Aktuální vydání

celé číslo

03

2021

Digitální transformace, chytrá výroba, digitální dvojčata

Komunikační sítě, IIoT, kybernetická bezpečnost

celé číslo

Jak dospět k integrovaným řešením pro řízení výroby

číslo 6/2002

Jak dospět k integrovaným řešením pro řízení výroby

Integrovaná řešení systémů pro automatizované řízení technologických procesů (automatizace) a podnikového informačního systému (informatiky) jsou v současnosti pokládána za nezbytnou podmínku úspěchu podniku v prostředí globálního trhu. Svoji strategickou úlohu mohou ovšem splnit jen tehdy, vycházejí-li z podnikatelských strategií a cílů podniku a jsou i dále s nimi těsně spjata.

V důsledku krátkodobého myšlení zatím dostávají v podnicích často přednost izolovaná řešení. Ta sice splní okamžité požadavky výroby, ale, kombinována s průvodními jednoúčelově organizovanými snahami o provázání aplikačních programů, zatím vždy vedla ke komplikovanému a roztříštěnému portfoliu řídicích systémů v podniku. Zvlášť náročné jsou v tomto ohledu především šaržově (batch) orientované výroby, kde je současně s nepřetržitou produkcí stávajících výrobků setrvalé kvality zpravidla třeba připravovat, uvádět na trh a prosazovat na něm výrobky nové.

Stejně opatrně jako v podniku se šaržovou výrobou se ovšem musí v současné době uvažovat všude. Nikdo by se již neměl nechat strhnout mylnou představou, že rychle vyřeší výrobní problémy ad hoc navrženými a provedenými jednotlivými opatřeními. Vždy je třeba brát v úvahu, zda je navržené řešení v souladu s celkovou integrovanou podnikovou strategií v oblasti automatizace a informatiky.

Otázkou může být načasování: kdy je třeba začít o propojení automatizace s podnikovým informačním systémem a všeho dohromady s celkovou strategií podnikání začít uvažovat? Výzkum i zkušenosti potvrzují, že co nejdříve, tj. na samém začátku každého automatizačního projektu. Rozhodně již dlouho před tím, než vzniknou vlastní specifikace řídicích systémů a jejich komponent. Čím dříve se o automatizačním projektu začne uvažovat komplexně, tím větší je pravděpodobnost úspěchu a jistější návratnost vynaložených investic.

Odklon od izolovaných k integrovaným řešením

Při automatizaci výrobních procesů jsou často automatizační projekty specifikovány pro jednotlivá izolovaná řešení (v již zmíněných šaržově orientovaných výrobách např. jedno řešení pro řízení zpracování šarží, jiné pro správu šarží a nic dalšího) a o integraci se má postarat někdo jiný. Avšak řešení, které skutečně podporuje výrobní strategii jako součást podnikatelského záměru, musí dosáhnout dále než na samotné vykonávání a sledování kvality výrobního procesu.

Výroba se v současnosti soustřeďuje na co nejúplnější uspokojování potřeb zákazníků (kvalita, včasné dodávky) při optimálních nákladech. Současně je vyvíjen obrovský tlak na co nejrychlejší a nejširší dostupnost nového výrobku na trhu. Nejde přitom jen o rychlost uvedení výrobku na trh (time-to-market), ale také o maximální využití momentu překvapení trhu a konkurence (time-to-volume). K obojímu je nutná maximální možná flexibilita celého podniku. Rekonstruovat stávající anebo postavit novou továrnu, která by toto všechno dokázala, navíc při omezeném přístupu ke kapitálu, je skutečně výzvou mj. pro řešitele integrovaného automatizačního projektu. Jaké k tomu mají nástroje?

Řešení typu ERP (Enterprise Resources Planning) and MRP II (Manufacturing Resources Planning), dosud tradičně používaná pro administrativní správu podniku a plánování výroby, v současnosti již nevyhovují. V podmínkách rozšířených dodavatelských řetězců, zaměřených na zákazníka jako ústředního činitele, totiž nenabízejí dostatečně transparentní pohled na výrobní podnik v jeho celistvosti. Má-li podnik pružně reagovat jako celek, což je v současných podmínkách nezbytné, musí také být jako celek řízen a všechny procesy zúčastněné na přípravě a výrobě produktu (celopodnikové plánování, zajišťování zdrojů, výroba, dodávky) musí být koordinovány v reálném čase. Osvojit si tento model chování je pro většinu podniků obtížné, neboť jde o zásadní přechod od řízení podniku podle čistě ekonomických hledisek k pohotovému využívání disponibilních kapacit podle více či méně přesných předpovědí.

Situace není nová v tom, že by se podniky dosud dostatečně nevěnovaly maximálnímu využití svých kapacit při současné minimalizaci nákladů. To se dělo vždy. Prioritou podnikové informatiky však nikdy nebyly konzistentní aplikační modely (vzpomeňme např. na Y2K, velké implementace ERP, velké projekty počítačové podpory kancelářských prací, automatizaci prodeje apod.). Výrobní podniky si proto vyvinuly jednotlivá dílčí řešení, typicky zaměřená na podporu činnosti jednotlivých útvarů na provozní úrovni. Tak si např. vývojová skupina pověřená inovací výrobního programu vytvořila svůj vlastní systém specifikace výrobků, ve kterém např. musela být každá hlavní receptura provedena šaržovým výrobním systémem apod.

Některé výrobní podniky si, např. v rámci boje o udržení se na trhu nebo poté, co přešly na kontraktační výrobu, uvědomily neudržitelnost tohoto stavu a začaly vyvíjet architektury aplikací založené na integrovaných podnikatelských modelech podniku namísto na činnosti dílčích útvarů.

Při aplikaci uvedeného přístupu jsou velice užitečným nástrojem stávající a dále rozvíjené výsledky standardizačního úsilí, představované např. doporučeními S88 Batch Control (Part 1, 1995; Part 2, 2001) a S95 Enterprise-Control System Integration spolu s modelem SCOR (Supply Chain Operations Reference). Tyto standardy neřeknou, která architektura aplikací je pro to které podnikání správná, ale pomáhají formulovat vhodné otázky a tak poznat a popř. lépe definovat strukturu (systém, rámec), do které jsou jednotlivé aplikace zasazeny.

Systémy umožňující navzájem integrovat nesourodá řešení mezi fyzickou úrovní výroby a úrovní řízení podniku jsou známy jako MES (Manufacturing Execution Systems).

MES znovu na scéně

Dodavatelé řešení MES, výrobci i integrátoři systémů, měli, po počátečním období velkých nadějí asi v polovině 90. let, ještě v nedávné době dosti zúžený prostor k uplatnění. Shora byli pod tlakem dodavatelů systémů ERP a zdola dodavatelů systémů SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) a operátorských rozhraní (Human Machine Interface – HMI). V současné situaci se, zejména v důsledku nedostatečnosti řešení ERP, před dodavateli MES otevírají nové příležitosti.

Ani MES ovšem nejsou samospasitelným řešením a přes své nesporné přínosy již také stačily neblaze proslout obtížemi provázejícími jejich implementaci. Ta se totiž neobejde bez dosti velkého podílu úprav podle potřeb konečného uživatele a prací spojených se zajišťováním návaznosti na stávající systémy v jeho podniku. Podle údajů v [1] není mezi 50 až 80 % požadavků kladených na MES pokryto základní nabídkou jeho funkcí a je třeba je zajišťovat formou řešení na zakázku. Výsledkem je prodlužování etapy implementace systémů a podstatné zpomalení návratnosti vynaložených investic.

V dalším je, především na základě [3], načrtnuta strategie umožňující i za těchto podmínek dospět k integrovaným řešením automatizace a podnikové informatiky, tj. dosáhnout potřebné změny v životním cyklu a v uspořádání a dalším chování podniku.

Stanovit a zaznamenat koncepci řízení podniku

Výrobní strategie se volí tak, aby byly v souladu s celkovými podnikatelskými záměry podniku, resp. jeho vlastníků. Většina podniků již má vedle toho stanovenu určitou strategii automatizace. Je však známo, že podnikatelské prostředí se může rychle změnit. A když ke změně dojde, téměř jistě se změní i informační potřeby na podnikové úrovni řízení, na což by měla reagovat strategie automatizace.

Klíčovou otázkou tedy je, jak spolu trvale propojit obě strategie – strategii automatizace a strategii podnikání. Například rozhodnutí investovat do rekonstrukce stávajícího nebo do výstavby nového závodu může dalekosáhle vymezit strategii automatizace. Jak s těmito a podobnými výzvami a vymezeními pracovat a jak připravit koncepci integrovaného pojetí automatizace a informatiky v podniku takovou, aby byla dostatečně přínosná a přitom proveditelná?

Dříve, než se přistoupí k realizaci jakéhokoliv vážně zamýšleného automatizačního projektu, je nutné sestavit, popř. aktualizovat, a zaznamenat integrovanou koncepci automatizace a podnikové informatiky. Ve výsledném dokumentu musí být:

  • jednoznačně a srozumitelně definována strategie podnikání, pokud jde o výrobu,
  • definovány cíle projektu a s nimi související omezení,
  • definována strategie v oblasti automatizace,
  • srozumitelně popsáno spojení a souvislosti mezi třemi předcházejícími oblastmi,
  • odvozeny cíle pro řešení automatizace a informatiky,
  • promítnuto, jak se každá komponenta hlavních rysů navrženého řešení projeví mezi podnikatelskými opatřeními nebo v kategorii přínosů.

Projektantský tým se často pouští přímo do konkrétních specifikací a předjímá výsledné řešení dříve, než jsou dostatečně propracovány základní koncepce. Příčiny mohou být různé: vnější nebo vnitřní tlak na zahájení projektu, snaha předvést určitý lépe hmatatelný pokrok, ukázat se s předběžnou dispozicí systémů apod. Je však třeba si uvědomit, že teprve řádně zpracovaná koncepce obsahuje konzistentní informaci o tom, jaké vlastně budou cíle projektu.

Výsledkem naznačeného úsilí řešitelského týmu musí být dokument s náplní koncepce automatizace a podnikové informatiky. Pravděpodobnost, že navržená koncepce bude dostatečně robustní a realizovatelná a že výsledná architektura i jednotlivé aplikace splní očekávání, výrazně vzroste, postupuje-li se systematicky předem stanoveným způsobem.

Tab. 1. Deset kroků ke koncepci integrovaného řešení automatizace a podnikové informatiky

1. Propojit strategie podnikání a automatizace a odvodit cíle automatizace
2. Sestavit seznam činností (funkcí)
3. Uspořádat činnosti do domén v rámci architektury aplikací
4. Určit přístupy k automatizaci a její úrovně
5. Přiřadit navzájem činnosti a systémy
6. Stanovit technická omezení plynoucí z architektury a systémů
7. Poohlédnout se po osvědčených řešeních
8. Najít a odstranit mezery v řešeních
9. Zdokumentovat stanovenou koncepci
10. Zavést změnové řízení

Desatero koncepce integrovaného automatizačního projektu

Souhrnně je deset základních kroků vedoucích k robustní koncepci integrovaného pojetí automatizace a podnikové informatiky uvedeno v tab. 1. Podrobněji bude rozvedeno v následujících odstavcích.

Propojení strategií
Propojení strategií automatizace a podnikání a odvození cílů automatizace jsou vůbec první kroky při návrhu koncepce. Nebudou-li provedeny odpovědně, nevznikne z práce vynaložené na koncepci pro nikoho vůbec žádný užitek.

Seznam činností
Do seznamu je třeba uvést všechny činnosti (funkce) nezbytné pro chod daného podniku (závodu). Jde-li o podnik již fungující, je vhodným výchozím podkladem předchozí verze koncepce (existuje-li). Fyzické procesy není zatím třeba detailně popisovat. Vhodnou výchozí pomůckou jsou vývojové diagramy výrobního procesu. Uvedeny musí být všechny činnosti nutné k chodu výroby, podmiňující i podpůrné (např. zajištění bezpečnosti práce, zpracování odpadu, příjmu materiálu, údržby zařízení atd.). Uvést je třeba i činnosti irelevantní anebo málo důležité (s poznámkou, že nepatří do etapy práce na koncepci). Někdy mohou být s určitými funkcemi již svázány jisté procesy, které je také třeba jednoznačně identifikovat. S cílem určit entity fyzických zařízení, prostřednictvím kterých se budou vykonávat požadované činnosti, je v této etapě také vhodné modularizovat fyzické procesy např. s použitím modelů podle doporučení S88.

Činnosti a domény
Každá jednotlivá činnost uvedená v seznamu se s použitím směrnic pro tvorbu architektury aplikací zobrazí v příslušné funkční oblasti architektury (doméně). Zatím ještě neexistuje žádná, ani předběžná, dispozice systémů. Pracuje se pouze s činnostmi jako např. řízení zpracování šarže, správa receptur, řízení skladů, příjem materiálů a surovin atd.

Úroveň automatizace, přístup
S použitím cílů sledovaných automatizací jako vodítka se určí úroveň automatizace každé jednotlivé činnosti. Zatímco úroveň automatizace se určuje pro každou jednotlivou funkci zvlášť, o přístupu se hovoří v souvislosti se skupinami činností: např. jiný bude přístup k automatizaci velmi pružného výrobního provozu s plánovaným dalším zvětšením výkonu i rozšiřováním funkčních schopností a jiný k automatizaci jednoúčelové linky s velmi malými požadavky na flexibilitu, vyjma možného budoucího prostého zvýšení výkonu.

Činnosti a systémy
Provázat činnosti s vlastními výkonnými řídicími systémy lze teprve tehdy, když jsou určeny úroveň a přístup k automatizaci. Vodítko k přiřazení činností k systémům může poskytnout architektura aplikací. Pozornost je třeba věnovat pružným hranicím uvnitř systémů: např. systém ERP může podle situace proces spravovat nebo řídit. Najít tyto meze a odpovídajícím způsobem je promítnout do příslušných systémů daného závodu (výrobní jednotky) rozhodně není triviální záležitost.

Technická omezení
Jakmile jsou definovány potřebné systémy, buď se uvažují nové, nebo je možné plánovat přizpůsobení stávajících systémů tak, aby byly použitelné i pro uvažovaný projekt (ať už prostým zvýšením výkonu anebo rozšířením funkčních schopností). Tím se může dojít k technickým a návrhovým omezením. Například stávající systém řídící zpracování šarží musí převzít řízení dalších technologických jednotek. V takovém případě se integrace uskuteční v rámci stávající architektury.

Přednost osvědčeným řešením
Je-li již architektura aplikace někde realizována a existují-li osvědčená řešení, je třeba je v maximální možné míře využít. Není důvod, proč to neudělat. Každý, kdo má nutkání experimentovat s novými systémy, rozhodně bude lépe využit při jiné tvůrčí činnosti. Již osvědčená řešení mohou v toku prací na přípravě a realizaci automatizačního projektu přinést velmi významné úspory času i pracovního úsilí.

Najít a odstranit mezery
Při práci na koncepci se zpravidla objeví mezery, které je třeba odstranit. Mezery mohu být v procesu nebo v technice.

Dokumentování projektu
Koncepce i každá dále dosažená nižší úroveň řešení projektu musejí být zaznamenány, a to v komunikovatelné podobě. Tak, aby jim mohl porozumět každý, koho se v podniku dotýkají. Je proto třeba se vyhnout (nevysvětleným) zkratkám a odbornému žargonu.

Změnové řízení
Po uzavření práce na koncepci integrovaného řídicího systému podniku je třeba určit „vlastníka“ (odpovědného správce výrobních prostředků podniku) vytvořeného koncepčního dokumentu a zavést příslušný mechanismus změnového řízení. Kdykoliv se vyskytne změna, která by mohla mít vliv na koncepci, musí být tento dokument znovu otevřen a jeho obsah aktualizován. Koncepce musí být součástí strategie podniku a součástí portfolia jeho podnikatelských plánů.

Koncepce nepatří do police
Jakmile již koncepční dokument pro oblast integrovaného řízení existuje, patří snad do police? Mají na něj všichni zapomenout? Rozhodně ne! Jde o dokument velmi cenný, a to nejen pro náklady vynaložené na jeho pořízení, a pro podnik velmi užitečný. Může být použit v průběhu celého životního cyklu podniku, a to např. pro tyto účely:

  • jako vstup pro analýzu rizik, a to podnikání jako celku i automatizačního projektu: analýza rizika může odhalit klíčové „vražedné“ proměnné, které je třeba pečlivě sledovat a v případě potřeby na ně reagovat, ať už jde o události očekávané nebo nepředvídané;

  • k volbě hlavních prováděcích strategií při realizaci jednotlivých řešení: vzájemně závislá řešení je třeba spravovat jako portfolio projektů, jejichž znalost věcná, ať už po jednotlivých systémech nebo skupinách navzájem provázaných systémů, i znalost jejich specifikací a plánovaných způsobů realizace může být velmi cennou pomůckou pro vedoucí projektů;

  • soustředění uživatelských požadavků na systémy: dodavatelé mohou na základě celkového a nepřetržitě aktualizovaného dokumentu snáze pochopit, nakolik jsou jejich řešení v souladu s celkovou architekturou uživatelova systému a v jaké perspektivě je uživatel vidí; následně tak mohou lépe plnit požadavky uživatele týkající se použitelnosti, výkonnosti a funkcí již dodaných i připravovaných řešení;

  • k nalezení mezer v řešeních nabízených v současné době na trhu: koncepční dokument pomáhá projektantům architektury řídicího systému nalézt hlavní mezery v technice, personálu, procesech apod., vyžadující zvýšenou pozornost; např. přechod na nový systém plánování bude vyžadovat školení nebo přeškolení v oblasti nových principů podnikání ještě před tím, než se začne s přípravou jeho specifikace;

  • hodnocení alternativních koncepcí uvnitř zvolené architektury aplikací: při hodnocení a výběru řešení je vždy třeba se soustředit především na řešení již osvědčená; a vybírá-li se z osvědčených, je třeba je seřadit pomocí vhodné hodnotící stupnice;

  • jako podpora rychlého vytváření prototypů s cílem ověřit průchodnost různých variant projektu: nashromážděné údaje o podnikových systémech dovolují rychle zjistit mezery, které v integrovaném podnikovém systému existují, a metodou rychlé tvorby prototypů pohotově a levně najít schůdná řešení, která existující mezery zaplní.

Správné lidi ve správný čas

Přirozeně, že na koncepci integrovaného systému řízení musejí pracovat ti správní lidé a ve vhodné době. Toho se dosáhne týmovým přístupem za účasti „sponzora“ projektu neboli pracovníka odpovědného za výrobu. Například pro projekt systému řízení nového závodu na šaržovou výrobu nových nebo odjinud přenesených produktů musí mít vedoucí projektu v týmu vedle zmíněného „sponzora“ také vedoucího vývoje produktu a pracovníky odpovědné za řešení automatizace a podnikové informatiky. Dále si musí podle potřeby zvát další klíčové přispěvatele, jako např. zkušeného uživatele či reprezentanty klíčových výrobních procesů apod.

V týmu by měli být zastoupeni také klíčoví akcionáři společnosti zainteresovaní na úspěchu projektu. Tito akcionáři jsou všeobecně jakýmisi „vrátnými“, rozhodujícími o případném uvolnění finančních prostředků i dalších zdrojů potřebných k tomu, aby se projekt vůbec objevil na denním světle.

Co se týče vedoucího týmu, je velmi přínosné, je-li jím osobnost velmi dobře obeznámená nejen s architekturami řídicích aplikací v oblasti výroby, ale také s podnikatelskými strategiemi, cíli projektu a již osvědčenými řešeními.

Tým se musí soustředit na svou hlavní činnost: navrhnout, zdokumentovat, podle návrhu sestavit a dále udržovat jednotný koncept automatizace a informatiky v podniku.

Je všeobecně známo, že znalost cílů předem výrazně pomáhá soustředit energii a úsilí pracovníků žádoucím směrem a umožňuje vytvořit mnohdy až unikátním způsobem dělný pracovní rámec. Pro zúčastněné neexistuje na konci projektu lepší pocit, než moci ukázat, že cílů bylo dosaženo – bez pocitů úzkosti provázejících vzájemné přehazování odpovědnosti při neúspěchu. Pochopení interakcí a vzájemné závislosti cílů kromě toho pomáhá rozvíjet v podniku schopnosti a klima vzájemné spolupráce a umění koordinace.

Literatura:

[1] STROTHMAN, J.: A giant e-manufacturing step. InTech (Industrial Computing), 48, 2001, No. 9, pp. 69-71.

[2] MIKLOVIC, D.: What you are not – not what you are! http://www.ics.org/magazine/gargro1198.html

[3] PILLAI, V. A.: How to Coordinate Plans for Automation & Information. http://www.vertacross.com. Putman Media, září 2001.

(Sk)

Inzerce zpět