Взаимодействие APS-системы и ERP-системы: Введение в проблему

Согласно идее Клауса Шваба, изложенной в книге 2016 года «Четвертая промышленная революция», ближайшее будущее будет определяться широким внедрением киберфизических систем в производство – это, так называемая, концепция «Индустрия 4.0».

Судя по названию книги, предполагается, что было 3 предшествующих промышленных революции, а именно:

• Первая  (конец XVIII века) – и самая значимая - переход от ручного труда к машинному: появление механического ткацкого станка и паровой машины.

• Вторая революция  (конец XIX  века) касается появления конвейнерного производства, изобретения электрической лампы, телефона.

• Третья промышленная революция  (конец XX века) - изобретение транзистора, процессора, создание персонального компьютера и сети Интернет, а также цифровой камеры.

Четвертая промышленная революция, в основном, касается создания виртуальной реальности, искусственного интеллекта, кибертехнологий, облачных и квантовых вычислений и многих других интересных вещей, которые могут наполнять метавселенную.

Технологии четвертой промышленной революции можно разделить на четыре основных компонента, определяющих термин «Индустрия 4.0»:

• Киберфизические системы - системы, которые отслеживают физические процессы и создают виртуальную копию физического мира (например, APS-системы).

• Интернет вещей («internet of things») - концепция сети передачи данных между физическими объектами («вещами») (например, результат работы шины данных).

• Доступность ресурсов компьютерной системы по запросу.

• Когнитивные вычисления - это технологии нового поколения, с помощью которых обрабатывают и извлекают информацию из терабайтов структурированных и неструктурированных данных.

Глобальная цифровизация и применение решений концепции «Индустрия 4.0», несомненно, влияет и на автоматизацию оперативного управления производством. Принято выделять 3 уровня оперативного управления производством: ERP (англ. Enterprise Resource Planning) — система, отвечающая за планирование финансового результата предприятия, APS (англ. Advanced Planning & Scheduling Systems) — система, отвечающая за построение производственного расписания организации, MES (англ. Manufacturing Execution Systems) — система, отслеживающая пошаговое выполнение операций производства на уровне сотрудников.

Современные стандарты построения системы каждого уровня отображается в виде американской эталонной модели PERA (Purdue Enterprise Reference Architecture), положенной в основу международного стандарта ISA‑95 и затем российского ГОСТ Р МЭК 62264. Таким образом, мы видим, что эффективное оперативное управление производственными предприятиями – задача мирового масштаба, и чтобы создать инструменты для ее решения потребовалось накопить солидный опыт людей, компаний и стран. Как же и зачем появились все эти уровни оперативного управления производством?

Как и зачем появились уровни управления производством?

Когда объем производства на предприятиях стал расти и усложняться, а также стало увеличиваться количество направлений производства, потребовалось понимать, что происходит в каждом направлении: сколько нужно финансовых и материальных ресурсов, насколько прибыльно направление в целом и т.д. Также, для своевременного обеспечения ресурсами производственного направления, необходимо согласовать деятельность каждого направления производства с деятельностью административных и коммерческих подразделений, чтобы материалы и инструменты поступали в производство точно в срок, а произведенная продукция вовремя была реализована. От руководителей высшего звена потребовалось заранее учитывать все факторы, чтобы деятельность предприятия была стабильной и регулярно приносила прибыль. Так появилась стратегия MRP, а затем MRP II (англ. manufacturing resource planning) – стратегия производственного планирования. MRP II стала развиваться и из нее сформировалась стратегия ERP, в которой сумели интегрировать максимальный объем бизнес-информации.

После первых опытов внедрения ERP и планирования по стандарту MRP II выявился их основной недостаток — отсутствие достоверности планирования. В основном проблема касалась скорости получения обратной связи от производственных подразделений. Чтобы победить в конкуренции, производственные процессы корректировались по ходу: менялась приоритетность заказов, материалы заменялись, полуфабрикаты передавались из заказа в заказ – так что объемная и неповоротливая система учета в итоге не успевала за коммерческими требованиями концепции JIT (Just-in-Time), получая оперативные данные постфактум. Появилась потребность в создании системы планирования нового поколения — APS, которая специализировалась бы на планировании поставок материалов и ресурсов и одновременно составляла расписание производства с учетом реальной загрузки оборудования и персонала, при этом увязывая их с планом-графиком работы всех подразделений предприятия и сроками поставок партнеров. По сути из ERP вычленилась более легкая и гибкая система управления производственным блоком, которая позволяла получать более реальные сроки изготовления продукции. Образно можно представить, что система ERP – это центр управления, который прокладывает маршрут на карте, APS – это хорошо экипированный вездеход, двигающийся по этому маршруту, а система MES – это экипаж вездехода, которые должны слаженно действовать, чтобы вездеход двигался к цели, в реальности представляющая собой систему диспетчерского контроля и оперативного перепланирования расписаний. Мы на этой системе останавливаться сейчас не будет, подробнее с ней можно ознакомиться в наших статьях MES системы в 1С, Управление дискретным производством.

Вот как и зачем появлялись уровни оперативного управления производством. Конечно, существующая иерархия уровней не окончательна, поскольку каждая промышленная революция открывает нам все больше возможностей и количество систем управления и, соответственно, стратегий управления будет меняться. Далее мы немного подробнее остановимся на системе APS.

Система APS

Как уже было сказано, для системы ERP APS служит неким помощником, который расширяет ее функциональность в части планирования производства. С одной стороны APS при выполнения своих задач полностью опирается на архив данных, которые есть в ERP – заказы клиентов, наличие материалов и оборудования и т.д. – ERP не анализирует эти объёмы исходных данных в режиме реального времени, а система APS делает это непрерывно. С другой стороны для APS источником оперативной информации о состоянии производства является MES-система. На стыке двух информационных потоков APS регулярно пересчитывает оптимальный вариант расписания заказов на производство, закупку, перемещение и т. д., и результат расчетов передает в ERP-систему. Рассмотрим особенности системы APS.

Особенность 1

В APS используются алгоритмы современной математики, позволяющие быстро проводить сложные расчеты. Существует миф, что в основе алгоритмов APS-систем лежат имитационные модели, нейросетевые модели и т.д., но на самом деле алгоритм построения расписаний в APS относительно прост и основан на приоритете задач.

Первая итерация расписания строится с учетом важных ограничений, например, соблюдения плановых сроков изготовления. Если расписание получено, то оно принимается в качестве базового для учета остальных менее важных ограничений.

Нужно понимать, что такое расписание может не быть оптимальным, так как система APS имеет ограниченный состав критериев планирования, в основном экономических, однако при составлении расписания из сотен тысяч операций для нескольких тысяч единиц оборудования на месяц или полгода такой подход является приемлемым, особенно если учесть, что на последующем этапе за фактическую реализацию производственного расписания будут отвечать уже MES-системы.

Таким образом, APS с помощью несложных эвристических алгоритмов* составляет допустимые расписания и позволяет приблизительно прогнозировать сроки изготовления заказов.

*Эвристический алгоритм (эвристика) — алгоритм решения задачи, включающий практический метод, не являющийся гарантированно точным или оптимальным, но достаточный для решения поставленной задачи. Позволяет ускорить решение задачи в тех случаях, когда точное решение не может быть найдено.

Особенность 2

APS обновляет составленное расписание из-за поступления новых заказов и других изменений. Важным преимуществом APS является проведение расчетов для создания новой итерации расписания одновременно и в реальном времени, основываясь на оперативных данных. Расписание в любой момент можно актуализировать.

Нужно понимать, что APS обновляет расписание только при появлении новых заказов, в отличие от MES, которая способна корректировать производственный процесс гораздо чаще, так как ее задачи формируются на уровне цехов. В действительности, поскольку критерии оптимизации расписания APS экономические, значительное отклонение от базовой итерации производственного расписания приводит к ощутимым финансовым потерям для предприятия в целом, поэтому для APS критичные отклонения вообще нежелательны, так что для более точного контроля производственных процессов лучше использовать интеграцию систем APS и MES.

Особенность 3

По сути APS планирует локальное рабочее расписание производственных подразделений с учетом утвержденных графиков работы. Это расписание далее может корректировать MES-система, например, сотрудники могут выполнять и закрывать операции сверхурочно, сокращая срок выпуска готовой продукции или исправляя ошибки производственного процесса, то есть экипаж обеспечивает движение вездехода. Однако цель, куда должен прибыть вездеход, указывает центр управления – система ERP. ERP-система – это организующий и управляющий элемент цепочки, который является еще и учетно-информационной системой. В ее задачи входит формирование плана по производству востребованной рынком продукции и установка сроков исполнения. На основе этого графика APS рассчитывает производственную программу, опираясь на информацию о состоянии поставок, запасов, трудовых ресурсов и производственных мощностей, а также собирает информацию от MES об актуальном выполнении плана. Если в сроках исполнения возникают рассогласования, то возникает необходимость коррекции плановых сроков на уровне ERP – центр управления вездеходом должен проложить новый маршрут.

Таким образом, создается некий конвейер планирования, каждый элемент которого сосредоточен на выполнении своего спектра задач, создавая, в конечном итоге, базу максимально достоверных актуальных данных о протекающих производственных процессах.

APS в 1С

Что может предложить 1С касательно APS систем?

Описанный конвейер систем планирования производством ERP-APS-MES, интегрированный в единую учетную систему, в 1С сейчас представлен только в программном продукте 1С:ERP Управление предприятием (далее 1С:ERP).

В самой 1С:ERP функции APS и MES систем заложены в блоке Производство. Функционал APS в 1C:ERP проявляется в Планировании графика производства при старте выполнения Заказа на производства (Рисунок 1):

Рисунок 1

А также при использовании метода управления «Пооперационное планирование», когда планируются все операции по всем Рабочим центрам согласно утвержденным графикам работы (Рисунок 2).

Рисунок 2

При диспетчеризации выполнения операций в дело вступает функционал системы MES, встроенный в 1C:ERP (Рисунок 3).

Рисунок 3

Наличие функций APS и MES в 1C:ERP облегчает ведение сложных производственных процессов и структурирует их выполнение. Это очень помогает тем компаниям, которые только начинают приведение всех систем учета производственного предприятия к единой, и чаще всего инструментом глобальной автоматизации становится ERP. Благодаря использованию 1C:ERP даже как единственной системы учета на первых порах автоматизации, можно получать актуальные данные о деятельности производства, сделать прозрачным складской учет и контролировать финансовый результат.

Также фирмой 1С достаточно давно представлен программный продукт, который содержит в себе цепочку APS-MES – это 1С:MES Оперативное управление производством (подробнее о ней можно прочитать по ссылке). В данном программном продукте главный акцент сделан на функционал системы MES, но и элементы системы APS также в ней представлены. Например, это выражается в распределении заказов по приоритетности, то есть по экономическому критерию – это алгоритм расчета системы APS (Рисунок 4).

Рисунок 4

Или построение графиков производства (Рисунок 5):

Рисунок 5

При этом при размещении технологических операции на оси времени программа анализирует информацию об условиях выполнения предыдущих производственных операций (перерасход материалов, поломка оборудования и т.д.), то есть ведет архив данных, что также больше относится к функционалу APS и ERP, а не MES.

Таким образом, в двух описанных продуктах доли функционала конвейера ERP-APS-MES представлены в разных пропорциях: в 1С:ERP представлено больше функционала ERP и APS, в 1С:MES – APS и MES.

В целом самым главным отличием системы APS являются алгоритмы математического моделирования (планирования) деятельности предприятия. Любая система APS состоит из 2-х модулей: модуль синхронизации и модуль планирования расписания. Первый собирает информацию об ограничивающих критериях и степенях приоритетности, второй – рассчитывает расписание процессов с учетом все факторов. Полноценные APS-системы в настоящее время представлены зарубежными решениями, так как в России автоматизация производства только вступает в силу, и математическое моделирование в деятельности предприятия используется редко. Хорошая новость заключается в том, что открытый код и гибкость программной платформы 1С позволяет создать интеграцию или обмен с любой другой системой, поэтому при недостатке функционала в перечисленных программных решениях, можно использовать APS-систему любого разработчика.

Четвертая промышленная революция ведет к созданию виртуального пространства, представляющего собой слепок реального мира, не обремененного инертностью пространства физического. В нем можно оперировать информацией с большей скоростью, а виртуальные структуры более пластичны и способны гибко перестраиваться. Перенося производственные процессы предприятия в виртуальную форму, можно реализовать несколько вариантов производственного процесса и предусмотреть возможные риски без потерь для результата реального предприятия.

Мы рады помочь вам подобрать подходящую систему учета и получить лучший результат от ее внедрения!