Управление ресурсами цифрового позаказного производства изделий с помощью интегрированной автоматизированной информационной системы предприятия

Работа выполнена в рамках проектной части Государственного задания Министерства образования и науки РФ № 8.313.2014К на выполнение НИР.

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ

В условиях роста конкуренции и перехода на позаказное производство, необходимым условием успешного формирования производственного плана изготовления единичной наукоёмкой продукции (далее – изделие) предприятиями является их эффективное участие в открытых аукционах (тендерах). По итогам тендеров заключаются договора, стоимость которых определяется по результатам предварительных расчётов себестоимости изделий.

В настоящее время для расчёта предварительной себестоимости изделий для тендеров применяются приближённые методы, имеющие следующие недостатки:

• -    невозможность проведения предварительных расчётов планово-экономических показателей для изделий на подетальном уровне;

• -    значительное увеличение штата сотрудников в инженерно-технических и коммерческих службах предприятия, участвующих в подготовке данных для постоянно увеличивающегося количества опросных листов тендеров;

• -    низкая результативность: в производственном плане предприятия остается не более 2-3% от общего количества рассчитанных изделий;

• -    фактическая себестоимость изготовления изделия оказывается значительно выше его предварительной себестоимости (до 50%). Увеличение

плана производства изделий не приводит к увеличению прибыли предприятия;

• -    отсутствие возможности использования исходных и результирующих наборов данных для реализации последующей технической подготовки производства изделий.

Расчёты фактической себестоимости изделий, осуществленные на основе первичной конструкторской и технологической документации, а также данных производства, выявили значительное увеличение прямых и косвенных затрат по сравнению с предварительными расчётами.

Это приводит к значительному ухудшению экономической ситуации предприятия: снижение рентабельности продукции и объёма оборотных средств; нарушение графика выполнения текущего плана производства; потери позиции на рынке ликвидной продукции.

Поэтому расчет предварительной себестоимости изделий, основанный на приближенных методах, в настоящее время не является эффективным.

Для решения этой актуальной проблемы предлагается использовать программное обеспечение (ПО) интегрированной автоматизированной информационной системы (ИАИС), работающей в едином информационном пространстве (ЕИП) предприятия.

СИНТЕЗ СТРУКТУРЫ ИАИС ПРЕДПРИЯТИЯ

На основании анализа реализованных проектов автоматизации управления позаказным про- изводством выявлено, что контуры ERP (Enterprise Resource Planning)-системы, соответствующие классификации APICS (American Production and Inventory Control Society) [1], не обеспечивают решение интегрированных задач технической подготовки и оперативного управления позаказным производством предприятия, ограничиваясь стратегическим планированием [2]. Реализованные концепции ERP-системы предприятия сложны и избыточны [3]. С другой стороны, контуры CAD/ CAPP/CAM/CAE (Computer Aided Design, Computer Aided Process Planning, Computer Aided Manufacturing, Computer Aided Engineering)-систем не имеют прямых информационных связей с ERP-системой. Всё это определяет существование значительного функционального и информационного разрыва между вышеуказанными контурами [4].

Для решения задачи взаимодействия бизнес-процессов (БП) технической подготовки производства и ERP-системы в настоящее время разрабатывается ПО, реализующее концепцию жизненного цикла изделия (ЖЦИ) на основе ПО PLM (Product Lifecycle Management)-системы [5]. Изучение возможностей отечественных и зарубежных PLM-систем, показало, что в них реализована интеграция в ЕИП предприятия CAD/CAPP/CAM/ CAE/PDM(Product Data Management)-систем, т.е. БП конструкторской и технологической подготовки производства. Остальные ключевые БП (например, оперативное управление позаказным производством, оперативные расчёты плановой и фактической себестоимостей, план-фактный анализ деятельности предприятия и другие) во многих случаях либо отсутствуют или не дотягивают до уровня, требуемого предприятию. Для осуществления взаимодействия PDM и ERP-систем, реализующих БП основных стадий ЖЦИ, определяющих эффективность работы предприятия, в настоящее время используются методы интеграции на основе данных бумажной технической документации, программного обмена через структурированные файлы данных или API(Application Programming Interface)-интерфейс. Применение таких методов интеграции АИС приводит к многочисленным ошибкам и потере актуальности данных, суще- ственному затруднению процесса совмещенного проектирования и производства изделий и отсутствие одновременного доступа пользователей к набору данных изделий, а также к увеличению стоимости внедрения и сопровождения ПО АИС.

Ключевые БП и информационные потоки на предприятиях остаются всё ещё слишком фрагментированными. Полную отдачу от внедрения концепции АИС класса PLM получить не удается [3, 6]. В 2015 году компания CIMdata на форуме «CIMdata’s 2015 PLM Market & Industry» [7] провела опросы руководителей и сотрудников служб информационных технологий предприятий, использующих PLM -системы. Наибольшее ожидание они связывают с реализацией новых концепций промышленных информационных технологий и бизнес-моделей ( New business models) , единого информационного пространства предприятия – 39% опрошенных. Еще одним доказательством служит последний опрос, проведенный компанией CIMdata (рис. 1) [6]. Результаты этого опроса четко демонстрируют неудовлетворительные результаты внедрения PLM во многих отраслях промышленности. Согласно мнению опрошенных респондентов, большая часть высшего руководства их компаний считает, что PLM не обеспечивает получение обещанной выгоды, а расчетный анализ результатов инвестиций выявил расхождение между желаемой и получаемой выгодой для оценки инвестиций в виде коэффициента ожиданий [3].

Таким образом, предприятия ожидают реализацию новых функций, которые позволят: а) повысить отдачу от инвестиций и увеличить прибыль на основе реализации новых бизнес-моделей, например, цифровое производство изделий; оперативно контролировать выполнение поставленных инженерных и производственных целей; б) использовать новые технологии вычислительных платформ; в) интегрировать АИС и сотрудников (пользователей) в ЕИП предприятия для обеспечения комплексного процесса принятия решений; г) повысить эффективность и снизить фактическую себестоимость изделий; г) повысить эффективность и снизить затраты как внедрение, так и сопровождение ПО АИС.

Какой из нижеперечисленных ответов соответствует мнению вашего руководства касательно ценности PLM в вашей организации:

PLM работает, и это важно для достижения целей нашего бизнеса 26 7%

Это еще одно программное решение, которое не дает того, что обещано l^^■^■^^■^^■^■^■^^■^^■• 23.3%

А что такое PLM?

20%

PLM является конкурентным преимуществом, и мы будем расширять наши инвестиции в PLM ^—^-^^^^—^^^—^—- 16.7%

Это непроизводительные издержки и зло, которое тормозит наш бизнес ^■^^■^^^■^^^е 1з.з%

Рис. 1. Результаты опроса, проведенного компанией CIMdata [6]

Для реализации этих новых функций необходимо разработать новую концепцию структуры ИАИС предприятия. ИАИС должна позволять совместное использование в ЕИП предприятия достоверных и актуализированных наборов данных всеми сотрудниками основных стадий ЖЦИ: электронная структура изделия; результаты расчёта материальных и трудовых затрат; плановая потребность производства в номенклатуре и ее фактическое обеспечение; мониторинг производства деталей и сборочных единиц (ДСЕ) изделий; результаты оперативных расчётов предварительной, плановой и фактической себестоимостей отдельных ДСЕ и изделий.

Синтез новой структуры ИАИС предприятия осуществлялся на основе использования результатов системного анализа [4]: существующих реализаций концепций и стандартов структур АИС; анализ взаимодействия в ЕИП БП технической подготовки и оперативного управления производством предприятия; перспективных направлений развития концепции АИС предприятия. В работе [4] подробно описаны результаты синтеза структуры ИАИС, апробированной в виде ПО ИАИС Stalker PLM [4, 8], предназначенной для автоматизации предприятия на основе ПО CAD/ CAPP/CAM/CAE/PDM/FRP(Finance Requirements Planning)/MRP(Material Requirements Planning)/ MES(Management Execution System) -систем, включая информационное и программное взаимодействие в ЕИП с ERP -системой.

СОЗДАНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ НАБОРАМИ ДАННЫХ ЭЛЕКТРОННОЙ СТРУКТУРЫ ИЗДЕЛИЯ

Электронная структура изделия (ЭСИ) – это не менее сложный продукт, чем само изделие, разработка которого требует совершенно новых технологий для своего создания и управления (рис. 2) [4, 9]. ЭСИ основана на построении единой информационной модели (ЕИМ) ИАИС предприятия, которая устанавливает взаимосвязь свойств материальных объектов с характеристиками их функциональных структурных элементов, которые, в свою очередь, зависят от свойств этих объектов. Указанная взаимосвязь является основным признаком целостности ЕИМ ИАИС предприятия. Отношения между структурными элементами в ЕИМ ИАИС предлагается фиксировать в виде технологии иерархических (древовидных) представлений [4]. Это позволяет при объединении структурных элементов с формированием системных связей отражать одновременно как структурные, так и параметрические отношения, что исключает необходимость аналитического описания связей посредством уравнений.

Предлагаемая технология позволила исключить моноцентризм иерархической модели, вводимой в теории графов, которая накладывает слишком жёсткие ограничения на сценарий обработки содержащейся в ней информации, так как предусматривает единственный вход в ее структуру. Для каждой такой вершины формируется альтернативная иерархия атрибутов, в которой подграф, расположенный ниже вершины, останется без изменений, а остальная часть дерева будет инвертирована. Таким образом, из одного основного дерева, может быть порождено множество альтернативных деревьев, описывающих иерархические модели наборов данных предметной области. Тем самым достигается множественность возможных точек входа в ЕИМ ИАИС предприятия [4].

Разработанная ЕИМ является основой для реализации PDM-технологии, предназначенной для управления наборами данных в ПО ИАИС Stalker PLM на стадиях технической подготовки и управления производством [4, 8].

Функции PDM-технологии (рис. 2) [4]:

• -    управление описанием, хранением, конфигурацией и правами доступа к наборам данных ДСЕ и документам ЭСИ. Все наборы данных и документы ЭСИ сохраняются в хранилище данных ИАИС, которое обеспечивает их целостность, организует совместный доступ пользователей (например, сотрудников инженерных и производственных служб предприятия) к ним в соответствии с настройками администрирования. Данные документы называются электронными техническими документами, которые включают электронные цифровые подписи;

• -    управление деловыми БП, включая отслеживание и сохранение всех операции пользователей с наборами данных ЭСИ. Деловой БП с информационной точки зрения – это последовательность действий над объектами, изменяющих их состояние и направленная на обеспечение ЖЦИ. Объектами ИАИС являются, например, документы и геометрические модели ДСЕ в виде файлов, маршрутные расцеховки, технологические процессы, нормы расхода материалов и времени (ресурсов), партии и другие;

• -    классификация объектов. Смысл классификации состоит в том, что схожая информация сгруппирована в классы, имена которых отражают суть объектов, причём реализованная классификация является более гибкой, чем ёё бумажный аналог. Чем больше количество ДСЕ в проектируемом изделии, тем выше потребность предприятия в функциях классификации (снижение стоимости и сроков разработки ЭСИ).

В ИАИС Stalker PLM разработаны и реализованы следующие методы формирования ЭСИ [2]:

• -    программный импорт набора данных из внешних файлов CAD-системы и основе использования API (Application Programming Interface)-функций прикладных библиотек CAD-систем (с учетом ассоциативных связей между объектами конструкторской документации);

• -    создание ЭСИ в ИАИС Stalker PLM . В этом случае

Рис. 2. Электронная структура изделия в ИАИС Stalker PLM [8]

ЭСИ создается непосредственно в ИАИС Stalker PLM (рис. 2). Основные преимущества этого метода создания ЭСИ основаны на реализации в ЕИП предприятия функциональной и информационной моделей, базовых информационных технологий ПО ИАИС Stalker PLM , подробно описанных в работе [4].

Первый метод применяется для формирования ЭСИ в ИАИС Stalker PLM на основе предварительного выполнения программного импорта наборов данных конструкторской документации, разработанной в различных локальных АИС ( CAD -системах).

Второй метод позволяет оперативно применить исходные и результирующие наборы данных ЭСИ для реализации в ЕИП предприятия БП предварительных расчетов изделий для тендеров, технической подготовки и оперативного управления производством изделий (включая БП расчёта плановой себестоимости изделий), а также БП расчёта фактических экономических показателей предприятия.

СИСТЕМЫ STALKER MES, STALKER MRP, STALKER FRP

На основании результатов синтеза структуры ИАИС предприятия в состав ИАИС Stalker PLM включены системы: Stalker MES, Stalker MRP, Stalker FRP [4].

Первичным документом, на котором построена система производственного управления предприятием, является утвержденный план производства. На основании этого формируется подетальный план производства для рабочих центров предприятия.

Сущности и их взаимодействие при решении задачи планирования позаказного цифрового производства изделий (оперативно- производственного планирования) в системе Stalker MES показаны на рис. 3.

Оперативный контроль выполнения плана производства изделий на предприятии осуществляется на основании наборов данных сопроводительных ярлыков, сменных нарядов и приёмосдаточных накладных производственных складов.

Рассмотрим реализацию алгоритма оперативного управления производством в системе Stalker MES [4]:

• -    формирование плана запуска партий ДСЕ в соответствии с данными плана производства и наличия ресурсов;

• -    добавление партий номенклатуры в расходные ордера (требование). Расчёт и формирование расходных ордеров для рабочего центра-получателя осуществляется с учетом данных плановой потребности в номенклатуре и текущих остатков на складах ( Stalker MRP );

• -    добавление партий ДСЕ изготавливаемых из позиций номенклатуры. Определение обозначения партии ДСЕ осуществляется только при условии ее обеспечения соответствующими материальными ресурсами склада ( Stalker MRP );

• -    формирование сменных заданий и сопроводительных ярлыков для партий ДСЕ в рабочем центре-получателе номенклатуры. Пользователи рабочих центров при формировании сменных нарядов с помощью системы Stalker PDM могут просматривать на экране дисплея ЭВМ в режиме «только для чтения» сведения о материальных и трудовых ресурсах ДСЕ, копии файлов-документов для ДСЕ (чертежи или эскизы, спецификации, извещения, акты разрешения замен номенклатуры и другие);

• -    ввод в систему Stalker MES результирующих наборов данных выполнения сменных заданий основными производственными исполнителями;

  

  Рис. 3. Сущности задачи планирования цифрового позаказного производства (укрупненная схема)

  
  

Рис. 4. Главная форма системы Stalker MES

• -    формирование приёмо-сдаточных накладных производственного склада для последующей межцеховой передачи партии ДСЕ в конечный рабочий центр комплектации партии-изделия согласно технологической документации;

• -    комплектация партии ДСЕ в конечном рабочем центре;

• -    мониторинг выполнения плана производства партий ДСЕ и изделий.

Система Stalker MRP решает следующие задачи [4]:

• -    управление складским учетом номенклатуры предприятия: входной контроль, приходные и расходные операции, ведение складских карточек;

• -    управление плановой потребностью предпри -ятия в номенклатуре с учетом следующих данных:

план производства; итоговых остатков на складах и в рабочих центрах; временных производственных замен; применения межцеховой кооперации ;

управление обеспеченностью партий ДСЕ номенклатурой для осуществления планирования позиций плана предприятия.

Рассмотрим функции системы Stalker FRP [4]: - определение статей плановой себестоимости ; - ведение классификатора-ценника номенклатуры и ее отходов (деловые и технологические). Исходные данные для классификатора-ценника определяются из прайс-листов контрагентов или приходных ордеров системы Stalker MRP ;

• -    расчёт и формирование отчетов подетальных и сводных специфицированных отчётов материальных затрат на номенклатуру и отходы. Исходными данными для этих расчётов являются результаты работы систем технологической подготовки производства, входящих в структуру ИАИС Stalker PLM (рис. 2) [4];

• -    расчёт и формирование печатных форм отчётов сводных плановой себестоимости для ДСЕ и изделий;

• -    расчёт предварительной себестоимости ДСЕ и изделий как на подетальном, так и сводном уровнях для участия предприятия в тендерах.

Расчёт фактических параметров бюджета в ERP-системе предприятия осуществляется на основе программной интеграции с наборами данных ИАИС Stalker PLM. Укрупнённая схема взаимодействия наборов данных ИАИС Stalker PLM и ERP-системы для расчета фактической себестоимости изделия показана на рис. 5.

В качестве примера реализации расчёта фактической себестоимости изделий, на рис. 6 приведены результаты работы разработанного прикладного ПО (обработка), интегрированного в ERP-систему 1С и Бит.Финанс [10]. Эти результаты расчёта позволяют осуществить сравнение плановых и фактических показателей позаказного цифрового производства изделий, определить направления повышения эффективности работы предприятия.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Для эффективного управления ресурсами цифрового позаказного производства изделий предложена и апробирована в отечественном машиностроении новая концепция структуры ИАИС предприятия в виде ПО ИАИС Stalker PLM [8].

ПО ИАИС Stalker PLM обеспечивает в ЕИП предприятия автоматизацию БП предварительных расчетов изделий для тендеров на подетальном уровне, технической подготовки и оперативного управления позаказным производством (включая БП расчёта плановой себестоимости изделий), а также программное взаимодействие на уровне управления и наборов данных с ERP -системой для определения фактической себестоимости производства изделий и параметров бюджета этого предприятия.