Zaawansowane systemy informatyczne w zakładach przemysłowych.

Transkrypt

1 Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Zaawansowane systemy informatyczne w zakładach przemysłowych. mgr inż. Paweł Sokólski Gdańsk 2015 r.

2 Plan wykładu: Popularne typy systemów informatycznych w przedsiębiorstwach. Opis wybranych systemów. Przykłady wykorzystania omawianych systemów w praktyce. Integracja systemów informatyki przemysłowej. Przykłady oprogramowania danych klas. Podsumowanie.

3 Systemy informatyczne Wejście Przetwarzanie Wyjście Surowce Przetwarzanie Produkty Dane Przetwarzanie Informacja DANE zapis liczb, faktów, pojęć, rozkazów (a także dźwięków, obrazów animacji) lub opis zjawisk, sytuacji, zdarzeń, dokonany w sposób wygodny do przesyłania, interpretacji lub przetwarzania metodami ręcznymi lub automatycznymi. INFORMACJA produkt przetwarzania danych (przetworzone dane), posiadający znaczenie i będący użytecznym dla odbiorcy. E. Oz (2002) Management Information Systems. Course Technology. Thomson Learning A.Januszewski (2008) Funkcjonalność informatycznych systemów zarządzania. PWN

4 Systemy informatyczne Cecha Poprawność Zupełność Ekonomiczność Relewantność Szybkość Elastyczność Opis informacji Wolna od błędów. Błędna informacja może prowadzić do błędnych decyzji. Zawiera wszystkie ważne fakty. Częściowa informacja jest czasem gorsza niż brak informacji. Koszt uzyskania informacji musi być uzasadniony. Decydenci muszą równoważyć wartość informacji z kosztami jej wytworzenia. Informacja musi dotyczyć badanego problemu i być skierowana do właściwej osoby podejmującej decyzję. Dostarczona wtedy, gdy jest potrzebna, czyli gdy możliwe będzie jej wykorzystanie do podjęcia decyzji. Spóźniona informacja jest z reguły nieprzydatna. Może być użyta dla różnych celów. A.Januszewski (2008) Funkcjonalność informatycznych systemów zarządzania. PWN

5 Systemy informatyczne Cecha Wiarygodność Prostota Weryfikowalność Dostępność Bezpieczeństwo Opis informacji Wiarygodność informacji może zależeć od sposobu zbierania lub źródła danych. Szczegółowa informacja nie zawsze jest potrzebna. Może powodować szum informacyjny. Informację można sprawdzić, aby się upewnić, że jest prawdziwa. Powinna być łatwa do uzyskania przez upoważnionych użytkowników, we właściwym czasie i formie (czyli być przejrzysta). Powinna być zabezpieczona przed dostępem przez nieupoważnionych użytkowników.

6 Systemy informatyczne SYSTEM zorganizowany zbiór licznych elementów strukturalnych, powiązanych ze sobą (współpracujących) i wykonujących oddzielne funkcje, ale w jednym wspólnym celu. SYSTEM INFORMACYJNY system, który przetwarza informacje. SYSTEM INFORMATYCZNY system, który składa się ze sprzętu komputerowego, oprogramowania, bazy danych, urządzeń i środków łączności (sieci), ludzi i procedur. A.Januszewski (2008) Funkcjonalność informatycznych systemów zarządzania. PWN B. F. Kubiak (1994) Analiza systemów informatycznych. Wydawnictwo Uniwersytetu Gdańskiego

7 Struktura hierarchiczna systemu sterowania

8 Popularne systemy W firmach produkcyjnych zwykle działają takie systemy jak: o Enterprise Resource Planning (ERP) o Advanced Planning and Scheduling (APS) o Laboratory Information Management Systems (LIMS) o Maintenance Management (CMMS) o Manufacturing Execution (MES) o Human Machine Interface (HMI) o Business Intelligence / Enterprise Manufacturing Intelligence (BI / EMI)

9 Przykładowa architektura Panele operatorskie na maszynach: logowanie pracownika wezwanie serwisu do awarii licznik produkcji logowanie serwisanta Stanowiska produkcyjne na zwijarkach: wyświetlanie zleceń produkcyjnych logowanie pracowników interfejs do wprowadzania informacji do systemu Serwery: zbieranie danych udostępnianie raportów przez www udostępnianie danych do ERP Produkcyjna sieć Ethernet odseparowana od biurowej dostęp tylko do danych produkcyjnych Stanowiska kierowników produkcji: wymiana danych z panelami przesyłanie danych do SQL wystawianie zleceń Stacje robocze: dostęp do raportów z poziomu IE korzystanie z danych z plików tekstowych

10 System ERP ERP Enterprise Resource Planning Planowanie Zasobów Przedsiębiorstwa Zintegrowany system gospodarowania i planowania służący do automatyzacji pracy związanej z marketingiem, sprzedażą, zarządzaniem łańcuchem dostaw, rachunkowością, finansami oraz zasobami ludzkimi.

11 Obszary funkcjonalne ERP Obszar funkcjonalny Marketing i sprzedaż Zarządzanie łańcuchem dostaw Rachunkowość i finanse Zarządzanie zasobami ludzkimi Funkcje Marketing produktu Obsługa zleceń klientów Wsparcie klienta Zarządzanie relacjami z klientem Prognozowanie sprzedaży Zaopatrzenie Zarządzanie materiałami Produkcja Transport Utrzymanie zakładu Rachunkowość finansowa Alokacja i kontrola kosztów Planowanie i budżetowanie Zarządzanie przepływami pieniężnymi Rekrutacja Zarządzanie personelem Płace Szkolenia SYSTEM REALIZACJI PRODUKCJI JAKO ROZSZERZENIE SYSTEMU ERP Anna Lenart

12 Korzyści stosowania ERP skrócenie czasu dostarczania informacji lepsze zarządzanie zleceniami redukcja kosztów poprawa poziomu obsługi klientów integracja informacji ze wszystkich działów przedsiębiorstwa poprawa efektywności procesów zaopatrzenia produkcji i dystrybucji wspieranie realizacji strategii poprawa płynności finansowej zwiększenie kompetencji pracowników SYSTEM REALIZACJI PRODUKCJI JAKO ROZSZERZENIE SYSTEMU ERP Anna Lenart

13 Planowanie i realizacja zleceń w systemie ERP 1. przygotowanie planu produkcji plany długoterminowe (asortymentowe, ilościowe, finansowe) plany krótkoterminowe (zlecenia produkcji) 2. wydruk zleceń produkcyjnych (papier) 3. wydruk kart pracy (papier) 4. wydruk dokumentów magazynowych 5. raportowanie wykonanej pracy czas pracy ilość elementów zgodnych ilość braków 6. raportowanie zużycia materiałowego pobrania materiałowe zwroty materiałowe wady surowcowe 7. raportowanie dostaw z produkcji dostawy na magazyn

14 Raportowanie stanu wykonania zleceń w systemie ERP czas rozpoczęcia zlecenia stan zużycia materiałów stan wykonania operacji produkcyjnych ilość wykonanych detali ilość braków ręczne karty pracy dokumenty magazynowe automatyczne wprost z maszyny wprost z silosu

15 Obsługa reklamacji w systemie ERP 1. reklamacje wewnętrzne (kontrola jakości) karta kontroli jakości odstępstwa od normy 2. reklamacje od klientów identyfikator produktu partia / seria data produkcji linia produkcyjna / gniazdo / operator parametry wytwarzania / procesu surowiec / materiał / dostawca 3. reklamacje do dostawców / podwykonawców identyfikator surowca / półproduktu termin dostawy ilość parametry jakościowe...

16 Eksperci przyznają, że dziś bez ERP trudno prowadzić nowoczesną, efektywną i o odpowiedniej skali firmę. Firmy produkcyjne w ciągu kilku najbliższych lat nie będą w stanie, nie tyle funkcjonować, co skutecznie konkurować na rynku, bez odpowiedniej klasy, kompleksowego oprogramowania wspierającego wszystkie procesy biznesowe w przedsiębiorstwie. KAIZEN, nr 1 [10]/2014

17 MES MES - Manufacturing Execution System Systemy Realizacji Produkcji Systemy zarządzania operacyjnego i kontrola produkcji

18 System MES ERP MES Obszary funkcjonalne SCADA HMI Produkcja

19 MES - SCADA MES Manufacturing Execution Systems (Systemy Realizacji Produkcji) System bazodanowy Zarządzanie zleceniami Receptury Genealogia Kontrola parametrów technologicznych (wizualizacja, trendy, alarmy) Portal raportowy (Produkcja, jakość, wskaźniki techniczne, wskaźniki biznesowe) Integracja z ERP (np. SAP, BAAN, AXAPTA ) SCADA Supervisory Control And Data Acquisition (System Nadzoru Przebiegu Procesu Produkcyjnego) System graficzny Wyświetlane online wartości parametrów technologicznych Trendy Alarmy Dostęp lokalny

20 ... Wyzwania na różnych poziomach firmy... Chciałbym obniżyć koszty operacyjne! Muszę: Skrócić czas realizacji zlecenia Utrzymać dobry czas cyklu Minimalizować liczbę wadliwych produktów Minimalizować koszty przestojów maszyn Obserwować stan pracy maszyn Znać stan realizacji zleceń Znać harmonogram prac konserwacyjnych Dyrektor Operacyjny Dyrektor Produkcji Operator

21 Obszary funkcjonalne MES Obszar funkcjonalny Interfejs do systemu planowania Zarządzanie zleceniami zakładowymi i PLC Zarządzanie stanowiskiem roboczym Charakterystyka Umożliwia integrację systemu MES z MRP, systemem planowania zdolności produkcyjnych (CRP), rachunkiem kosztów, sterowaniem zapasami i zarządzaniem cyklem życia produktu (PLM) Umożliwia zarządzanie i harmonogramowaniem pracy w zakładzie w czasie rzeczywistym oraz zarządzanie sterownikami PLC (Programmable Logic Controller) w celu kierowania produkcją w czasie rzeczywistym; możliwa jest też integracja z zaawansowanym systemem planowania i harmonogramowania (APS) Odpowiada za planowanie i realizację operacji na stanowisku roboczym; umożliwia kontrolę stanowiska roboczego za pomocą urządzeń sterownych numerycznie CNC (Computer Numeric Control)

22 Obszar funkcjonalny Śledzenie i zarządzanie zapasami Zarządzanie przepływem materiałów Gromadzenie danych Zarządzanie wyjątkami Charakterystyka Umożliwia nabywanie, przechowywanie i obsługę danych szczegółowych każdej serii i jednostki zapasu; zapasy z punktu widzenia systemów MES oznaczają wszystko co jest potrzebne do produkcji: narzędzia, maszyny, materiały, półfabrykaty, rysunki konstrukcyjne z systemów komputerowo wspomaganego projektowania (CAD) Przesunięcia materiałowe nie przynoszą wartości dodanej dlatego muszą być nieustannie kontrolowane i ograniczane do minimum; w tym zakresie stosuje się np. systemy automatycznego składowania i wyszukiwania zapasów Umożliwia systemowi MES działanie na danych rzeczywistych; spełnia rolę biura informacyjnego i tłumacza dla wszystkich informacji pochodzących z zakładu (dane o parametrach procesów produkcyjnych wprowadzane są ręcznie lub zbierane automatycznie ze sterowników z przynajmniej minutową szczegółowością) Daje możliwość reakcji systemu MES na nieprzewidywalne zdarzenia, takie jak zatrzymanie maszyny, nadmierne odpady i niedobory materiałów SYSTEM REALIZACJI PRODUKCJI JAKO ROZSZERZENIE SYSTEMU ERP Anna Lenart

23 Korzyści stosowania MES redukcja kosztów produkcji redukcja czasu rejestracji danych z produkcji lepsza jakość produktów redukcja kosztów utrzymania zapasów szybsza reakcja na zmiany potrzeb klienta

24 Odbiorcy Funkcja Korzyść Kierownictwo produkcji, Kadra zarządzająca, Dział technologiczny Rejestracja historii produkcji Konfiguracja modelu produktu z użyciem interfejsu graficznego Łączenie systemu MES z urządzeniami produkcyjnymi i automatycznego zbierania danych Dystrybucja zleceń produkcyjnych bezpośrednio do operatorów na linii produkcyjnej Możliwość odtworzenia całej historii produkcji; możliwości analiz i optymalizacji technologii produkcji Możliwość szybkiej reakcji na zmieniające się potrzeby rynku Informacja o parametrach technologicznych wymienianych z systemami sterowania umożliwia dokładną analizę ich wpływu na Produkcję Skrócenie czasu reakcji na pojawienie się nowych lub modyfikację istniejących zleceń produkcyjnych

25 Dział utrzymania ruchu Raporty na temat awarii i ich przyczyn Automatyczna rejestracja czasu pracy maszyn wraz z ostrzeżeniami o zbliżającym się przeglądzie lub czynnościach konserwacyjnych Możliwość analizy i optymalizacji pracy maszyn i urządzeń Automatycznie generowane informacje o przeglądach i konserwacji pozwalają na zmniejszenie ilości awarii maszyn i urządzeń SYSTEM REALIZACJI PRODUKCJI JAKO ROZSZERZENIE SYSTEMU ERP Anna Lenart

26 Korzyści w liczbach Park maszynowy. Redukcja nieplanowanych przestojów / zwiększenie wydajności: Cykl obliczany przez maszynę (producenta): 4,5 sekundy 1 zmiana 6400 szt. co 40 sztuk - 14 sekund przestoju na przecięcie sztangi 160 * 14/4,5 = 497 sztuk więcej po przeprogramowaniu maszyny. Nowy osiągnięty cykl: 4,18 sekundy. Oszczędności: zakładając zysk na poziomie 0,20 zł, przy 3 maszynach pracujących na 2 zmiany, po 100 dniach pracy, zwraca się system za około zł.

27 KPI KPI Key Performance Indicators Kluczowe wskaźniki efektywności Wskaźniki pozwalające na definiowanie i mierzenie celów przedsiębiorstwa tj. wydajność, jakość, dostępność itp.

28 OEE OEE Overall Equipment Effectivensess Całkowita efektywność sprzętu Jeden z kluczowych wskaźników efektywności monitorujących dostępność i wydajność sprzętu oraz jakość wyrobów. OEE = Dostępność * Wydajność * Jakość

29 Pod pojęciem nowoczesnej fabryki należy rozumieć nie tylko fabrykę wyposażoną w najnowocześniejsze linie produkcyjne, ale także fabrykę, w której w parze z adekwatnymi do zamówień mocami produkcyjnymi idzie efektywne i optymalne podejmowanie decyzji na podstawie informacji dostarczanych w odpowiednim czasie do odpowiednich osób. Firmy produkcyjne skupione są zwykle na tym, aby podnosić swoją wydajność i umiejętnie planować realizację zleceń. Systemy MES umożliwiają śledzenie procesów produkcyjnych w czasie rzeczywistym i na bieżąco obrazują wydajność linii czy danej maszyny. KAIZEN, nr 1 [10]/2014

30 Pamiętajmy, że każdy system jest tak dobry, jak dobre są dane, na których pracuje. Działając na danych słabej jakości, rozwiązanie MES nie przyniesie zakładanych korzyści. Warto zaznaczyć, że w firmach, które zarządzają w sposób tradycyjny, czyli papierowy, wydajność deklarowana jest na poziomie 80%. Po wdrożeniu systemu MES, który znacznie szerzej i dokładniej analizuje rzeczywistość, okazuje się, że realny poziom wydajności nie przekracza 50%. KAIZEN, nr 1 [10]/2014

31 APS APS Advanced Planning and Scheduling System System zaawansowanego planowania i harmonog ramowania Systemy wyręczające / wspomagające planistę. Stanowi uzupełnienie ERP i MES w obszarze zaawansowanego planowania.

32 Jaki może być termin dostawy dla nowego zlecenia? Jak duży jest wskaźnik wykorzystania ogólnej zdolności produkcyjnej i poszczególnych zasobów? Jakie następstwa niesie zmiana priorytetów dla konkretnych zleceń? Jaki jest optymalny moment rozpoczęcia poszczególnych zleceń produkcyjnych? Gdzie znajdują się wąskie gardła lub niewykorzystane zdolności produkcyjne? Jaka jest optymalna kolejność realizacji zleceń przy danych zasobach? Jak optymalizować długość cyklu produkcyjnego i zasoby magazynowe? Jak steruje się zleceniami przy posiadanych zasobach i zdolności produkcyjnej?

33 Systemy Wspomagające Planowanie Wejście Źródła danych Podpisane kontrakty Prognozy sprzedaży Baza danych Przetwarzanie Plany sprzedaży Zamówienia klienta Plany produkcji Stany wyrobów gotowych Plany zużycia materiałów Kartoteka konstrukcyjna Plany zaopatrzenia Stany materiałów Raportowanie Plan sprzedaży Plan produkcji Plan zużycia materiałów Plany zaopatrzenia A.Januszewski (2008) Funkcjonalność informatycznych systemów zarządzania. PWN

34 Korzyści stosowania APS Skrócenie cyklu produkcji Redukcja zapasów półproduktów Redukcja stanów magazynowych wyrobów gotowych Wzrost produktywności Zmniejszenie nakładów produkcyjnych Redukcja kosztów stałych i zmiennych Znaczny wzrost elastyczności i szybkości w dostosowywaniu się do zmieniających się warunków rynkowych

35 CMMS CMMS Computerised Maitenance Management System Skomputerowany System Utrzymania Ruchu Komputerowe systemu ułatwiające pracę służb utrzymania ruchu. Służą one do harmonogramowania i prowadzenia przeglądów i konserwacji maszyn, zarządzania stanami magazynu części zamiennych, rejestracją wypadków, raportowaniem itp.

36 LIMS LIMS Laboratory Information Management System System zarządzania informacją laboratoryjną Komputerowy system zarządzaniem pracą laboratorium pozwalający na zbieranie wyników pomiarów i porządkowanie dokumentacji, automatyzację pobierania danych, rejestrowanie czynności pracowników laboratorium itp.

37 BI / EMI Business Intelligence to zbiór praktyk, metodyk, narzędzi i technologii informatycznych, służących zbieraniu i integrowaniu danych w celu dostarczania informacji i wiedzy właściwym osobom, we właściwym miejscu oraz we właściwym czasie [ Enterprise Manufacturing Intelligence jest to pojęcie dotyczące oprogramowania związanego z wytwarzaniem, służącego do zbierania i przetwarzania danych z wielu źródeł informacji w celu analizy, raportowania oraz przekazywania informacji pomiędzy poziomami przedsiębiorstwa.

38 BI Systemy wspomagania decyzji o charakterze strategicznym dla firmy. Łatwy dostęp do informacji. Silne narzędzie analityczne. Wydajne przetwarzanie ogromnych ilości danych. Przyjazne dla użytkownika prezentowanie spójnych wyników. Podatny na zmiany. Ukierunkowany na procesy biznesowe. Teresa Zawadzka, WETI PG

39 Informacje dotyczace procesu zazwyczaj ciezko jest zrozumiec bez wykorzystania specjalistycznych narzedzi analitycznych y=f(x)? SQL, ASP, C#, HTML,.NET

40 Analiza Sprawdzenie wystąpienia danego zdarzenia (czynności), np.: czy dany produkt został sprzedany danemu klientowi? Porównanie, np.: porównaj wartości zakupów danych dwóch klientów w ramach ostatnich 6 miesięcy, porównaj liczbę sprzedanych egzemplarzy danego produktu względem jego kategorii, porównaj liczbę wyprodukowanych sztuk produktu na różnych maszynach. Analiza trendu, np.: czy w ciągu ostatnich 12 miesięcy jest trend wzrostowy sprzedaży danego produktu?, czy w ciągu ostatnich 12 miesięcy jest trend wzrostowy jakości danego produktu?. Rankingi np.: Podaj 10 najlepiej sprzedających się produktów w ciągu ostatniego roku, podaj 10 najczęściej występujących awarii w ciągu ostatniego roku. Analiza statystyczna, np.: podaj średni zysk z ostatnich 6 miesięcy, podaj średnie zużycie surowca z ostatnich 6 miesięcy. Teresa Zawadzka, WETI PG

41 Systemy BI/EMI Miejsce systemów Business Intelligence Systemy Transakc yjne Systemy informa cyjne Systemy doradcze Systemy eksperto we Business Intelligence Systemy informacyjno-księgowe Informowania kierownictwa Wspomagania decyzji Systemy ewidencyjno-sprawozdawcze Jednodziedzinowe Wielodziedzinowe A.Januszewski (2008) Funkcjonalność informatycznych systemów zarządzania. PWN

42 Przekształcanie danych Systemy BI/EMI Architektura Źródło Użytkownik Źródło Integracj a danych Hurtownia danych Użytkownik Źródło Źródło A.Januszewski (2008) Funkcjonalność informatycznych systemów zarządzania. PWN Użytkownik

43 Systemy BI/EMI zapotrzebowanie na informacje Obszar Finanse Sprzedaż Marketing i zarządzanie relacjami z klientem Zarządzanie produkcją Logistyka i zaopatrzenie Zarządzanie kadrami Zarządzanie strategią Controlling Możliwość wykorzystania - przykłady Analiza kosztów, przychodów i rentowności w różnych przekrojach, analiza rachunek wyników, bilansu i analiza wskaźnikowa, analiza rozrachunków, analizy rynków finansowych Analiza dynamiki i struktury przychodów ze sprzedaży i rentowności sprzedaży w różnych przekrojach, analiza stopnia wykonania planów sprzedaży, analiza wyników sprzedawców Segmentacja klientów, analiza skuteczności kampanii marketingowych, badanie satysfakcji klientów, badanie dotychczasowych reakcji klientów, modelowanie przyszłych zachowań klientów Identyfikacja wąskich gardeł w produkcji, opóźnionych zleceń, badanie dynamiki produkcji, porównywanie wyników pomiędzy wydziałami, zakładami itp., monitorowanie procesów produkcyjnych, monitorowanie wydajności procesów produkcyjnych, automatyzowanie decyzji operacyjnych. Analiza realizacji zamówień i rankingowanie dostawców, analiza wykorzystania środków transportu, analiza wykorzystania powierzchni magazynowej, statystyczna kontrola jakości, automatyzacja decyzji o zamówieniach w przypadku przekroczenia stanów minimalnych Badanie fluktuacji zatrudnienia, badanie wpływu systemu wynagradzania na wyniki pracy, badanie wskaźników wydajności pracy Monitorowanie KPI, badanie wpływu wydajności działań operacyjnych na realizację celów Wykorzystanie do planowania, rozliczania i bieżącego monitorowania realizacji budżetów A.Januszewski (2008) Funkcjonalność informatycznych systemów zarządzania. PWN

44 BI - przykłady

45 BI przykłady cd. I

46 BI przykłady cd. II

47 Integracja Zarząd Utrzymanie ruchu Technologia i produkcja Finanse Kadry Księgowość ASTOR

48 Integracja Zarząd Utrzymanie ruchu Technologia i produkcja Finanse Kadry Księgowość ASTOR

49 Integracja Zarząd Utrzymanie ruchu Technologia i produkcja Finanse Kadry Księgowość ASTOR

50 Integracja Zarząd Utrzymanie ruchu Technologia i produkcja Finanse Kadry Księgowość ASTOR

51 Integracja Konfigurowalna wymiana informacji między różnymi systemami (nie tylko ERP i MES) Utrzymywanie historii przesyłanych komunikatów Możliwość szybkiego odtworzenia przesłanych komunikatów Buforowanie danych w przypadku braku gotowości odbiorcy Tłumaczy i dostarcza komunikaty ISA-95 do wielu aplikacji w tym samym czasie Harmonogram produkcji Lista zleceń Raport wykonania zleceń Raport wykonania zleceń

52 Struktura systemu ERP Harmonogr am Raport. produkcji Silnik aplikacji Jakość Historia komunikatów Harmonogr am Raportowan ie produkcji LIMS DATA Inne systemy MES SCADA / HMI

53 Przerwy w działaniu i błędy interfejsu pomiędzy systemami MES i ERP są głównym czynnikiem mogącym mieć wpływ na zapewnienie ciągłości produkcji. KAIZEN, nr 1 [10]/2014

54 Przykładowe oprogramowanie: ERP: BaaN, SAP, Microsoft AX MES: Wonderware MES, PSImes, OPERA.MES APS: Asprova Intgegracja: Wonderware Enterprise Integrator BI/EMI: Microsoft Business Intelligence, Wonderware Business Intaligence. CMMS: Maszyna LIMS: Prolab-3

55 Podziękowania: APISystems Sp. z o. o. ASTOR Gdańsk Sp. z o. o.

56 Dziękuję za uwagę!