Что такое пки и дсе
Цифровизация производства в РФ. Не отрываясь от реальности…
Питеркин Сергей, Райтстеп. 2020г
Тезисы
1. 4я промышленная революция (Industry 4.0, цифровизация) подразумевает полную интеграцию:
традиционных информационных потоков планирования и управления производства, поставок
и средств исполнения: люди, машины и механизмы, оборудование…
2. При этом кибер-физические системы Industry 4.0 (далее – I4.0) основываются на фундаменте базовых процессов: проектирования (изделий), планирования/управления производством и поставками, уже используемых сейчас предприятиями (Industry 3.0 – I3.0.).
4. Таким образом, цифровизация традиционных российских предприятий должна обязательно и первостепенно включать построение фундамента (I3.0), с цифровизацией (внедрением элементов I3.5 и I4.0) только там, где необходимо и оправдано (в узких местах процесса создания продукции для потребителя). Так, как это делали западные, а теперь уже и восточные, более эффективные производства. В любом другом случае все это будет выглядеть (и выглядит, судя по регулярно рапортуемым «успехам» наших «цифровизирующихся» заводов. Причем, как правило, не на деньги частных собственников) как попытка. взобраться на 4й этаж со 2го по приставной лестнице, у которой нет перекладин вначале.
Ниже представлена концепция цифровизации (читай – повышения эффективности через цифровизацию) для производств, только осваивающих I3.0 и представляющих подавляющее большинство нашей промышленности.
Подробно рассматривается только область планирования и управления производством. Процессы разработки – не рассматриваются, процессы управления цепочками поставок – кратко.
Исходное состояние и задачи
Для перехода необходимо решение следующих задач:
1) сокращение непроизводительных трудозатрат на процессы управления. Таких, как (пример):
затраты (время, человеко-часы работы) на ручное формирование/корректировка технологических составов изделий (ТСИ),
затраты на ручное (полуручное) планирование, и постоянные исправления ошибок/корректировки ручных планов,
затраты на ручной и/или неточный, неоперативный учет запасов, выполняемых и выполненных работ/поставок,
«управление» производством и заказами через планерки, совещания, селекторы, «силой мозга» одного «эксперта» и пр.
2) синхронизация планов и исполнения всей производственно-логистической цепочки. С постановкой правильных процессов и их автоматизацией. С «разрушением стен» между подразделениями и переделами цепочки поставки. «Стен», которые тормозят и искажают информационные и материальные потоки, проходящие сквозь предприятие.
Что и как улучшаем
Разработка продукции – переход на электронный состав
Кратко, это – переход к формализованным и автоматизированным процессам ведения электронного состава изделий. Для целей не только и не столько конструкторов и технологов, сколько для использования его (эл.состава) в системе планирования.
Уровень 1 – автоматизация внутренней и внешней цепочки поставок. До площадки/цеха/участка
1. Что производим: состав изделия.
Что из чего сделано (что во что входит) – количество.
Как делаем: маршрут и технология обработки/сборки (что, где и как делаем).
Временные характеристики (время производства, нормы).
Информация должна автоматически передаваться («проецироваться») в СПМ из PDM, где ведутся электронные составы. Или вводиться непосредственно в СПМ.
2. Cредства производства.
Люди, их квалификация и доступность (график работы, эффективность).
Оборудование/обрабатывающие центры (ОЦ), их характеристики и доступность (график работы, эффективность).
Информация вводится в СПМ.
3. Что для этого есть: материалы, ПКИ, ДСЕ, инструмент, оснастка, приспособления.
Где, в каком месте цепочки (площадки, склады, цеха, участки, кладовые).
В каком количестве.
Информация вводится в СПМ.
На основе этих данных происходит расчет планов. Не по-периодно (раз в месяц, а по необходимости учета изменений, в идеале – ежесуточно или чаще. По результатам планирования (с учетом текущей ситуации, по фактическим достоверным данным указанных выше объектов и параметров), получаем следующую информацию (с точностью до площадки/цеха/участка).
Что и когда надо запустить/закупить, что нужно выпустить.
Какие ресурсы необходимы, в т.ч. для закупки.
Управление запуском: формирование Заказов поставщикам/кооператорам, формирование и запуск Производственных заданий (Производственных Партий), объектов управления всем циклом производства ДСЕ/сборок (это не сменно-суточные задания!).
Важно! Необходимо сразу проектировать систему (алгоритмы), помогающую и заставляющую работать «Точно Вовремя», «Точно в количестве». Так потом гораздо проще будет «поместить» эти базовые процессы в кибер-физическую систему I4.0. При этом, неточности указанной информации, связанные с неточностью данных и/или неоперативностью/ошибочностью ручного ввода, что неизбежно на данном, начальном, уровне развития – «гасить» буферами: времени (растянутые циклы), запасов (завышенные уровни покупных, НзП). С последующим их постепенным сокращением.
Уровень 2 – локальное (детализированное) планирование и автоматизация исполнения.
ЦЕЛЬ: реализовать продвинутые функции управления исполнением[2] синхронизированных позаказных планов, «сделанных» СПМ и «переданных» исполнителям.
1. В качестве входных данных используется «нижний слой» (детальный) информации, необходимой для синхронизированного планирования (уровень исполнителей и, если возможно и необходимо, оборудования).
2. После постановки и уверенной работы с 1м уровнем планирования – автоматизация 2го уровня планирования.
Планирование и распределение работ в производстве, по рабочим, по оборудованию. С выдачей заданий в бумажной или электронной форме (сменно-суточные задания), с регистрацией их исполнения.
Планирование и распределение работ по управлению запасами (склады, логистика), по кладовщикам, логистам (перевозчикам).
3. Автоматизация учетных функций: быстрый и простой ввод в систему (цеховые киоски, планшеты, штрих-кодирование) информации о факте: что и когда сделано/скомплектовано, перемещено.
Что должны получить
Как результат данного этапа: автоматизированная базовая производственная система, на уровне Industry 3.0. (см. рис. ниже)
СПМ, в смысле поставленных и автоматизированных процессов, на 1м («среднем») и 2м («детальном») уровнях планирования и мониторинга здесь является «становым хребтом» дальнейшей автоматизации и цифровизации. Без которого все остальные «цифровые» инициативы останутся попытками локальной оптимизации, НЕ повышающими эффективность всей производственной системы.
Проекты преобразований
Реализация данного этапа может быть осуществлена через следующие (лучше – отдельные), последовательные Проекты.
1. Постановка СПМ (Системы Планирования и Мониторинга производства и снабжения[3]) для обеспечения синхронизированного планирования и исполнения планов по всей, внутренней и внешней цепочке поставок. Для следующих областей управления.
ведение Позаказного (производственного) Состава Изделий,
планирование производства и снабжения, до уровня цехо/участко-заходов (переделы /этапы производства/группы операций),
управление поставками и кооперацией,
управление складами (запасами) снабжения и производства,
управление производством: запуск, учет хода производства (запуск/выпуск по участко/цехо-заходам), межучастковые/цеховые передачи,
2. Постановка процессов продвинутого управления исполнением (СПМ-MES):
распределение работ по оборудованию/операторам,
пооперационный учет, включая управление качеством.
3. Автоматизация указанных выше учетных действий с использованием:
ЭТАП 2. Следующий шаг к цифровизации – «Industry 3.0+»
Основные задачи здесь следующие.
1) Сокращение непроизводительных трудозатрат процессов управления и сокращение некоторых традиционных ролей управления, как класса. Например, роли (и отделы): ПДО, ПДБ, ОГТ и/или цеховых технологов и нормировщиков.
2) Сокращение «буферов» страховых запасов и времени.
3) Сокращение себестоимости продукции.
4) Создание базы («входа») для кибер-физической системы I4.0.
Подчеркнутым курсивом ниже отмечены процессы, которые уже с полным правом и без кавычек можно назвать (началом) цифровой трансформацией.
Цель: повысить точность планирования за счет повышения точности входящей информации, используемой при планировании.
1. Что производим: состав изделия.
Что из чего сделано (что во что входит) – количество.
Как делаем: маршрут и технология обработки/сборки (что, где и как делаем).
Временные характеристики (время производства, нормы).
Информация автоматически поступает в СПМ из PLM. Используются ИТ-системы управления изделиями и системы имитационного моделирования.
1. В PLM проводится разработка составов изделий (СИ), с учетом корректного описания технологических процессов (вплоть до обрабатывающих программ для станков с ЧПУ) и проверки технологичности производства.
2. Проверка СИ на возможность производства, определение стартовых времен, микро-логистика, выполняется в системе Имитационного моделирования.
2. Средства производства.
Люди, их квалификация и доступность (график работы, эффективность).
Информация доступна для СПМ в автоматическом режиме из следующих систем.
1. Из ИТ-системы управления людскими ресурсами (плановое время работы).
2. Из электронной проходной (в развитии – из продвинутой системы распознавания лиц).
3. Информация по эффективности работы каждого сотрудника вычисляется на основе сбора план/факт информации по исполнению (из СПМ – см. ниже).
Оборудование/обрабатывающие центры (ОЦ): их характеристики и доступность (график работы, эффективность).
Автоматический цифровой сбор данных по загрузке и доступности оборудования.
1. Информация по прогнозу планового времени работы оборудования: из системы ТОиР, системы управления обслуживанием (Predictive Maintenance), системы Цифровой двойник.
3. Что для этого есть: материалы, ПКИ, ДСЕ, инструмент.
В каком количестве.
Система автоматического съема информации через RFID. Автоматический ввод в СПМ через считывание сигналов RFID с объектов учета и/или сопровождающих их документов. И/или, где необходимо и оправдано, автоматизированных складов.
Шаг 2. Повышение уровня детализации исполнения
По результатам планирования в СПМ.
1. Автоматическое создание рабочих заданий и передача исполнителям.
a. На личные мобильные устройства и/или цеховые/участковые экраны.
b. На единицы оборудования (очередь заданий и управляющих программ на ОЦ, технологические инструкции для сборки в электронном виде).
c. Задания на комплектацию производства/перемещения между складами/цехами/участками:
автоматизированные задания на автоматизированные склады (при наличии и целесообразности их использования),
и/или после – автоматизированная доставка (роботы-тележки),
на уровне цеха, участка, рабочего.
По результатам исполнения.
2. Автоматизированный съем факта исполнения рабочих заданий.
a. С оборудования – по завершении обработки/этапов обработки.
b. С автоматизированных складов/тележек, о перемещении между складами/участками/цехами.
c. С видеокамер – о начале/завершении процесса производства/сборки (технология пока под вопросом…)
Комментарий
На уровне интеграции системы продвинутого управления исполнением (MES), могут быть также цифровизированы следующие процессы (если они узкие места производства!)
Интеграция с лабораторными системами – информация о качестве.
Интеграция с системой распознавания лиц – фактическая информация о начале/завершении производства.
Съемка перемещений сотрудников, с автоформированием профиля движений и расчетом производительных и лишних…
Шаг 3. Повышение точности планирования – план/факт
Повышение точности планирования на счет Автокалибровки[4] систем планирования и исполнения.
1. Используем план/факт информацию из п2. Шага 2.
2. Используем информацию по фактической работе/OEE оборудования.
3. Корректируем плановые данные (в СИ, времена производства, перемещения и пр.).
Собираем и предварительно очищаем фактические данные.
Алгоритмически (в т.ч. с алгоритмами работы c Big Data и AI) рассчитываем новые плановые данные.
Алгоритмически (массово, выборочно, условно) замещаем.
Комментарий. Повышение уровня детализации процессов исполнения, т.е. полная автоматизация процессов комплектации/перемещений/обработки – практически есть «вход» в Кибер-физическую систему (КФС) реального цифрового завода.
Очевидно, что следующий этап, собственно работа КФС возможна только после реализации СПМ с обратной связью, как представлено выше.
Проекты преобразования
Реализация данного шага к I4.0 может быть осуществлена через следующие проекты.
Реализация процессов PLM, включая систему имитационного моделирования.
моделирование производства и логистики завода,
моделирование производства изделий, с минимизацией времени/себестоимости.
2. Цифровой двойник производства. Возможно пересечение с п.1.
учет оборудования, съем факта работы/простоев (с использованием данных MDC),
расчет будущей эффективности, предсказание поломок, расчет графика ТОиР.
управление кадрами (продвинутые функции),
сбор информации по выработке, расчет эффективности.
5. MDC (Machine Data Collection):
автоматизированный сбор / мониторинг информации о работе оборудования,
расчет ОЕЕ с разными аналитиками.
6. RFID: автоматический учет движений ТМЦ и любых других материальных объектов с использованием «маячков».
7. Автокалибровка: расчет плановых временных параметров изделий на основании план/факт отклонений.
Важно! Указанные выше проекты имеют смысл ТОЛЬКО при наличии централизованной общей «шины» управления (не столько программной, сколько логической) – СПМ на уровнях «Синхронизированное планирование» и «Продвинутое Исполнение». К которой присоединяются указанные выше локальные системы. И, за счет этого, начинающие работать не только для достижения локальных оптимумов, но и для принципиального точности и скорости обработки информации, и доведения его до уровня реальной КФС.
Задача:
«обслуживающий» системы (в т.ч. и СПМ) персонал – остается,
процессы, связанные с управлением спросом, верхнеуровневым планированием/балансировкой, стратегическим взаимодействием с клиентами, поставщиками, кооператорами – (пока) остается за людьми.
Указанные выше задачи фактически описывают переход на уровень I4.0 – к функционированию кибер-физической системы цифрового завода. И решаются они через внедрение соответствующих инструментов, по сценариям и направлениям 1го и 2го этапа, описанным выше. Кратко, это следующие действия (далее применены общеизвестные для I4.0 англоязычные термины или сокращения, без расшифровки).
1. Сокращение циклов, ресурсоемкости и стоимости собственно процесса производства через преобразование физических потоков (все указанные ниже инструменты строго применяются только там, где целесообразно!).
Моделирование новых процессов через средства Имитационного моделирования, Цифровые двойники, видео-съемки с анализом действий персонала с ее последующей оптимизацией.
Роботизация/оптимизация процессов производства через: RPA, IoT, 3D печать.
Оптимизация процессов производства (сборки) с участием людей, через: Cobot’ы, AR, VR
Оптимизация микро-логистических процессов через: RFID, автоматизированные склады/роботизированные тележки/дроны.
2. Повышение эффективности работы оборудования через: Predictive Maintenance, IoT.
3. Максимизация точности учета (для синхронного точного планирования и оптимальной работы роботизированных по п1 средств производства) через средства: компьютерного зрения, носимые устройства и датчики.
4. Повышение эффективности внешней цепочки поставок через использование: Blockchain, SCM Control Tower.
Заключение
Компании, проектирующие и производящие в настоящее время аппаратные и программные средства цифровизации производства переживают сейчас «бум». И прежде всего потому, что хорошо спроектированные и сделанные цифровые инструменты, относительно легко и быстро внедряются и окупаются очень быстро. Мы со своего уровня, смотрим на это «разинув рты», и тоже хотим заскочить в этот поезд… С верой, что вот сейчас то мы всех сделаем…
Расшифровки по сноскам в тексте
[3] В данном контексте, СПМ можно назвать «Производственной ERP».
Поскольку речь в цикле статей идет о внедрении ERP, то здесь пропущен этап интеграции PLM с ERP, как очевидная и необходимая работа, которую будем считать полноценно свершившейся в части организации передачи данных из PLM в ERP.
Ранее уже упоминалось, что движение материальных потоков на предприятии является очень сложным, постоянным и всеобъемлющим процессом. В этом процессе вращаются все МКИ и основные, и вспомогательные, и ПКИ, инструменты, техоснастка, РЭН, заготовки, детали и сборки, готовая продукция, инвентарь и хозяйственные принадлежности и ещё много разных мелочей.
Ещё одной причиной выбора для начала внедрения складского учета является то, что для учета и контроля движения материальных потоков через склады нужен минимум связанной информации из управленческой и хозяйственной деятельности предприятия: номенклатура, цены за единицу и количество.
Предпосылки.
Единицами контроля движения материальных ценностей по предприятию являются склады. Операции прихода, хранения, выдачи и списания фиксируются на складах на любом промышленного предприятия, независимо от уровня автоматизации.
Количество складов (или складских мест – пояснения будут ниже) на каждом предприятии очень разное и их число, как правило, напрямую связано с качеством и аналитикой учета. По сути, чем меньше на предприятии складов и/или складских мест, тем менее аналитичен и оперативен контроль за материальными потоками.
В этих формах всегда присутствуют ключевые параметры движения материальных ценностей, интересующие нас на данном этапе – что перемещается, сколько, в каких единицах измерения, по какой цене, откуда и куда.
За каждым складом закреплены материально ответственные лица, с которыми подписаны договора о материальной ответственности за хранящиеся на складе материальные ценности.
Всё это я говорю к тому, что вот именно до этой черты, складской учет представляется вполне прозрачным и устоявшимся процессом, на который просто надо наложить программное обеспечение в виде модуля складского учета в ERP. И это реальный плюс для данной задачи, который просто грешно не учитывать или недооценивать.
Каковы цели?
Это не означает, что нельзя начать реализацию следующего этапа, не закончив до конца предыдущий, однако сильно повышает ответственность при формировании целей – отнеситесь к этому процессу очень серьезно.
Переоценка сил при формировании целей может привести к увязанию проекта на достижении целей какого-то этапа, которых на том этапе достигнуть было практически невозможно.
Недооценка сил, а следовательно, заниженные требования к реализации приводят либо к низкому качеству выходной информации с этапа, либо к неготовности данных для полноценного внедрения следующего этапа.
Поскольку формат статей не предполагает рассмотрения всех возможных вариантов, я постараюсь рассказать о реализации при максимальном наборе целей.
Что имеем?
Что делаем?
Поскольку вопросы формирования команды и обеспечения рабочих мест рассматривались в прошлой статье, то я не буду здесь и в следующих статьях обсуждать и касаться этого вопроса. Однако, Вы должны помнить, что данные шаги повторяются на каждом этапе и каждый раз вопросы формирования команды и обеспечения делаются как с нуля.
ВАЖНО. Ни один новый процесс не начинайте сразу на всем предприятии! Выберите либо наиболее сложное подразделение с точки зрения организации или учета, или наиболее простое, если у Вас не очень сильная ИТ команда на данном этапе. Начните с одного подразделения – идеально с одного производства с минимальной кооперацией с другими производствами предприятия.
Выбор складов.
Первый вариант отпал у нас, потому что один и тот же материал в разных изделиях может быть для одних основным, для других вспомом и мы не были готовы порождать из-за этого в системе два разных кода на один и тот же материал.
НО – выбор подхода, как всегда остается за предприятием и зависит от условий, и особенностей производства.
Выдача всех бланков из системы.
Собрав все типы бланков с максимальным заполнением, Вам необходимо провести анализ на предмет возможности заведения всех реквизитов и информации с бумажных экземпляров на бланки, которые уже есть в базовой поставке ERP.
Не менее важным вопросом при работе с утвержденными правительством бланками является доработка самих бланков под российское законодательство и добавление необходимых по ЧТЗ полей.
Последним шагом в работе с документами склада является разработка журналов учета движения по складу, которые описываются и в постановлениях правительства, но чаще всего утверждены стандартами предприятия и, как правило, в кладовых не один такой журнал, а несколько – разных форм.
Необходимо провести унификацию журналов, собрать все нужные поля в один отчет, который будет формироваться автоматически из операций движения по складу. ЭТО та самая морковка для кладовщиц и всех служб контроля движения по складу – полная автоматизация заполнения журнала в режиме on-line.
Результат подпункта.
Все бланки разработаны в системе. Все отчеты по движению по складу, для кладовщиков и контрольных структур разработаны и есть в системе. Все эти документы могут быть распечатаны из системы по необходимости.
Операции в ERP настроены так, что они не будут проведены в системе, если не сформирован бланк документа для печати.
К формированию всех бланков и форм отчетов предоставлен доступ кладовщицам и руководителям подразделения по потребности.
Отступление – сопротивление.
Я не просто так завел разговор о морковке для специалистов подразделения.
Вы должны понимать и ожидать очень серьезного сопротивления со стороны кладовщиц и руководителей уже на этом этапе, когда мы до остатков на складах даже ещё не добрались.
Способы борьбы с сопротивлением Вам придется искать самим – это каждый раз уникальные решения и выходы из ситуаций. Могу лишь предупредить, что угрозы будут и по уменьшения зарплаты, и увольнения с должности, и увольнения вообще, и физического наказания. Да – у ИТ есть и такая сторона. Будьте готовы и к этому.
Результат подпункта.
Сопротивление должно быть не просто сломлено, оно должно быть уничтожено полностью, иначе внедрение, даже идеально реализованное в системе, будет хромать на местах, а значит – внедрения не будет.
Партионный учет.
Если на предприятии уже есть партионный учет, то Ваша задача очень сильно упрощается, если нет, то этот раздел для Вас.
Довольно часто на предприятиях ведется учет по средней или усредненной цене – цена остатка с учетом всех партий, которые в ней есть и ещё иногда к этому добавляется ежегодная переоценка остатков. Что это на самом деле за цена – никто уже в жизни не скажет.
Партионный учет требует, чтобы один и тот же материал лежал на любом складе в том количестве партий, которыми он поступал на склад, и материал каждой партии был равен цене, по которой поступила эта конкретная партия. Код каждой партии является уникальным значением, часто уникальным в пределах одного склада. Т.е. на предыдущем складе партия этого материала имела код, допустим 1, а после перемещения на другой склад, может иметь код, допустим – 100340.
В рамках данного подэтапа, на всех складах, принятых к внедрению, необходимо провести инвентаризацию остатков и выверку номенклатуры.
Информация заносится в систему в режиме on-line.
Результат подпункта.
Кладовые работают в режиме on-line с предельным интервалом отставания – одна смена. Накладные печатаются только из системы, отчеты по движению по складу получаются из системы автоматически.
Отступление – обратная связь с PLM.
Как показывает опыт, производства очень часто сталкиваются с проблемами несвоевременных поставок, которые вынуждают производства осуществлять отпуск материальных ценностей, не входящих в перечень альтернативных замен или замен по картам разрешений.
Безусловно, всё подряд отпускать в производство никто не решиться, и карту оформят, но это займет время, а время на производстве – это не только простой, это смещение сроков отгрузки и пенёвка. Поэтому ненормативный отпуск не исключён.
В этой связи, я бы рекомендовал предусмотреть процедуру обратной интеграции ERP с PLM по материалам ненормативного отпуска. После анализа такой информации, при наборе определенной статистики, будет над чем задуматься и ответственным за качество, и за финансирование, и за поставки, и за логистику, и за КД, и за технологию.
И это тоже толчок к трансформации – что хорошо для бизнеса.
Данные о том, на что отпускается та или иная материальная ценность нужны при перемещениях материальных ценностей внутри предприятия. Для того, чтобы получать их автоматически мы ещё не доросли, потому что находимся не на той стадии внедрения, однако мы вполне можем обязать мастеров и кладовщиц указывать в накладных на отпуск позиции материалов и ПКИ, которые идут по ненормативному отпуску и даже указать причину (со временем у Вас появится справочник причин). Не суть, по какой причине возник этот ненормативный отпуск, важно его вовремя отследить и забрать для анализа.
Участки обеспечены материальными ценностями на смену, до начала смены.
На каком бы этапе внедрения ERP Вы не находились – этот шаг всегда будет лежать исключительно в организационной плоскости. Именно поэтому, лучше начать привыкать к такому режиму работы с самого начала, когда от качества такой подготовки к смене ещё мало что зависит, НО культура обеспечения производства уже начнет зарождаться.
О чем же собственно идет речь? Мастерам необходимо до начала смены (до конца предыдущей смены) определить набор деталей и задач, которые будут выполняться в следующую смену. При кооперации внутри производства – это не такой простой процесс, поэтому лучше его начинать только с материалов и ПКИ, не затрагивая на первом этапе ДСЕ.
Чем здесь может помочь ИТ и ERP? Как ни странно, но уже на данном этапе помочь можно и мастерам, и кладовщице практически на каждом этапе.
Результат подпункта.
Повышение культуры производства, появление первых признаков оперативного планирования, повышение качества учета остатков и оперативного формирования (пусть и вручную) потребности в материалах.
Что дальше по складам.
Эта модель реализации складского учета на промышленных предприятиях является не единственно возможной, однако, по выходу на результат и понятным шагам, она представляется мне наиболее эффективной.