Aktuální vydání

celé číslo

08

2020

Mozaika novinek a informací

Restart ekonomiky

celé číslo

Otevřené řídicí systémy a datové podnikové vize

Automa 3/2001

Ing. Roman Mašika,
generální ředitel společnosti ZAT a. s., Příbram

Otevřené řídicí systémy a datové podnikové vize

Článek shrnuje hlavní myšlenky referátu [1]. Připomíná význam otevřených systémů pro řízení výrobních procesů. Upozorňuje, že k efektivnímu řízení podniku je třeba přeměňovat výrobní data v aktuální informace přístupné všem podnikovým řídicím úrovním. K tomu jsou nutné určité programové produkty, propojující přímé řízení výroby s administrativou podniku. Z nich je věnována pozornost zejména softwaru pro správu hmotného majetku (EAM). Výklad je ilustrován příklady produktů používaných a nabízených firmou ZAT a. s.

Bill Gates, známá vůdčí osobnost firmy Microsoft, kdysi prohlásil asi toto: „Způsob, jakým budeme vyhledávat informace, jak s nimi budeme zacházet a jak je budeme používat, rozhoduje o tom, zda budeme vítězi, nebo poraženými.“ Budeme-li tedy zacházet s informacemi chytře a rychle, máme šanci být vítězi. A těmi rozhodně všichni být chceme.

Je zde však jedna potíž. Spočívá v tom, že automatizační systémy z principu vytvářejí data. A data, v základní podobě nuly a jedničky, nám jako taková pro reálný život nic neříkají. Mají-li nám být k užitku, je třeba je měnit na informace, které teprve můžeme k něčemu používat. Mimo jiné k tomu, abychom, jak požadují vlastníci firem, zvyšovali kvalitu a množství výrobků a produktivitu práce.

Aktuální úkol tedy zní: „Přeměňte data v informace.“ Abychom to dokázali, je nezbytné mít správné nástroje na všech úrovních automatizační hierarchie, a to od nejnižšího bodu až po vrchol procesu, od snímacího nebo akčního členu až po podnikové a manažerské informační systémy, známé pod označeními ERP (Enterprise Resource Planning), MRP (Management Resource Planning) a MIS (Management Information System). Automatizační struktura v současném pojetí musí jako celek sbírat data a přeměňovat je v informace přístupné všem pracovníkům podniku, kdekoliv a kdykoliv je potřebují. To je požadavek naprosto kategorický. Jestliže kterýkoliv pracovník na kterékoliv z úrovní podniku nerozumí datům a nemá informace, špatně rozhoduje, a podnikový organismus se chová jinak, než by měl.

Základem je otevřený řídicí systém na platformě VME
Co se týče naší firmy jako dodavatele automatizačních řešení, již před lety jsme si uvědomili, že pro zajištění spolehlivého a rychlého zpracování dat pro veškeré potřeby řízení se musíme orientovat na spolehlivé informační platformy. Jako základ systémů pro řízení technologických procesů jsme proto záhy zvolili platformu otevřených řídicích systémů podle mezinárodních standardů IEC 821 a IEEE 1027, založených na otevřené specifikaci přístrojové sběrnice VME a jejích derivátech. Tato řešení nám umožňují řídit rychleji, lépe a samozřejmě v budoucnosti a možná již i nyní také levněji.

Domnívám se, že uvedené otevřené řídicí systémy jsou velmi zajímavou alternativou zejména pro výrobce a dodavatele, jako jsme my, tzn. střední firmy. Poté, co jsme si osvojili otevřený standard VME, dokážeme realizovat i velmi rozsáhlé projekty bez toho, aby byl náš zákazník o cokoliv ošizen. Standard VME dovoluje řídicímu systému pracovat i s průmyslovými komunikačními protokoly zavedenými na úrovni řídicích zařízení, jako jsou např. Profibus-DP, Interbus a DeviceNet. Od sběrnice Profibus-FMS vede přes standard RS-485 cesta k Ethernetu, o kterém se nyní velmi často hovoří jako o budoucnosti i průmyslové komunikace. Je také garantována snadná integrace výrobků třetích stran.

Jestliže jsme před několika lety diskutovali, zda se opřít o platformu VME, nebo o platformy založené na osobních počítačích v průmyslovém provedení, lze říci, že minulý rok potvrdil, že platforma osobních počítačů není pro řízení v průmyslu zrovna tím nejvhodnějším řešením. Domníváme se proto, že naše orientace na VME jako platformu velmi vhodnou pro průmyslové použití byla správná.

Optimismus je na místě i co se týče pozice VME vůči sběrnici cPCI (Compact PCI) pro osobní počítače. Předpovědi, že standard PCI díky své kompatibilitě se standardy PC rychle nahradí VME, se nenaplnily. Platforma VME zůstává pružnější, stabilnější, robustnější a cenově výhodnější. Vhodnou alternativou jsou i procesorové moduly pro platformu VME založené na procesorech Intel, jež pracují pod operačním systémem Windows CE. Všeobecně se očekává, že platforma VME bude pro náročné průmyslové aplikace aktuální ještě příštích nejméně deset a možná až pětadvacet let.

Otevřený řídicí systém nestačí
Flexibilita otevřeného řídicího systému je cennou vlastností, avšak sama nestačí.

Otevřený řídicí systém je jistě sám o sobě vhodným a cenným prostředkem k řízení toku technologických (výrobních) dat. Nedokáže však plnit v úvodu vznesený základní požadavek – v současném, a tím spíše v budoucím podniku je třeba plynule přeměňovat data v informace.

Jako příklad ilustrující, o co jde, lze citovat výsledek průzkumu provedeného v USA mezi uživateli informačních technologií (IT) v průmyslu. Bylo zjištěno, že v posledních deseti letech investovali výrobci do svých podnikových informačních systémů více než 50 mld. USD při vzrůstu produktivity o pouhá 3 %. Návratnost investice se tudíž ukázala být až neuvěřitelně nízká, v mnoha případech šlo dokonce o čistou ztrátu. Při pátrání po příčinách bylo shledáno, že tyto informační podnikové systémy ERP, zavedené s velkými náklady, nejsou schopny získávat z výrobního systému v reálném čase potřebné informace, a dát tak manažerům možnost správně rozhodovat o dalším postupu.

V průmyslu je v současné době všeobecně přijat takový závěr, že ve výrobních provozech, továrnách a podnicích je třeba za pomoci vhodných nástrojů přemostit mezeru dosud zející mezi světem výroby a jejího přímého řízení a managementem a administrativními složkami organizace.

Znovu se tedy setkáváme se zkratkou MMI, která byla dříve používána pro označení operátorských rozhraní monitorovacích a řídicích systémů (Man-Machine Interface), kde se však prosadil korektnější výraz Human-Machine Interface (HMI). Nyní MMI značí systémy pro správu informací o výrobě – Manufacturing Management Information. Systém MMI tak tvoří spojovací vrstvu mezi řízením výroby a systémy ERP, do kterých z výroby přivádí zpětnovazební signály. Celek vede k optimálnímu chodu výroby a její maximální produktivitě.

Těm nejlepším výrobcům a dodavatelům, kteří svá řešení typu MMI dokážou uplatnit u uživatelů, se nabízí šance získat nemalý podíl na zajímavém trhu, který přes již zmíněných proinvestovaných 50 mld. USD nebude ještě delší dobu nasycen. Samozřejmě se nedomnívám, že by se naše firma zmocnila třeba poloviny tohoto koláče, nicméně si však myslím, že získáme-li drobek, bude to tzv. stát za to.

Recept je přitom zdánlivě jednoduchý: je třeba umět přeměnit technologická data v informace a nechávat je v této podobě protékat výrobním podnikem zdola, z výrobní vrstvy, nahoru – bottom-up.

Nástroje k realizaci vizí bottom-up

Tab. 1. Které funkce v sobě ukrývá MMI?

Funkce Příklad programové realizace
(z nabídky Wonderware Corp.)
sběr dat a vizualizace v reálném čase (sledování a řízení výroby, počítačová operátorská pracoviště) InTouch (Human-Machine Interface - HMI, Supervizory Control And Data Acquisition - SCADA)
ukládání a správa dat (datové a informační servery) IndustrialSQL Server
řízení diskrétních výrobních provozů InTrack (Manufacturing Execution System - MES)
řízení dávkových výrob (podle SP88) InBatch
podpora správy výrobních prostředků (řízení údržby) MaintenanceSuite: Avantis (EAM)
podpora manažerského rozhodování Decision Suite
přístup k informacím o výrobě na dálku (podnikový internetový informační portál) Suite Voyager

V tab. 1 jsou uvedeny nástroje, kterými vizi bottom-up uskutečňujeme. Aby bylo zcela zřejmé, že nejde o představy o nástrojích budoucnosti, ale o ryzí současnost, jsou v tabulce současně uvedeny konkrétní názvy komerčně dostupných produktů z nabídky předního dodavatele softwaru pro průmyslovou automatizaci, firmy Wonderware.

V pořadí vidíme např. nástroje k vizualizaci na úrovni operátorů, sklady dat, které s nimi velmi rychle a účelně zacházejí, ukládají je a umožňují je velmi efektivně zpracovávat, programová rozšíření pro diskrétní výrobní procesy i pro vsádkové (dávkové) řízení chemických procesů, programové nástroje pro podporu rozhodování atd. Podnikový internetový informační portál, uvedený v posledním řádku tabulky, je obdobou toho, co je známé ze serverů jako Yahoo nebo AltaVista, ale s určením pro průmyslové použití: po zadání např. www.vyrobasroubu.cz, popř. * com apod., podle umístění webového serveru, zobrazí vzápětí náš prohlížeč internetu data přímo z výroby.

EAM – systém pro správu výrobních prostředků
Všimněme si podrobněji nástroje označeného v tab. 1 zkratkou EAM – Enterprise Asset Management. Stručný překlad do češtiny činí obtíže. Shodnout se snad můžeme na termínu správa výrobních prostředků, mezi které zahrnujeme veškeré hmotné prostředky používané v podniku, jmenovitě tedy nejen řídicí systémy, ale i řízená technologická zařízení a jejich části apod.

Cílem aplikace systémů pro správu výrobních prostředků (systémů EAM) je minimalizovat tzv. náklady na pořízení (cost of ownership), a tudíž i výrobní náklady cestou optimalizace provozních činností. Úkolem je vytvořit konkrétní strategii podpory optimálního využívání výrobního zařízení po celou dobu jeho provozního života – stručně řečeno automatizovat proces údržby pomocí vhodného programového systému.

Potenciální úspory jsou ohromné. Náklady na údržbu tvoří např. v dolech 20 až 50 %, v metalurgii 15 až 55 %, v kontinuálních výrobách, jako jsou výroba elektřiny nebo chemické procesy, 3 až 15 % a při montáži z komponent 3 až 5 % nákladů na výrobu. Náklady na údržbu jen v samotné Severní Americe jsou odhadovány na 800 mld. USD za rok.

Ve většině průmyslových odvětví je přitom situace v zásadě taková, že na současném světovém trhu jsou suroviny, stroje a zařízení dostupné všem výrobcům za stejné nebo téměř stejné ceny a podobně je konkurencí dána jistá pevná cena konečného výrobku. Zisk lze tedy maximalizovat především snížením nákladů na údržbu. Analytická firma Gartner Group odhaduje, že správná implementace systému EAM, a tudíž správné řízení a vykonávání údržby, přinese nárůst zisku o 5 až 7 % oproti současnému stavu.

Domnívám se, že na tuto výzvu musí reagovat každý podnikový management. A samozřejmě, čím větší firma, tím zajímavější jsou absolutní čísla, která nárůst zisku o zmíněných 5 až 7 % poskytne.

Efektivní údržba je nezbytná jednoduše proto, že nelze vyrábět více, jestliže např. v současné situaci:

  • stroje často nepracují kvůli poruchám;
  • nejsou k dispozici náhradní díly anebo údržbáři;
  • stroje nejsou správně seřízeny a produkují zmetky.

Ve všech těchto a podobných případech spotřebováváme více zdrojů, než bychom měli, a vytváříme si tak vlastně větší náklady, třeba i plánované, ale rozhodně ne nezbytně nutné.

Jestliže „šetříme“ a neprovádíme preventivní údržbu, opět si vytváříme předpoklady pro vznik mimořádných situací, když např. neočekávaně „zkolabuje“ některý z klíčových výrobních strojů. V tom okamžiku samozřejmě chybí vyrobená produkce, často reprezentující ohromné finanční prostředky. Je narušen celý plán výroby a v důsledku toho i přísun peněz do podniku; výpadek navíc často není možné zpětně dohnat.

Další záležitostí, která je v současné době sice již ošetřována, ale nejsem přesvědčen, že vždy zcela dobře, je nákup náhradních dílů. Vesměs není automatizován, a proto není možné v této oblasti dosahovat patřičných úspor.

Naše firma si nyní osvojila produkt s názvem MaintenanceSuite z nabídky našeho partnera Wonderware Corp. (v ČR zastoupeného firmou Pantek CZ s. r. o.). Klíčovým nástrojem v sadě MaintenanceSuite je program Avantis, zahrnující dvacet let zkušeností v oblasti EAM, který je v současné době dostupný na platformě Windows. Má příjemné uživatelské prostředí a je tzv. předdefinovaný. Víme, že v ČR existuje několik podobných řešení, ovšem jsou to řešení tzv. uzavřená, pro která je typické, že jen velmi málo odborníků je schopno je udržovat. Sám systém pro řízení údržby v této podobě má značnou potřebu vlastní údržby. Proto se domníváme, že je třeba se orientovat na takové prostředky pro řízení údržby, které jsou do jisté míry standardní a využívají standardní nástroje známé z výpočetní techniky.

Program Avantis spolupracuje s ostatními programovými produkty firmy Wonderware (InTouch, Industrial SQL Server, FactorySuite Web Server, SuiteVoyager) i s produkty třetích stran (databázemi SQL Server, Oracle, DB2/400).

S pomocí programu Avantis jako nástroje EAM se od prosté správy výrobních prostředků, včetně řízení údržby, dostáváme k pojmu EAM reálného času (real-time EAM). V takovém prostředí je vše řízeno podle aktuálních informací přímo z výroby. Údržba se tedy nedělá podle plánu, tzn. příliš pozdě nebo příliš brzy, ale v podstatě je možné operátory v předstihu neustále upozorňovat na možné problémy a tak výrazně zefektivnit řízení i proces údržby.

Program Avantis v principu nabízí uspořádání a přísun dat. Pracuje nad daty z programových produktů pro operátorské řízení a datové sklady, spolupracuje s program pro vizualizaci technikami internetu apod. K tomuto programovému vybavení připojujeme vše, co je již v podniku k dispozici, a pomocí vytvořeného celku jsme schopni realizovat potřebné úlohy, jež umožňují lépe řídit údržbu, samozřejmě s následnými úsporami. Hlavními moduly programu Avantis jsou zajišťovány tyto činnosti:

  • správa údajů o zařízeních v podobě databáze včetně historie jejich údržby,
  • správa úkolů rozpracované i plánované údržby,
  • automatické vystavování pracovních příkazů pro údržbu,
  • optimalizace zásob náhradních dílů,
  • optimalizace objednávek náhradních dílů.

Jestliže se zákazníci naší firmy rozhodnou, že součástí balíku programů pro řízení jejich výroby bude program Avantis, dosáhnou:

  • většího objemu výroby v důsledku zkrácení celkové doby přerušení chodu strojů a zařízení;
  • úspor materiálu v důsledku menšího počtu zmetků;
  • úspor nákladů na pracovníky (osobní náklady, mzdy) v důsledku lepšího využití lidského kapitálu;
  • úspor investičních prostředků v důsledku prodloužení doby provozního života strojů a zařízení;
  • úspor nákladů na skladování náhradních dílů objednávaných jen na základě reálné, aktuálními informacemi z výroby podložené potřeby;
  • nižších nákupních cen náhradních dílů v důsledku optimalizace jejich nákupu.

Závěr
Naším základním cílem, tj. cílem dodavatele i uživatele systému řízení výroby, v moderně řízeném výrobním podniku je zpřístupnit data přetvořená v informace pracovníkům všech řídicích úrovní podniku. Příslušní pracovníci informace využijí k tomu, aby jejich podnik vyráběl levněji, rychleji a v lepší kvalitě.

Současná platforma ZAT – Plant Suite MP:

  • zahrnuje veškeré prostředky pro řízení technologických procesů požadované v současnosti a očekávané v budoucnosti,
  • podporuje správné výrobní postupy (Good Manufacturing Practice – GMP),
  • řídí správné vykonávání údržby,
  • rychle poskytuje bohaté informace kdekoliv v podniku i po celém světě,
  • je vhodná pro spojení se všemi osvědčenými systémy typu ERP/MRP.
Literatura:

[1] MAŠIKA, R.: Otevřené řídicí platformy a bottom-up datové podnikové vize. In: Sborník příspěvků ze semináře Vize v Automatizaci. MSV 2000 Speciál: Automatizace. Brno, Kongresové centrum Brno, a. s., 2000.