Aktuální vydání

celé číslo

01

2024

Automatizace skladování, logistiky a manipulace s materiálem

Programovatelné automaty, průmyslové počítače, jednotky I/O, bezpečnostní systémy

celé číslo

Integrace řídicích a informačních systémů

Automa 4/2001

Karel Suchý

Integrace řídicích a informačních systémů

Integrace systémů řídících technologické procesy a informačních systémů podniku je všeobecně přijímanou odpovědí na tlaky, kterým musí v současné době čelit výrobci v mnoha odvětvích průmyslu na celém světě. Jako vhodné pojítko obou oblastí podniku jsou stejně všeobecně přijímány softwarové produkty kategorie MES. Článek velmi stručně rekapituluje dosavadní vývoj v této oblasti ve světě a základní trendy, kterými byl a je ovlivňován.

Model CIM
Počítačem řízený výrobní podnik uspořádaný podle již desetiletí známého modelu CIM (Computer Integrated Manufacturing) má mnoho výhod – vyrábí efektivněji, produktivněji a kvalitněji, s menším množstvím odpadu, kratšími výpadky a levněji – v průmyslové praxi se s ním však příliš často nelze setkat. Hlavním důvodem, který dosud spolehlivě odrazoval většinu případných zájemců, jsou velké počáteční výdaje.

Odhlédne-li se od různých n-vrstvých pyramidálních modelů CIM, je patrné, že ve výrobním podniku jsou dvě principiálně odlišné základní oblasti – systém (systémy) pro automatizaci výroby a řízení výrobních procesů (Process Control Systems – PCS) a systém pro řízení podniku (Enterprise Resource Planning – ERP, Manufacturing Information System – MIS apod.).

Systémy pro řízení výrobních zařízení a procesů (PCS) řídí výrobu na její fyzické úrovni v reálném čase. Sledují a řídí jednotlivé výrobní jednotky a zajišťují bezpečnou a setrvale kvalitní výrobu při konkurenceschopných nákladech. Systém pro řízení podniku (ERP) představuje obchodní část počítačového systému podniku. Pracuje s objednávkami, technickými a kvalitativními specifikacemi surovin a výrobků, požadavky na materiál, cenami a dalšími údaji se vztahem k obchodním činnostem podniku. Úkolem prostředí CIM je integrovat PCS a ERP do celopodnikového informačního systému (Enterprise Production Management – EPM), který koordinuje všechny výrobní činnosti od přijetí objednávky, přes vlastní výrobu až po expedici produktu.

Řešení CIM realizovaná v 80. letech byla velmi složitá. Šlo převážně o jednoúčelová firemní (proprietární) řešení, jejichž vývoj a údržba jsou z principu velmi nákladné. Od té doby, v průběhu období charakteristického klesajícími cenami a současně rostoucí výkonností osobních i jiných počítačů a dalšími technickými vymoženostmi (inteligentní snímače a akční členy, komunikační sítě aj.), nastal v teorii CIM významný posun – okolo roku 1990 byla rozšířena o koncept MES (Manufacturing Execution Systems, tj. systémy řízení výroby, systémy kategorie MES, popř. informační systémy výroby, pro výrobu apod. – česká terminologie není dosud ustálená).

Koncept MES přidal v podobě systému řízení výroby (MES) do podnikového organismu k dosavadním PCS a ERP třetí složku, která je „stmeluje“ a společně s nimi vytváří transparentní celopodnikový informační systém (EPM). Z MES jdou do ERP informace o výrobě nezbytné k formulování výrobních a zásobovacích strategií a do PCS naopak objednávky a měnící se požadavky na výrobu. Podle definice původem z ARC, firmy z USA zabývající se průzkumy trhu v oboru průmyslové automatizace, citované v [6], je MES „integrovaný ... informační systém, který soustřeďuje různé výrobní faktory týkající se produktu a poskytuje podklady k neustálému zdokonalování všech činností v podniku z hlediska nákladů, jakosti, doby odezvy, plnění zákonných předpisů, dopadu na životní prostředí, globalizace a spokojenosti zákazníků“.

Vývoj výrobního a podnikatelského prostředí a MES
Od doby prvních aplikací modelu CIM prošlo výrobní i podnikatelské prostředí v průmyslu a posléze i implementace konceptu MES podstatným vývojem, v poslední době až překotným.

Dříve byla automatizace výroby a řízení procesů spjata s rozlehlými, velkými a statickými výrobními podniky a strojními zařízeními. Vesměs šlo o investice na mnoho, často i desítky let. Nová zařízení jsou menší, levnější, spolehlivější, pružnější, rozšířitelná, snáze odstranitelná – a je jich mnohem více. Jejich ovládání je intuitivní a výcvik obsluhy je rychlý a efektivní. Návody k obsluze, školicí materiály a podpora jsou stále častěji šířeny prostřednictví internetu. Výroba a výrobní závody jsou již mnohdy koordinovány prostřednictvím informačních sítí v reálném čase.

S vývojem technických prostředků postupoval i vývoj v oblasti softwaru. Hlavní zájem ještě nedávno byl o systémy pro sledování a řízení procesů (Supervizory Control and Data Acqusition – SCADA) a operátorských rozhraní (Human–Machine Interface – HMI), které levněji emulovaly funkce původních distribuovaných řídicích systémů (Distributed Control System – DCS). V současné době jsou tyto funkce nenákladně integrovány ve většině zařízení a pozornost se přesouvá do oblasti MES, integrace výrobních a obchodních podnikových aplikací a logistiky.

Asi nejdramatičtější jsou ale proměny, kterými především díky širokému využívání internetu, prochází sféra obchodu (podnikání), třebaže zatím jdou spíše stranou zájmu masy specialistů v oboru řízení výrobních procesů. Většina současných modelů tzv. elektronického podnikání (e-business) klade důraz hlavně na rychlost odezvy na požadavky zákazníků a nepřetržitou zpětnou informaci o okamžitém stavu každé přijaté zakázky. Ve [3] je citováno vyjádření blíže nespecifikovaného zákazníka, podle něhož „... lze za odezvu odpovídající éře elektronického podnikání pokládat spolehlivou výrobu libovolného výrobku v požadované variantě provedení, v jakémkoliv reálném množství a v požadovaném balení, a to během osmi hodin.“ Je věcí názoru, zda tato a podobné definice mají nějaký význam pro praxi. Rozhodně však dobře ukazuje, jak výrazně se změnilo prostředí pro podnikání. Po mnoho let převládající podnikatelský model spoléhal při zajišťování pozice výrobku na trhu především na nízkou cenu. Jestliže zákazník, popř. skupina zákazníků, měl o produkt (a to třeba i produkt něčím výjimečný) zájem, mohl ho mít – dokud ho chtěl v dostatečně velkém množství. Aby se dosáhlo co nejnižší ceny, byly nutné dlouhé série nebo velké dávky. Tento model je ale stále větším počtem průmyslových odvětví opouštěn. Avšak vyrábět doslova „na objednávku“ znamená integrovat výrobu nejen s ekonomickými systémy v rámci podniku (hovoří se o vertikálním modelu podniku, vertikální integraci podniku, popř. podnikových, tj. výrobních a ekonomických, dat apod.). Integrace musí pokračovat směrem z podniku, do prostředí tzv. dodavatelských řetězců (Supply Chain Management – SCM) a nejnověji ještě dále podle modelů založených nejen na obchodování, ale také na spolupráci při výrobě založené na využívání internetu (modely collaborative manufacturing).

Vyvíjely se také implementace MES [2]. Tradiční produkty tohoto typu z počátku 90. let nejsou schopny plnit požadavky vyplývající ze současných konkurenčních tlaků. Mají svoje kořeny v původních, na zakázku řešených vertikálních podnikových aplikacích, jež vznikly před více než 10 i 15 lety zpravidla ještě pro sálové počítače a posléze byly přeneseny do prostředí operačních systémů Unix anebo Windows. Jako takové byly tyto produkty velmi rozsáhlé, s velkým počtem funkcí, z nich běžný zákazník využil jen malou část. Jde tedy o systémy složité, nepružné, obtížně udržovatelné – a drahé. S rozvojem programovacích technik jejich vývoj tedy nutně pokračoval až k současnému modelu MES, popsanému např. v následujícím článku [7]. Nejdůležitější vlastností současného modelu a implementací podle něj vytvořených je modulová stavba. Takový software může být použit, i když nejsou funkční všechny jeho moduly nebo aplikace. Současné produkty MES tedy dovolují oddělit data od aplikací. Jde o pružně rozšiřitelné systémy, umožňující začít s několika málo funkcemi MES a postupně, ekonomicky únosným způsobem, dosahovat v ten okamžik potřebného stupně vertikální integrace dat v podniku.

Závěr
Softwarové produkty kategorie MES umožňují ve výrobním podniku propojit stávající i budoucí systémy obou typů – pro automatizaci výroby a řízení výrobních procesů (PCS) i pro řízení podniku (ERP) – v jednolitý celopodnikový informační systém podniku (EPM). Ve své současné podobě, založené na nových programovacích technikách napomáhá relativně levně vytvářet podniková řešení typu CIM, která lze postupně rozšiřovat podle potřeby a možností.

Literatura:

[1] ADAM, R.: MES – systém řízení výroby. Automatizace, 43, 2000, č. 8, s. 520-521.

[2] BUDDE, S. – DeCUIR, R.: A new paradigm for manufacturing executive systems. The Computec Interface, ISA, winter 1999, pp. 3-8.

[3] CRAIG, L. W.: E-business and process automation? InTech, 48, 2001, No. 1, p. 84.

[4] NANGIA, A. K. – EVANSON, M.: Integrating process control with information systems using manufacturing execution systems. In: Industrial Computing Society Conference Papers. ICS 1997.

[5] – : Funkční model MES. Automa, 7, 2001, č. 4, s. 35-36.

[6] MESA International – http://www.mesa.org