Комплексы автоматизированного управления

В общем случае автоматизированная система управления (АСУ) – это комплекс аппаратных и программных средств, предназначенный для управления различными процессами в рамках технологического процесса, производства, предприятия. Термин «автоматизированная» подчеркивает сохранение за человеком-оператором некоторых функций, либо целеполагающего характера, либо не поддающихся автоматизации. По характеру решаемых задач можно выделить: АСУП, АСУ производством и АСУ ТП.

АСУП – автоматизированная система управления предприятием, в составе которой применяются системы планирования материальных потребностей (MRP) и ресурсов (ERP) предприятий. АСУП включает в себя подсистемы управления: складами, поставками, персоналом, финансами, конструкторской и технологической подготовкой производства, номенклатурой производства, оборудованием, оперативного планирования потребностей производства.

В состав АСУ производством включаются производственные исполнительные системы (MES), обеспечивающие краткосрочное планирование.

АСУ ТП – автоматизированная система управления технологическим процессом, решает задачи оперативного управления и контроля техническими объектами. Для ее реализации используются системы диспетчерского управления (SCADA) и распределенные системы (DCS).

Существует множество классов систем автоматизации, имеющих свои обозначения и наименования. Рассмотрим классы систем, часто упоминаемые в современных публикациях.

MRP (Material Requirement Planning) – планирование материальных потребностей. Компьютерная методология, используемая в управлении производством, для планирования производства и запасов.

MRP II (Manufacturing Resource Planning) – планирование производственных ресурсов.

SCM (Supply Chain Management) – управление цепочками поставок. SCM фокусируется на поставках конечному пользователю продукции или услуг с самой высокой возможной потребительской ценностью при самой низкой возможной себестоимости и за самое короткое на рынке время. Выделяют шесть основных областей, на которых сосредоточено управление цепочками поставок: производств, поставки, месторасположение, запасы, транспортировка, и информация. Разработана эталонная модель процесса управления цепочками поставок SCOR (Supply Chain Operations Reference). В основу SCOR положены четыре процесса: планирование (Plan), снабжение (Source), изготовление (Make) и распределение (Delivery). Информационные системы, применяемые для управления цепочками поставок, часто входят в составе комплексных ERP-систем. В последнее время во всем мире наблюдается бум внедрения систем управления цепочками поставок.

ERP (Enterprise Resource Planning System) – система планирования ресурсов предприятия (корпоративная информационная система), предназначенная для автоматизации учёта и управления. Как правило, ERP-системы строятся по модульному принципу и в той или иной степени охватывают все ключевые процессы деятельности компании.

Исторически концепция ERP стала развитием более простых концепций MRP и MRP II. В основе ERP-систем лежит принцип создания единого хранилища данных, содержащего всю корпоративную бизнес-информацию и обеспечивающего одновременный доступ к ней любого необходимого количества сотрудников предприятия, наделённых соответствующими полномочиями. Основные функции ERP систем: ведение конструкторских и технологических спецификаций, определяющих состав производимых изделий, а также материальные ресурсы и операции, необходимые для их изготовления; формирование планов продаж и производства; планирование потребностей в материалах и комплектующих, сроков и объёмов поставок для выполнения плана производства продукции; управление запасами и закупками. EPR обеспечивает также планирование производственных мощностей, оперативное управление финансами, управления проектами, включая планирование этапов и ресурсов.

Классические ERP-системы требуют достаточно длительной настройки его компонентов и серьезного обучения персонала. Примером EPR могут служить системы: SAP R/3 (применяется в ОАО «РЖД»), Oracle eBusiness Suite, 1С: Предприятие.

MES (Manufacturing Execution System) – производственная исполнительная система. Системы такого класса решают задачи синхронизации, координируют, анализируют и оптимизируют выпуск продукции в рамках какого-либо производства. Одно из главных отличий MES систем от ERP — это управление производственными процессами в реальном времени, т.е. осуществление непрерывного контроля состояния производственного процесса. Цель MES-системы – не только выполнить заданный объем с указанными сроками выполнения тех или иных заказов, но выполнить как можно лучше с точки зрения экономических показателей подразделения.

SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) – система диспетчерского управления. Термин SCADA часто используется в более узком смысле: программный пакет визуализации технологического процесса. Системы типа SCADA строятся по серверной архитектуре. Выделенный узел осуществляет сбор информации от контроллеров, ее обработку и передачу им управляющих значений.

DCS (Distributed Control System) – распределенная контролирующая система, наиболее комплексный класс АСУ ТП. Применяются для управления непрерывными технологическими процессами. Основное требование к данным АСУ – отказоустойчивость. Высокая отказоустойчивость достигается путем резервирования аппаратных и программных компонентов системы, внедрения развитых средств диагностики, а также за счет непрерывного контроля со стороны человека. Подобные системы могут охватывать множество территориально распределенных объектов.

В качестве альтернативы SCADA- и DCS-системам применяются также системы, построенные на основе программируемых логических контроллерах PLC (Programmable Logic Controller). Для систем PLC характерно то, что они не требуют непрерывного контроля со стороны диспетчера (в отличие от SCADA и DCS). Структура системы PLC строится на контроллерах, объединенных в сеть с помощью цифровой шины. Обмениваясь по шине данными, контроллеры могут взаимодействовать друг с другом. При необходимости к системе также можно подключить пульт локального управления. Как правило, у контроллеров есть электрические входа/выхода для подключения к ним полевых датчиков, сенсоров, различных приводов, устройств оповещения и сигнализации. Обычно от контроллеров требуется быстрая реакция на дискретные события.

Исторически менялись взгляды на то, что является центральным звеном управления. Вначале считалось, что это MES-системы, далее акцент сместился в область ERP-решений, а в последнее время основное внимание уделяется системам управления цепочками поставок SCM.

Системы автоматизированного управления принято отображать в виде пирамиды, состоящей из слоев. Критериями выделения слоев обычно выбираются два показателя: дискретность оси времени, в единицах которой функционируют информационные системы, а также объемы данных, обрабатываемых на каждом слое. В общем виде можно сказать, что системы верхнего уровня оперируют агрегированными данными на относительно больших временных промежутках, а нижнего – имеют дело с большим потоком данных реального времени. Пример изображения такой пирамиды приведен на рис. 1.

Рис.1. Пирамида комплекса автоматизации производства

В вершине ERP, планирование ресурсов предприятия. Представляет собой АСУ, ориентированную на предприятие в целом (АСУП). Следующий слой MES. К системам MES принято относить приложения, отвечающие за управление производственными и людскими ресурсами в рамках технологического процесса и обеспечивающим связь систем ERP и SCADA/DCS. Следующий слой SCADA -система, диспетчерское управление и сбор данных. В основании пирамиды аппаратура, непосредственно обслуживающая технологический процесс, представляющая собой, программируемые логические контроллеры, микрокомпьютеры.