Aktuální vydání

celé číslo

08

2019

MSV 2019 v Brně

celé číslo

Wonderware InTrack

Automa 7/2000

Ing. Vladimír Světlík,
Pantek (CS) s. r. o.

Wonderware InTrack Software pro řízení a detailní sledování výroby

InTrack je otevřený, snadno rozšířitelný a cenově efektivní softwarový systém pracující ve Windows NT, který je určen pro detailní sledování a ovládání rozpracované výroby od příjmu surovin, přes vstup výrobků do výrobního procesu až po konečné produkty a expedici, včetně podrobného záznamu výrobní historie jednotlivých výrobků nebo výrobních šarží. Tvoří důležitý článek v toku informací ve výrobním podniku v horizontálním i vertikálním směru. Je vhodný zejména pro diskrétní (kusové) výrobní procesy, jako je např. výroba součástek (ventily), složených komponentů (motory) i celých výrobků (auta).

1. Úvod
Softwarové produkty pro průmyslovou automatizaci společnosti Wonderware Corporation (Irvine, CA, USA) jsou na stránkách časopisu AUTOMA české odborné veřejnosti průběžně představovány již od roku 1994. To platí i pro nejnovější verzi rodiny FactorySuite™ 2000 (7.1), kterou firma Wonderware uvedla na celosvětový trh koncem roku 1999 [1].

Wonderware FactorySuite 2000 tvoří ucelený integrovaný výrobní informační systém nové generace, označovaný jako MMI (Manufacturing and Management Information). Jedním z produktů zahrnutých ve FactorySuite 2000 je i systém pro řízení a detailní sledování výroby – Wonderware InTrack™, kterému je věnován tento příspěvek.

Obr. 1.

Nejprve bude obecně shrnuto, proč výrobní podniky vlastně potřebují informační systém tohoto typu. Poté bude představen vlastní produkt InTrack, včetně nejdůležitějších novinek poslední verze. V závěrečné části příspěvku budou ukázány přínosy z konkrétních aplikací tohoto systému.

2. Důležitost informací ve výrobním podniku

2.1 Princip fungování výrobního podniku
Výrobní podniky neexistují proto, aby vyráběly příslušné výrobky, ale jejich hlavním cílem je vytvářet pro majitele finanční zisk. Nejsem ekonom, ale pokusím se logickým úsudkem odvodit, jaké cesty vedou k vytvoření zisku u výrobního podniku.

Aby podnik vykázal zisk, musí mít výrobní náklady nižší než tržby. Toho lze dosáhnout buď vyšší prodejní cenou, nebo snížením nákladů. V současném konkurenčním prostředí však nelze cenu výrobku stanovovat libovolně. Podniky jsou naopak neustále tlačeny ke snížení ceny nebo zvýšení užitné hodnoty výrobku při dodržení vysoké kvality. Ke zvýšení zisku tedy vede pouze cesta snižováním nákladů.

Mzdové náklady zpravidla neustále vzrůstají a s poklesem cen vstupních komponent rovněž nelze příliš počítat. Při nekompromisních požadavcích na kvalitu vyráběné produkce je možné dosáhnout snížení nákladů pouze zefektivněním všech činností v celém podniku, které povede ke zvýšení výrobní produktivity.

2.2 Zefektivnění činností ve výrobním podniku
Kromě vlastních výrobních operací vykonávaných na strojích a výrobních linkách jsou k zajištění výroby potřebné různé administrativní činnosti (mzdy, fakturace, objednávky a prodej aj.) a podpůrné činnosti (příjem a správa surovin, správa a údržba výrobních zařízení, expedice výrobků aj.). Efektivnost podniku lze zvýšit i zefektivněním těchto činností, které s výrobou přímo nesouvisejí.

Uvědomíme-li si provázanost všech činností v podniku, vyplývá z toho, že efektivnost jednoho oddělení je svázána s jinými částmi podniku a je závislá na celkové organizaci a fungování firmy. To znamená, že proces optimalizace a zefektivnění se musí týkat celého podniku. Je samozřejmé, že tento proces je živý a stále se vyvíjí. Je však nutné stanovit priority a postupy vedoucí ke konkrétnímu cíli.

Zefektivnit práci (výrobní, administrativní i podpůrnou) znamená odstranit zbytečné úkony (činnosti netvořící hodnoty) a odstranit ztrátové doby (prostoje).

Uveďme si to na příkladu. Je neefektivní, aby si kvalifikovaný pracovník sám chodil do skladu pro materiál a nástroje potřebné pro výrobu. Stejně tak je neefektivní, aby např. ekonom firmy chodil po závodě a zjišťoval skutečné výrobní náklady. Z tohoto příkladu jsou patrné některé požadavky pro vyšší efektivitu: specializace a odbornost v dané problematice, zautomatizování úkonů, včasná a správná informovanost vedoucích pracovníků, plynulost výroby atd.

Obr. 2.

2.3 Růst významu informačních technologií
V současné době se k dosažení zmíněných požadavků používá výpočetní a řídicí technika. Postupně tak vzrůstá důležitost informačních „nehmotných“ toků ve srovnání s toky materiálovými. Firma Microsoft přirovnává podnik k nervové soustavě, čímž je zdůrazněna vzájemná závislost jednotlivých částí podniku a potřeba plynulé a včasné výměny informací.

Nové technologie a nižší pořizovací náklady umožňují do firem rychleji zavést výpočetní techniku. Nyní není problém mít v kanceláři osobní počítač s různými aplikacemi.

I přímo ve výrobním prostředí se stále více uplatňují prvky automatizace a řízení technologie a strojů. Automatizace výroby zvyšuje efektivitu a dodržování kvality výroby, zajišťuje bezpečnost lidí i strojů a přispívá k humanizaci výrobního prostředí.

V některých podnicích jsou sice zautomatizovány velké části výroby, ale střední management podniku nadále nemá potřebné aktuální informace z výroby a zaměstnanci ve výrobě neznají požadavky na výrobu. Často se mění denní plán výroby ne z důvodu požadavku zákazníka, ale pro špatné podklady při tvorbě plánu. Zautomatizování výroby a zavedení počítačů do podniku tedy nemusí ještě vést k efektivnímu podniku.

Ve světě už existuje mnoho podniků, které mají tzv. poloautomatickou výrobu a jsou vysoce efektivní, protože u nich funguje tok informací nejen ve směru horizontálním (např. mezi výrobními operátory), ale i vertikálním (mezi operátory a údržbou, oddělením kvality, výrobním technologem, zásobováním, expedicí, obchodním oddělením atd.). Jinak řečeno, je velmi důležité dodat správné informace na správné místo a v pravý čas. To znamená zavést systém, který umožní vyměňovat v reálném čase informace mezi jednotlivými výrobními úseky, finančním oddělením, obchodním oddělením, pomocnými provozy a dalšími částmi podniku (obr. 1).

3. Wonderware InTrack

Obr. 3.

3.1 Pozice produktu
Softwarový systém Wonderware InTrack [2] tvoří jádro výrobního informačního systému, který propojuje výrobní svět, administrativní svět i pomocné provozy (laboratoř, údržbu, skladové hospodářství aj.). Systémy tohoto typu se v anglické terminologii označují zkratkou MES (Manufacturing Execution Systems) [3].

InTrack slouží k definování a správě materiálů, materiálových toků, spotřeby surovin, sledu výrobních operací, správných výrobních postupů, aktuálních pracovních instrukcí pro obsluhu a údržbu, pro přidělování potřebných strojů a jejich údržbu a pro přiřazení příslušných oprávnění jednotlivým zaměstnancům.

Informace o skutečném průběhu výroby a výrobních událostech se průběžně ukládají do databáze pro jejich další analýzy a zpracování (optimalizace výroby, reklamace, dokladovatelnost správných výrobních postupů zákazníkům, spotřebované materiály, vykonané operace, časová náročnost výroby, uskutečněná údržba, opravy a odstávky strojů atd.).

InTrack je postaven na výkonné, otevřené a technologicky vyspělé aplikační architektuře klient/server, která je optimalizována pro Windows NT. Tato architektura umožňuje systém jednoduše rozšířit a přizpůsobit požadavkům uživatele bez složitého programování.

3.2 Hlavní funkce

Hlavní funkce systému jsou:

  • sledovat aktuální rozpracovanost výroby a stav zásob v reálném čase,
  • zaznamenávat skutečný průběh výroby a použité materiály až na úroveň každého výrobku,
  • sbírat procesní a kvalitativní údaje charakteristické pro vyráběný produkt nebo použitá výrobní zařízení,
  • sledovat a zaznamenávat používání a odstávky výrobních zařízení,
  • sledovat pravidelně cykly údržby strojů,
  • definovat a uplatňovat správné výrobní postupy (GMP),
  • zajistit statistické řízení a sledování kvality výroby v režimu on-line i off-line,
  • zobrazovat pracovní instrukce pro výrobu nebo pro údržbu výrobních zařízení,
  • zajistit integrované supervizní řízení, vizualizaci technologie a sběr dat z řídicích systémů,
  • řídit zadávání objednávek do výroby a sled jejich vykonávání,
  • zabezpečit okamžitou dostupnost podrobných výrobních hlášení (reportů) a dat z výroby.

Obr. 4.

3.3 Struktura systému
InTrack Server obsahuje editor InTrack ModelMaker, jehož grafické prostředí umožňuje snadno vytvořit úplný výrobní model příslušného výrobního procesu (materiály, operace, výrobní cesty, stroje atd.), a to bez nutnosti pracného programování databází, pouze postupem tzv. ukaž a klikni. InTrack ModelMaker sám vytvoří strukturu databáze (tabulky a odkazy mezi nimi).

InTrack pracuje s průmyslovým standardem relačních databází, jako jsou Oracle a Microsoft SQL Server. Tyto databázové systémy typu RDBMS fungují jako datové sklady, které uchovávají jak vytvořený výrobní model, tak i záznamy skutečné historie výroby.

InTrack zaznamenává do databáze všechny výrobní události, které vznikají činností operátorů, výrobních zařízení a vnějších systémů. Tyto výrobní události mohou být zachycovány manuálně (zadáním údajů z klávesnice) nebo automaticky (čárové kódy, data z registrů řídicích automatů PLC) a přesně dokumentují, co bylo ve výrobním procesu skutečně uskutečněno („kdo, kdy, kde, co, jak, popř. za kolik“).

K tvorbě grafického uživatelského rozhraní klientských aplikací se používá osvědčené a výkonné prostředí populárního vizualizačního systému Wonderware InTouch. Obrazovky aplikace mohou být rychle nakonfigurovány pomocí sady objektů InTrack ActiveX, které jsou součástí systému. Tento přístup dovoluje, aby údaje „výrobní a transakční“ (InTrack) i „procesní“ (InTouch) byly poskytovány operátorovi, supervizorovi nebo vedoucímu pracovníkovi v jednom okně aplikace (obr. 2).

Pro vývoj klientských aplikací lze použít i Microsoft Visual Basic s využitím OLE transakčního jádra systému InTrack a objektů ActiveX.

Připojení na nejvíce používané řídicí systémy a zařízení pro snímání procesních a výrobních dat je zajištěno prostřednictvím více než 600 I/O serverů.

Výkonné transakční jádro systému InTrack je snadno přístupné přes rozhraní COM firmy Microsoft, čímž se nejen usnadňuje vývoj aplikace, ale i případná integrace s dalšími softwarovými aplikacemi používanými v podniku (informační systémy kategorie ERP, plánovací systémy, systémy preventivní údržby atd.).

Použití standardních otevřených databází (MS SQL Server, Oracle) pro ukládání výrobní historie umožňuje snadno přistupovat k požadovaným datům z mnoha klientských aplikací různých úrovní od operátorů, přes údržbu a výrobní technology až po nejvyšší podnikový management (obr. 3 až obr. 6), a to i z prostředí internetu (obr. 7).

Těsná integrace systému InTrack s ostatními produkty z FactorySuite (InTouch, InBatch, IndustrialSQL Server, SPCPro) poskytuje možnost vytvořit komplexní výrobní informační systém, který řeší široké potřeby výrobního prostředí pro řízení procesů, sběr dat a jejich vyhodnocení, zpracování a analýzu.

4. Vybrané nové vlastnosti verze InTrack 7.1

4.1 Hlavní filozofiePři uvedení nové verze byl kladen důraz na další zvýšení uživatelské přívětivosti, zkrácení doby vývoje aplikací, rozšíření přizpůsobitelnosti specifickým požadavkům uživatelů s různorodými výrobními prostředími a na propojení s ostatními systémy v podniku (řídicí systémy, ERP, plánování výroby, laboratoř aj.) pomocí standardních komunikačních a databázových prostředků.
Firma Wonderware tak v praxi naplňuje svoji vizi úplné vertikální integrace podnikových dat od senzorů ve výrobě až po administrativní informační podnikové systémy pro úplné pokrytí dodavatelsko-odběratelského řetězce.

Obr. 5.

4.2 Snadnější vytváření modelu výroby
InTrack 7.1 umožňuje otevřenější a flexibilnější modelování výroby. U editoru InTrack ModelMaker byla modernizována jeho vizuální i funkční část.

Vzhled nástrojových lišt a ikon byl upraven do stejné podoby jako v aplikacích Microsoft Office. Práce se všemi objekty v InTrack ModelMakeru byla zpřehledněna přepracováním původního prohlížeče struktury modelu výroby, který má nyní stejný design jako průzkumník v MS Windows s hierarchickým členěním a ikonami specifických objektových tříd.

Rozhraní OLE bylo doplněno o další objekty a jejich vlastnosti, které byly dříve dostupné pouze přes rozhraní C API. To dovoluje vytvořit vlastní rozhraní pro tvorbu a definování struktury modelu výroby (materiály, operace, cesty, receptury, stroje aj.) z jakéhokoliv klienta pracujícího s technologií OLE (např. Microsoft Visual Basic aj.) a snadno vytvořit rozhraní na externí systémy.

4.3 Definování parametrů výroby
InTrack má nový objekt SetPoint Template pro definování žádaných parametrů procesních veličin (teplota, tlak, rychlost aj.) s možností nastavit toleranční meze pro číselné typy integer a real.

Tento objekt doplňuje definici spotřeby surovin a napomáhá vytvořit kompletní receptury pro nastavení parametrů přímého řízení a vytváří těsnější vazbu s výrobním procesem. Tím je umožněno definovat všechny parametry výrobního procesu v jedné centrální databázi a zjednodušuje se správa a údržba celého systému.

4.4 Snadnější rozšíření struktury databáze
Pro rychlejší a snazší tvorbu aplikace byla přidána možnost vytvářet a měnit strukturu vlastních uživatelských tabulek v databázi InTrack. K tomu lze využít buď přímo prostředí grafického editoru InTrack ModelMaker nebo rozhraní OLE – bez nutnosti zasahovat přímo do relační databáze.

Takto upravené tabulky rozšiřují možnosti předem definované struktury databáze InTrack pro poskytnutí požadovaného souboru atributů.

Uživatel má také možnost definovat pro tyto tabulky ukazatele. Definice indexů umožňuje ladit výkonnost tabulek pro vkládání, získávání a dotazování dat.

4.5 Tvorba hierarchie
Uživatel může definovat klasifikace, které dovolují vytvářet hierarchické propojení mezi objekty uvnitř databáze. Tyto klasifikace podporují dědičné propojení mezi různými objekty uvnitř modelu InTrack. Objekty v klasifikaci mohou být heterogenní, tzn. že nejsou limitovány na jednu objektovou třídu, a podporují více než jednu hierarchii.

Této možnosti lze např. využít pro přehlednější strukturovaný návrh v rámci modelu výroby, např. při definici skladů, strojů, oblastí výroby, vztahu mezi hlavními a podřízenými výrobními cestami, začlenění výrobků či materiálů do skupin aj.

4.6 Podpora nových verzí databází
InTrack 7.1 podporuje nové verze databází MS SQL Server 7.0 a Oracle 8. Lze však použít i starší verze MS SQL Server 6.5 a Oracle 7.3.

Využití rozhraní OLE DB firmy Microsoft umožňuje jednodušší a rychlejší integraci s výkonnou databází technologických (procesních) dat IndustrialSQL Server [4, 5] i s dalšími systémy.

5. Příklad použití – Conner Peripherals

Obr. 6.

5.1 Výchozí stav
Firma Conner (nyní součást koncernu Seagate) je významný výrobce pevných disků. V jeho závodech se vyrábějí milióny disků měsíčně. Firma Conner potřebovala zajistit vysokou kvalitu a výtěžnost výroby, maximálně využít kapacitu strojů a detailně sledovat rodokmen výroby každého disku.

5.2 Proč byl vybrán InTrack?
InTrack nahradil stávající systém pro řízení výroby běžící na IBM AS/400. Díky své otevřenosti a pružnosti zajistil bezproblémovou integraci s manažerskými systémy. Propojení s řídicím systémem robotů umožnilo automatický sběr dat z výroby. InTrack je snadno použitelný systém, a proto aplikaci mohl realizovat stávající systémový integrátor. Bezproblémová integrace s vizualizačním systémem InTouch umožnila snadno vytvořit rozhraní pro operátory a spojit procesní informace (teplota, tlak, chod strojů) s dalšími výrobními informacemi o právě zpracovávané zakázce.

5.3 Hlavní přínosy

  • Detailní sledování výroby pevných disků vytváří podrobný rodokmen o skutečném průběhu výroby každého disku.
  • Otevřený datový sklad umožňuje snadno vytvářet reporty i poskytovat data jiným aplikacím. Automatický sběr dat eliminuje chyby při vstupech údajů.
  • Využití statistického řízení kvality v reálném čase redukuje výskyt vad ve výrobě.
  • Optimalizace a průběžná změna výrobní dávky umožňují využít kapacitu výrobních zařízení.

6. Příklad použití – Johnson Matthey Electronics

6.1 Úvod
Firma Johnson Matthey Electronics je celosvětový dodavatel vysoce čistých materiálů pro integrované obvody, infračervené detektory a další elektronická zařízení.

6.2 Proč byl vybrán InTrack?
InTrack má otevřenou architekturu klient/server. To znamená, že výrobní model a data z výroby jsou uloženy v relační databázi, která je přístupná z jakéhokoliv místa na síti. Systém lze snadno rozšiřovat, rychle uvést do provozu a snadno jej integrovat s ostatními používanými produkty Windows.

6.3 Hlavní přínosy

  • Díky identifikaci úzkých hrdel výroby mohla být optimalizována výroba blížící se kontinuální výrobě.
  • Zkrátila se doba výrobního cyklu.
  • Byly omezeny chyby ve výrobě.
  • Identifikace příčin způsobujících nekvalitu nebo nesourodost v kvalitě výroby přispěla ke zvýšení kvality, výtěžnosti a celkové výkonnosti výroby.
  • Lze rychle reagovat na změnu výroby podle přání zákazníka.
  • Systém poskytuje okamžité informace o stavech a množství materiálů na skladě surovin, hotových výrobků a o rozpracované výrobě.
  • Je možné plnit dodávky na čas (JIT, just in time).

Obr. 7.

7. Typické přínosy použití systému InTrack

7.1 Typický uživatel
InTrack je především vhodný pro výrobce, kteří vyžadují vysokou a neměnnou kvalitu velkého množství vyráběných výrobků, potřebují detailně zaznamenávat skutečnou výrobní historii, minimalizovat zásoby a rychle zavádět nové nebo modifikované výrobky na trh.

InTrack je používán např. při montáži automobilů nebo jejich komponentů, při výrobě elektroniky, zdravotnických zařízení, nápojů a potravin, oceli, kabelů, speciálních materiálů a v dalších oblastech průmyslu. Celosvětově již bylo prodáno více než tři tisíce licencí.

7.2 Shrnutí typických přínosů z dosavadních aplikací

Typické přínosy použití systému InTrack jsou:

  • 40% až 60% zkrácení doby implementace (týdny až měsíce místo měsíců až roků),
  • odhadnuté snížení celkových nákladů na vlastnictví (TCO) o 50 % (vývoj aplikace, uvedení do provozu, správa a rozšiřování),
  • zlepšení kvality a zvýšení efektivity výroby vlivem průběžných analýz skutečné výrobní historie a následného vylepšování výrobních procesů,
  • snížení rozpracované výroby a zásob díky zviditelnění a větší přesnosti potřebných výrobních údajů (identifikace úzkých hrdel),
  • zvýšení úrovně plánování založené na přesnějších a včasných informacích z výroby,
  • kladná odezva operátorů na přátelské uživatelské rozhraní, menší nároky na školení,
  • snadná integrace s ostatními podnikovými informačními systémy,
  • poskytování dat z výroby po celém podniku pro další analýzy a zpracování,
  • snížení nákladů na vytváření podrobných záznamů skutečné výrobní historie (výrobní reporty, rodokmen výrobků), potřebných mj. i pro splnění legislativních požadavků (výroba léků, potravin, ochrana životního prostředí apod.).

8. Závěr
Systém Wonderware InTrack poskytuje řešení, které, zjednodušeně řečeno, pomůže ve výrobním podniku udělat pořádek v detailním sledování a správě výrobních procesů a přispěje k bezproblémovému obousměrnému toku potřebných dat po celém podniku, tj. od přímé výroby až po informační systémy kategorie MRP/ERP.

Výsledkem je znatelné zvýšení efektivity výroby a významné snížení výrobních nákladů. Průběžné optimalizace tak vedou k hlavnímu cíli výrobních podniků – zvýšení ziskovosti podniku jako celku.

Literatura:

[1] ČERVENKA, Z.: Současné trendy v průmyslovém automatizačním softwaru pro průmyslovou automatizaci. AUTOMA, 6, 2000, č. 3, s. 46-51.

[2] SVĚTLÍK, V.: Wonderware InTrack – software MES nové generace. AUTOMA, 5, 1999, č. 9-10. s. 49-53.

[3] ČERVENKA, Z.: InTouch 6.0 & Wonderware FactorySuite. AUTOMA, 3, 1997, č. 3-4, s. 34-36.

[4] NIKL, J.: Wonderware IndustrialSQL Server – příklady aplikací v ČR. AUTOMA, 6, 2000, č. 6, s. 2-7.

[5] TAUCHMAN, M.: Wonderware InBatch – software pro flexibilní řízení dávkových procesů. AUTOMA, 6, 2000, č. 4, s. 37-41.

[6] WONDERWARE CORPORATION: Wonderware InTrack – Product Data Sheet.

[7] SOWELL, T.: Making a Trully Effective Manufacturing Information System. Dokument firmy Wonderware Corporation.

[8] http://www.wonderware.com

[9] http://www.pantek.cz