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

18 августа 2020

ѕроизводство и неопределенность

јндрей Ўтейнбрехер, ¬ладимир Ѕельцов

Ўтейнбрехер Ѕельцов

ќригинал на сайте UpexPro


„етверта€ промышленна€ –еволюци€, котора€ нам известна под именем »ндустрии 4.0, базируетс€ на тотальной цифровизации производства и потенциально приводит к кратному росту производительности труда за счет использовани€ новых цифровых технологий. ≈сли по цифровым производственным технологи€м сегодн€, можно сказать, достигнут консенсус, то по цифровым управленческим технологи€м еще предсто€т дискуссии и диалоги. «адача данной публикации Ц начать обсуждение подходов к адаптивным системам управлени€ производством высокого уровн€ зрелости »ндустрии 4.0 Ц в режиме реального времени и в услови€х неопределенности, под воздействием различных причин вариабельности.

”правление промышленным производством, как правило, нелинейно и не подчин€етс€ простым причинно-следственным св€з€м. Ёто сложна€ система, и люди Ц ее самый сложный элемент. ѕричин сложности MES по крайней мере две. ѕерва€ причина в том, что объект управлени€ Ц само производство Ц сложна€ система. ¬ сложных системах, согласно Ђфундаментальному свойству сложных системї, сформулированному ѕитером —енге, Ђпричины и следстви€ разъединены во времени и в пространствеї и определить причинно-следственную св€зь простым наблюдением почти невозможно. ¬тора€ причина состоит в том, что система управлени€ объектом, по теореме Ёшби, не менее сложна, чем сам объект управлени€, то есть не может иметь меньшего количества состо€ний и переходов между ними. ћировые авторитеты в области управлени€ предпри€ти€ми знали, что имеют дело со сложными объектами и сложными системами управлени€ ими, понима€ при этом, что результаты управлени€ в реальном времени и в услови€х естественной неопределенности нос€т веро€тностный характер. –уководители многих отечественных производственных предпри€тий согласны с ними в том, что, когда речь идет о сложных производственных системах, в области управлени€ менеджеры имеют дело со следующими основными проблемами: отсутствием данных, изменчивостью планов, высоким уровнем Ќ«ѕ, низкой скоростью цикла и отсутствием синхронизации между внешними заказами и внутренними задани€ми на рабочих местах.

 MES в »ндустрии 4.0

Ёти же проблемы характерны не только дл€ управлени€ отечественными производствами, но и в значительной мере справедливы дл€ западных компаний. »з основ кибернетики и теории сложных систем мы знаем, что дл€ управлени€ сложным объектом необходимы оба компонента, или два об€зательных услови€, Ц актуальна€ информаци€ о состо€нии объекта и адекватна€ модель (наши знани€ о структуре и поведении объекта) с контуром обратной св€зи дл€ управлени€.  ак мы видим из отчета Aberdeen Group за 2018 год, 83% европейских производителей не имеют по крайней мере одного из этих компонентов, 73% считают, что используют имеющиес€ данные неэффективно, а 40% не имеют актуальной информации. ѕриведенные здесь результаты исследований по состо€нию дел с системами управлени€ производством нам любезно предоставили коллеги из RWTH (Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule), где собственно и зародилась концепци€ »-4.0.

¬ кампусе RWTH в јахене сегодн€ напр€женно работает коллектив экспертов, который был создан консорциумом более чем 50 европейских и американских предпри€тий Ц лидеров машиностроени€. Ёксперты Ц ведущие специалисты компаний в области технологий операционного блокчейна, обработки больших данных, аналитики дл€ предиктивного сервиса Ц зан€ты вопросами различных аспектов развити€ концепции »ндустрии 4.0, в том числе построением адекватных моделей производства и средствами получени€ необходимой дл€ управлени€ актуальной информации.

ƒл€ предпри€тий –‘ проблемы управлени€ усугубл€ютс€ весьма серьезным отставанием в производительности труда и, следовательно, в возможности инвестировать средства в новые производственные и управленческие технологии. √овор€ словами парадоксального ¬иктора —тепановича „ерномырдина, Ђчем мы провинились перед Ѕогом, јллахом и другимиї, что у нас така€ низка€ производительность труда? ≈сли выработка добавленной стоимости на одного работающего в промышленности –‘ отстает от европейской в среднем в 3 Ц 4 раза, а от немецкой в 5 раз, то можно ожидать, что промедление с освоением новых технологий »ндустрии 4.0 увеличит этот разрыв до 8 Ц 10 раз. Ёто может привести к тому, что наши предпри€ти€ не смогут встроитьс€ в современные мировые технологические цепочки производства высококачественной и наукоемкой продукции. Ќаоборот, скорейшее освоение отечественными промышленными предпри€ти€ми цифровых производственных и управленческих технологий позволит сократить существующий разрыв в производительности труда.

–азвитие системы управлени€ производством в концепции »ндустрии 4.0

»так, основные причины неэффективности сложного промышленного производства под воздействием факторов вариабельности Ц отсутствие актуальной информации, с одной стороны, и адекватной модели управлени€, с другой. ¬оздействие хот€ бы одной из этих причин про€вл€етс€ в низкой скорости циклов разработки и производства. ќпыт компаний, решивших эти проблемы в –‘ (в некоторых проектах авторы участвовали, некоторые Ц наблюдали вблизи), показал, что собрать и обработать данные, выработать на их основе правильное управленческое решение с учетом вариабельности Ц под силу только выдающимс€ менеджерам и собранным ими командам. ќпыт участи€ в подобных проектах показал также, что универсальных средств не бывает и простые решени€ из известных всем методичек не работают.  ак говорил √енри ћенкен, Ђвс€ка€ сложна€ проблема имеет решение Ц простое, удобное и неверноеї. ѕоказательными по концентрации командных усилий дл€ достижени€ результата в этом плане €вл€ютс€ проекты компании Ѕоинг, с которыми авторам удалось познакомитьс€ на конференци€х по модел€м управлени€ проектами, с их ежедневными совещани€ми в 6 утра (в воскресенье, правда, на час позже, в 7:00). јналогичные результаты тогда показали еще р€д компаний, благодар€ сильным руководител€м и использованию новых методологий и технологий менеджмента 2‑го поколени€.

 MES в »ндустрии 4.0

„етверта€ промышленна€ –еволюци€ опираетс€ на мощь новых цифровых технологий, которые должны обеспечить кратный рост производительности труда через реализацию функций наблюдаемости, прозрачности, предсказуемости и адаптивности промышленного производства, которые определ€ют уровни зрелости »ндустрии 4.0. MES система при этом и обеспечивает включение новых инструментов в производственные технологии, так как они €вл€ютс€ источниками новых актуальных данных, и сама €вл€етс€ инструментом управленческих технологий »ндустрии 4.0, поскольку участвует в обработке и анализе этих данных.

Ќа начальном уровне зрелости достижение наблюдаемости через базовую цифровизацию используетс€ в основном дл€ повышени€ эффективности загрузки оборудовани€ (OEE).

 MES в »ндустрии 4.0

Ќа втором уровне зрелости »ндустрии 4.0 мы достигаем прозрачности поведени€ объекта Ц производства, примен€€ роботы, коботы, более интеллектуальные датчики и системы технического зрени€. MES система обеспечивает включение этих средств в контур управлени€ и сбор данных с них дл€ оперативной корректировки потоков работ по цифровой модели цеха.

 MES в »ндустрии 4.0

Ќа третьем уровне к обработке потока данных подключаютс€ новые мощные инструменты интернета вещей и искусственного интеллекта. ќни делают возможным анализ данных и прогнозирование причин и последствий выхода оборудовани€ из стро€, сравнение накопленной статистической информации с текущим состо€нием производственных процессов дл€ прогноза момента наступлени€ нежелательных событий, которые еще не наступили. Ћидеры в этом направлении, в числе других, ћайнд—феа (MindSphere) от —именс и —инг¬оркс (ThingWorx) от ѕи“и—и обеспечивают переход бизнеса на сервисные модели предоставлени€ услуг вместо продажи оборудовани€.

 MES в »ндустрии 4.0

Ќа четвертом этапе зрелости »ндустрии 4.0 в системе достаточно цифровых данных и есть развитые инструменты дл€ их статистической обработки, что делает возможным построение полностью адаптивной цифровой модели производства (ј÷ћ). “ака€ адаптивна€ цифрова€ модель на основе имеющихс€ актуальных данных поддерживает устойчивость самого производства как объекта управлени€ под воздействием внешних и внутренних причин вариабельности. ѕон€тно, что адаптивность системы управлени€ Ц об€зательное условие дальнейшего развити€ производства в концепции »ндустрии 4.0.

 MES в »ндустрии 4.0

÷ели и задачи MES системы на основе адаптивной цифровой модели производства

Ѕазовые методологии систем управлени€ проектно-производственной средой могут включать основные теории и практики 2‑го и 3‑го поколени€ систем менеджмента, поскольку различные участки промышленного производства также развиваютс€ неравномерно. ѕодходы к определению сред тоже мен€ютс€. ≈сли раньше, 20-30 лет назад, четко различали, дл€ какой среды предназначена та или ина€ система управлени€, то начина€ с поздних этапов развити€ 2‑го поколени€ объект управлени€ уже рассматриваетс€ как смешанна€ проектно-производственна€ среда. “ам, где больше проектов, Ц ниже частота управлени€ (такт управлени€ Ч часы и дни) и больше вариабельность из-за действий людей, а там, где больше производства, Ц выше частота (такт управлени€ Ч секунды и минуты), но ниже вариабельность вследствие более высокой стабильности работы оборудовани€. ¬ариабельность измер€етс€ по методологии статистического управлени€ процессами. Ђ¬ода и  амниї производственной системы “ойоты, 6 —игм компании ћоторола, 5 направл€ющих шагов “еории ќграничений √олдратта, Agile ћенеджмент и Scrum методологии гибкой разработки ѕќ Ц различные подходы к реализации базовой идеи статистического управлени€ процессами, начавшегос€ с  онтрольных  арт Ўухарта.

 MES в »ндустрии 4.0

ƒл€ управлени€ простыми производственными системами достаточно модели на основе обычного картировани€ процессов создани€ ценности. ѕроблема в том, что промышленные производства Ц как уже говорилось, в большинстве своем, Ц сложные системы, работающие в услови€х вариабельности между анархией хаоса и пор€дком простых систем. ƒл€ таких систем невозможно разработать статический вариант модели создани€ ценности в виде карты. “акой многостраничный документ будет сложен дл€ анализа, тем более Ц дл€ управлени€, а главное, он устареет прежде, чем будет создан. ƒл€ управлени€ сложными производствами нужна адаптивна€ цифрова€ модель, мен€юща€ свое состо€ние одновременно с состо€нием производства и позвол€юща€ управл€ть им в реальном времени в услови€х неопределенности.

÷ели системы управлени€ Ц это цели бизнеса: прибыль, сроки, качество, затраты. Ќа первом месте Ц сроки. Ё. √олдратт в своих лекци€х подчеркивал, что Ђглавное свойство продукта Ц это его наличиеї, в случае отсутстви€ продукта (уникальный или специализированный продукт) главное свойство продукта Ц срок его поставки. ќтсюда JIT, или Ђ“очно воврем€ї, Ц второе название ѕроизводственной —истемы “ойоты (TPS). «ащита директивных сроков выполнени€ работ и учет вариабельности в теории менеджмента неразрывно св€заны. ћенеджеры несут ответственность за сроки, но не в силах полностью контролировать процессы получени€ результата, поскольку эти процессы обладают природной вариабельностью и наход€тс€ под воздействием различных случайных факторов.  ак говорит ёрген јппело, Ђсистеме, в которой вы функционируете, безразлично, какие у вас планыї.

»сход€ из концепции одновременной защиты сроков и экономии ресурсов в услови€х неопределенности, перед системой управлени€ производством, построенной на основе адаптивной цифровой модели производства, можно поставить три задачи:

  1. јвтоматическа€ защита сроков выполнени€ заказов от вариабельности, вызванной общими причинами;
  2. –аннее предупреждение о наступлении нежелательных состо€ний оборудовани€, операций и процессов, вызванных особыми причинами;
  3. јвтоматическое определение узких мест проектно-производственной среды (включа€ процессы обеспечени€) дл€ выстраивани€ стратегии развити€ производства, а также информационна€ поддержка оперативной реакции менеджеров на особые причины с целью недопущени€ их в будущем (организационно-технические меропри€ти€, регламенты и стандарты).

»з трех основных задач две задачи непосредственно относ€тс€ к защите сроков и еще одна Ц к стратегии развити€. –ешение третьей задачи одновременно обеспечивает улучшение статистической управл€емости производственных процессов, а значит, повышает точность прогнозов.

ѕерва€ задача адаптивной цифровой модели Ц автоматическа€ защита директивных сроков от вариабельности, вызванной общими причинами. ¬.—. „ерномырдин образно определ€л действие общих причин вариабельности, как Ђхотели как лучше, а получилось как всегдаї.  ак лучше Ц идеальное следование заранее составленному расписанию загрузки оборудовани€.  ак всегда Ц реальный алгоритм управлени€ производственными потоками на основе эстафеты, ставший стандартом дл€ сложных производственных систем, начина€ с производственной системы “ойоты. ¬ сложных системах не нужно ожидать точного выполнени€ планов, а тем более расписаний.

 MES в »ндустрии 4.0

¬тора€ задача адаптивной цифровой модели Ц раннее предупреждение о нежелательном событии, вызванном особыми причинами. Ёто насто€ща€ неопределенность, к причине которой система пока не готова. ¬.—. „ерномырдин определ€л действие особой причины вариабельности как Ђотрод€сь такого не бывало, и вот оп€тьї. «адача системы Ц зафиксировать событие выхода или угрозы выхода за пределы статистической управл€емости (с заданной веро€тностью или уровнем сигмы Ц 80%; 95%; 99.2% и т. д.). Ёффективна€ подготовка к воздействию особой причины возможна в лучшем случае дл€ ближайшего будущего, так как планирование действий, основанное на прогнозах, может быть эффективным лишь дл€ относительно короткого периода. ѕри решении второй задачи система делает прогноз выхода за границу диапазона по скорости приближени€ текущего значени€ параметра к этой границе.

 MES в »ндустрии 4.0

“реть€ задача адаптивной цифровой модели Ц автоматическое определение узких мест на основе собираемой статистической информации, а также вычисление новых значений контрольных пределов дл€ разделени€ общих и особых причин. ¬ладе€ этой информацией, мы можем с заданной веро€тностью прогнозировать поведение системы. ѕарадоксальный ¬.—. „ерномырдин о решении этой задачи говорил так: Ђѕрогнозирование Ц чрезвычайно сложна€ вещь, особенно когда речь идет о будущемї.  онцепци€ планировани€ развити€ Ц проектирование желаемого будущего и разработка путей его построени€. ѕри решении третьей задачи система обеспечивает информационную поддержку действий производственного менеджмента и визуализирует реакцию проектно-производственной среды на эти действи€ через изменени€ значений параметров контрольных карт.

 MES в »ндустрии 4.0

ƒавайте посмотрим, как решение этих задач поддерживаетс€ базовыми возможност€ми одной из работающих MES систем на основе адаптивной цифровой модели производства Ц отечественной системой UpexPro.

јдаптивна€ MES система дл€ решени€ задач в режиме реального времени

Ѕазова€ возможность є1 Ц автоматическое диспетчирование потока заказов в системе и сквозна€ св€зь заказов с производственными задани€ми на каждом месте, что обеспечивает защиту сроков выполнени€ заказов, визуализацию статуса заказа и раннее предупреждение о наступлении нежелательных дл€ заказа состо€ний. ѕока выполнение заказа находитс€ в состо€нии статистического контрол€, система самосто€тельно справл€етс€ с диспетчированием потока заказов.

 MES в »ндустрии 4.0

ћы фокусируетс€ на важнейшем параметре Ц времени выполнени€ заказа, представленном сразу в двух измерени€х Ц календарном и технологически необходимом. ѕо мнению ё. јппело, Ђизмерение результатов важнее, чем измерение параметров процесса. Ќо еще лучше иметь представление обо всех этих параметрах одновременної. ѕоэтому в системе в любой момент времени возможно визуализировать св€зь заказа с операцией, определ€ющей здесь и сейчас его текущий статус.

Ѕазова€ возможность є2 Ц автоматическое ранжирование заданий на рабочих местах, измен€ющее приоритеты заданий в соответствие со статусом заказа по всему технологическому маршруту. ¬изуализаци€ приоритетов заданий на экранах рабочих мест обеспечивает информирование исполнител€ о наилучшей и желательной дл€ предпри€ти€ последовательности обработки заданий, сто€щих в очереди к ресурсу, выполн€€ тем самым защиту сроков выполнени€ заказов и вырабатыва€ раннее предупреждение о наступлении нежелательных состо€ний.

 MES в »ндустрии 4.0

¬ажно контролировать не только технологический, но и весь бизнес-маршрут насквозь, от покупки материалов и комплектующих до отгрузки заказчику готового продукта. ѕоэтому сегодн€ MES системы управлени€ производством все чаще называют MOM системами (Manufacturing Operations Management).

Ѕазова€ возможность є3 Ц автоматическое вычисление и визуализаци€ на экранах продукт-менеджеров актуального положени€ критической цепи технологического маршрута и состо€ни€ текущей операции в цехе, например текущего состо€ни€ сборки с визуализацией в CAD/CAM системе. ќбеспечивает защиту сроков выполнени€ заказов и раннее предупреждение о наступлении нежелательных состо€ний, фокусиру€ внимание менеджеров на участке маршрута и конкретной операции, определ€ющей конечный срок выполнени€ заказа.

 MES в »ндустрии 4.0

—хема логической св€зности задачи Ц это не диаграммы √антта, это ѕ≈–“ представление: работы в узлах, св€зи на стрелках. ¬ этом случае дл€ планировани€ и визуализации состо€ни€ производства нет необходимости, как при использовании системы расписаний, считать ранние, поздние и Ђоптимальныеї запуски процессов. —истема определ€ет локальные приоритеты операций приближением к критической цепи технологической схемы заказа, по статусу которого определ€ет его глобальный приоритет среди всех заказов. ќперационный блокчейн решает задачу достоверности данных о статусе заказа. ”ровень достоверности, обеспечиваемый операционным блокчейном, повышаетс€ при каждой передаче результата работы от предыдущей операции к следующей по технологической схеме потока работ через алгоритм приема/передачи (то, что некоторые менеджеры называют Ђуправл€емым конфликтом передачиї результатов работы).

Ѕазова€ возможность є4 Ц автоматическа€ синхронизаци€ и визуализаци€ на экранах менеджеров служб снабжени€ и руководителей планово-диспетчерских отделов и бюро (ѕƒќ и ѕƒЅ) актуального состо€ни€ обеспеченности сборочного процесса собственными и покупными компонентами (ѕ »), например текущего состо€ни€ обеспеченности сборки с визуализацией в CAD/CAM системе. ќсуществл€ет защиту сроков выполнени€ заказов и раннее предупреждение о наступлении нежелательных состо€ний, фокусиру€ внимание менеджеров на фактическом или прогнозируемом системой дефиците, определ€ющем конечный срок выполнени€ заказа.

 MES в »ндустрии 4.0

¬ажнейшей задачей менеджеров служб снабжени€ и руководителей ѕƒќ и ѕƒЅ €вл€етс€ надежность обеспечени€ производства материалами, оснасткой, инструментом, ѕ », программами „ѕ”. —истема оповестит менеджеров этих служб автоматически при выходе или угрозе выхода за контрольный предел параметров статистически управл€емого состо€ни€ системы. »ли оповестит по запросу, если параметр находитс€ внутри контрольного диапазона.

Ѕазова€ возможность є5 Ц визуализаци€ в реальном времени на 2D/3D модели цеха или в системах VR/AR общей картины производства, текущего значени€ параметров оборудовани€ и качества операций с датчиков IoT и систем технического зрени€. ќбеспечивает общий визуальный контроль и раннее предупреждение о наступлении нежелательных состо€ний оборудовани€, операций и общего уровн€ производственных мощностей, а также загрузки отдельных ресурсов.

 MES в »ндустрии 4.0

»нформацию о текущем состо€нии объекта можно вывести на –—, планшет, очки AR или на изображение с камеры.

Ѕазова€ возможность є6 Ц автоматический трекинг и визуализаци€ хода выполнени€ и статусов всех заказов или визуализаци€ выбранного заказа на основе последних и ранее собранных в системе статистических данных: с мониторов, меток RFID, QR или штрих-кодов, датчиков и систем технического зрени€. ќбеспечивает автоматическое определение узких мест по анализу статистических данных и визуализирует динамику изменени€ параметров контрольных карт процесса.

 MES в »ндустрии 4.0

—бор и анализ статистических данных позвол€ет определить реальные узкие места производства по любым выбранным маршрутам. Ёта возможность полезна дл€ решени€ в системах более высокого уровн€ Ц ERP и BI задач оптимизации и развити€ бизнеса, планировани€ развити€ производственной среды.

ѕодвод€ итог рассмотрению возможностей системы управлени€ производством UpexPro на основе адаптивной цифровой модели, можно еще раз процитировать ё. јппело: Ђ¬се модели неверны, но некоторые из них полезныї.

ѕервые результаты от использовани€ адаптивных цифровых моделей производства

—истемы управлени€ на основе адаптивных цифровых моделей, с тем или иным уровнем цифровизации, сегодн€ наход€тс€ в стадии интенсивного развити€ и осмыслени€ первых результатов. ¬ концепции »ндустрии 4.0 их создание €вл€етс€ целью и высшим достижением текущего уровн€ развити€ мировой индустрии. “ем более важно уже сейчас начинать работу по созданию таких систем управлени€ в преимущественно проектно-производственных средах с высоким уровнем вариабельности.

 MES в »ндустрии 4.0

»сход€ из опыта мировых лидеров и собственного опыта авторов, можно прогнозировать, что использование адаптивных цифровых моделей абсолютному большинству предпри€тий даст кратное повышение производительности труда и эффективности производства.

¬ преимущественно производственных средах вариабельность находитс€ на более низком уровне и постепенно еще больше снижаетс€ за счет замены в производствах людей коботами, роботами и автоматическими лини€ми. Ётот процесс сопровождаетс€ переводом сотрудников в преимущественно проектные среды (включа€ программирование, разработки, наладки, обслуживание, ремонт и т. п.).

 MES в »ндустрии 4.0

¬ ближайшие годы стандартом станут склады и механические цеха Ђбез светаї, которые сегодн€ можно увидеть только у мировых лидеров, таких как компани€ ‘анук.

MES в »ндустрии 4.0

≈сть и отечественные примеры Ц на механическом производстве одного из машиностроительных заводов, выпускающего широкую номенклатуру приборов и электромашин, не осталось ни одного человека с чисто рабочей станочной специальностью, производительность труда выросла более чем в 6 раз, и всем желающим нашлась работа.

  сожалению, повторить чужой успех невозможно, но с помощью адаптивных цифровых моделей возможно добитьс€ своего собственного успеха в управлении производством в режиме реального времени и в услови€х неопределенности.



¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

-->

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора: Ќекоторые (не)удивительные результаты 2020 года
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.