¬аше окно в мир —јѕ–
 
Ќовости —татьи јвторы —обыти€ ¬акансии Ёнциклопеди€ –екламодател€м
—татьи

31 декабр€ 2014

–еализаци€ концепции Ђ»ндустри€ 4.0ї: от параметрических моделей —јѕ– к параметрической модели MES

ѕараметрическа€ MES-система RftTrio

јндрей «алыгин, ¬ладимир јрхангельский

јндрей «алыгин ¬ладимир јрхангельский

ќт редакции isicad.ru: ¬.јрхангельский после окончани€ —анкт-ѕетербургского государственного электротехнического университета занималс€ разработкой —јѕ– на известном питерском предпри€тии Ђ—ветланаї, а затем Ц систем дл€ банковской де€тельности и торговли. — 2001 года разрабатывает средства управлени€ производством и логистикой в промышленности, имеет большой опыт информационного моделировани€ и системного анализа торговой, банковской и производственной де€тельности. ¬ насто€щее врем€ работает на одном из предпри€тий концерна Ујлмаз-јнтейФ.

ј.«алыгин прошел большой путь от кадрового морского офицера до активного разработчика, организатора и пропагандиста в области инженерного программного обеспечени€. ¬о многом уникальна€ биографи€ јндре€ подробно изложена в заметке Ђјндрей «алыгин: от командира военного корабл€ до успешного инноватора в области —јѕ–ї.

¬ведение

4 Ц 5 декабр€ 2014 года, в ћоскве состо€лс€ форум-выставка Ђ–ациональное производствої. «начимым и, можно сказать программным выступлением, был доклад ёргена Ћисса, исполнительного директора департамента Ђ÷ифровое производствої, ќќќ Ђ—именсї. ќн начал говорить о том, что сейчас в мире началась четвЄрта€ индустриальна€ революци€. ѕервой он назвал переход от ремесла к разделению труда, второй было массовое производство, третьей Ц замена в производственных процессах человека умными машинами (станки с „ѕ”, промышленные роботы и т.п.), повлекшее снижение переналадок, автономизацию и выход на принципиально иные подходы к качеству и продуктов, и организации производств.

» вот ёрген Ћисс, от лица Ђ—именсї, говорит нам о новом тренде Ђ»ндустри€ 4.0ї:

Ђ»ндустри€ 4.0ї - это промышленность будущего. »ндустриальна€ революци€ 4.0 кардинально изменит процессы производства всего мира, и сегодн€ имеет смысл внимательно отнестись к этой тенденции, чтобы прин€ть правильные решени€.

»нтеграци€ процесса разработки продуктов и производственного процесса, как часть промышленной революции 4.0, способствует созданию общей модели актуализированных данных Ц от этапа проектировани€ продукта, производства и вплоть до обслуживани€, кроме того она способствует объединению виртуального и физического мира.

“енденци€ к изменению парадигмы Ц вместо однотипных продуктов массового производства, которое ранее приводило к снижению себестоимости единицы, более актуальным становитс€ производство уникальных продуктов, подобранных персонально дл€ покупател€, а себестоимость снижаетс€ благодар€ современным технологи€м.ї

¬ качестве примера реализации этой новой парадигмы ёрген привел производственную линию мороженого в одном из немецких технологических университетов. —уть: студент не покупает, как обычно, готовое мороженое или не выбирает из приготовленных заранее смесей. ќн самосто€тельно составл€ет свою рецептуру мороженого из большого набора ингредиентов (параметров), указывает как произвести это мороженое и получает стикер, который наклеивает на стаканчик и ставит его в начало производственной линии. » далее всем производством, только что созданного уникального продукта, управл€ет этот самый стикер, который задает умному оборудованию производственные задани€ дл€ получени€ продукта, который ранее не производилс€.

¬печатл€юще, однако в примере фигурирует лишь один технологический маршрут движени€ стаканчика. ј если продукт требует более сложных процессов, пространственно-временных структур, соединени€ нескольких линий, единичного оборудовани€, оснастки, сложных перемещений, промежуточного хранени€, временных ограничений жизненного цикла материалов и комплектующих? »ли уточним: как должна функционировать система, если вновь созданный заказчиком продукт своими параметрами должен сам сформировать разветвленный технологический маршрут, очередность его операций, определить рабочие центры и при этом учесть их доступность и состо€ние при текущей загрузке в реальном времени другими так же уникальными заказами?

¬идимо, ответы на эти простые вопросы знают в —именс, но пока не демонстрируют.

ѕревратности судьбы

—лучилось так, что мы, в своей небольшой команде разработчиков MES решений компании RFT-TRIO, примерно 10 лет назад самосто€тельно пришли к схожим с —именс выводам относительно Ђсоздани€общей модели актуализированных данных Е способствующей объединению виртуального и физического мираї. ¬ насто€щий момент уже получили прототип программной системы, в которой заказанный продукт, только своими параметрами, самосто€тельно формирует свою виртуальную модель производственного процесса в виде сети операций, св€занных с конкретными рабочими центрами, что позвол€ет организовать управление его производством, мину€ многочисленные стадии технологической подготовки. ћы назвали этот продукт Ђѕараметрическа€ MES система RftTrioї и о ней пойдет речь в этой статье.

ѕредпосылки и задачи дл€ создани€ параметрической MES-системы RftTrio

 онкуренци€ требует разнообрази€ и проворного новаторства. –ост номенклатуры производства и еЄ посто€нна€ модификаци€ Ц непременное условие развити€ промышленного бизнеса. ѕроизводство Ђна складї в такой ситуации рискованное дело. ѕоэтому предлагать рынку разнообразие надо, но производить следует только то, что тебе заказали. ѕредпри€тие, которое работает в стратегии Ђѕод заказї с большим составом номенклатуры, сталкиваетс€ с одной из самых серьезных и трудоемких проблем организации управлени€ Ц необходимостью оперировать значительным составом ассортимента выпускаемой продукции и невозможностью дл€ существующих информационных систем структурировать и управл€ть информацией об издели€х, которые обладают большим составом параметров.

—уть этой проблемы по€сним простым примером, схожим со стаканчиком мороженого. ƒопустим, мы производим мебельную ручку разной формы состо€щую из одной детали: заготовка (одна из 10 форм) этой детали отливаетс€ из пластика в пресс-форме. ¬ качестве наполнител€ заготовки может использоватьс€ 10 видов (составов) пластика (рецептур мороженого). «атем, после отливки, ручку можно покрасить в один из 20 цветов. ћаксимальное разнообразие вариантов исполнени€ этой ручки, предлагаемое на продажу, будет равно числу всевозможных сочетаний допустимых параметров описани€ ручки, соответственно используемых: пресс-форм, видов пластика и цветов покрытий. ƒл€ нашего примера число этих всевозможных сочетаний рассчитает любой школьник, знакомый с элементарной комбинаторикой. ¬ нашем примере с ручкой получаем 10(пресс-форм)*10 (видов пластика) *20(цветов покрыти€ поверхности ручки) = 2000 вариантов исполнени€ ручки.

≈сли в прайс-листе компании, выпускающей эти ручки, клиент может, как немецкий студент, выбрать любой вариант, то все 2000 вариантов исполнени€ должны быть полностью описаны не только по свойствам формы и цвета, но и ещЄ и по всем операци€м и ресурсам, которые будут задействованы в его производстве. ≈сли на момент заказа работа по описани€м издели€ заранее не сделана, еЄ придетс€ сделать, иначе произвести продукцию нельз€.

≈сли учесть, что в формообразовании на предпри€тии может участвовать более 1500 пресс-форм (например, при производстве автокомпонентов или т.п.), то даже если предпри€тие делает простейшие детали с простейшей технологией, получим дл€ тех же простейших условий 1500*10*20 = 300 000 вариантов описаний изделий, которые необходимо сделать до начала их производства. «абавность ситуации заключаетс€ в том, что торговый отдел предпри€ти€ не подозревает о таком объеме вариантов, когда пишет свои прайсы дл€ клиентов, предлага€ клиенту что-то выбрать своЄ из трех дес€тков разных параметров.

—овершенно пон€тно, что большинство изделий у реальных производителей разнообразной продукции не настолько просты, как в приведенном примере, а имеют более сложные спецификации. », если к этим параметрам добавить параметры технологических процессов, технологического оборудовани€, количество всевозможных технологических маршрутов и их альтернатив и т.д. и т.п., то количество вариантов описаний изделий исполнени€ возрастет ещЄ на пор€дки.

–ост продаж требует роста ассортимента, а это порождает огромный объем информации, которую надо далее содержать в пор€дке и актуальности, дл€ еЄ реализации в повторных заказах на проработанную ранее продукцию.

ћощными средствами производства информации дл€ дискретных производств €вл€ютс€ автоматизированные системы проектировани€ изделий (—јѕ–). ќднако полноценное использование возможностей —јѕ– ограничено услови€ми, наход€щимис€ вне этого класса систем, так как производство конструкторской информации св€зано с поддержкой и верификацией изменений в информационной среде изготавливающего предпри€ти€, одновременно выпускающего широкую номенклатуру изделий, которую формируют технологи уже в своих —јѕ– “ѕ. ¬ этом случае информаци€ ещЄ более обширна, нежели информаци€ об изделии. » тут существуют большие проблемы, так как и методы обработки, и даже архитектура многих —јѕ– “ѕ не позвол€ют справл€тьс€ с посто€нно нарастающим разнообразием информации об ассортименте продукции и измен€ющихс€ производственных возможност€х предпри€ти€.

ћетод модельного подхода

¬ параметрической MES системе RftTrio построение операционных моделей производства (в определенном смысле Ц моделирование производственных возможностей предпри€ти€) €вл€етс€ способом описани€ промышленного предпри€ти€ с дискретным типом производства. ќбъектом же управлени€ в системе RftTrio мы прин€ли заказ на продажу (более точно: заказ на изготовление и продажу продукта производства).

ќригинальность метода, реализованного в MES системе RftTrio, заключаетс€ в том, что объекты модели производства изначально задаютс€ (описываютс€) объектами с абстрактными параметрами, которые обретают реальные (конкретные) значени€ лишь в момент оформлени€ заказа конкретного издели€ и мгновенного планировани€ его производства Ц определени€ состава и последовательности работ. ѕри оформлении заказа система замещает абстрактные параметры заказанного издели€ (продукта) конкретными значени€ми этих параметров из разнообразных источников данных. ¬ качестве источников данных могут быть использованы массивы численных значений, таблицы Ѕƒ, функции и даже сложные алгоритмы, с помощью которых система сама может рассчитать необходимые ей конкретные параметры дл€ достижени€ цели Ц планировани€ состава конкретных операций и расписани€ работ дл€ изготовлени€ заказанного издели€, которое ранее ни разу не производилось, а также, до момента заказа, не имело конкретного и полного описани€ способа изготовлени€.

—уть метода можно по€снить следующим простейшим примером: дл€ пр€моугольника длины его сторон ј и ¬ Ц это абстрактные параметры. ≈сли производимый продукт пр€моугольна€ фотографи€, то мы задаем объекту производства просто диапазоны числовых значений сторон пр€моугольника, которые мы способны отрезать на имеющемс€ оборудовании (с ограничением длины ножниц Ц 50 см). ≈сли нам заказали произвести пр€моугольную фотографию размерами 9х12 см, мы подставл€ем вместо ј число Ђ9ї, вместо ¬ Ц число Ђ12ї и получаем конкретное описание конкретного продукта, который мы в состо€нии произвести.  онкретные параметры продукта в свою очередь через определенные функциональные зависимости автоматически сформируют конкретную технологию его производства, то есть определ€т конкретные значени€ дл€ параметров технологических операций, параметры их входов и выходов, которые определ€т все остальные параметры всех св€занных технологических процессов и ресурсов, необходимых дл€ планировани€ и управлени€ производством пр€моугольной фотографии размером 9х12 см.

»так, модель производства в MES системе RftTrio предназначена дл€ описани€ параметров всевозможных объектов и структуры дискретного производства дл€ целей планировани€ производства, то есть Ц составлени€ расписани€ всех необходимых работ, св€занных с одновременным исполнением разнообразных заказов на разнообразные продукты, которые возможно произвести исход€ из набора конкретных параметров производства.

¬ графическом виде упрощенную модель можно представить в виде такой вот схемы (рис.1):

MES 1

–ис 1. ‘рагмент модели (схемы) некоего производства ќќќ ЂѕЋј—“» ї в графическом представлении

¬ MES системе RftTrio можно построить множество разных моделей (схем), кажда€ из которых может быть уникальна с точки зрени€ различных сценариев организации производства.  онкретна€ модель (схема) содержит конкретное организационное решение (как фрагмент схемы на рис.1). Ёто просто набор абстрактных, предварительно как св€занных, так и несв€занных операций (например, технологических) со своими параметрами входов и выходов, которые устанавливают св€зи друг с другом через параметрические Ђпродуктовые потокиї только в случае, когда по€вл€етс€ конкретна€ информаци€ о параметрах заказанного системе продукта.

 ак это работает

 лиент заказал нам ручку Ђпластмассовуюї , формы Ђє210ї , цвета Ђсинегої в количестве 100 шт. (–ис.1). ¬ заказе клиента присутствуют значени€ трех конкретных параметров: ѕластмасса, ‘орма210, ÷вет —иний. јбстрактное описание продукта Ђ–учкаї выгл€дит так: –учка(ћатериал основы детали; ‘орма; ÷вет покрыти€). Ётот абстрактный продукт €вл€етс€ частью описани€ продуктового потока ЂF9ї.

 ак только мы введем в систему целевую потребность: –учка(ћатериал основы детали = ѕластмасса, ‘орма = ‘орма210, ÷вет покрыти€ = ÷вет—иний); 100 шт., поток ЂF9ї поймет, что это его конкретные параметры и активизирует расчеты всех входов и выходов технологической операции Ђѕокраскаї. ѕо целевому значению нашей потребности, система сама определит все конкретные значени€ параметров входов и выходов операции Ђѕокраскаї дл€ заказанного продукта. “аким образом мы получим конкретные значени€ параметров продукта Ђѕ/ф –учкаї (полуфабрикат дл€ ручки) во вход€щем в операцию Ђѕокраскаї потоке ЂF7ї и вместо абстрактного продукта Ђѕ/ф –учка(ћатериал основы детали, ‘орма)ї Ц будет уже конкретный продукт: Ђѕ/ф –учка(ѕластмасса, ‘орма210)ї. “аким же образом мы конкретизируем параметры цвета во втором входном потоке ЂF8ї операции Ђѕокраскаї: вместо абстракции Ђ÷вет покрыти€: ÷ветї возникнет конкретный параметр Ђ÷вет покрыти€ = ÷вет—инийї.

 оличества продуктов на входах в операцию также будут рассчитыватьс€ автоматически по установленным правилам или функци€м: количество полуфабриката будет пересчитано в зависимости от установленных соотношений на выходах и входах в операцию Ђѕокраскаї. ¬ нашем случае дл€ производства на выходе операции покраски 100 шт. синих ручек, система затребует в потоке полуфабрикатов ЂF7ї 105 шт. отлитых полуфабрикатов. “ак же рассчитаетс€ количество необходимой Ђ—инейї краски в потоке ЂF8ї. ѕоток ЂF8ї, в свою очередь, св€жет по выходам и входам операции подготовки необходимых рецептур краски. Ёто может быть цела€ сеть операций, потоков и на данной схеме они просто не показаны.

ѕоток ЂF7ї с конкретизированными параметрами св€жет операцию Ђѕокраскаї с операцией ЂЋитье пластикаї динамически соединившись с потоком ЂF3ї, потому, что в этих продуктовых потоках присутствуют сопоставимые абстрактные и конкретные параметры продуктов: ћатериал основы детали = ѕластмасса. Ќомер пресс-формы в потоке ЂF3ї уже определитс€ по конкретному параметру формы ручки. “аким образом, через замену абстрактных параметров конкретными значени€ми параметров наши продуктовые потоки динамически св€зывают конкретные технологические (а впрочем, любые) операции, и определ€ют конкретные параметры их входов и выходов. ќперации в свою очередь, в соответствии с параметрами своих входов и выходов, определ€ют (выбирают) тот рабочий центр (станок) который сможет выполнить уже конкретную работу Ц с учетом прин€той дисциплины работы с пресс-формами (сменными или стационарно установленными). “аким образом, мы получаем спланированные конкретные потоки работ и, в конечном счете Ц производственные расписани€ дл€ рабочих центров с учетом их текущего состо€ни€, текущей загрузки и минимизации количества переналадок.

≈сли мы производим только пластмассовые ручки, можно не делать в модели динамическое св€зывание материальных потоков, т.е. можно сделать потоки св€занными сразу. “огда параметрическа€ модель будет возобновл€ть производственный маршрут исход€ из заданной рецептуры. “ак, видимо, работает производственна€ лини€ мороженого в примере, приведенном ёргеном Ћиссом.

ќднако как быть, когда часть технологического процесса может быть задействована дл€ производства изделий с принципиально отличающимис€ параметрами? ¬ приведенном выше примере материалом основы детали был пластик, а если это будет металл? Ёто означает, что технологи€, предшествующа€ операции Ђѕокраскаї в нашем примере будет принципиально другой. “огда нам понадобитс€ способность системы самосто€тельно по конкретным параметрам входов и выходов операций установить динамические св€зи между ними через новые параметры продуктовых потоков.

»так, если следующий заказчик закажет нам 200 металлических ручек желтого цвета, то через продуктовый поток ЂF9ї определ€тс€ другие конкретные параметры в потоке ЂF7ї и этот поток соединитс€ с потоком ЂF5ї и св€жет операцию Ђѕокраскиї с уже другой операцией ЂЋитье металлаї.

ѕотоки заказов покупателей образуют не просто св€занные объекты в производственной среде, а целую Ђ—еть операцийї, котора€ формируетс€ и модифицируетс€ непосредственно в момент заказа потребител€ при вводе нужных ему значений параметров. Ёта методологи€ производит необходимую дл€ производства информацию сама. ¬ случае, если система сталкиваетс€ с ситуацией неопределенности, она извещает только об этом событии и указывает в каком месте операционной сети возникла информационна€ проблема.

ќбъекты модели

¬ параметрической MES системе RftTrio можно спроектировать или смоделировать несколько независимых схем (виртуальных производств), организованных по-разному, св€занных и несв€занных. Ќапример, можно смоделировать работу и основного и вспомогательного производства, учесть особенности отдельного участка и т.д. и т.п. ƒл€ этого в MES системе RftTrio существуют программные инструменты, с помощью которых специалист (назовем его Ђѕроектировщик моделейї , или Ђћодельщикї) может разработать и редактировать схемы (виртуальные модели) всех организованных предпри€тием производств с учетом их специфических условий.

ћодельщик описывает производственную среду параметрическими объектами (ещЄ раз см. рис.1). »х разновидность, на самом деле, небольша€. ћы выделили 9 таких объектов модели, которые как раз и позвол€ют описать практически любое дискретное производство и все процессы, с ним св€занные. Ёто:

  1. ѕродукт (product)
  2. ќпераци€ (oper)
  3. –абота (work)
  4. «адание (task)
  5. «аказ (order)
  6. ѕоток продуктов (flow)
  7. –абочий центр (wc)
  8. –есурс (resource)
  9. »здержки использовани€ ресурса (cost handle).

 ак выгл€дит работа системы в программном (не пользовательском☺) интерфейсе

ќписание абстрактных продуктов выгл€дит так:

MES 2

–ис.2

Ёти абстрактные продукты могут быть как однородными, так и сборными Ц включающими другие продукты, номенклатурный состав которых заранее неизвестен (например: шкаф, укомплектованный издели€ми дл€ покраски в камере). ¬ нашем прототипе системы, с помощью трех дес€тков абстрактных продуктов и их параметров, возможно автоматически составить полное описание производства более 180 000 000 конкретных продуктов в диапазонах значений параметров, которые заказчик может выбрать примерно так же, как немецкий студент составл€ющий состав своего индивидуального мороженого. “олько в нашем случае производственна€ среда может быть гораздо более разнообразной, чем одна поточна€ лини€ мороженого с различи€ми только в рецептуре.

ѕосмотрим, что же происходит в параметрической MES системе в момент заказа конкретных изделий и его мгновенного планировани€:

MES 3

–ис.3

ѕредставим себе, что с данными конкретными параметрами мы ранее такого продукта не делали. “еперь нажмем кнопочку Ђѕланировать заказї и выполним, так называемое, Ђќценочное планированиеї. “.е. если в производстве уже кипит работа Ц то наши опыты ему не помешают. —истема скажет нам следующее.

¬о-первых, в сформированной сети динамически (автоматически) св€занных по входам и выходам операций дл€ всех параметров наших семи позиций заказов (позици€ 134001 введена, но исключена из планировани€) система обнаружила Ђнедочетї в работе модельщика.

MES 4

–ис.4

ƒругими словами, система предупреждает о подозрительной ситуации: расчетное количество получилось на входе операции ЂЋитье пластикаї Ђ¬вд172001ї = 0 дл€ позиции заказа Ђpos145001/6ї. ¬озможно, это сигнал дл€ внесени€ дополнений к имеющемус€ описанию модели.

“ем не менее, система продолжает работу по формированию операционной сети и информирует пользовател€ о еЄ результате:

MES 5

–ис.5

–асшифруем: планировщик системы обработал 7 позиций заказа, которые своими конкретными параметрами сформировали 85 заданий на конкретные рабочие центры и распределил работы в период с Е по Е длительностью 23 часа 10 минут. » вот, самое интересное: система динамически св€зала 40 продуктовых потоков между различными операци€ми и самосто€тельно сгенерировала описани€ 125 новых конкретных продуктов, которые ранее производством не изготавливались ни разу.

«агл€нем в справочник Ђѕродуктыї после того как мы произвели построение операционной сети и выполнили планирование работ (исходное его состо€ние мы зафиксировали на рис. 2)

MES 6

–ис. 6

”видим, что система сама зафиксировала создание новых конкретных продуктов, которыми в дальнейшем будет оперировать без каких-либо вопросов. “аким образом номенклатура изделий будет самосто€тельно расшир€тьс€ с каждым новым заказом, в котором клиент захочет чего-нибудь новенького.

» самое главное: мы мгновенно получили конкретное производственное расписание !!!

MES 7

–ис. 7

в котором можем учесть даже услуги ЂЌосильщикаї (т.е. можно сформировать и логистические цепочки во всевозможные стороны в том же модельном подходе)

ќт параметрических моделей —јѕ– к параметрической модели MES

—истемы автоматизированного проектировани€, как мы уже говорили выше, весьма гибки и продуктивны, но их возможности, в значительной мере, тер€ютс€ в организации технологической подготовки конкретного производства. ј ведь именно в —јѕ– начинаетс€ параметрическа€ модель будущего издели€. ≈сли бы —јѕ– мог бы сразу транслировать виртуальную параметрическую модель в некую систему, котора€ мгновенно превращала бы набор конкретных параметров в сеть динамически св€зываемых технологических операций, да если бы ещЄ это происходило в рамках параметрической виртуальной модели конкретного производства с последующей генерацией потоков работ рабочих центров, это было бы очень хорошо и перспективно. ѕрототип нашей Ђѕараметрической MES системыї способен решать подобную задачу.

ѕредполагаем, что это и есть концепци€ Ђ»ндустри€ 4.0ї и она уже начинает реализовыватьс€: у нас, пока ещЄ в прототипе параметрической MES системы дл€ самых разнообразных типов производств, а у компании Ђ—именсї Ч в конкретных фабриках мороженого дл€ студентов.


„итайте также:


¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора: ѕромышленный интернет пива, или судьба инноваций
ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

isicad Top 10

—амые попул€рные материалы

   ‘орумы isicad:

isicad-2010 isicad-2008
isicad-2006 isicad-2004

ќ проекте

ѕриглашаем публиковать на сайте isicad.ru новости и пресс-релизы о новых решени€х и продуктах, о проводимых меропри€ти€х и другую информацию. јдрес дл€ корреспонденции - info@isicad.ru

ѕроект isicad нацелен на

  • укрепление контактов между разработчиками, поставщиками и потребител€ми промышленных решений в област€х PLM и ERP...
ѕодробнее

»нформаци€ дл€ рекламодателей


¬се права защищены. © 2004-2021 √руппа компаний «Ћ≈ƒј—»

ѕерепечатка материалов сайта допускаетс€ с согласи€ редакции, ссылка на isicad.ru об€зательна.
¬ы можете обратитьс€ к нам по адресу info@isicad.ru.