розглядаючи інформаційну структуру CIM (рис. 2.4), можна умовно виділити три основних, ієрархічно пов'язаних між собою рівня. До підсистем CIM верхнього рівня відносяться підсистеми, які виконують завдання планування виробництва. Середній рівень займають підсистеми проектування виробництва. На нижньому рівні знаходяться підсистеми управління виробничим обладнанням.

Мал. 2.4. Інформаційна структура комп'ютеризованого інтегрованого виробництва

Розрізняють такі основні компоненти інформаційної структури CIM.

• 1. Верхній рівень (рівень планування ):
  • • PPS (Production Planning Systems) - системи планування і управління виробництвом;
  • • ERP (Enterprise Resource Planning) - система планування ресурсів підприємства;
  • • MRP II (Manufacturing Resource Planning) - система планування потреб в матеріалах;
  • • CAP (Computer-Aided Planing) - система технологічної підготовки;
  • • САРР (Computer-Aided Process Planning) - автоматизована система проектування технологічних процесів і оформлення технологічної документації;
  • • AMHS (Automated Material Handling Systems) - автоматична система переміщення матеріалів;
  • • ASRS (Automated Retrieval and Storage Systems) - автоматизована складська система;
  • • MES (Manufacturing Execution System) - система управління виробничими процесами;
  • • AI, KBS, ES (Artificial Intelligence / Knowledge Base Systems / Expert Systems) - системи штучного інтелекту / системи баз знань / експертні системи.
• 2. Середній рівень (рівень проектування вироби та виробництва) -.
• • PDM (Project Data Management) - система управління даними про вироби;
• • CAE (Computer-Aided Engineering) - система автоматизованого інженерного аналізу;
• • CAD (Computer-Aided Design) - система автоматизованого проектування (САПР);
• • САМ (Computer-Aided Manufacturing) - автоматизована система технологічної підготовки виробництва (АСТПП);
• • модифікації зазначених вище систем - інтегровані технології CAD / CAE / CAM;
• • ETPD (Electronic Technical Development) - система автоматизованої розробки експлуатаційної документації;
• • IETM (Interactive Electronic Technical Manuals) - інтерактивні електронні технічні керівництва.
• 3. Нижній рівень {рівень управління виробничим обладнанням) -.
• • CAQ (Computer Aided Quality Control) - автоматизована система управління якістю;
• • SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) - диспетчерське управління і збір даних;
• • FMS (Flexible Manufacturing System) - гнучка виробнича система;
• • RMS (Reconfigurable Manufacturing System) - реконфігурованих виробнича система;
• • CM (Cellurar Manufacturing) - автоматизована система управління виробничими осередками;
• • AIS (Automatic Identification System) - система автоматичної ідентифікації;
• • CNC (Computer Numerical Controlled Machine Tools) - числове програмне управління (ЧПУ);
• • DNC (Direct Numerical Control Machine Tools) - пряме числове програмне управління;
• • PLCs (Programmable Logic Controllers) - програмований логічний контролер (Г1ЛК);
• • LAN (Local Area Network) - локальна мережа;
• • WAN (Wide Area Network) - розподілена мережа;
• • EDI (Electronic Data Interchange) - електронний обмін даними.

Майже всі сучасні виробничі системи реалізуються сьогодні

за допомогою комп'ютерних систем. Основні області, автоматизує системами класу CIM, підрозділяють на наступні групи.

• 1. Планування виробничих процесів:
  • • планування ресурсів підприємства;
  • • планування випуску продукції;
  • • планування потреб в матеріалах;
  • • планування продажів і операцій;
  • • об'ємно-календарне планування;
  • • планування потреби в виробничих потужностях.
• 2. Проектування вироби і виробничих процесів :
  • • отримання проекту для різних конструкторських рішень;
  • • виконання необхідних функцій на різних етапах підготовки виробництва:
    • - аналіз креслень конструкції,
    • - моделювання виготовлення,
    • - відпрацювання технологічних ланок підприємства,
    • - визначення правил виготовлення для кожного конкретного завдання на кожному робочому місці;
  • • рішення задач проектування з урахуванням факторів, пов'язаних з вирішенням завдань організації виробництва і управління;
  • • розробка конструкторської документації;
  • • розробка технологічних процесів;
  • • проектування засобів технологічного оснащення;
  • • тимчасове планування виробничого процесу;
  • • прийняття в процесі проектування найбільш раціональних і оптимальних рішень.
• 3. Контроль виробничих процесів :
  • • вхідний контроль сировини;
  • • диспетчерське управління і збір даних;
  • • контроль процесу виробництва;
  • • контроль готового виробу по закінченню виробничого процесу;
  • • контроль продукції при експлуатації.
• 4. Автоматизація процесів виробництва:
  • • основних - технологічні процеси, в ході яких відбуваються зміни геометричних форм, розмірів і фізико-хімічних властивостей продукції;
  • • допоміжних - процеси, які забезпечують безперебійне протікання основних процесів, наприклад, виготовлення і ремонт інструментів і оснастки, ремонт обладнання, забезпечення всіма видами енергій (електричної, теплової, пара, води, стисненого повітря і т.д.);
  • • обслуговуючих - процеси, пов'язані з обслуговуванням як основних, гак і допоміжних процесів, але в результаті яких продукція не створюється (зберігання, транспортування, технічний контроль і т.д.).

В рамках методологічного підходу до комп'ютеризованому інтегрованому виробництву виділяють наступні його основні функції:

• а) закупівлі;
• б) поставки;
• в) виробництво:
  • • планування виробничих процесів,
  • • проектування вироби та виробництва,
  • • автоматизація управління виробничим обладнанням;
• г) складська діяльність;
• д) управління фінансами;
• е) маркетинг;
• ж) управління інформаційно-комунікаційними потоками.

Закупівлі та постачання. Відділ закупівель і поставок відповідає за розміщення

замовлень на поставку і стежить, чи забезпечується якість продукції, що поставляється постачальником продукції, узгоджує деталі, домовляється про огляд товару і подальшої поставки в залежності від виробничого графіка для подальшого постачання виробництва.

Виробництво. Організовується діяльність виробничих цехів але виробництву продукту з подальшим поповненням бази даних інформацією про продуктивність, використовуваному виробничому обладнанні та стан виконаних виробничих процесів. У С1М здійснюється програмування ЧПУ на основі автоматизованого планування виробничої діяльності. Важливим є те, що всі процеси повинні контролюватися в режимі реального часу, з огляду на динамічність розкладу і актуальну змінну інформацію про тривалість виготовлення кожного з виробів. Наприклад, після проходження продукції через одиницю обладнання система передає в базу даних його технологічні параметри. В системі CIM одиниця устаткування - це те, що управляється і налаштовується комп'ютером, наприклад, верстати з ЧПУ, гнучкі виробничі системи, роботи, керовані комп'ютерами, системи обробки матеріалів, системи збирання з комп'ютерним управлінням, гнучкі автоматизовані системи контролю. Відділ планування виробничого процесу приймає параметри вироби (специфікації) і виробництва, введені відділом проектування, і формує виробничі дані та інформацію для розробки плану по виробництву продукції з урахуванням стану і можливостей виробничої системи.

Планування включає в себе кілька підзадач, що стосуються потреб в матеріалах, виробничих потужностей, інструментів, робочої сили, організації технологічного процесу, аутсорсингу, логістики, організації контролю і т.д. В системі CIM процес планування враховує як витрати виробництва, так і можливості виробничого обладнання. Також CIM надає можливість зміни параметрів для оптимізації виробничого процесу.

Відділ проектування встановлює початкову базу параметрів для виробництва пропонованого продукту. В процесі проектування система збирає інформацію (параметри, розміри, особливості продукту та ін.), Необхідну для виготовлення продукту. В системі CIM це вирішується можливістю геометричного моделювання та автоматизованого проектування. Це допомагає оцінити вимоги до продукту і ефективність його виробництва. Процес проектування запобігає витрати, які могли б бути понесені в реальному виробництві в разі неправильної оцінки виробничих можливостей устаткування і неефективною організації виробництва.

Управління складом включає в себе управління зберіганням сировини, комплектуючих, готової продукції, а також їх відвантаження. В даний час, коли аутсорсинг в логістиці дуже розвинений і є необхідність поставки компонентів і виробів «точно в строк», система CIM особливо необхідна. Вона дозволяє оцінити час поставки, завантаженість складу.

Фінанси. Основні завдання: планування інвестицій, оборотного капіталу, контроль грошових потоків, реалізація надходжень, обліку та розподілу коштів є основними завданнями фінансових відділів.

Маркетинг. Відділом маркетингу ініціюється потреба в певному продукті. CIM дозволяє описати характеристики продукту, проекцію обсягу виробництва до можливостей виробництва, необхідні для виробництва обсяги випуску продукту і стратегію маркетингу продукту. Також система дозволяє оцінити виробничі витрати на певний продукт і оцінити економічну доцільність його виробництва.

Управління інформаційно-комунікаційними потоками. Управління інформацією є, мабуть, одним із головних завдань в CIM. Воно включає в себе управління базами даних, комунікації, інтеграцію виробничих систем та ІС управління.

Стара економічна модель підприємства суперечить сучасним тенденціям розвитку виробничих підприємств. У нинішньому конкурентному світовому ринку виживання будь-якій галузі залежить від уміння завоювати клієнта і своєчасно виводити на ринок продукцію високої якості, і виробничі компанії не є винятком. Будь-яка виробнича компанія прагне безперервно знижувати вартість продукту, скорочувати витрати на виробництво, щоб залишатися конкурентоспроможною в умовах глобальної конкуренції. Крім того, існує необхідність постійного поліпшення якості і рівня експлуатації продукції, що виготовляється. Іншою важливою вимогою виступає час доставки. В умовах, коли будь-який виробниче підприємство залежно від зовнішніх умов, в тому числі аутсорсингу і довгих ланцюжків поставок, можливо, з перетином міжнародних кордонів, завдання постійного скорочення термінів виконання замовлень і доставки є дійсно важливим завданням. CIM є високоефективної технології для досягнення основних завдань управління виробництвом - підвищення якості продукції, зменшення вартості і часу виготовлення продукту, а також підвищення рівня логістичного сервісу. CIM пропонує інтегровані ІС для задоволення всіх цих потреб.

Від впровадження CIM очікують економічних ефектів:

• • збільшення коефіцієнта використання устаткування і зниження накладних витрат;
• • значного зменшення обсягів незавершеного виробництва;
• • скорочення витрат на робочу силу, забезпечення «безлюдного» виробництва;
• • прискорення змінюваності моделей продукції, що випускається відповідно до вимог ринку;
• • скорочення термінів поставок продукції і підвищення її якості.

Впровадження ОМ дає ряд переваг, економічний ефект від впровадження забезпечується за рахунок:

• • збільшення продуктивності праці конструкторів і технологів;
• • скорочення запасів;
• • скорочення витрат на продукт;
• • скорочення відходів і кількості шлюбу;
• • поліпшення якості;
• • скорочення тривалості циклів виробництва;
• • мінімізації числа помилок конструювання - підвищення точності проектування;
• • візуалізації процедур аналізу сполучень елементів виробів (оцінка збирання);
• • спрощення аналізу функціонування вироби і скорочення кількості випробувань дослідних зразків;
• • автоматизації підготовки технічної документації;
• • стандартизації проектних рішень всіх рівнів;
• • підвищення продуктивності процесу проектування інструменту і оснастки;
• • зменшення числа помилок при програмуванні виготовлення на обладнанні з ЧПУ;
• • забезпечення завдань технічного контролю складних виробів;
• • зміни корпоративних цінностей і роботи з персоналом у виробничій компанії; забезпечення більш ефективної взаємодії між інженерами, конструкторами, технологами, керівниками різних проектних груп і фахівців із систем управління на підприємствах;
• • збільшення гнучкості у виробництві для досягнення негайного і швидкого реагування на зміну продуктових лінійок, технологій управління виробництвом.

Недоліком CIM є відсутність чіткої методології впровадження та складність оцінки ефективності від впровадження CIM і створення рішень з інтеграції, пов'язаних з високими початковими інвестиціями в великомасштабні проекти інформатизації на виробничих підприємствах.

• [1] Laplante Р. Comprehensive dictionary of electrical engineering. 2nd ed. Boca Raton, Florida: CRC Press, 2005. P. 136.
• [2] Ibid.