Aktuální vydání

celé číslo

01

2021

Řídicí systémy pro strojní výrobu a montáž, průmyslová robotika

Programovatelné automaty (PLC, PAC), operátorské panely, jednotky edge

celé číslo

MESTERM – přímý dotyk podnikového informačního systému s výrobním procesem

číslo 10/2003

MESTERM – přímý dotyk podnikového informačního systému s výrobním procesem

Občas se čtenář setká s okřídleným rčením „… a rok se s rokem sešel ...„, které pokračuje konstatováním, co všechno se za rok udělalo, nebo naopak co se udělat nestihlo. Bývá to většinou koncem kalendářního roku, jestliže hodláme poněkud emotivněji bilancovat dosažené úspěchy a neúspěchy. V našem případě se však nebudeme vázat na standardní kalendářní periodicitu. Jen se ohlédneme, o čem jsme na tomto místě diskutovali zhruba před rokem. Kdybychom vzali jako pomůcku mezititulek článku Návaznost technologické úrovně řízení na podnikové informační systémy, uveřejněného v časopise Automa č. 6/2002, jenž se táže „kde je a kam spěje typický výrobní podnik„, nelze jinak, než konstatovat, že k žádným převratným změnám nedošlo. Něco se však přece jen změnilo: operátorské rozhraní v podobě inteligentního terminálu pro sběr dat v systémech řízení výroby (Manufacturing Execution Systems – MES) nabylo konkrétní podoby. Odtud pochází též charakteristický název Mesterm. Co to je a do jakého prostředí Mesterm vstupuje?

Proč MES?

Kdybychom zde opět začali s nářkem vyjmenovávat, co všechno trápí mnoho výrobních podniků, zřejmě bychom uvedli klasické problémy: malá produktivita, velké výrobní náklady, neschopnost dodržet termíny dodávek, nedostatečná kvalita atd.

Každá z uvedených položek má rovněž své vlastní příčiny. Jejich výčet už je podstatně delší a konkrétnější.

Jaké jsou např. příčiny malé produktivity? Mohou to být:

  • odstávky strojů z důvodu nepřipravenosti výrobního zařízení, lidí anebo materiálu,
  • nekvalifikovaná obsluha,
  • velké množství odpadu v důsledku nekvalitní nebo neefektivní výroby,
  • časté opravy výrobků z důvodu špatné kvality výroby,
  • příliš dlouhé mezioperační doby způsobené čekáním na změnu seřízení strojů a mezioperační dopravu,
  • obtíže, které musí překonávat zainteresovaní pracovníci, od operátorů až po management podniku, chtějí-li se dostat k aktuálním údajům z výroby,
  • manuální sběr výrobních dat a údajů o událostech při výrobě a jejich přiřazení ke konkrétnímu výrobku nebo zakázce,
  • nedostatek údajů o skutečné historii výroby potřebných pro průběžnou optimalizaci výroby a jiné.

Výčet problémů v této i dalších již uvedených oblastech má mnoho společných charakteristik, a tak se před časem vžil názor, že všechny problémy v podniku vyřeší integrovaný administrativní systém charakteru Enterprise Resource Planing (ERP), pracující s údaji, které slouží pro zpřehlednění finanční, obchodní, skladové a dalších agend. Vznikla jich celá řada: SAP, Baan, Navision, Noris aj. Tyto systémy však (kromě světlých výjimek) mají většinou jen slabou, nebo dokonce žádnou přímou vazbu na výrobní zařízení a technologické linky. A pokud mají, je ve srovnání s komfortním zbytkem značně neohrabaná a krčí se ve světle efektních manažerských nástrojů. Data jsou do těchto systémů nejčastěji vkládána ručně, popř. s použitím různých pomůcek (čtečky čárového kódu apod.). Klasické metody zpracování dat, byť postavené na moderních databázových systémech s architekturou klient/server, mají k informacím o událostech nastalých v reálném čase ještě stále hodně daleko.

Přetrvávající mezeru mezi administrativním řízením podniku a řízením výrobního a technologického procesu však postupně začala vyplňovat mezivrstva MES, která se stala i jakýmsi pojítkem jednotlivých subsystémů ERP. Tato mezivrstva navíc pracuje v reálném čase a díky svému fyzickému kontaktu s realitou je také exkluzivním rozhraním i pro další řídící úrovně.

V důsledku působení mezinárodní organizace MESA (Manufacturing Enterprise Solutions Association)

se vžilo celkem jedenáct okruhů činností, které vrstva MES pomáhá řešit (tab. 1).

Tab. 1. Skupiny činností podporované vrstvou MES a jejich náplň (podle MESA)

1. Detailní plánování (plánování a rozvrhování operací a zdrojů)
Příprava krátkodobých plánů – harmonogramů výroby, které vycházejí z plánů vytvořených nadstavbovými plánovacími systémy na základě došlých objednávek. Rozvrhování řeší velké množství funkcí, které nemohou vyšší plánovací systémy v praxi postihnout, neboť se jedná o např. minimalizaci energetické náročnosti procesu, minimalizace potřeb dopravních operací apod.
2. Řízení a monitorování výrobních jednotek
Přidělování konkrétních úkolů jednotlivým výrobním zařízením, zajišťování materiálu, pomůcek a energií, sledování skutečného stavu výrobních jednotek v celém podniku. Řízení poruchových a havarijních situací s případnou vazbou na externí specializované instituce (požárníci, životní prostředí apod.). Jde o činnosti s bezprostřední vazbou na výrobní a technologický proces v reálném čase, nikoliv ovšem o jeho přímé řízení.
3. Správa zdrojů
Úspěšné řízení výrobního úseku je závislé na kvalitní alokaci výrobních a pracovních kapacit, energií a surovin. Opět je velmi těsně navázáno na včasné a objektivní informace z výrobního procesu.
4. Správa dokumentů
Pojem dokument braný ze širšího pohledu je informační entita s trvalejší platností, reprezentovaná v papírové nebo elektronické formě. Do výrobního procesu vstupují a jsou v něm neustále využívány výrobní dokumentace, pracovní postupy, vývojová a projektová dokumentace, pracovní příkazy, návody a příručky, podklady pro údržbu a servis a v neposlední řadě počítačové programy a výkresová dokumentace.
5. Sledování hmotného toku ve výrobě (produkt tracking)
Činnost vyplývající mj. z požadavků na certifikaci systémů řízení jakosti podle norem ISO. Jde o sledování podmínek a stavu jednotlivých výrobních zařízeních, za kterých byly jednotlivé výrobky, výrobní dávky, šarže nebo sestavy výrobků vyrobeny.
6. Analýza výkonnosti (performance analysis)
Činnost probíhající v reálném čase a spočívající v bilancování vytěžování zdrojů, spotřeby energií a obecně médií. Dovoluje v krátkodobém měřítku vyhodnocovat aktuální výsledky dosahované ve výrobním procesu a porovnávat je s plánovanými hodnotami, popř. následně operativně měnit přidělené výrobní kapacity.
7. Řízení jakosti
Řízení jakosti (kvality) je v současné době již naprosto jiné než dříve: namísto statistického sledování výskytu nestandardních (neshodných) výrobků a pasivního komponování jejich vlivu na objem výroby, popř. konstrukci výrobní dávky, se přechází na moderní metody identifikace rozdílů mezi ideálními a skutečnými parametry výrobního procesu a napomáhání k jejich odstranění.
8. Správa lidských zdrojů
V současné době jde o úlohu chápanou nejen jako prostá evidence a alokace v oblasti lidských zdrojů a práce s docházkovými a přístupovými systémy, ale i vlastní management v pravém slova smyslu, tedy i objektivní hodnocení informací z výrobního procesu ve vazbě na pracovní týmy, které v něm působí. Je patrná přímá souvislost s kvalitou výroby.
9. Řízení údržby
Cílem je dosažení takového kondičního stavu výrobních prostředků, který dovoluje minimalizovat náklady vzniklé při neplánovaných výpadcích. Evidují se provozní hodiny a zásoby náhradních dílů, plánují se revize výrobních zařízení. Sledují se charakteristiky opotřebení výrobních prostředků, nástrojů, pracovních pomůcek apod. Opravy lze plánovat podle skutečného stavu zařízení, namísto plánu údržby často nerespektujícího realitu.
10. Řízení procesů ve výrobě
Typická operátorská činnost spočívající v monitorování všech významných parametrů procesů a jejich (třeba i automatické) korekci. Získávání potřebných podkladů pro rozhodování operátora. Řešení situací jednotlivých technologických uzlů a linek, reakce na výstražná hlášení a dokumentování vzniku kritických situací, jejich příčin a způsobů, jakými jsou odstraňovány.
11. Sběr dat z výrobního procesu
Základní prvek všech systémů typu MES. Nejenže sbírá, archivuje a popř. agreguje data vzniklá v průběhu výroby, ale i je poskytuje ve srozumitelné podobě široké skupině uživatelů a zajišťuje jejich dostupnost dalším aplikacím. Víceméně zprostředkovává i komunikaci mezi jednotlivými zdroji dat včetně ručních, poloautomatických a automatických vstupů. Vlastní technické prostředky jsou nezávislé na softwarových produktech používaných na vyšších úrovních řízení a problematiku fyzického propojení řeší více či méně specializované ovladače.

Proč jsme zde uvedli tento poměrně podrobný výčet? Mělo by z něj být patrné, že téměř ve všech vyjmenovaných skupinách činností se vyskytuje úloha, kterou lze obecně označit jako „zachycení informací vznikajících v reálném čase a jejich efektivní využití“, a to v nejrůznějších oblastech výrobní i nevýrobní činnosti související s chodem podniku. Stačí si poněkud důkladněji promyslet, co jednotlivé funkce de facto znamenají. A jestliže si podrobně popíšeme genezi agregovaných údajů, používaných na vyšších stupních řízení, třeba způsobem vzdáleně podobným rozkladu na prvočinitele, nebo – chceme-li – na elementárnější technické prvky a činnosti, ve většině případů se dostaneme až ke zdroji, ke vzniku konkrétních údajů a způsobu jejich zachycení, archivaci a využití. Přiblížíme se takto až nadosah technologie, reality, reálného času apod. – ať už to nazveme jakkoliv.

Mesterm – inteligentní řídicí terminál pro výrobu

V předchozím textu jsme konstatovali, že až na výjimky současné administrativní a manažerské informační systémy stále ještě efektivně nevyužívají přímou vazbu na technologická data. Zčásti je to způsobeno i tím, že na trhu nejsou k dispozici zařízení uzpůsobená požadavkům jak z pohledu řízených a sledovaných procesů, tak z pohledu nadřazených informačních systémů. Touto otázkou se v posledních dvou letech intenzivně zabývala firma AMiT. Její zástupci trpělivě diskutovali s uživateli i integrátory podnikových informačních systémů o svých představách a poukazovali na nevyužité možnosti stávajících řešení. Vzhledem k tomu, že komunikace s uživateli informačních systémů byla tematicky zaměřena na konkrétní problémy, se kterými se každodenně potýkají při řízení a rozhodování na úrovni výrobního procesu, byly diskuse s nimi mnohem vstřícnější než diskuse s tvůrci a implementátory informačních systémů. Zkrátka – jak ostatně bylo možné i očekávat – finální uživatel si lépe porozuměl s dodavatelem technických prostředků pro sběr a přenos dat vznikajících přímo ve výrobním procesu než s dodavatelem softwaru pro podnikového řízení, byť jakkoliv dovedeného k dokonalosti.

Obr. 1.

Vloni firma AMiT prezentovala odborné veřejnosti svou představu o ideálním pojítku mezi výrobními procesy a záznamy dat v nadřazených systémech. Porovnáme-li nyní původní představu o terminálu určeném pro sběr dat ve výrobě s jeho konkrétní podobou, je zřejmé, že v podstatných rysech se téměř shodují. Jeho fyzické provedení bylo bezesporu ovlivněno jeho použitím v prvních aplikacích. Koncepčně však vzniká celá rodina terminálů Mesterm – zařízení s dědičnými prvky. Po technické a programové stránce jsou členy této rodiny navrženy tak, aby vyplnily stávající mezeru mezi výrobními daty, vznikajícími ve výrobním procesu, a dalšími technickými a programovými prostředky třídy MES. Podívejme se tedy na jeden z prvních terminálů řady – MEST100.

Mezi hlavní přednosti terminálu MEST100 (obr. 1) patří dobrá vybavenost z hlediska schopností komunikace. K dispozici jsou tři kanály se standardním rozhraním RS-232, kanál s rozhraním RS-485 a kanál určený pro komunikaci prostřednictvím průmyslového Ethernetu. Typické terminálové prvky určené pro komunikaci s obsluhou, tedy zobrazovač a klávesnici, vyřešil výrobce takto: podsvětlený zobrazovač LCD se 128 × 64 body umožňuje použít až čtyři typy fontů a membránová klávesnice s prodlouženou životností má kromě numerických tlačítek také tlačítka k ovládání kurzoru a čtyři volně použitelné funkční klávesy se signálkami. Zvláštností, která zvyšuje komfort obsluhy, je možnost připojit standardní klávesnici osobního počítače s rozhraním PS2. Variantně lze zadávat text prostřednictvím pole numerických tlačítek způsobem známým z mobilních telefonů (přepíná tlačítko TXT).

Obr. 2.

Užitnou hodnotu terminálu zvyšují k němu přímo připojitelná periferní zařízení, jako jsou čtečky čárového kódu anebo čipových karet, sériové tiskárny apod., popř. moduly vzdálených vstupů a výstupů, a jejich prostřednictvím i diagnostické, havarijní a další prvky (obr. 2). Ke spojení s dalšími řídicími systémy a spolupracujícími počítači lze využít téměř libovolný komunikační kanál v závislosti na konkrétní konfiguraci. Protože je volně programovatelný, lze terminál MEST100 použít i jako běžný řídicí systém. V tom je jeho hlavní odlišnost od podobných sběrných terminálů používaných ve vrstvě MES. Výslednou variantu funkce si aplikátor může přizpůsobit podle potřeb zákazníka pomocí parametrizačních nástrojů, které má k dispozici.

Mesterm – perspektivy vývoje

V kostce jsme zde představili první z řady terminálů Mesterm nové koncepce. Protože dosavadní zkušenosti ukázaly, že téměř každá aplikace MES je víceméně jedinečná, potýká se každý výrobce s potřebou zachovat univerzálnost výrobků nebo výrobkové řady a přitom dovolit aplikátorovi a konečnému uživateli realizovat jedinečné konečné řešení. Nejčastější metodou, která se s tímto problémem zdárně a ekonomicky efektivně vyrovnává, je modularita. V zde popisovaném konkrétním případě se tedy jedná o soustavu modulárních terminálů se společným, integrujícím základem. Jinak řečeno – mechanicko-elektrické základní „torzo„ terminálu doplněné různými typy vstupních a výstupních modulů, komunikačních linek, displejů a klávesnic.

Ruku v ruce s modularitou hardwaru jde modularita softwaru: jsou vytvářeny softwarové bloky a moduly pro efektivní přenos dat do nadřazených informačních systémů. Jsme si vědomi skutečnosti, že zmíněná koncepce není žádný fenomenální objev. Jsme si však rovněž vědomi toho, že občas neškodí již známé myšlenky oprášit. Jejich přínos spočívá právě v tom, že jsou použity v pravý čas a na správném místě!

RNDr. Mirko Čapek,
Ing. Petr Kašík,
AMiT, spol. s r. o.

AMiT, spol. s r. o.
Chlumova 17
130 00 Praha 3
tel.: 222 781 516, 222 782 074
fax: 222 782 297
e-mail: amit@amit.cz
http://www.amit.cz

Inzerce zpět