Компания «ЕАЕ-Консалт»: Цифровая модель в основе управления производством
С. Балашов, начальник Управления производственных систем бизнессегмента «Переработка и Сбыт» ООО «ЕАЕ-Консалт»
Решение DigitalPlant
Приступая к проекту создания собственной системы уровня MES, мы внимательно изучили предлагаемые решения и пришли к выводу, что на рынке нет готового продукта, удовлетворяющего целям современного предприятия. Поэтому для оперативного управления производством была разработана собственная система DigitalPlant, которая обеспечивает решение целого комплекса задач:
• календарное планирование: контроль за деятельностью предприятия в режиме, близком к режиму реального времени, с прогнозированием развития ситуации на любом временном горизонте;
• диспетчерское управление: регистрация и контроль исполнения распоряжений;
• моделирование производства: актуализация модели предприятия;
• сбор производственных данных с минимальным влиянием человеческого фактора;
• расчет движения продукции и сведение материальных балансов на основе данных средств измерений;
• план-факт анализ: ежедневный контроль достижимости целей экономического плана.
Основной задачей системы является контроль исполнения оптимального экономического плана предприятия, подготовленного участниками данного процесса:
– планово-экономическим отделом (ежедневное согласование материального баланса с целью уточнения фактического состояния производства);
– производственно-диспетчерским отделом (принимает решения об изменениях в технологическом процессе и выдает производственные задания);
– персоналом технологических объектов (выполняет решения ПДО).
Взаимодействие модулей
Все подсистемы опираются на единую цифровую модель предприятия. Любая плановая операция, производственное задание, технологическое событие или отчет связаны с объектом модели – потоком, технологической установкой, резервуаром. Такой подход позволяет легко собрать данные о фактическом состоянии производства из разных подсистем и сопоставить их с плановыми показателями.
Календарное планирование – планирование выработки
Календарное планирование (КП) является важнейшей частью автоматизации предприятия, позволяющей создавать проект календарного плана выработки товарной продукции на основе экономического плана предприятия.
В нашей системе процесс КП разделен на две части – расчет КП для непрерывного производства (например, установки) и дискретный (например, резервуары). Эти части лучше рассматривать отдельно, и реализовывать КП тремя этапами.
Первый этап – планирование получения готовой продукции. Мы даем возможность загрузить экономический план и равномерно распределяем его на месяц. Это первое приближение, которое дает нам очень приблизительный календарный план. Главное на этом этапе – получить ориентиры: сколько и какой продукции надо выработать за месяц. Дальше пользователь может его скорректировать.
Например, необходимо выработать 600 т продукта N. При первичном распределении программа эти 600 т распределяет по 20 т на весь месяц. Но 600 т – это всего 3 дня работы установки, делать весь месяц по 20 т мы не можем.
Пользователь выбирает период, в котором он хочет выработать это количество, и программа автоматически пересчитывает КП. В нашем случае в периодах, в которых продукт N вырабатываться не будет, увеличивается выработка других продуктов. Таким образом, суммарно за месяц прогноз по выработке каждого вида продукта не изменился и остался равен значениям, полученным из экономического плана.
Календарное планирование – резервуары/эстакады
На втором этапе, зная, когда и сколько будет выработано продукции, мы должны распределить ее по резервуарам. Сверху – ресурс продукта N. Программа последовательно, согласно настроенному шаблону, заполняет 1-й резервуар. Поступление в него – это оранжевая полоса. Далее за ней следует светло-зеленая – это период отстоя, и бирюзовая – это паспортизация. Сиреневым выделено время, когда в резервуаре есть нужное количество продукта. Потом алгоритм создает такие же шаблонные операции на следующем резервуаре, совмещая начало поступления в него с окончанием загрузки в 1-й. Таким образом распределяется весь запланированный к выработке ресурс. И, что самое важное, – определяются интервалы, в которых в резервуарах будет нужное для отгрузки количество продукта.
Затем необходимо спланировать отгрузку этих продуктов. Здесь весь планируемый период просто заполняется шаблонными операциями, состоящими из подачи вагонов (красная полоса), загрузки (сиреневая), уборки (голубая). За счет этого в первом приближении обеспечивается непрерывная нагрузка эстакады.
Рис. 1 Календарное планирование: резервуары и эстакады
После этого остается только установить связь между операцией загрузки на эстакаде и отгрузки из резервуара. Любое изменение в плановых операциях приводит к пересчету всех связанных с ней операций. График показывает изменение остатка в резервуаре, причем в прошлом виден факт, а в будущем – прогноз.
Календарное планирование – производство
На третьем этапе, после того, как определено, какой должна быть выработка, мы должны выдать производственные задания на установки – и здесь в дело вступает наука. Совместно с сотрудниками факультета вычислительной математики и кибернетики МГУ разработан новый, адаптированный под задачу КП, метод экстраградиентного спуска, позволяющий составить такое расписание из заранее определенных режимов работы установок, которое позволит при существующих технологических ограничениях выработать запланированное количество продукта. Метод очень сложный, но суть проста – мы выбираем из набора режимов работы установок такие, которые позволяют выработать нужные продукты, и рассчитываем время, когда надо перейти с одного на другой.
Сбор производственных данных
Подсистема в терминах цифровой модели аккумулирует все сведения о работе предприятия, опираясь на доступные источники данных: БДРВ, ЛИМС, РСУ, данные ручного ввода. Включает в себя сервер технологических расчетов, реализующий стандартизированные методики расчета масс, и аппаратно-математические измерители, которые позволяют рассчитывать массу на любом потоке, резервуаре жидкости или газа.
Моделирование
Среди оригинальных решений, разработанных нами в ходе проекта, – создание цифровой технологической модели предприятия, которая позволяет формировать модели материальных потоков предприятия, системы ограничений и модели материальных потоков балансового периода, создавать сложные расчетные измерители. Все это дает возможность проверять модель предприятия на связанность и визуально переходить от детальных схем технологических процессов к обобщенным экономическим моделям.
Сведение материального баланса
В основе системы сведения матбаланса лежит инновационная разработка – решатель задачи линейного программирования, созданный также совместно с учеными МГУ, который отличается от общепринятых двумя важнейшими преимуществами. Во-первых, мы решаем задачу согласования баланса с учетом ограничений. Это усложняет алгоритмы решения, но позволяет получить физически верный результат. Во-вторых, наше решение выдает по-настоящему целочисленный результат. Кроме того, разработанные для решения задачи математические методы активно развиваются.
Экономический эффект
Экономический эффект внедрения системы DigitalPlant можно рассчитать по многим параметрам, и он будет исчисляться сотнями миллионов рублей: оптимизация производственного цикла, отгрузки, запасов, увеличение выработки продукции, выявление потерь. Для каждого предприятия это будут свои показатели. Общими для всех могут стать такие цифры:
– число сотрудников, отвечающих за сбор данных в табличных форматах Excel, составляло 120 человек, после внедрения – 15 человек, т.е. экономия ресурсов составила практически 90%;
– за верификацию данных до внедрения отвечали 10 экономистов, после внедрения – 2 (экономия почти 80%);
– в процесс календарного планирования до внедрения было вовлечено 7 специалистов, после внедрения – 2 (70%).
Преимущества DigitalPlant
Благодаря внедрению системы DigitalPlant клиенты компании «ЕАЕ-Консалт» получают значительные конкурентные преимущества, среди которых отмечу основные.
1. Внедрение DigitalPlant обеспечивает максимально возможный уровень автоматизации процессов сбора, обработки, накопления, хранения и отображения информации о фактической работе объектов предприятия. Влияние человеческого фактора снижено до минимума. Одновременно мы не только определяем величину неизмеримых потоков, но и определяем потоки с низкой достоверностью и даем рекомендации по дооснащению производства средствами измерений.
2. Все результаты деятельности предприятия могут быть спрогнозированы за счет моделирования действий по управлению производством.
3. Автоматизирован бизнес-процесс расчета материального баланса, срок сведения баланса максимально ускорен.
4. Автоматизированы процессы выдачи и контроля производственных заданий, оперативно и в установленный срок формируется производственная отчетность, которая предоставляется по любой единице (установка, группы установок или завод) на любом горизонте планирования в привычных офисных форматах.
5. Достигнут оптимальный режим функционирования производственных мощностей за счет оперативного получения достоверной информации об их работе.
6. Возросла точность идентификации мест и причин возникновения потерь за счет определения ошибок, допущенных в ходе согласования баланса.
7. Ведется учет движения материальных потоков (сырья, полуфабрикатов, готовой продукции). DigitalPlant позволяет вести глобальный учет цепочки поставок сырья и готовой продукции, оптимизировать процессы переработки, сводить к минимуму потери, связанные с отклонением от плановых заданий.
8. В отличие от большинства MES, подсистема план-факт анализа DigitalPlant осуществляет ОПЕРАТИВНЫЙ КОНТРОЛЬ ВЫПОЛНЕНИЯ календарного производственного плана и прогнозирование исполнения экономического плана предприятия, что позволяет обеспечить руководителей всех уровней оперативной информацией о выполнении или необходимости корректировки плановых показателей.
В результате осуществляется реальный переход работы предприятий от формата «по факту», т.е. по итогам оценки полученного результата с последующим принятием решений, к работе «по плану» – с максимально достоверным прогнозированием результатов и принятием обоснованных решений.
