Aktuální vydání

celé číslo

01

2024

Automatizace skladování, logistiky a manipulace s materiálem

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

celé číslo

Vertikální integrace podnikových dat a internetové technologie

Automa 4/2001

Ing. Jan Brychta, CORAL s. r. o.,
brychta@coral.cz

Vertikální integrace podnikových dat a internetové technologie

Článek je věnován problematice integrace řídicích systémů technologických procesů a ekonomických podnikových informačních systémů v jeden celistvý informační systém výrobního podniku. Autor vyvozuje, že jde o trend charakteristický pro řízení v podnicích s výrobou diskrétního, spojitého i hybridního charakteru. Jeho plnému prosazení doma zatím brání nikoliv technické, ale finanční bariéry, existující z podstatné části jako důsledek relativní láce lidské práce.

1. Úvod

V současné době jsme svědky rychlého rozvoje výpočetní techniky a informačních technologií. Jedno z nejprogresivnějších médií – internet (a jeho technologie) – významným způsobem zasahuje do všech oblastí informatiky. Software pro průmyslovou automatizaci není výjimkou a špičkové softwarové firmy působící v této oblasti s úspěchem implementují do svých řešení nejnovější softwarové techniky, a to navzdory jistému konzervatizmu konečných uživatelů (ten je pochopitelný, neboť jde o ovládání výrobních technologií, kde případné poruchy mohou ohrozit životy lidí či způsobit velké materiální škody).

V poslední době se odborníci snaží dát technologickým (výrobním) datům administrativní a ekonomický rozměr. Jedním z velmi efektivních způsobů, jak toho docílit, je vytvořit informační vazbu mezi technologickými informačními systémy a informačními systémy podporujícími chod podniku na vyšších organizačních úrovních. Právě této problematice je věnován následující text.

Obr. 1.

2. Základní informační struktura výrobního podniku

Na obr. 1 je znázorněna základní informační struktura současného výrobního podniku tvořená podnikovým informačním systémem (PIS), řídicím systémem technologických procesů (ŘSTP) a vlastní řízenou technologií (výrobním zařízením).

3. Podnikový informační systém (PIS)

Ve většině případů, do výrobních i nevýrobních organizací, dodává PIS do podniku specializovaná firma. Tou – podle vztahu k PIS – může být:

  • tvůrce PIS,
  • distributor a dodavatel PIS,
  • integrátor systému podniku.

Uživatel PIS si obvykle (buď sám nebo prostřednictvím specializované firmy) produkt vybírá tak, aby co nejvíce vyhovoval jeho specifickým potřebám a finančním možnostem. Produkt je obvykle schopen parametrizace, takže umožňuje – v maximální možné míře – splnit požadavky na:

  • organizační strukturu podniku,
  • toky dat a informací uvnitř podniku,
  • převody dat ze stávajících systémů,
  • platformu (Unix, Windows NT aj.),
  • databázový systém,
  • jiné (specifické požadavky uživatele).

    Dodávaný PIS je obvykle modulární a podnik si vybírá jednotlivé moduly potřebné pro svoji činnost. Ty jsou pak vzájemně provázány a podniková data jsou do databázového systému ukládána a z něj vybírána příslušnými programy. V současné době jsou PIS koncipovány v architektuře klient/server. Propojení klienta se serverem v rámci podniku zajišťují místní anebo rozprostřené podnikové sítě (LAN/WAN).

    Klienti se prostřednictvím svých počítačů obracejí na databázový server, který jejich požadavky vyřizuje. Složený dotaz klienta může obsahovat požadavky na data, která jsou v databázi uložena díky činnosti několika modulů PIS.

    Obecně může PIS obsahovat skupiny modulů např.:

    • ekonomických,
    • personálních,
    • skladových,
    • plánovacích,
    • výrobních,
    • pro údržbu strojů a zařízení

    a různých dalších.

    Obr. 2.

    Každá z uvedených skupin může zahrnovat jednotlivé, na danou činnost úzce specializované moduly.

    Avšak žádný z  PIS dostupných na našem trhu (zde si však dovolíme poznamenat pravděpodobně, protože nemusíme mít úplný přehled o situaci) nenabízí sledování (monitorování) a řízení technologických zařízení včetně vazby na ostatní moduly PIS. Je to snadno pochopitelné – jestliže má výrobní nebo distribuční podnik komplexy různých technologických zařízení, jsou tyto komplexy velmi pravděpodobně v každém podniku různé – jak ohledně vybavení, tak ohledně členění a funkce – a vyžadují tudíž individuální přístup.

    Má-li být vybudován „modul“ pro řízení a monitorování různých technologických procesů na různých komplexech technologických zařízení, je nutné tento „modul“ budovat vždy jako nový – tedy pro každý podnik a danou technologii zvlášť. Ponechme tomuto „modulu“, plnícímu ve skutečně celopodnikovém informačním systému funkci řídicího systému technologických procesů, již zavedené označení ŘSTP.

    4. Základní funkce ŘSTP

    Nejprve si pro přehled obecně definujme základní úkoly ŘSTP. Jsou jimi:

    • sběr dat z technologických zařízení prostřednictvím čidel, umístěných v určených bodech technologie, a jim nadřazených lokálních automatů, které údaje z čidel předzpracují a jako data je předají nadřízenému pracovišti;
    • vyhodnocení dat vyhodnocovacími systémy nebo (nyní již zřídka) lidskou obsluhou; vyhodnocovací operace mohou vykonávat lokální automaty i jim nadřízená pracoviště;
    • řízení technologických pochodů: po vyhodnocení dat je, je-li to zapotřebí, z řídicího pracoviště vydán povel ke změně stavu řízené technologie; povel je předán z příslušného zařízení (buď automaticky nebo lidskou obsluhou) akčnímu členu, který svým působením stav řízené technologie mění;
    • vizualizace: aktuální stav řízené technologie (i vzdálené) musí obvykle z určeného pracoviště sledovat člověk (operátor); data o stavu rozlehlé technologie mu musí být prezentována srozumitelným způsobem a operátor musí mít možnost podle nich zasahovat do stavu technologie i mimo stanovené algoritmy řízení (viz předchozí odstavec);
    • uchovávání dat: obsluha anebo spolupracující systémy mohou čas od času požadovat informace o historii chodu technologie (časové průběhy, historická data apod.): proto musí ŘSTP (a tím i jeho obsluha) disponovat prostředky pro průběžné ukládání vybraných dat o činnosti technologie a zároveň i prostředky k prezentaci uložených dat;
    • import a export dat, který může (ale nemusí) být součástí ŘSTP – implementace těchto funkcí souvisí s požadavky na činnost ŘSTP.

    Pohlédneme-li do současných českých podniků disponujících technologiemi pro výrobu anebo distribuci rozličných médií, zpravidla v nich uvidíme jeden PIS a několik izolovaných ŘSTP. Tento stav je dán jednak:

    • důvody již zmíněnými,
    • různou dobou vzniku jednotlivých ŘSTP a jejich odlišnou technickou skladbou,
    • malou představivostí managementu ohledně možností a důsledků propojení ŘSTP a PIS,
    • ekonomickými a technickými nároky, které klade propojování ŘSTP a PIS.

    5. Budování ŘSTP ve výrobním podniku

    Při pohledu na problematiku budování ŘSTP z vrcholového vedení výrobního podniku je nutné, aby tento technologický informační systém splňoval tato kritéria:

    • spolehlivost (jde o řízení technologií, kde nespolehlivost může znamenat ohrožení lidských životů či velké materiální ztráty),
    • možnost propojit ŘSTP a PIS,
    • nezávislost na dodavatelské firmě,
    • přístup k řízené technologii prostřednictvím internetu,
    • minimální softwarové vybavení klientských počítačů,
    • možnost úprav vlastními silami,
    • efektivní využití komunikační sítě.

    Příkladem systému, který splňuje uvedená kritéria, je software TIRSWeb. Jeho základní myšlenkou je vytvářet stránky zobrazující stav technologických zařízení standardními prostředky jazyka HTML. Technologie HTML je pro tento účel zcela ideální – je celosvětově přijímána jako standard, poskytuje nedozírné možnosti a je bohatě podporována mnoha nezávislými firmami. Její použití k tvorbě ŘSTP přináší investorům nezávislost na dodavatelské firmě, možnost přistupovat k datům z výroby po internetu (postačuje PC připojené k internetu a vybavené internetovým prohlížečem), možnost systém spravovat, udržovat a měnit vlastními silami a v neposlední řadě maximální otevřenost. Ta je zajištěna důsledným použitím softwarových standardů, které jediné umožňují implementovat dosud neexistující informační vazby mezi ŘSTP a jednotlivými částmi PIS.

    6. Možnosti sledování chodu technologických procesů klienty mimo ŘSTP

    Moderní ŘSTP jsou budovány na bázi nejnovějších informačních technologií, tj. v architektuře klient/server s využitím techniky internetu a databázových systémů.

    Chce-li klient (obvykle v rámci intranetu podniku) přímo získat určité informace o činnosti dané technologie, připojí se po podnikové síti LAN/WAN na server ŘSTP a prostřednictvím stránek HTML získaných ze serveru vygeneruje svůj dotaz pro server. Ten přijme žádost klienta, vyhledá v databázi příslušná data a předá je do klientova počítače. Ten data prezentuje na monitoru či prostřednictvím dalších zařízení.

    Až potud se tato cesta jeví jako jednoduchá a bezproblémová – klientský počítač nemusí být vybaven speciálními programy, není třeba zvláštní školení pro uživatele (Internet Explorer od firmy Microsoft nyní umí obsluhovat naprostá většina počítačově gramotných osob), údržba aplikace se provádí centrálně.

    Problém je v tom, že ŘSTP tímto způsobem sice může klientovi poskytnout podrobný pohled na činnost (popř. i historii činnosti) dané technologie (v míře závislé na oprávnění klienta k přístupu k datům a aplikaci), ale tento klient „nevidí“ (a samozřejmě ani nemůže „vidět“) její činnost v souvislostech s jinými ději v podniku (výroba podniku, údržba strojů, plánování výroby a toky materiálu, energetická náročnost výroby, ekonomické vazby aj.).

    Popsaným jednoduchým způsobem se dosáhne pouze propojení PIS a ŘSTP na úrovni databází obou systémů (nazývejme tuto skutečnost vertikální integrací podnikových dat): ŘSTP má přístup k datům obsaženým v PIS a PIS má přístup k datům obsaženým v ŘSTP (popř. jsou data vyměňována jako kopie, např. proto, aby ŘSTP mohl pracovat i při poruše nebo přerušení činnosti databáze PIS).

    7. Propojení PIS a ŘSTP

    7.1 Základní podmínka integrace ŘSTP a PIS
    Jestliže podnik chce přistoupit k propojení (nebo chcete-li integraci) ŘSTP a (lépe „do“) PIS, a tudíž vybudovat skutečně celistvý podnikový informační systém, musí mít řídicí pracovníci podniku zcela jasnou představu, čeho tím chtějí dosáhnout a jaký efekt od integrace ŘSTP a PIS očekávají. Bez zcela jasné vize nemá vůbec smysl pokoušet se podobnou úlohu realizovat. Pokusme se stručně nastínit, co integrace ŘSTP do PIS může výrobě v podniku přinést.

    7.2 Stávající model řízení diskrétních výrob
    Řízení diskrétní výroby je v současné době založeno na činnosti modulu Plánování výrobních procesů (PVP) v PIS, který obvykle plánuje celou výrobu po jednotlivých výrobních dávkách a výrobních operacích a sleduje výrobně-materiálové toky. Mistr příslušného výrobního střediska – na základě informací získaných z PIS prostřednictvím svého počítače – přiděluje danou výrobní operaci na určité výrobní dávce s nejvyšší prioritou v daný čas s danými pracovními pomůckami (nářadí a přípravky) pracovníkovi daného střediska s danou kvalifikací na požadovaný volný výrobní stroj. Po ukončení práce na této výrobní dávce zkontroluje vykonanou výrobní operaci a potvrdí její ukončení (včetně potvrzení kvality práce a předání dalších informací). Údaje o výrobní operaci zapisuje mistr do databáze PIS (např. druh operace, číslo výrobní dávky, čas zahájení a ukončení operace, kdo operaci provedl a s jakou kvalitou, náklady na operaci atd.). Modul PVP posune (nebo nově naplánuje) výrobní dávku na další operaci a PIS má informace o výrobě.

    Nastíněný model řízení diskrétní výroby již funguje i v našich podnicích. Klienti, přistupující k databázi PIS, v něm mohou prostřednictvím programových modulů PIS získat informace o průběhu výroby i o dalších skutečnostech (výrobní náklady na dávku a výrobek, mzdové náklady na výrobek, doba potřebná na výrobu, počet hodin provozu daného stroje, použití a opotřebovanost přípravků apod.).

    7.3 Řešení pro spojité výrobní procesy
    Model popsaný v předchozí kapitole lze jistě aplikovat také na spojité výrobní procesy uskutečňované např. na výrobních linkách, a to přestože není realizována vazba mezi PIS a stávajícím ŘSTP. Výsledkem je však minimum informací o vlastní výrobě a o stavu výrobních prostředků. Propojené systémy by dokázaly mnohem více. Zkusme takový model popsat.

    Fungovat může např. tak, že PIS (resp. jeho modul PVP) vydá v požadovaném čase povel k zahájení výrobní operace na daném výrobním zařízení. ŘSTP tento povel převezme, zkontroluje a nastaví výrobní zařízení pro danou operaci (zvolí patřičné programy a nastaví parametry řídicích stanic – programovatelných automatů – a žádané hodnoty technologických proměnných: tlaků, teplot, rychlostí atp., zkontroluje připravenost materiálů, pomocných zařízení a soustav atd.) a po kontrole nastavení spustí na daném výrobním zařízení výrobu. Průběžně kontroluje stav výrobního zařízení i jeho pomocných soustav a posléze ohlásí ukončení, popř. přerušení výroby (požadovaná operace byla ukončena, popř. přijde z PIS povel zahájit jinou výrobu nebo  se porouchalo výrobní zařízení).

    ŘSTP sleduje ve spřaženém režimu (on-line) velké množství údajů nejen o vznikajícím výrobku, ale také o příslušném výrobním zařízení a zařízeních s ním spolupracujících. Je proto schopen předat do PIS mnohem více informací o výrobku, výrobních procesech a výrobních zařízeních než mistr z výroby.

    Uvažme případ, kdy ŘSTP sleduje a řídí samotné výrobní zařízení i pomocné a obslužné soustavy (odběr energií, dodávku materiálů pro výrobu, klimatizaci, vytápění, osvětlení atd.). Takový ŘSTP může do PIS předat veškeré potřebné informace, které klienti PIS potřebují sledovat, tj. např.:

    • spotřebu materiálu na daném výrobním zařízení,
    • ukazatele kvality výroby (průkaz dodržení předepsaného technologického postupu),
    • provozní hodiny a případné poruchy všech zařízení,
    • celkovou energetickou náročnost daného úseku výroby aj.

    Velkou překážku na cestě k popsanému ideálnímu stavu, znázorněnému schematicky na obr. 2, představuje skutečnost, že sledování a řízení všech potřebných technologických zařízení nelze realizovat bez pořízení značně nákladného ŘSTP (s velkým množstvím čidel a akčních členů, programovatelných automatů, řídicích stanic, dispečerského vybavení, nákladnou instalací prostředků a programů, které ŘSTP vyžaduje, včetně prostředků pro propojení ŘSTP a PIS).

    V domácích poměrech (zejména finančních) se naznačený ideál jeví jako poněkud předimenzovaný. Je to však dáno především poměrem ceny práce pracovníků v podnicích a nákladů na pořízení ŘSTP tohoto stupně. S ohledem na rychle rostoucí cenu práce a ceny energií na straně jedné a (zatím) setrvalou cenu technických zařízení na straně druhé je jasné, že vývoj se bude ubírat směrem k úsporám nákladů na živou lidskou práci.

    8. Příklad realizované integrace

    Vyspělá Evropa se ve stavu popsaném v kap. 7.2 nachází již nyní. Jako nám známý příklad uveďme integraci ŘSTP a PIS ve firmě APS Buchen v Německu, realizovanou před pěti lety. V továrně na výrobu plastů byl instalován ŘSTP na bázi systému TIRS použitého ke sledování a řízení osmi výrobních linek.

    PIS uvedeného podniku je přes dispečerskou počítačovou stanici s aplikací systému TIRS propojen až s těmito výrobními linkami. Zabezpečuje svými prostředky příjem a rozvrhování zakázek. Po naplánování výroby zadává aplikaci systému TIRS povel k zahájení výroby na určené výrobní lince s ohledem na dobu realizace zakázky i finanční výtěžnost (podle hesla Jestliže dřívější splnění zakázky přinese větší zisk, má zakázka přednost, tj. s možností přerušit právě realizovanou zakázku).

    PIS tedy vydá příkaz pro určenou výrobní linku, která má vyrábět příslušný výrobek.

    Aplikace systému TIRS poté:

    • zkontroluje připravenost a provozuschopnost technologického zařízení;
    • zabezpečí si prostřednictvím podpůrných sledovaných a řízených zařízení a systémů materiál, tj. jeho dopravu na místo (nasypávání a navážení potřebného materiálu různých druhů);
    • nastaví příslušné parametry jednotlivých automatů řídících výrobní procesy na technologické lince;
    • nastaví parametry pro řízení podpůrných technologií (odvětrávání apod.)

    a následně požádá velín o kontrolu připravenosti a spuštění vlastní výroby. Během výroby průběžně informuje PIS o spotřebě vstupních materiálů a energií a o aktuálním množství výstupního výrobku. Po ukončení výroby nahlásí ŘSTP automaticky PIS veškerá data, vztahující se k:

    • výstupní kontrole kvality výrobku,
    • celkové spotřebě energií a času na realizaci výrobní dávky,
    • době chodu jednotlivých zařízení výrobní linky (systém údržby),
    • případným poruchám výrobní linky.

    Stávající řešení je poplatné možnostem informačních technologií v době projektování a realizace jak na straně ŘSTP, tak na straně PIS – nynější řešení by bylo elegantnější a rozsáhlejší. Uživatel je nicméně s daným řešením spokojen; podle informací od našeho německého partnera se mělo v dohledné době přistoupit k modernizaci a rozšíření této aplikace.

    9. Závěr

    Příspěvek v žádném případě není návodem k propojení PIS s ŘSTP v podniku „za každou cenu“. Spíše jsme chtěli touto formou stručně poukázat na možné použití informačních technologií v (zatím) nezmapovaných oblastech našich výrobních podniků.