Aktuální vydání

celé číslo

03

2024

Automatizační technika v energetice a teplárenství, úspory energie

Snímače teploty

celé číslo

Integrace úrovně řízení procesů a podnikových informačních systémů

Článek přibližuje možnosti integrace dat vznikajících na úrovni řízení výrobních procesů a podnikových informačních systémů v rámci vytváření globálního celopodnikového informačního systému. V první řadě je popsán princip využití informačního systému výroby (MES) jako integrátora fungujícího na úrovni střední vrstvy. Dále je přiblížen princip přenosu dat přímým certifikovaným propojením mezi úrovní řízení SCADA, zastoupenou systémem zenon, a úrovní podnikových informačních systémů ERP, zastoupené produktem SAP.
 

1. Úvod

Informační systémy výroby, běžně označované anglickou zkratkou MES (Manufacturing Execution Systems), jsou implementovány v mnoha výrobních podnicích jako efektivní rozhraní mezi řídicími systémy na úrovni procesu (obvykle systém SCADA) a podnikovými informačními systémy, mezi nimiž hrají nejvýznamnější roli systémy typu ERP (Enterprise Resource Planning) pro plánování a řízení firemních zdrojů. MES takto propojuje dvě různorodé a nezávislé oblasti v souvislý informační a řídicí systém, umožňující hladkou výměnu informací důležitých pro rozhodování, plánování, řízení, analýzu a vyhodnocování produkce v rámci celého podniku.
 

2. MES jako rozhraní mezi SCADA a ERP

Využití systémů MES pro integraci dat mezi úrovní řízení procesů a podnikovými informačními systémy jednoznačně ovlivňuje efektivitu výroby. Ačkoliv jejich implementace a integrace do současné heterogenní struktury nejsou vždy jednoduché, přináší vynaložené úsilí hmatatelné a cenné výsledky [4]. Společnosti, jež systémy této úrovně zavedly, vykazují nejen výrazné zlepšení výkonu provozních ukazatelů, ale také růst finanční výkonnosti podniku oproti společnostem, které celopodnikový informační systém nepoužívají [3].
 
Přínos MES závisí především na efektivitě sběru dat a manipulace s nimi [4]. Přestože je sběr dat na úrovni SCADA automatizován, velmi často se lze setkat s manuálním zadáváním provozních dat do systémů MES. Spolehlivějším a rychlejším způsobem je automatizovaný přenos dat prostřednictvím standardizovaných rozhraní a technik (OPC, ISA-95, schémata XML), popř. prostřednictvím zakázkového programového kódu. Shromažďovaná data jsou často dále použita pro výpočet klíčových ukazatelů výkonnosti, KPI (Key Performance Indicator), jako je kvalita, dostupnost, výkon, včetně celkové efektivity zařízení (OEE – Overall Equipment Effectiveness), a důraz je tedy kladen na jejich správnost, kterou nelze při manuálním zpracování zaručit.
 
Použití systému MES jako integračního nástroje mezi úrovní řízení výroby a podnikovým informačním systémem příznivě ovlivňuje hned několik oblastí v podniku, a to především kvalitu produkce, služby zákazníkům, výrobní kapacitu, optimální využití zařízení, dodržování norem apod. Naproti tomu s sebou zavádění systémů MES nese komplikace způsobené heterogenitou mezi úrovněmi SCADA a ERP, které je vhodné pokud možno minimalizovat či zcela eliminovat. Jako efektivní řešení problémů a nákladů spojených s implementací a údržbou systému MES se zdá být přímé propojení mezi SCADA a ERP, které značně zjednodušuje vzájemnou interakci mezi oběma úrovněmi, a celá komunikace se tak stává zcela transparentní.
 

3. Přímé propojení SCADA – ERP

Od samotných systémů ERP se stále více vyžaduje propojení a interakce s procesními daty v reálném čase. Funkčnost těchto systémů je neustále rozšiřována o úlohy, které byly v minulosti vykonávány výhradně systémy MES nebo systémy na jejich úrovni [2]. Rakouská společnost Copa-Data využila tyto nové vlastnosti ERP a integrovala do svého systému HMI/SCADA s názvem zenon obousměrné certifikované komunikační rozhraní pro přístup k ERP systému SAP. Tyto dva systémy nyní spolupracují tak, že přebírají úlohy, jež byly dříve vykonávány systémy MES, nebo dokonce řešeny ručním přenosem dat. Systém SCADA komunikuje s ERP přes jasně definované standardní rozhraní pro přímé propojení. To znamená, že zasílá zprávy o jakékoliv události na úroveň ERP a současně odtud přijímá řídicí příkazy. Podniky tak mohou propojit svou úroveň procesů s úrovní ERP vytvořením uzavřené informační smyčky, jež vytváří kompletní přehled o jejich podnikání – od řízení objednávek, přes skladové hospodářství, časové rozvrhování, recepty a plánování produkce až k dodávkám. Systém SCADA plní ostatní důležité úlohy úrovně procesu v reálném čase, jako je historická sledovatelnost, získávání dat, bezpečná správa uživatelů a správa údržby zařízení.
 
Toto nové rozhraní umožňuje, aby aplikace SAP poskytovaly další funkci, již by bylo obtížné implementovat dokonce i v MES, a tou je přímá interakce s úrovní procesu. Systém zenon přebírá příkazy z aplikací SAP, jako jsou recepty a další datové sekvence, a vykonává je ve spolupráci s integrovanou logikou SCADA straton. Po jejich vykonání jsou uskutečněné kroky oznámeny v uzavřené smyčce zpět na úroveň ERP a následně jsou získány nové příkazy. Díky dokonalé integraci je kompletní komunikace zcela transparentní, aniž by bylo nutné integrovat nástroje třetích stran, což by vedlo k dodatečným nákladům a rizikům. Komunikace také vyniká především velmi krátkými reakčními dobami. Pro zajištění spolehlivé komunikace s širokou kolekcí aplikací SAP je použito obecně uznávané rozhraní PP-PI. Certifikací ze strany SAP je zabezpečena spolehlivá a bezproblémová oboustranná komunikace.
 
Jako příklad lze zvolit použití ERP aplikace SAP pro sledování zásob v reálném čase, kdy zenon dodává aktuální a přesná data o skutečné spotřebě zdrojů z úrovně SCADA. Modul SAP tak má k dispozici reálné údaje o zásobách, a nikoliv jen plánované nebo očekávané. Produkce v režimu just-in-time, stejně jako dlouhodobé plánování, se tím stávají mnohem přesnějšími a efektivnějšími, což dále vede k úspoře nákladů a výkonů spojených s výrobou a udržováním zásob [1]. Nezbytnou součástí tohoto řešení se stává modul pro analýzu výkonnosti produkce IPA (Industrial Performance Analyzer) a modul IMM (Industrial Maintenance Manager), který efektivním způsobem organizuje úlohy údržby zařízení.
 

4. Závěr

Podle uskutečněných studií [3], [4] je zavedení systémů úrovně MES znatelným přínosem ke zvýšení efektivity výroby v jakémkoliv výrobním odvětví. Oproti integraci prostřednictvím MES přináší obousměrné přímé propojení mezi úrovněmi SCADA a ERP podnikům nové významné výhody a eliminuje dodatečné náklady na implementaci a správu projektů MES. Díky přímé výměně dat jsou dvě úrovně, které byly dříve zcela odděleny nebo propojeny přes dodatečný integrační nástroj (např. MES), nyní sloučeny v jednotný systém, a ten řídí vše od objednávek až po dodávku a interaktivně reaguje na aktuální data z výroby a na události. To vede k optimálnímu využívání práce a materiálu, neboť různé úlohy reflektují skutečnou situaci ve výrobě a důležité informace jsou distribuovány na všech úrovních a v adekvátní podobě.
 
Literatura:
[1] BOND, A.: What do you really need an MES for? [on-line]. ControlGlobal.com, 22. 12. 2008. Dostupné na: http://www.controlglobal.com/industrynews/2008/398.html
[2] Copa-Data connects SCADA with ERP. [on-line]. Manufacturing Talk, 30. 10. 2008. Dostupné na: http://www.manufacturingtalk.com/news/csr/csr114.html
[3] FRASER, J.: Accelerate Business Performance Gains with Manufacturing Execution Systems. [on-line]. Cummaquid (MA): Industry Directions Inc., 2007. Dostupné na: http://www.bitpipe.com/detail/RES/1204305922_991.html
[4] Systémy MES řeší nedostatek informací. [on-line]. Control Engineering Česko, červen 2008. Dostupné na: http://www.controlengcesko.com/index.php4?num=1452&art=2611
 
Ing. Tomáš Lípa,
Prozesstechnik Kropf s. r. o.
 
Obr.1. Klasická pyramida znázorňující princip vertikální integrace řízení v podniku
Obr. 2. Přímé propojení systému SCADA/HMI zenon se systémem ERP SAP přes standardizované rozhraní PP-PI