Назначение системы контроля эффективности производства
В базовый функционал входят следующие направления контроля:
- продолжительность простоев и их классификация;
- объемы расхода сырья и выхода продукции;
- технологические параметры производства, сортность продукции, объем брака.
Универсальные средства системы гибко адаптируются к условиям предприятия, бизнес-процессов и организационной структуры. Поддерживается набор типовых KPI, который может быть расширен и дополнен в соответствии со спецификой производства и наличием источников данных.
Система обеспечивает настройку первичного сбора данных из разрозненных источников различных типов с их обработкой для долговременного хранения и анализа. Преимущественно используются потоки объективных данных непосредственно от систем автоматизации агрегатов. В необходимых случаях используется ручной ввод с возможностью контроля его достоверности на основе объективных данных.
Формируемая в режиме реального времени комплексная картина производства свободна от искажений характерных для периодического сбора отчетности и доступна из любой точки сети Internet.
Преимущества внедрения системы контроля эффективности
Интерфейс системы позволяет быстро переходить от общей картины к детальному рассмотрению состояния и динамики процессов в разрезах отдельных подразделений, агрегатов, периодов времени и т.д.
Концепция системы позволяет в короткие сроки и с минимальными затратами реализовать эффективную среду комплексного управления и контроля на уровне оперативного управления производством. За минимальное время может быть охвачен широкий парк разнородного оборудования.
Решение реализует важнейшие функции систем оперативного управления производством MES (Manufacturing Execution System) и может неограниченно развиваться вплоть до формирования полноразмерной системы MES. При этом уже базовый функционал решения обладает высокой собственной эффективностью. Система может использоваться в качестве упрощенной и экономичной версии системы оперативного управления производством, в том числе, являясь источником объективных данных для систем управления предприятием (ERP).
Применение системы позволяет в короткие сроки организовать эффективный комплексный контроль производственных процессов для всего парка оборудования при минимальных затратах на внедрение.
Показатели эффективности
ОЭО – простои, производительность, качество
Коэффициент OEE (Overall Equipment Effectiveness) или ОЭО (Общая Эффективность Оборудования) – понятный, надежный и удобный KPI для количественной оценки состояния производства. Достоинства ОЭО сделали его наиболее популярным индикатором эффективности подразделений, персонала, предприятия.
ОЭО показывает, насколько результат производственной деятельности отличается от максимально возможного с учетом параметров оборудования и продукции.
Величина ОЭО формируется тремя составляющими:
- доступность (Availability, A) – отклонение длительности простоев от плановых/нормальных значений;
- производительность (Performance, P) – отклонение объема производства от плановых/нормальных значений;
- качество (Quality, Q) – доля некачественной продукции.
Формула расчета ОЭО предельно проста и легко воспринимается всеми участниками производственного процесса. Первичные коэффициенты А, P и Q в четкой количественной форме характеризуют величину потерь по основным направлениям – снижение производительности, внеплановые простои, брак и снижение качества, итоговый коэффициент ОЭО – общую величину потерь производства.
Внедрение автоматизированной системы контроля и анализа ОЭО позволяет на всех уровнях управления создать механизмы поиска источников потерь, анализа причин и их минимизации.
Простота расчетов и доступность их смысла обеспечивают понимание текущей ситуации на всех уровнях управления производством, что открывает широкие возможности в объективной и прозрачной мотивации персонала.
ОЭО = А (доступность) x P (производительность) x Q (качество)
Исходные данные для расчета ОЭО:
- объемы выпущенной продукции и нормативы производительности по видам продукции;
- длительность фактических простоев и их распределение по видам / причинам возникновения;
- плановые длительности простоев (точный график или общая продолжительность за период);
- брака и/или фактическое распределение продукции по сортам.
Показатели ОЭО, А, P и Q являются безразмерными и выражаются в долях или процентах от теоретического максимума. Динамика расчетов определяется динамикой поступления данных. Как правило, минимальная гранулярность соответствует почасовым значениям показателей.
Примеры дополнительных индикаторов эффективности
На основе сбора данных для расчета ОЭО может быть дополнительно определен ряд информативных показателей эффективности различных аспектов производства.
- Коэффициент расхода сырья (КРС) – отношение единицы израсходованного сырья к выходу готовой продукции – важнейший показатель перерабатывающего производства, характеризующий как эффективность самого производства, так и качество поступающего сырья.
- Среднее время межремонтного периода (MTBF) – характеризует состояние оборудования и качество технического обслуживания.
- Среднее время ремонта (MTTR) – характеризует скорость реакции технических служб и скорость устранения неисправностей.
- Коэффициент технической готовности (КТГ) – отношение времени исправного состояния оборудовании к общему времени. Важнейший коэффициент для общей оценки качества технического обслуживания и общего состояния парка оборудования.
Автоматизированная система контроля эффективности производства
Принципы построения системы
Система строится на принципах максимальной объективности и непрерывности контроля, а также глубокой адаптации к специфике предприятия, отдельных производственных подразделений и служб.
При построении системы используются следующие принципы:
- Приоритетное использование автоматического сбора данных обеспечивает минимизацию «человеческого фактора» в сокрытии или перераспределении потерь производства. Как правило, часть параметров недоступна для автоматического сбора или не может быть измерена автоматически. Для сбора такой информации система предоставляет формы ручного ввода со строгим регламентом заполнения.
- Непрерывный контроль из любой точки сети Internet. Универсальный WEB-интерфейс системы позволяет контролировать текущее состояние производства как с помощью персональных компьютеров, так и с помощью мобильных устройств из любой точки внутренней сети или сети Internet. Для информирования о зафиксированных событиях могут применяться средства рассылки оповещений с возможностью эскалации уровня проблемы.
- Глубокая адаптация системы к специфике производства. Для каждого агрегата могут быть выделены важные технологические параметры или рассчитаны специализированные индикаторы. Доступ сотрудников к функциям контроля и редактирования данных, а также эскалации оповещений настраивается с учетом особенностей организационной структуры.
- Возможность автономного функционирования на базе сбора данных из локальных системами автоматизации агрегатов. Система содержит встроенные средства управления всеми необходимыми справочниками, правилами, нормативами и процессами для реализации законченного функционала на базе сбора сигналов из базовых средств автоматизации агрегатов (контроллеров, SCADA, измерителей, датчиков, весов).
- Гибкая интеграция с источниками данных. В случае наличия смежных информационных систем может быть реализован необходимый обмен данными с целью повышения достоверности контроля, исключения двойного ввода данных и т.д.
- Гибкая интеграция с потребителями данных. Система может являться источником объективных данных о результатах производства (объемах производства, простоях и качестве продукции)для систем корпоративного уровня (например,системы управления предприятием – ERP), что значительно повышает эффективность их применения.
Методология внедрения
Процесс внедрения направлен на учет специфики производства и реализацию требуемого функционала в условиях ограничений – частичного отсутствия необходимых данных или нормативной базы контроля.
В ходе детального обследования производства выявляется перечень доступных сигналов и согласуются требования участников процесса к контролю параметров.
Для каждого типа производственных линий устанавливается перечень требуемых сигналов и технологических параметров. Расчеты и определение событий осуществляются на основании алгоритмов, установленных индивидуально для каждого типа оборудования. В необходимых случаях осуществляется разработка специальных функций по требованиям заказчика.
Проводится необходимое нормирование параметров контроля – производительности, длительности простоев, допустимых диапазонов технологических параметров, прав доступа к функциям системы.
Внедрение системы в опытно-промышленную эксплуатацию проводится с параллельным обучением пользователей. В ходе опытно-промышленной эксплуатации уточняется фактическая эффективность контроля и проводится корректировка настраиваемых параметров. Дополнительная настройка возможна в ходе круглосуточной гарантийной технической поддержки.
Основные функции
Система поддерживает набор типовых настраиваемых функций, реализующих наиболее распространенные направления контроля производства. Арсенал функций может быть произвольно расширен с учетом специфики производства.
Сбор и первичная обработка данных:
- Настройка сбора данных из различных источников;
- Настройка алгоритмов автоматического определения событий на основе произвольного сочетания первичных параметров;
- Преобразование данных для долговременного хранения;
- Контроль состояния сбора данных.
Контроль простоев:
- Полностью автоматическая или автоматизированная фиксация простоев и событий снижения производительности;
- Автоматизированная классификация простоеви событий снижения производительности;
- Управление нормативами простоев и учетом графиков плановых простоев.
Контроль производительности:
- Полностью автоматическая или автоматизированная фиксация входящего объема сырья и объема готовой продукции;
- Управление нормативами расхода сырья при производстве различных видов продукции.
Контроль технологии и качества:
- Полностью автоматическая или автоматизированная фиксация технологических параметров и свойств продукции;
- Средства ввода или импорта результатов контроля качества;
- Управление нормативами технологических параметров и параметров контроля качества.
Оперативный мониторинг производства:
- Предоставление WEB интерфейса с возможностью контроля текущей ситуации в режиме онлайн из любой точки сети;
- Предоставление трех уровней детализации данных – уровень предприятия, уровень производственного подразделения, уровень агрегата;
- Автоматическое определение отклонений от плановых/нормальных значений контролируемых параметров и оповещения персонала с настройкой уровней эскалации оповещения.
Формирование отчетности:
- Формирование типовых отчетных форм для систематического контроля с возможностью настройки типовых периодов времени и направлений контроля;
- Формирование специализированных отчетных форм для быстрого анализа отдельных аспектов производства в соответствии со спецификой.
Хранение и анализ данных:
- Организация долговременного хранения данных;
- Предоставление средств ретроспективного анализа с настраиваемыми параметрами выборки данных.
Интерфейс системы
Интерфейс пользователей реализован на основе современных WEB-технологий. Это обеспечивает высокую универсальность решения, а также позволяет осуществлять контроль удаленно, с помощью персональных компьютеров или мобильных устройств.
Типовой интерфейс включает три уровня средств мониторинга – предприятие в целом, производственные участки, отдельные агрегаты. При необходимости вводятся дополнительные уровни. Верхний уровень содержит обобщенную ключевую информацию, на более низких уровнях интерфейс насыщается соответствующими деталями.
Средства ведения системных настроек выделены в автоматизированные рабочие места (АРМ) по направлениям работы. Средства оперативного ввода данных активируются непосредственно в местах контроля соответствующих процессов. Функциональность рабочих мест определяется правами пользователя при его регистрации в системе (просмотр, ввод или редактирование данных).
Для ключевых направлений контроля формируются отдельные окна управления типовыми отчетами и аналитическими отчетами с гибкой настройкой выборки.
Для отдельных групп персонала создаются специализированные онлайн-табло, которые могут выводится на телевизионных экранах, установленных в производственных помещениях и местах отдыха. Табло применяются для сравнительного отображения показателей эффективности групп персонала.
Сбор и оперативное хранение данных
Система поддерживает универсальные средства сбора данных для реализации необходимых функций в условиях наличия контроллеров и других средств автоматизации различных поколений и производителей.
Сбор данных с производственных линий осуществляется в реальном времени. Для сбора используются надежные типовые средства управления процессом (Open Platform Communications). Собранные данные помещаются в БД (базу данных) временного хранения данных для обеспечения бесперебойного и надежного поступления данных.
Система осуществляет необходимую обработку данных, в частности определяет моменты наступления отслеживаемых событий по сочетаниям поступающих сигналов. Например, события начала работы или начала простоя могут определяться как сочетание определенной температуры в агрегате в совокупности с движением транспортера. Подготовленные данные передаются в БД системы.
В целях обеспечения непрерывности контроля осуществляется постоянная диагностика состояния системы временного хранения данных и каналов приёма данных. Соответствующие оповещения формируются автоматически.
Ввод и импорт данных
Система предоставляет удобные формы ввода данных и поддерживает возможности импорта данных из смежных систем автоматизации.
Регистрация ряда параметров требует участия сотрудников различных служб и операторов агрегатов. В частности, это требуется в таких процессах как:
- Ввод и периодическая корректировка нормативно-справочной информации;
- Классификации автоматически зафиксированных простоев;
- Ввод параметров качества продукции, не фиксируемых средствами автоматизации.
Для максимальной оперативности и корректности ввода данных система предоставляет специализированные формы, снабженные средствами автозаполнения, выпадающими списками и автонастройкой содержимого с учетом уже введенной информации. Ведение нормативно-справочной информации осуществляется в АРМ, распределенных в соответствии с ролями пользователей системы.
Предусмотрены средства строго регламентированной ручной корректировки данных, необходимые для сохранения непрерывности контроля в случае временной недоступности автоматических источников данных.
При необходимости реализуется автоматическая синхронизация нормативно-справочной информации со смежными системами автоматизации. Это обеспечивает единство терминологии и возможность настройки взаимного обмена учетными данными.
Контроль состояния производства.
Пример реализации
Контроль состояния производства распределен в соответствии с уровнями управления и ролевой моделью пользователей системы, которая соответствует фактическому распределению обязанностей сотрудников предприятия.
Представленный пример реализации относится к производству фанеры и включает комплекс контроля эффективности производства в рамках комбината, состоящего из трех производственных подразделений с восемнадцатью единицами основного оборудования.
Для каждого подразделения и агрегата сформирована соответствующая мнемосхема мониторинга производства.
Для производственных участков и службы ТОиР выполнены специализированные онлайн-табло. Классификация простоев осуществляется на базе классификатора системы управления предприятием SAP с автоматической синхронизацией при обновлении классификатора в системе ERP.
Результаты производственной деятельности передаются в систему SAP в режиме близком к реальному времени.
Мнемосхема уровня предприятия
Содержит сводную информацию о состоянии каждого агрегата предприятия и наиболее важные показатели его эффективности в числовой или индикативной форме.
Мнемосхема уровня подразделения
Содержит краткую информацию об агрегатах подразделения с расширенным отображением результатов его работы в числовой или индикативной форме.
Мнемосхема уровня агрегата
Содержит детальную информацию о состоянии агрегата и графики его изменения за текущую смену. График простоев открывает доступ к средствам их классификации.
Окно классификации простоев
Позволяет оперативно классифицировать простой с возможностью его разделения, указания типовой причины, узла поломки (при необходимости) и комментария.
Отчет по технологическим параметрам
Отображает изменения технологических параметров за текущий цикл или типовой период времени в графической и табличной формах.
Аналитический отчет по технологическим параметрам
Позволяет сформировать выборку произвольного состава технологических параметров за любой произвольный промежуток времени.
Отчет по работе агрегата
Отображает типовую отчетную форму о результатах работы агрегата за смену/сутки с выделением итоговых показателей эффективности.
Отчет по общей эффективности оборудования
Выводит суммарное значение ОЭО с выделением отдельных составляющих. Позволяет проводить сравнение показателей различных агрегатов, смен, подразделений.
Отчет по коэффициенту технической готовности
Выводит суммарное значение КТГ с ранжированием наиболее значимых категорий простоев и возможностью сравнение различных агрегатов, смен, подразделений.
Отчет по простоям
Выводит распределение зафиксированных простоев по видам и группам с возможностью фильтрации и сравнения агрегатов, периодов времени, смен и т.д.
Онлайн-табло службы ТОиР
Отображает ключевые показатели работы службы ТОиР в разрезе соответствия времени простоев нормативным значениям и сравнения смен.
Онлайн-табло производственного участка
Отображает текущее состояние выполнения плановых показателей производства на агрегатах участка.
Архитектура системы
Архитектура системы и интеграционные взаимосвязи реализованы в соответствии с методологией построения интегрированных систем «CIM» и стандартом интеграции «ISA-95». Предусмотрено необходимое разделение процессов на уровни автоматизации.
Уровень 1 – полевой уровень систем управления агрегата, цеха (приборы и средства контроля, преобразователи, исполнительные устройства, контуры авторегулирования и стабилизации). Связь с полевым уровнем осуществляется посредством PLC агрегатов через внутреннюю сеть предприятия.
Уровень 2 – уровень протоколирования процесса, настройки и управления технологическими процессами агрегата.Подсистема сбора данных осуществляет импорт данных с отслеживанием сбоев, а также преобразование и промежуточное хранение данных.
Уровень 3 – автоматизация процессов уровня подразделений и предприятия, слежение за потоками полуфабрикатов и готовой продукцией, учёт производства, интеграция между Уровнем 2 и Уровнем 4 (ERP).Подсистема долговременного хранения и анализа данных поддерживает настройку параметров обработки данных (нормативно-справочной информации), осуществляет анализ данных, обеспечивает взаимодействие со смежными системами 3-го и 4-го уровней (ERP), предоставляет интерфейсы пользователей, доступные как из внутренней сети, так и из сети Internet.
Масштабирование решения.
Потенциал развития и расширения
Принципы построения, архитектура системы и применяемые технологии обеспечивают широкие возможности масштабирования и расширения. Возможен поэтапный охват парка оборудования и оперативное тиражирование решения в рамках различных филиалов предприятия. На базе системы могут быть неограниченно реализованы типовые функции MES с последующим развитием функционала оперативно-календарного планирования.
Компания Аусферр имеет большой опыт построения интеграционных комплексов автоматизации на крупных промышленных предприятиях. Основными программными продуктами компании являются системы оперативного управления производством (MES), оперативно-календарного планирования, управления нормативно-справочной информацией, управления материальными потоками, управления технологией и качеством, системами хранения данных и технологического анализа.
При разработке системы контроля эффективности производства были использованы типовые подходы и методы, применяемые для создания перечисленных систем.
При необходимости созданное решение может быть неограниченно дооснащаться перечисленным выше функционалом с использованием отработанных технологий и многолетнего опыта компании Аусферр. Устойчивое функционирование решения обеспечивается круглосуточной службой технической поддержки.