Пожалуй, только одна отрасль человеческой деятельности может посоперничать с ИТ по количеству и частоте употребления аббревиатур – военное дело. Корпоративный ИТ-ландшафт часто выглядит как набор букв, понятных только специалистам: MRP, ERP, CRM, SCM, MES, EAM, BI… Но за каждой аббревиатурой кроме технологии стоит и конкретная управленческая или инженерная задача. Одной системе нужно рассчитать потребность в материалах, другой – согласовать спрос и мощности, третьей – провести заказ через склад и транспорт, четвертой – сохранить историю обслуживания оборудования, чтобы станки не встали в самый неподходящий момент.

Мне доводилось читать сотрудникам холдинга лекции, помогающие разобраться в этом зоопарке аббревиатур. По опыту знаю, что удобнее это делать не в режиме словаря, а в форме рассказа о развитии предприятия. Это первая статья небольшого цикла, и начну я «с земли», с производства, а в будущем расскажу про термины из областей корпоративного управления и взаимоотношения с партнерами и клиентами.

Глоссарий

Для удобства в начале статьи соберу все упомянутые в ней аббревиатуры со ссылками на главы, где они упомянуты.

Английские

• APC — система усовершенствованного управления технологическим процессом

• BIM — информационное моделирование зданий и сооружений

• CAD — автоматизированное проектирование

• CAM — автоматизация производства

• CAE — инженерный анализ с помощью компьютерных средств

• CDE — среда общих данных

• CFD — вычислительная гидрогазодинамика

• CMMS — управление техническим обслуживанием и ремонтом

• DCS — распределённая система управления

• EAM — управление активами предприятия

• FEA — анализ методом конечных элементов

• HMI — человеко-машинный интерфейс

• ISA-95 — стандарт интеграции систем управления предприятием и производством

• LIMS — лабораторная информационная система

• MES — управление производственными операциями

• MPC — модельно-прогнозирующее управление

• OPC UA — стандарт обмена данными между промышленными системами

• PLC — программируемый логический контроллер

• PDM — управление данными об изделии

• PLM — управление жизненным циклом изделия

• QMS — система управления качеством

• RTO — оптимизация технологического процесса в реальном времени

• SCADA — система диспетчерского управления и сбора данных

Русские

• АСОУП — автоматизированная система оперативного управления производством

• АСУТП — автоматизированная система управления технологическим процессом

• ПЛК — программируемый логический контроллер

• РСУ — распределённая система управления

• САПР — система автоматизированного проектирования

• СОД — среда общих данных

• СУУТП — система усовершенствованного управления технологическим процессом

• ТИМ — технологии информационного моделирования

• ТОиР — техническое обслуживание и ремонт

• ТОРО — техническое обслуживание и ремонт оборудования

Технологический контур

На нижнем уровне предприятие должно видеть, что происходит с оборудованием и технологическим процессом прямо сейчас. Оператору нужны значения давления, температуры, расхода и состояния механизмов, тревоги, события, архивы трендов и возможность передать команду контроллеру. Эти задачи решают системы Supervisory Control and Data Acquisition, или SCADA – диспетчерского управления и сбора данных.

В российской технической практике для подобных систем обычно используется понятие АСУТП – автоматизированная система управления технологическим процессом. Термины близки, но не полностью тождественны: SCADA подчеркивает диспетчерское управление, визуализацию, сбор телеметрии, архивирование и передачу команд, тогда как АСУТП может включать весь комплекс автоматизации – от датчиков, исполнительных механизмов и контроллеров до уровня оператора.

SCADA взаимодействует с полевым оборудованием и программируемыми логическими контроллерами (PLC/ПЛК), связывает оператора с контроллерами и агрегатами, а в распределенной инфраструктуре позволяет наблюдать за удаленными объектами из единого центра. У SCADA нет одного подтвержденного автора или явной «первой системы»; класс формировался постепенно в 1960-е из систем телеметрии и диспетчерского управления в энергетике и коммунальной инфраструктуре. Исторические ориентиры в плане готовых решений – Wonderware InTouch и Siemens WinCC.

В непрерывных производствах требуется распределить функции управления между множеством контроллеров, сохранив централизованную координацию. Для этого в 1970-е годы придумали класс решений Distributed Control System, или DCS (рус. Распределенные системы управления, РСУ). Honeywell представила свою TDC 2000 в 1975 году; из современных упомяну решения Honeywell, Emerson, Yokogawa и ABB.

Оператору зачастую нужен не полный контроль над всеми операциями в цеху, а понятный интерфейс взаимодействия с машиной. Human-Machine Interface, или HMI, обозначает именно его. Класс развивался вместе с панелями оператора, PLC, DCS и SCADA. В мире известны Siemens SIMATIC HMI, WinCC Unified, Rockwell FactoryTalk View и Emerson DeltaV Live, из российских можно упомянуть «МастерSCADA».

Но наблюдать за работой станков недостаточно. Предприятию нужно управлять производственными заказами, маршрутами и операциями, отслеживать качество, расход материалов, трудозатраты, простои и выпуск. Поэтому в 1980-1990-е годы получил распространение класс Manufacturing Execution System, или MES – систем оперативного управления производством. В российской практике близкий круг задач традиционно обозначался термином АСОУП (автоматизированная система оперативного управления производством). Термины пересекаются по назначению, но не являются полными синонимами: MES – международный класс систем с более формализованным набором производственных функций. Создание MESA International в 1992 году помогло закрепить терминологию и модели этих функций, хотя конкретный первый коммерческий MES-продукт источниками не установлен. Примеры – AVEVA (поглотившая легендарные бренды Wonderware и OSIsoft), Siemens, Rockwell и Dassault; из российских упомяну «Цифру» и ИНКА.

MES находится между корпоративным планированием и технологическим управлением. SCADA и DCS работают ближе к оборудованию и отвечают за оперативный надзор и управление процессом, MES – за исполнение производственных операций, а ERP – за планирование, учет и управление ресурсами предприятия. О ERP расскажу подробнее в следующей статье.

С технологическим контуром связана еще аббревиатура OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture). Это не класс решений, а открытый промышленный стандарт интерфейса для систем автоматизации. Он позволяет SCADA и MES обмениваться информацией с контроллерами, датчиками и другим оборудованием.

До того, как что-то произвести, его нужно спроектировать

После того как предприятие определило, что производить, изделие надо спроектировать, проверить и подготовить данные для производства. Инженерам требуется управлять файлами, версиями, спецификациями и маршрутами утверждения, а затем связать эти данные с требованиями, изменениями, производством и эксплуатацией.

Product Data Management, или PDM (Управление данными об изделии), решает сравнительно узкую задачу управления инженерными данными: версиями конструкторской и технологической документации, спецификациями и маршрутами согласования. Историческая первая PDM-система не установлена. Современные представители – PTC Windchill, Siemens Teamcenter, Dassault Systèmes ENOVIA и исторический Metaphase SDRC. В России пример – Search от компании «Интермех».

Для расширения охвата потребовался более широкий контур: Product Lifecycle Management, или PLM (Управление жизненным циклом изделия). Он связывает требования, конструкцию, изменения, спецификации, изменяющиеся в процессе производства и эксплуатации изделия. Термин PLM получил распространение в конце 1990-х годов как развитие PDM; одну бесспорную первую платформу источники не называют. Исторически заметными считаются Dassault Systèmes ENOVIA, PTC Windchill и Siemens Teamcenter; примеры с российского рынка – ЛОЦМАН:PLM и TechnologiCS, по сути объединяющая в себе PLM, MES и EAM (см. ниже).

Проектирование требует цифрового представления геометрии и конструкции изделия. Computer-Aided Design, или CAD (Система автоматизированного проектирования, САПР), ведет историю от MIT CAD Project, стартовавшего в 1959 году. Появившийся в результате этого проекта Sketchpad Айвена Сазерленда для экспериментального компьютера TX-2 считается одной из фундаментальных ранних систем интерактивного компьютерного проектирования. Современные ориентиры «тяжелого класса» – AutoCAD, CATIA, Siemens NX и Bentley MicroStation; из российских упомяну «КОМПАС-3D» и nanoCAD.

Промышленность

Конструкцию нужно превратить в технологический процесс и управляющие программы для оборудования. Computer-Aided Manufacturing, или CAM, развился из разработки программ для станков с ЧПУ. Ранней основой стал язык подготовки траекторий APT, созданный в MIT в 1956 году при участии Дугласа Росса. Сегодня к известным решениям относятся Mastercam, Siemens NX CAM, Autodesk Fusion и Dassault Systèmes DELMIA. Из российских – «ветеран» ADEM, «СпрутКАМ» и T-FLEX CAM.

До изготовления прототипа инженер должен проверить, держит ли изделие нагрузки, как оно деформируется, не представляет ли опасность при определенных условиях среды. Computer-Aided Engineering, или CAE, помогает проводить такие расчеты. Термин получил распространение в конце 1970-х, с его ранней историей связывают компанию SDRC и конкретно Джейсона Лемона. В CAE входят расчеты прочности и деформаций, теплопередачи, вибраций, устойчивости, акустики, электромагнитных эффектов, динамики механизмов и мультифизических взаимодействий.

В инженерной практике два распространенных направления CAE – FEA (Finite Element Analysis – анализ методом конечных элементов) и CFD (Computational Fluid Dynamics – вычислительная гидрогазодинамика). FEA используют для расчета поведения конструкций, а CFD – для моделирования потоков жидкостей и газов; подробное описание этих методов выходит за рамки статьи.

Строительство

В проектировании, строительстве и эксплуатации зданий и сооружений важна аббревиатура BIM (Building Information Modeling). Технология объединяет геометрию объекта (3D-чертеж) с его свойствами, технологическими связями и жизненным циклом от проекта до сноса. Концептуальная история BIM восходит к 1970-м годам; в 1992 году в работах ван Недервеена и Толмана использовался термин Building Information Model, а в 1994 году был создан альянс IAI (International Alliance for Interoperability), позднее переименованный в buildingSMART. Он, в частности, занимается развитием и поддержкой открытых стандартов обмена BIM-данными, в первую очередь IFC. В российской нормативной практике для BIM и связанных процессов используется термин ТИМ (Технологии информационного моделирования), он прописан в Градостроительном кодексе и обязателен для взаимодействия с государственными органами. Основные BIM-решения – Autodesk Revit, Graphisoft Archicad, Bentley OpenBuildings и Vectorworks. На отечественном рынке упомянем активно развивающийся nanoCAD BIM.

Вокруг BIM образовался отдельный класс решений – СОД, среда общих данных (Common Data Environment, CDE). Такие системы обеспечивают совместную работу с информацией проекта, управляют версионностью, статусами, доступами. Речь здесь не только о чертежах, моделях и документах разделов проекта, но и о всех окружающих данных – договоры, сроки, планы, согласования, контроль, фотофиксации и т.д. Понятие CDE закреплено в стандарте ISO 19650; пример – Autodesk BIM 360, из российских стоит упомянуть СОД Sarex.

Когда процесс управляем, его можно оптимизировать

Помимо управления всем производством предприятию надо учитывать конкретные ограничения оборудования, качество сырья и безопасность производства, а затем поддерживать режим технологического процесса в реальном времени. Встречаем Advanced Process Control, или APC (Система усовершенствованного управления технологическим процессом, СУУТП).

Современный APC во многом основан на методах модельно-прогнозирующего управления (Model Predictive Control, MPC), которые позволяют учитывать взаимосвязи между параметрами процесса. В истории этого направления упоминаются LQG в 1960-е годы, IDCOM в 1976 году и DMC в 1979 году, но эти даты скорее относятся к развитию методов управления. Известные решения – Aspen DMC3, Honeywell Profit Controller и Yokogawa PACE.

Если APC оптимизирует и поддерживает процесс с учетом технологических ограничений, то Real-Time Optimization, или RTO, ищет экономически предпочтительную точку работы. RTO выступает уровнем оптимизации над APC и помогает выбрать режим с учетом цен, ограничений и целевых показателей. Единственный первый RTO-продукт источниками не подтвержден; современные – Aspen OnLine, AVEVA Process Optimization и Honeywell Profit Optimizer.

Активы и их жизненный цикл

Простои оборудования – всегда операционный и финансовый риск. Чтобы их избегать, нужно не просто быстро его ремонтировать, но планировать регулярное обслуживание, назначать ответственных, управлять запасами необходимых материалов и сохранять техническую историю. Эти задачи решает класс Computerized Maintenance Management System, или CMMS (Компьютеризованная система управления техническим обслуживанием и ремонтом).

В российской практике этот контур обычно называют ТОиР – техническое обслуживание и ремонт, а когда речь именно об оборудовании, встречается аббревиатура ТОРО – техническое обслуживание и ремонт оборудования.

В CMMS ведутся справочник технических объектов, регламенты планово-предупредительного обслуживания и нормативы трудозатрат и материалов. На основании этих данных CMMS организует поток работ вокруг оборудования: график планово-предупредительных ремонтов, заявки на внеплановый ремонт, дефектовку, наряд, планирование останова, назначение исполнителя, выполнение операции и закрытие результата.

Однако крупному предприятию нужно не только управлять непосредственно ремонтами и обслуживанием. Для этих активностей требуется обосновать приобретение актива, провести закупку запчастей и материалов, проконтролировать гарантии и подрядчиков, учесть капитальные затраты, оценить риски, запланировать модернизацию, ну и принять решение о продлении жизненного цикла, консервации или списании. Этот широкий контур обслуживают решения Enterprise Asset Management, или EAM.

EAM включает функции CMMS, но связывает их с обеспечивающими процессами: закупками, запчастями и складом, контрактами и подрядчиками, бюджетами, учетом затрат, инвестиционными программами, рисками, требованиями безопасности и экологическими ограничениями. Примеры EAM: IBM Maximo и IFS, в России – «1С:ТОиР», «Галактика EAM» и «Турбо ТОРО».

Качество как управляемый процесс

Выпуск готовой продукции требует как диспетчеризации цеховых операций, так и соблюдения отраслевых стандартов, нормативов и методик. Для централизованного управления регламентами, нормативной документацией, результатами испытаний и анализов, претензиями заказчиков, расследованиями брака и корректирующими действиями применяются решения Quality Management System, или QMS (Система управления качеством). Развитие QMS как самостоятельного программного обеспечения началось в конце 1980-х – начале 1990-х годов под влиянием стандартов серии ISO 9000 и регуляторных требований, когда разрозненные бумажные архивы и картотеки несоответствий потребовали перевода в единый сквозной цифровой контур.

Помимо специализированных QMS, модули управлением качеством входят в состав многих MES и ERP решений. Международные примеры – MasterControl, ETQ Reliance, Veeva Vault QMS и SoftExpert, а на российском рынке за QMS отвечают разработки на платформах 1С и специализированные модули отечественных ERP/MES-систем.

Если QMS управляет качеством как процессом, то для физико-химического анализа сырья и продукции требуется отдельный инструмент. Лаборатории должны регистрировать образцы, распределять задания лаборантам, снимать показания с измерительных приборов, рассчитывать концентрации и формировать паспорта качества. Это делается в Laboratory Information Management System, или LIMS (рус. Лабораторная информационная система). Класс начал формироваться на рубеже 1970–1980-х годов: от заказных программ для мейнфреймов в фармацевтике переход к коммерческим тиражным продуктам произошел в 1982 году с выпуском LIMS первого поколения компанией ALS.

Направленность LIMS кардинально меняется в зависимости от сферы применения (производство, наука, медицина, экология); в производственном контуре LIMS работает с образцами и результатами их анализа, связанными с партиями сырья и продукции, и обычно тесно интегрируется с MES/ERP. В мире известны LabWare LIMS, Thermo Fisher Scientific SampleManager и STARLIMS, в России — «1С:LIMS», «ЛабИнфо» и I-LIMS.

Разложим корпоративный софт по полочкам: стандарт ISA-95

Предприятию нужно связать физический технологический процесс, автоматизацию, производственное исполнение и корпоративное планирование, не смешивая зоны ответственности разных систем. Стандарт ISA-95 описывает эту связь через пять уровней:

• уровень 0 – физический производственный процесс, включая оборудование и происходящие с ним операции;

• уровень 1 – измерение и непосредственное воздействие на процесс с помощью датчиков, исполнительных механизмов и модулей ввода-вывода;

• уровень 2 – диспетчерское управление технологическим процессом;

• уровень 3 – управление производственными операциями, включая производство, качество, техническое обслуживание, материалы и запасы;

• уровень 4 – управление бизнес-процессами, где находятся ERP и связанные корпоративные системы.

Распространенная практика – дополнять ISA-95 пятым уровнем, включающим аналитические приложения и решения для стратегического управления компанией.

В этой модели ISA-95 не предписывает конкретную архитектуру или обязательный набор продуктов, а задает границы функций и обмена данными между уровнями; особенно важна граница между уровнем 3, где выполняются производственные операции, и уровнем 4, где происходит управление процессами корпоративного уровня.

Наладив производственные процессы, предприятие должно настроить взаимоотношения с поставщиками/клиентами и корпоративные бизнес-процессы. В следующей статье мы перейдем к рассмотрению терминов четвертого и пятого уровней ISA-95.