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

Simatic IT – nadčasové řešení úrovně MES

číslo 10/2003

Simatic IT – nadčasové řešení úrovně MES

Na konci minulého století si průmyslové výrobní podniky začaly uvědomovat potřebu spojit celopodnikové informační systémy (ERP) s řídicími systémy technologických procesů. Z počátku to řešily tím způsobem, že vytvářely specializované aplikace jednoúčelově vždy zaměřené na určitou problémovou oblast komunikace řídicího systému na jedné straně a systému ERP na straně druhé. Vznikaly tak specializované produkty pro sběr a ukládání dat, dávkové řízení výroby, analýzu výkonu jednotlivých výrobních zařízení apod. K souhrnnému pojmenování souboru produktů, které uvedenou škálu funkcí v celé její poměrně značné šíři realizují, je od samého počátku těchto snah používán název Manufacturing Execution Systems (MES).

MES není jen rozhraní mezi ERP a výrobou

Pod tlakem nových hnacích sil obchodu, které vznikají v posledním desetiletí, jako např. globalizace, zapojování podniků do dodavatelských řetězců a zejména elektronické obchodování, se výrobní procesy intenzifikují a často i geograficky rozšiřují. Výrobní podniky hrají opět ústřední roli. Globalizace firem stejně jako výrobních procesů vytváří potřebu nových organizačních struktur. Výroba nyní často není proces, který může být dokončen v jednom podniku, ale rozšiřuje se přes hranici závodu, země a koncernu.

Současným řešením jsou struktury B2B a dodavatelské řetězce. I když jsou řešeny úrovní ERP, vyžadují adekvátní a solidní podporu v úrovni MES. Toto spolu s dalšími vlivy, jako např. menšími rozsahy objednávek, silným „real-time„ vlivem zákazníka na výrobu, mohutnějícím tokem dat a informací dovnitř výrobních procesů a ven z nich a novými regulatorními požadavky, dohromady vytváří nové interní požadavky na organizaci výroby.

Výsledkem je, že systémy kategorie MES nemohou být jednoduše rozhraním mezi systémy ERP a výrobními procesy, ale je od nich požadováno mnoho funkcí, které jsou pro úspěch podniku klíčové. Tyto funkce nemohou být nezávislé jedna na druhé a jednoduše spojené prostřednictvím výměny dat, ale musí být spolu opravdu koordinované, schopné realizovat obchodní a výrobní strategii podniku.

Obr. 1.

V souladu s aktuálními potřebami podniků proto začaly mezinárodní organizace (zejména MESA International a ISA) navrhovat modely snažící se úroveň MES standardizovat. Výsledkem tohoto dlouhodobého procesu je definice úrovně MES jako rozhraní poskytujícího funkce, které jsou mezi sebou plně koordinované v souladu s podnikovou prodejní a výrobní strategií. Nejedná se tedy jen o sadu funkcí, jež umožní komunikaci řídicího systému a systému ERP, ukládání výrobních dat apod. Jedná se o kompletně nový přístup k úrovni MES, jenž je založen na architektuře umožňující uživateli popsat veškeré operace probíhající v podniku s použitím hierarchického modelu, který všechny specializované funkce (softwarové komponenty) koordinuje.

S použitím tohoto přístupu, zakotveného v příslušném standardu, je pak zpracována zcela nová, rozšířená varianta konceptu Total Integrated Automation (TIA) společnosti Siemens rozšířená o úroveň MES implementovanou nad řídicími systémy Simatic v podobě softwaru Simatic IT (obr. 1).

Simatic IT – revoluční koncepce MES od společnosti Siemens

Chcete efektivně vyrábět a zvětšit pružnost svého výrobního zařízení? Potřebujete současně dokumentovat organizaci výroby? Potřebujete zajistit, aby byla respektována podniková organizační pravidla a specifika a současně chcete použít standardní softwarové produkty?

V tom případě asi budete potřebovat kompletní počítačový systém plánování a organizování výroby s přímým současným propojením se systémem ERP a se základní úrovní automatizace výroby. Takové řešení lze realizovat s využitím produktů řady Simatic IT jako uceleného systému podpory elektronicky organizované a řízené výroby, vhodného pro téměř všechna výrobní odvětví.

Jak je možné dosáhnout takové univerzálnosti a flexibility?

Tradiční systémy MES byly budovány většinou jako monolitické celky nebo soubor samostatně fungujících programů opatřených datovým rozhraním. Takové systémy mají pouze minimální nebo vůbec žádné schopnosti adaptace na speciální podmínky a požadavky jednotlivých uživatelů. Důvodem je skutečnost, že prováděcí algoritmus je již nastaven předem a vytvořen a naprogramován na zakázku uvnitř samotného produktu, a tudíž jen stěží může být modifikován a přizpůsoben jiným specifickým podmínkám, než pro které byl původně vytvořen.

Na rozdíl od tradičních produktů kategorie MES, které jsou dodávány mnoha světovými výrobci nebo systémovými integrátory, je Simatic IT bezvýhradně založen na technice grafického modelování. Umožňuje namodelovat jakýkoliv výrobní podnik s jeho jedinečnými hmotnými prostředky i způsobem organizace výroby a přitom realizovat veškeré funkce MES v souladu s doporučeními S95 s využitím standardních funkčních komponent.

Právě z tohoto důvodu je Simatic IT jedinečný značkový produkt plně odpovídající světovým standardům pro software úrovně MES, kterými jsou doporučení ANSI/ISA-S95 a z něj vycházející standard IEC/ISO 62264. Jádrem systému Simatic IT je programový balík Simatic IT Production Suite, zajišťující většinu funkcí požadovaných definicí systému MES podle doporučení S95.

Simatic IT se skládá ze dvou částí:

  1. Simatic IT Components – jednotlivé komponenty mají základní a garantovanou funkčnost. Každá z komponent řeší určitou specifickou oblast výroby, např.:
    – Production Order Manager – spravuje výrobní objednávky;
    – Material Manager – podporuje skladové hospodářství a sledování materiálu;
    – Personnel Manager – plánuje lidské zdroje pro výrobu;
    – Report Manager – vytváří datové výstupy ze systému;
    – Messaging Manager – poskytuje informace jednotlivým uživatelům.

  2. Simatic IT Framework – je grafické modelovací prostředí, ve kterém jsou jednotlivé funkce patřící do různých Simatic IT Components využívány tak, aby jasně definovaly organizační a výrobní pravidla vztahující se ke konkrétnímu podniku zákazníka. Jde tedy o prostředí, ve kterém je model výroby vytvořen na základě hmotných objektů (skutečného zařízení a vybavení) a logických objektů (jednotlivé softwarové balíky a aplikace, které jsou již v podniku aplikovány).

Další funkce lze doplnit pomocí tzv. rozšiřujících komponent, např.:
– Simatic Batch software – je řešením pro recepturově orientované výroby;
– Simatic IT Historian – řeší problematiku ukládání procesních dat, jejich analýzy atd.;
– Simatic IT Unilab – je laboratorní systém;
– Simatic IT Intersec – umožňuje společnou správu receptur v rámci podniku (koncernu) atd.

Obr. 2.

Taková struktura dovoluje specializovat chování konkrétní implementace systému Simatic IT tak, aby odpovídalo veškerým specifickým, na aplikaci závislým požadavkům uživatelů, a to při použití standardního produktu s garantovanými funkcemi.

Důležitou vlastností systému Simatic IT je jeho otevřenost. Ta se projevuje schopností pojmout softwarové produkty třetích stran a zahrnout je do celkového řešení MES u daného uživatele a dále schopností komunikovat s libovolnými řídicími systémy, tedy nejen s výrobky firmy Siemens. Jestliže si zákazník při implementaci systému Simatic IT přeje zachovat některý ze stávajících programů, je možné ho do systému začlenit. Takto vřazené aplikační programy jsou pak koordinovány prostřednictvím logických vazeb definovaných v prostředí Simatic IT Framework (obr. 2). Popsaný přístup umožňuje efektivně integrovat různé systémy a potažmo napomáhá ke vzrůstu efektivity úrovně MES.

Práce se Simatic IT Production Suite

Práce se Simatic IT Production Suite sestává v reálné aplikaci ze tří základních etap, jimiž jsou:
– modelování,
– inženýrink,
– realizace.

Modelování
V etapě modelování je nejprve sestaven úplný model fyzického provozu a poté model logických objektů a jsou definovány výrobní operace.

Model fyzického provozu a model logických objektů
Model fyzického provozu vychází z modelů základních objektů – jednotek (units – např. nádrže, mixéry, mlecí zařízení apod.). Po namodelování všech jednotek jsou jejich modely seskupeny do vyšších celků nazývaných buňky (cells – např. výrobní linky). Každý objekt typu buňka může obsahovat jeden i několik objektů typu jednotka. Různé buňky mohou být seskupeny do oblastí (areas – např. provoz) a objekty typu provoz do objektu typu závod (site – např. závod mezinárodního podniku v ČR).

Obr. 3.

Terminologie používaná v systému Simatic IT pro jednotlivé objekty a jejich seskupení odpovídá doporučení S95 (obr. 3).

V průběhu vlastního modelování fyzického provozu nemusí být věnována pozornost jednotlivým funkcím objektů ani softwarovým komponentám, které mají tyto funkce zajišťovat.

Dále je vytvořen model logických objektů – což je popis funkcí používaných softwarových balíků – a modely fyzických i logických objektů jsou rozšířeny o vlastnosti, metody a pravidla vztahující se k jednotlivým objektům.

Posledním krokem v etapě modelování je nadefinování výrobních operací, které popisují postup výroby prostřednictvím uvedených metod a pravidel.

Práce se Simatic IT Framework
Modelování v systému Simatic IT Framework je založeno na plně graficky a objektově orientovaném prostředí, umožňujícím snadno pochopitelným způsobem popsat výrobní proces (obr. 4). Grafické modely vytvořené v prostředí Simatic IT Framework popisují vlastnosti výrobního systému jako vlastnosti jeho jednotlivých objektů (zařízení).

Obr. 4.

Pro každé zařízení je v systému definována šablona pro snadné vytvoření instance objektu tohoto zařízení. Uvedená šablona obsahuje definici veškerých vlastností tohoto zařízení a metod reprezentujících jeho základní funkce. Dále lze definovat také pravidla, což jsou složitější funkce zařízení složené z jedné nebo několika jeho základních funkcí. Další významnou výhodou je možnost vytvářet specializované třídy zařízení s využitím dědičnosti, takže je možné kompletně opakovaně používat již definované šablony objektů. Šablony lze vytvářet nejen pro samotné jednotky, ale i pro celé linky a závody až po nadnárodní prostředí podniku. Šablony jsou pak ukládány do knihoven, které jsou hierarchicky uspořádány. Struktura jednotlivých knihoven se přitom striktně řídí doporučením S95.

K usnadnění práce integrátorů systémů obsahuje Simatic IT předpřipravené šablony objektů. Jde o knihovny, ve kterých jsou uloženy příklady připravené pro použití v reálných projektech. S použitím šablon z těchto knihoven lze, po případných drobných úpravách, zpravidla rychle vytvořit reálný model výrobního procesu budoucího uživatele.

Inženýrink
V modelovací etapě projektu není vyžadována žádná znalost samotného provedení jednotlivých metod. V etapě inženýrinku musí být jednoznačně rozhodnuto, která část systému bude tu kterou metodu uskutečňovat. Metoda může být realizována při použití komponent ze sady Simatic IT Components i komponent třetích stran.

Realizace
V této etapě jsou spuštěna a odladěna pravidla definovaná v předchozích etapách. Prostředí Simatic IT Production Suite poskytuje kompletní přehled o běhu jednotlivých pravidel a výrobních operací, takže lze velmi jednoduše zjistit, zda byly všechny výrobní operace úspěšně dokončeny, popř. snadno dohledat případné chyby.

Závěr

Systém Simatic IT představuje pokrokové řešení pro úroveň MES, jehož hlavními přednostmi jsou rychlá a přehledná realizace jednotlivých funkcí a velká pružnost při zavádění aplikace i při jejím budoucím přizpůsobování. Systém nabízí soubor modulů schopných pokrýt hlavní požadavky na vrstvu MES v jakémkoliv podnikatelském prostředí. Modelováním a definováním jednotlivých výrobních postupů Simatic IT efektivně přispívá k větší průhlednosti celého výrobního procesu. Umožňuje sledovat i zpětně trasovat (funkce T & T) výrobní operace a přeměny materiálů, včetně schopnosti reprodukce materiálové genealogie produktu. Na základě toho je možné sledovat přesný pohyb materiálů ve výrobním procesu a analyzovat využití zásob a podle výsledků optimalizovat cenu konečného výrobku.

Souhrnně lze říci, že Simatic IT je velmi mocné prostředí, které zákazníkům pomáhá realizovat spolu se základní úrovní automatizace také vizi plně elektronicky organizované a bez použití papírových dokumentů řízené výroby. To je umožněno realizováním namodelovaných výrobních procesů a operací, jejich sledováním a korekturami jejich chodu v reálném čase!

Pro bezproblémový přechod na elektronicky organizovanou výrobu při použití systému Simatic IT nabízí společnost COMPAS automatizace, specializovaný partner firmy Siemens, konzultace, analýzu i zavedení systému podle rozsahu a specifikace funkcí automatizovaného systému řízení výroby požadovaných zákazníkem.

Ing. Jaromír Bořil,
Ing. Vlastimil Braun,
COMPAS automatizace s. r. o.
(vlastimil.braun@compas.cz)

Názvosloví
B2B – business-to-business
systémy pro podporu obchodování mezi výrobními podniky
ERP – Enterprise Resource Planning
podnikový informační systém plnící obchodní a ekonomické funkce na úrovni podniku (software)
ISA – Instrumentation, Systems and Automation Society
mezinárodní profesní organizace věnující se vzdělávání v oboru automatického řízení (http://www.isa.org)
MES – Manufacturing Execution Systems
informační systémy pro operativní plánování a organizování (řízení) výroby
MESA International – Manufacturing Enterprise Solutions Association International
mezinárodní neziskové sdružení odborníků v oboru informačních systémů, které obsluhují a propojují jednotlivé oblasti výrobní sféry
S95 – ANSI/ISA-S95 Enterprise-Control System Integration (ISO/IEC 62264)
doporučení definující obecný model výrobních činností ve vztahu k přímému řízení výrobních operací na jedné a k řízení na úrovni podniku na druhé straně: již vydány jsou části ANSI/ISA-S95.00.01-2000 Enterprise-Control System Integration Part 1: Models and Terminology a ANSI/ISA-S95.00.02-2001 …Part 2: Object Model Attributes, rozpracována je ISA-S95.03 … Part 3: Manufacturing Operations and Control, Part 1 je po drobných úpravách přijata jako standard ISO/IEC 62264-1:2003, Part 2 je předložena ISO/IEC k odsouhlasení
site, area, cell, unit
popis struktury výrobní organizace podle doporučení S95 (závod, provoz, buňka, jednotka)
T & T – Tracking and Tracing
systémy pro evidenci výrobních operací a jejich sledování a zpětné trasování

COMPAS automatizace s. r. o.
Nádražní 26
591 01 Žďár nad Sázavou
tel.: 566 650 111
fax: 566 650 112
e-mail: compas@compas.cz
http://www.compas.cz

Inzerce zpět