Автоматизированные системы управления
АСУ — Автоматизированные системы управления - это совокупность экономических и математических методов, технических средств, организационных комплексов, обеспечивающих рациональное управление сложным объектом (процессом) в соответствии с заданной целью.
Основным назначением таких систем является управление. На базе собранной информации о функционировании объекта (технологический процесс, экономический процесс, производство, предприятие и т.д.), ее обработки система вырабатывает те или иные управляющие воздействия или рекомендации. В зависимости от объекта и поставленных целей системы можно разделить на несколько уровней. На рисунке показана структура деления АСУ на уровни, соответствующие степени иерархии управления сложным производственным комплексом.
Самым нижним уровнем является АСУ ТП - Автоматизированные системы управления технологическими процессами.
Далее следует управление производством (руководители производства, службы гл. инженера, технолога, механика и т.п.). В настоящее время их называют MES-системы – Manufacturing Executions System (Система Производственного Выполнения) или системы управления производством.
Следующий уровень – это финансово-хозяйственное управление (финансы, бухгалтерия, кадры и т.п.), так называемые ERP-системы - Enterprise Resource Planning ( планирование ресурсов предприятия ) или системы управления предприятием.
Верхний уровень отвечает за стратегию и маркетинг, другими словами за развитием и реализацией. Носят название BPM-системы - Business Process Management (системы управления бизнес-процессами). Тоже относятся с системам управления предприятием.
|
|
Следует отметить, что указанные уровни могут делятся в свою очередь на более узкие в плане выполнения функций.
Рассмотрим более подробно каждый уровень.
Автоматизированные системы управления технологическими процессами.
АСУ ТП — Автоматизированные системы управления технологическими процессами – это комплекс технических и программных средств, предназначенный для автоматизации управления технологическим оборудованием на промышленных предприятиях. Может иметь связь с более общей автоматизированной системой управления предприятием (АСУП).
Под АСУ ТП обычно понимается система, обеспечивающая автоматизацию основных операций технологического процесса на производстве в целом или каком-то его участке, выпускающем относительно завершённое изделие.
Понятие «автоматизированный», в отличие от понятия «автоматический», подчёркивает необходимость участия человека в отдельных операциях, как в целях сохранения контроля над процессом, так и в связи со сложностью или нецелесообразностью автоматизации отдельных операций.
Составными частями АСУ ТП могут быть отдельные системы автоматического управления (САУ) и автоматизированные устройства, связанные в единый комплекс. Такие как системы диспетчерского управления и сбора данных (SCADA), распределенные системы управления (DCS), и другие более мелкие системы управления (например, системы на программируемых логических контроллерах (PLC)).
Основными функциями АСУ ТП ЯВЛЯЮТСЯ:
1. Автоматическое управление параметрами технологического процесса.
2. Сбор, обработка, отображение, выдача управляющих воздействий и регистрация информации о технологическом процессе и технологическом оборудовании.
|
|
Контроллер системы в автоматическом режиме собирает, обрабатывает информацию от датчиков процесса, отображает её на АРМ оператора в виде мнемосхемы. Мнемосхема оперативно информирует оператора о всех технологических параметрах в режиме реального времени. На основании собранных данных контроллер АСУ ТП вырабатывает сигналы управления для исполнительных механизмов, реле и т.п.
3. Распознавание, сигнализация и регистрация аварийных ситуаций, отклонений процесса от заданных пределов, отказов технологического оборудования.
На основе анализа собранных данных, контроллер системы распознаёт выход параметров за допустимые значения параметров и сигнализирует оператору, либо автоматически блокирует нежелательное развитие ситуации, чем исключает аварийное развитие событий.
4. Представление информации о технологическом процессе и состоянии оборудования в виде мнемосхем с индикацией на них значений технологических параметров.
Вся текущая информация отображается оператору в виде удобных мнемосхем, с отображением на них числовых и графических данных процесса. Отображается текущее состояние электродвигателей, положение задвижек, уровни в резервуарах, другие измеренные параметры.
5. Дистанционное управление технологическим оборудованием с АРМ оператора.
Управление технологическим оборудованием осуществляется автоматически, либо вручную с рабочего места оператора. Одним нажатием клавиши манипулятора "мышь", оператор может открыть/закрыть задвижку, включит/выключить электродвигатель насоса, изменить сигнал задания на авторегулятор и т.п.
|
|
6. Регистрация контролируемых параметров, событий, действий оператора и автоматическое архивирование их в базе данных.
Все параметры и события в системе автоматически архивируются на сервере системы. Тревожные сообщения и предпринятые оператором действия (или бездействие) фиксируется с привязкой ко времени, что значительно повышает ответственность и внимательность операторов, стимулирует их к более детальному изучению техпроцесса. Наглядно организованный просмотр происшедших событий, позволяет выявить причину аварийной ситуации и выработать необходимые мероприятия для исключения появления аналогичных ситуаций в дальнейшем.
7. Предоставление информации из базы данных в виде трендов, таблиц, графиков.
Расположенная на сервере системы база данных позволяет получать не только текущую, но и архивную информацию в виде трендов, таблиц, графиков. Распечатка стандартных форм отчётности позволяет более качественно организовать делопроизводство.
8. Многоуровневое парольное ограничение доступа к системе.
Все функции системы, изложенные выше, имеют ограничение в доступе к ним. Различные уровни парольной защиты позволяют гибко организовать доступ к различным функциям системы. Доступ к жизненно важным параметрам и уставкам, разрешен только специально обученному инженерному составу, с персонифицированными паролями.
Выделяется, так же, уровень оператора и руководителя. Каждый оператор имеет свой персональный пароль, войдя под которым в систему, он принимает на себя всю ответственность за ведение технологического процесса. Для руководителя предоставляется вся необходимая информация о прохождении техпроцесса, в режиме просмотра.
Система АСУ ТП является многоуровневой. На рисунке 4.1 представлены уровни АСУ ТП.
Рисунок 4.1 - Уровни АСУ ТП
На полевом уровне расположены датчики и исполнительные механизмы, осуществляющие связь между АСУ ТП и технологическим процессом.
На нижнем уровне расположеныконтроллеры АСУ ТП, которые выполняют измерение параметров технологического процесса и управляют его протеканием. Передают, через коммуникационный сервер сетевого уровня, информацию на верхний уровень.
На верхнем уровне расположены операторские станции и сервер системы. На сервере системы располагается вся архивная информация, база данных программного обеспечения контроллеров. На операторских станциях отображается мнемосхема объекта, со всеми текущими, измеренными параметрами и оператор ведёт технологический процесс, имея всю нужную информацию на экране монитора. В случае необходимости, основные параметры технологического процесса могут передаваться в центральную диспетчерскую, головной офис, через АСДУ по радиоканалу или телефонной линии.
Посмотрим на рисунках как выглядят отдельные фрагменты АСУТП.
На рисунке 4.2 показан пункт диспетчера.
Рисунок 4.2 - Рабочее место диспетчера АСУ ТП
На следующих рисунках приведены примеры мнемосхем нескольких производств.
Рисунок 4.3 – Примеры мнемосхем АСУ линии сушки молока
Рисунок 4.4 - Мнемосхема контроля работы элеватора
Рисунок 4.5 - Мнемосхема главной диспетчерской АСУ ТП
АСУП — Автоматизированные системы управления предприятия.
Автоматизированная система управления предприятием (АСУП ) — комплекс программных, технических, информационных, лингвистических, организационно-технологических средств и действий квалифицированного персонала, предназначенный для решения задач планирования и управления различными видами деятельности предприятия.
В настоящее время выделяют два уровня:
Автоматизированная система управления производством –MES системы.
Автоматизированная система управления предприятием – ERP системы.
 |
Прежде всего посмотрим на посмотрим на рисунок, демонстрирующий взаимосвязи и взаиморасположение MES системы, ERP системы и АСУ ТП предприятия.
Рисунок 4.6- Взаимосвязи MES, ERP и АСУ ТП предприятия.
MES системы.
Усложнение технологических процессов и задач, стоящих перед современными производствами, потребовало разработки специальных программ автоматизации производства, к которым относятся MES системы, активно внедряющиеся в производственные процессы с 90-х гг. прошлого века. В настоящее время они стали неотъемлемым инструментом управления производством на предприятиях самых разных масштабов во всех отраслях промышленности.
Основными задачами MES - системы являются синхронизация, координация, анализ и оптимизация процесса выпуска продукции на предприятии. MES системы могут использоваться как на уровне автоматизации цеха, так и для управления производством в масштабах всего предприятия. MES системы, назначение которых определяется необходимостью повышения эффективности производства, отлично справляются с возложенными на них задачами, обеспечивая максимально рациональное использование имеющихся у предприятия ресурсов.
Внедрение MES системы позволяет компании управлять текущей производственной деятельностью с максимальной эффективностью, сокращая издержки производства и повышая производительность труда. MES системы акцентируют внимание непосредственно на процессе производства. Они предоставляют более полную и точную информацию о производственных процессах, отвечая на вопрос: как действительно осуществляется выпуск продукции.
С помощью данных систем предприятие имеет возможность создать единую информационную среду для управления производственной деятельностью, совместимую с другими платформами, используемыми для управления бизнес-процессами предприятия.
Внедрение систем управления производством MES позволяет комплексно решить такие задачи как:
· планирование производства;
· отслеживание производственных мощностей;
· сбор информации о производственном процессе на основе измерений датчиков, показаний оборудования, действий персонала и т.д.;
· контроль параметров качества выпускаемой продукции;
· предоставление персоналу необходимой информации;
· координация действий персонала по управлению производственным оборудованием;
· налаживание коммуникационных связей между всеми участниками производственного процесса (поставщиками, покупателями, структурными подразделениями компании и пр.);
· оперативное реагирование на изменение спецификации продуктов, требований по производственной номенклатуре, составе сырья и т.п.;
· поддержка отраслевых стандартов и юридических требований к выпускаемой продукции.
Использование MES системы и те возможности, которые они предоставляют, позволяет успешно решать такие важнейшие стратегические задачи как:
· повышение конкурентоспособности выпускаемой продукции,
· снижение издержек и сокращение простоев,
· увеличение производительности труда,
· повышение качества управленческих решений на основе представляемых аналитических данных.
Рассмотрим несколько примеров MES систем.
 |
Рисунок 4.7 - диаграмма Гантта загрузки оборудования— типичный MES-интерфейс
На р исунке 4.7 показан интерфейс MES системы для машиностроительного предприятия. В правой части расположены закладки соответствующие разному типу оборудования: токарное оборудование, заготовительное оборудование, фрезерное оборудование и т.д.
В левой части перечислены конкретные станки выбранного оборудования, для которых выполняются расчеты планирования.
В центральной части предствле план выполнения работ каждым станком на три дня.
В нижней части выведена информация по некоторому изделию.
На следующем рисунке приведены несколько окон MES систем завода штампов и пресс-форм.
 |
Рисунок 4.8 – Пример интерфейса системы оперативного управления производством.
ERP системы.
ERP предназначены для планирования ресурсов, ускорения процессов, которые ведутся в бизнесе. С его помощью можно снизить негативное влияние человеческого фактора и оптимизировать функционирование компании, внутри которой много отделов, подразделений и сотрудников.
Аббревиатура ERP — это enterprise resource planning дословно переводится, как планирование ресурсов.
В теории подобная программа становится своеобразной стратегией предприятия, внутри которой будет учитываться управление определенными направлениями:
· финансами – ведется налоговый и бухгалтерский учет, планируется бюджет;
· трудовыми кадрами;
· активами;
· взаимодействиями с партнерами, ведением подробной истории операций с клиентами.
Если говорить о практической стороне подобного устройства, то это система, которая гарантирует подходящее программное обеспечение (ПО). Такое, чтобы автоматизировать одну или несколько сторон работы организации. Причем оптимизируются не только перечисленные выше блоки, но и многие другие процессы. Все результаты вносятся в общую базу данных, где будут храниться несколько лет.
Какие функции обеспечивает ERP система:
· Планирование. - ПО поможет подготовить нужные запасы материалов, сырья, проконтролирует наполненность складов и предложит заказ.
· Удобный документооборот. - Быстрое оформление любых документов, интуитивно понятные параметры и простое хранение.
· Прозрачность. - Фиксируются все операции, даты их проведений, объемы и прочая полезная информация для комфортного взаимодействия с массивом.
· Единая сеть. - Одновременно в одной платформе будут все отделы находиться. Даже если все они будут работать с одним файлом, это не отразится на работоспособности.
· Учет кадров. - Программа контролирует численность персонала, подсказывает о его нехватке или наличии лишних штатных единиц, помогает с расчетами зарплат и планированием отпусков.
· Поставщики. - Весь документооборот, база посредников, автоматические запросы на объем и наличие, формирование заказов.
· Клиенты. - Хранение и оптимизация массива данных по каждому покупателю.
· Сервис и ремонт. - У самой системы должен быть свой менеджер, который поможет с отладкой, настройкой и ремонтными работами в случае поломки.
Для наглядности представим ERP систему в виде следующего рисунка:
 |
Рисунок 4.9 – Основные функции ERP системы
BPM системы
BPM (Business Process Management) системы – это класс программных продуктов, которые помогают управлять бизнес процессами организации.
За счет применения BPM систем появляется возможность определить процессы в компании, представить их графические схемы, выполнять управление, анализ и дальнейшее совершенствование бизнес процессов.
Основное назначение BPM систем связано с повышением эффективности работы организации, снижением стоимости выпускаемой продукции или предоставляемых услуг и улучшения системы управления.
Этот класс ПО создавался с таким расчетом, чтобы можно было быстро определить слабые места процессов и подразделения компании, которые снижают общую эффективность работы.
Менеджерам они дают более простой способ контролировать ситуацию в организации, линейному персоналу – четкое распределение ответственности и эффективное управление своим рабочим временем, потребителям – более быстрый и качественный продукт или сервис.
Среди информационных систем, обеспечивающих автоматизацию и управление бизнес процессами, BPM системы находятся на стыке трех классов корпоративного программного обеспечения.
К этим классам относятся:
Рисунок 4.10 – ВРМ система на стыке трех классов корпоративного программного обеспечения.
· Системы управления документацией, которые дают возможность контролировать движение документов по заданным правилам. Эти системы автоматизируют движение документации;
· Системы управления ресурсами, такие как ERP системы, которые позволяют управлять и контролировать материальные и человеческие ресурсы. Эти системы автоматизируют управление ресурсами;
· CASE средства, такие как ARIS, BPwin, ERwin, Rational Rose, которые позволяют моделировать и проводить анализ процессов организации. Что ж такое CASE средства? CASE средства (Computer - Aided Software Engineering) – это инструмент, который позволяет автоматизировать процесс разработки информационной системы и программного обеспечения.
С каждым годом функционал BPM систем расширяется. Они вобрали в себя преимущества многих «традиционных» корпоративных систем поддержки бизнеса. BPM системы включают в себя часть инструментов этих систем. Кроме того, BPM системы имеют возможность интегрироваться с корпоративными системами управления, что существенно упрощает их встраивание в ИТ инфраструктуру организации.
Весь процесс функционирования можно представить с помощью следующей диаграммы, представленной на рис. 4.11, на которой выделены 4 основных группы бизнес-процессов:
 |
Рисунок 4.11 – Основные группы бизнес-процессов:
§ Контроль.
¨ Контроль отклонений по ключевым показателят.
¨ Мониторинг процессов
¨ Оперативный контроль.
§ Улучшение, или оптимизация.
¨ Механизм улучшения процессов на «лету»
¨ Версионность бизнес-процессов
§ Моделирование.
¨ Организационная структура.
¨ Модель процесса
¨ Показатели эффективности.
¨ Регламент бизнес-процесса.
§ Исполнение.
¨ Автоматическое назначение задач исполнителям.
¨ Четкое соблюдение регламента.
¨ Контроль времени.
Контрольные вопросы.
1. Каково основное назначение автоматизированных систем управления?
2. На какие уровни, соответствующие степени иерархии управления, делятся АСУ?
3. Какие системы называют АСУ ТП?
4. Каковы основные функции АСУ ТП?
5. Как называются уровни АСУ ТП?
6. Какие задачи являются основными для MES-систем?
7. Что позволяет получить внедрение MES системы?
8. Для чего предназначены ERP система?
9. Какие функции обеспечивает ERP система?
10. Какую роль играют BPM (Business Process Management) системы?
11. На стыке каких классов корпоративного программного обеспечения находятся BPM системы?
12. Что позволяют делать системы управления документацией?
13. Что позволяют делать системы управления ресурсами?
14. Что ж такое CASE средства?
15. Из каких основных группы бизнес-процессов можно представить функционирование BPM системы?