108

СТА 2/2016www.cta.ru

введение

Современные реалии таковы, что предприятия вне зависи-мости от вида деятельности всё чаще сталкиваются с необхо-димостью автоматизации. Большие массивы не всегда струк-турированных данных, требуемые для анализа и принятия ре-шений, в настоящий момент вручную обрабатывать практиче-ски невозможно. Именно поэтому на устах использование та-ких систем автоматизации, как BI (Business Information), ERP(Enterprise Resource Planning), MES (Manufacturing ExecutionSystem) и АСУ ТП (автоматизированные системы управлениятехнологическими процессами) [1]. Совместное применениеподобных систем позволяет выстроить жёсткую вертикальуправления деятельностью предприятия, начиная от автома-тического сбора информации и заканчивая получением свод-ных аналитических отчётов.

Использование данных систем обеспечивает управление ин-формацией в масштабах всего предприятия. В классическойтеории управления [2] выделяют три уровня управления: стра-тегический, тактический и оперативный (рис. 1). Из названияуровней становится очевидным, что каждый из них предна-значен для решения различных видов задач, отличающихся впервую очередь частотой обработки данных. Важно подчерк-нуть, что применение средств автоматизации ведётся по кано-нам указанных уровней.

Проведя анализ литературных источников, посвящённых си-стемам автоматизации, хочется упомянуть содержащую описа-ние OLAP-систем (OnLine Analytical Processing) моногра-фию [3], работу [4], посвящённую ERP-системам, а также кни-ги по MES и SCADA-системам (Supervisory Control and DataAcquisition) [5, 6]. К сожалению, указанные источники содер-жат лишь детальное описание систем автоматизации, а вопросих интеграции не рассматривается. В ряде статей приводится

детальный анализ различия систем автоматизации [7–9], а так-же обзор технических задач, возникающих при реализации си-стем автоматизации [10]. Однако и этого недостаточно для то-го, чтобы чётко сформулировать проблемные области, с кото-рыми необходимо считаться при интеграции подобных систем.

Цель данной работы состоит в анализе задач, возникающихпри интеграции систем автоматизации для построения еди-ной системы управления, обеспечивающей эффективную об-работку информации в рамках предприятия.

Уровни автоматизации предприятия

Ранее указанные системы автоматизации (BI, ERP, MES,АСУ ТП) и уровни управления (рис. 1) можно соотнести(рис. 2). Следуя данным рис. 2, можно сказать, что системывида BI и ERP определяют стратегический уровень управле-ния, MES-системы задают тактический уровень, а АСУ ТП –оперативный. Подобное определение уровней автоматизациидеятельности предприятия встречается в большинстве работ[7, 10, 11]. Анализ проблем, возникающих при интеграции по-добных систем, потребует детального описания каждого уров-ня. Начнём с нижестоящего.

Уровень АСУ ТП и SCADA представляет собой комплекс тех-нических и программных средств, предназначенный для авто-матизации управления технологическим оборудованием напромышленных предприятиях. Выделяют управляющие, ин-формационные и вспомогательные функции АСУ ТП, позво-ляющие регулировать отдельные технологические переменныепроцессов, вести программное управление группой оборудо-вания, технологическими режимами или отдельными участка-ми процессов, а также контролировать и измерять технологи-ческие параметры процессов [12]. Пример графического поль-зовательского интерфейса SCADA-системы дан на рис. 3.

MES-уровень – это автоматизированная система управле-ния производственной деятельностью предприятия, позво-

ляющая в режиме реального времени планировать, опти-мизировать, контролировать и документировать про-

изводственные процессы от формирования заказа довыпуска готовой продукции [13]. Выделяют такие

функции MES-систем, как контроль состояния ираспределения ресурсов, оперативное/детальное

планирование, диспетчеризация производства,управление качеством продукции, производ-

ственными процессами, техобслуживаниеми ремонтом оборудования, а также анализ

производительности [9]. Рис. 4 демон-стрирует пример пользовательского

интерфейса MES-системы.Уровень ERP-систем позволяетреализовать стратегию интегра-

ции логистических (закупки,производство, сбыт), финан-

В записную книжку инженера

Интеграция ERP и MES-систем:взгляд сверху

Дмитрий Степанов

Стратегический уровень

Тактический уровень

Оперативный уровень

ERP-системы

BI-системы

MES-системы

АСУ ТП

BI системыСтратегический уровень

Тактический уровень

Оперативныйуровень

Рис. 1. Уровни управления Рис. 2. Уровни автоматизации деятельности предприятия

108-111 01_Макет 1 22.03.2016 12:14 Страница 108

109

СТА 2/2016 www.cta.ru

в з А п и С н у ю к н и ж к у и н ж е н е р А

совых (дебиторы, кредиторы, банки) и кадровых функций ком-пании, ориентированную на оптимизацию ресурсов пред-приятия посредством специализированного программногообеспечения [14]. ERP-системы в большинстве своём ведут об-работку транзакционных данных и относятся к классу системOLTP (OnLine Transactional Processing). Аналитическая обра-ботка транзакционных данных, собранных средствами ERP-систем, ведётся на уровне OLAP (OnLine Analytical Processing)с использованием автоматизированных BI-систем (BusinessInformation) [3]. Пример OLTP-системыпродемонстрирован на рис. 5.

Совместное использование указанныхуровней автоматизации формирует единуюинформационную среду предприятия(табл. 1). Так, уровень АСУ ТП, ограничен-ный программируемыми логическимиконтроллерами, SCADA-системами и ба-зами данных, позволяет вести сбор и обра-ботку технологических данных в режимереального времени. Обработанная инфор-мация передаётся на уровень MES-системи используется для оперативного управле-ния производством с учётом взаимозаме-няемости и переналадок оборудования.Оперативный план производства данногоуровня соотносится с результатами работыERP-систем по стратегическому планиро-ванию и управлению административно-хо-зяйственными операциями компании.Сводная аналитическая отчётность, полу-ченная на основе транзакционных данныхERP-уровня, определяет финальный шагавтоматизации средствами BI-систем.

проблемные области

интеграции

Описанный процесс взаимодействияуровней интеграции предприятия позво-ляет сформулировать задачи, решение ко-торых необходимо для построения единойинформационной среды. Если рассмотретьработу интегрированной среды ERP, MESи АСУ ТП сверху вниз, то ERP-системыформируют календарный план производ-ства на основе стандарта MRPII (MaterialRequirement Planning). Созданный план,переданный на уровень MES, служит осно-вой для формирования и последующей оп-тимизации производственного расписания.Производственное расписание определяеттехнологические процессы, проводимые иконтролируемые на уровне АСУ ТП. Сле-дует отметить, что возможны различныесценарии объединения систем, включаяполное отсутствие интеграции. В послед-нем случае каждая система будет работатьнезависимо: так, ERP-система будет ис-пользоваться для объёмного планированияи фиксации результатов производства,MES – для объёмного/детального плани-рования и управления производством, аАСУ ТП – для процесса мониторинга.

Сказанное свидетельствует о необходимости чёткого разгра-ничения функциональности систем в случае их интеграции.Например, процесс формирования объёмного плана про-изводства может выполняться как средствами ERP, так и MES-систем, причём и в том и в другом случае есть свои преимуще-ства и недостатки. Так, MES-системы предлагают более совер-шенные, ориентированные на реальное положение дел алго-ритмы создания производственного расписания, в то время какERP используют в качестве базиса MRPII-стандарт тридцати-

Рис. 5. Пользовательский интерфейс ERP-системы SAP ECC

Рис. 3. Графический пользовательский интерфейс АСУ ТП на базе ICONICS GENESIS32

Рис. 4. Графический пользовательский интерфейс MES-компонента SIMATIC IT

Preactor Advanced Planning & Scheduling

© Вс

е пр

ава

на ф

ото

прин

адле

жат

«Си

мен

с АГ

»

108-111 01_Макет 1 22.03.2016 12:14 Страница 109

110

СТА 2/2016www.cta.ru

пятилетней давности. Однако в первом случае требуется боль-шее количество настроек и доработок систем для достижениясоответствия ERP и MES-данных по сравнению со вторым [15].Схожее сравнение можно привести для процессов контроля ка-чества продукции, ремонта оборудования и управления доку-ментами, возможность реализации которых существует в обо-их видах систем (рис. 6).

После определения функционального назначения каждой изсистем решаются задачи по синхронизации используемых дан-ных. Формирование и становление систем автоматизации про-исходило постепенно, поэтому каждая система имеет такую ар-хитектуру, которая позволяет и взаимодействовать с внешнимиинформационными системами, и, наоборот, работать в закры-том от обмена информацией режиме. В любом случае посто-янные и переменные данные систем обрабатываются на каж-дом уровне интеграции. Проблема заключается в том, что по-строение единой системы управления требует синхронизацииданных каждого уровня автоматизации, или, попросту говоря,данные в разных системах должны быть одинаковыми. В про-изводственных процессах данными, подлежащими синхрони-зации, являются номенклатурные позиции, спецификации,технологические карты и прочие объекты, представленныена рис. 7. Интеграция данных затрагивает вопросы сопоставле-ния бизнес-объектов, их признаков и размерностей, кроме то-го, определяется частота и порядок обновления информации.

По большому счёту, всё множество проблем интеграцииERP и MES-систем связано с вопросом разграничения функ-циональности. Задав функциональное назначение систем, не-обходимо обеспечить их объединение: выбрать технологиюинтеграции, задать мастер-систему ведения данных, опреде-лить объекты миграции и правила их сопоставления.

практические способы разрешения

проблем интеграции

Ранее было показано, что существует несколько возможныхвариантов разграничения производственной функционально-сти в ERP и MES-системах. В системах ERP отсутствует воз-можность управления производственными процессами, дан-ные функции присущи исключительно MES, в то время как вERP существует лишь возможность фиксации полученных ре-зультатов производства (табл. 1). Поэтому вопрос разграниче-ния функций систем связан исключительно с процедурамиформирования плана производства и расписаний, которыеможно выполнить как средствами ERP, так и MES-систем. Не-смотря на то что создавать план и расписание производстваможно в обоих видах систем, чаще всего предпочтение от-даётся ERP. Звучит немного парадоксально, ведь именноMES-системы обладают расширенными возможностями фор-мирования производственного расписания, однако в боль-шинстве проектов по интеграции наблюдается именно такаякартина. Как результат, в ERP-системе на основе данных про-даж создаётся план, а затем и расписание производства.

Для обеспечения обмена данными в большинстве ERP иMES-систем реализован стандарт ISA-95 (IEC 62264), вклю-чающий в себя описание объектов, атрибутов и моделей ин-теграции [16]. На практике для синхронизации данных системтребуется разработка интерфейсов обмена, а также использо-вание готовых интеграционных сред. Интерфейс выполняетэкстракцию и трансформацию данных, в то время как среда –передачу обработанных данных в систему получателя. Мастер-системой по ведению основных данных чаще всего назначает-ся ERP: создание, изменение и удаление данных ведётся цент-рализованно в ERP-системе, MES-система только используетэти данные без возможности их изменения. Гармонизация дан-ных позволяет выявить особенности их ведения (тип и размер-ность, количество символов в дробной части), которые закла-дываются и реализуются в процедурах трансформации.

Обмен и хранение переменных данных ведётся по схожей схе-ме, однако их обработка может инициироваться как из ERP, таки из MES-системы. Реализация процессов контроля качествапродукции, ремонта оборудования и управления документамиосуществляется преимущественно в ERP-системе. В большин-стве проектов MES ограничивается функциями, непосред-ственно связанными с производством. Ранее говорилось, чтоинтеграция ERP и MES обеспечивает идентичность данных,представленных на рис. 7. Тогда упомянутое производственноерасписание представляется бизнес-объектом – заказом на про-изводство, который содержит всю необходимую для изготовле-ния продукции информацию, включая даты, статусы и ком-ментарии. Созданные на основе плана производства заказы пе-редаются из ERP в MES-систему. На определённую дату MES-система может содержать несколько заказов, требующих ис-пользования заданного оборудования, именно поэтому на дан-ном уровне существуют механизмы оптимизации загрузки обо-рудования с учётом различных производственных ситуаций. Ти-повая модель интеграции систем представлена на рис. 8.

в з А п и С н у ю к н и ж к у и н ж е н е р А

Таблица 1Характеристики систем автоматизации

Рис. 6. Функциональные возможности ERP и MES-систем

ERP-система

MES-система

Управлениезакупками

Управлениесбытом

Управлениезапасами

Управлениефинансами

Контроллинг

Детальноепланирование

Управлениетехобслуживанием

Управлениекачествомпродукции

Управлениедокументами

Управлениеперсоналом

Контроль состоянияи распределения

ресурсов

Диспетчеризацияпроизводства

Сбор и хранениеданных

Управлениепроизводственными

процессами

Анализпроизводительности

Системаавтоматизации

Горизонтпланирования

Частотаобработки Автоматизируемые процессы Особенности планирования

BI (OLAP) – Ежедневно Получение аналитической отчётности –

ERP (OLTP)Квартал,месяц, неделя

Ежедневное/еженедельноепланирование

Административно-хозяйственныепроцессы

Стратегическое планирование, включая объёмное планирование производствас возможностью фиксации выходных результатов

MESНеделя,смена, час

Планирование в режимереального времени Производственные процессы Оперативное планирование производства с учётом

различных производственных ситуаций

АСУ ТП (SCADA) – Режим работыв реальном времени

Процесс обработки технологическойинформации –

108-111 01_Макет 1 22.03.2016 12:14 Страница 110

заключение

Совместное применение BI, ERP, MES и АСУ ТП позволяетвыстраивать единую систему управления предприятием, в ко-торой каждый уровень интеграции выполняет строго заданнуюфункцию: формирование аналитической отчётности, ведениеобъёмно-календарного планирования, расчёт оптимальногопроизводственного расписания и контроль технологическихпроцессов. Помимо ERP существуют и другие автоматизиро-ванные системы предприятия: SRM (Supplier Relationship Man-agement), CRM (Customer Relationship Management), PLM(Product Lifecycle Management) и SCM (Supply Chain Manage -ment), обеспечивающие управление взаимоотношениями с по-ставщиками и клиентами, а также жизненным циклом продук-ции и цепочками поставок [17].

SCM-системы успешно решают задачи по управлению всейлогистической сетью. Одной из подсистем SCM служит APS(Advanced Planning and Scheduling), отвечающая за оптимизи-рованное производственное планирование. В случае исполь-зования APS-систем схема планирования ресурсов предприя-тия будет включать три уровня: ERP для объёмно-календарно-го планирования, APS для формирования производственногорасписания в масштабах всего предприятия, а также MES длясоздания оперативного плана производства по цехам [18].

Включение APS-систем в контур планирования ресурсов пред-приятия приводит к появлению проблем, которые были про-анализированы ранее. Тем не менее, использование системданного вида представляется перспективным направлениемдальнейшей автоматизации работы производственного пред-приятия. l

литератУра

1. Гвоздева Т.В., Баллод Б.А. Проектирование информационных систем :

учеб. пособие. – Р. н/Д. : Феникс, 2009.

2. Ким Д.П. Теория автоматического управления: линейные системы. –

М. : ФИЗМАТЛИТ, 2003.

3. Лодон Дж., Лодон К. Управление информационными системами : пер.

с англ. Трутнева Д.Р. – СПб. : Питер, 2005.

4. О’Лири Д. ERP системы. Современное планирование и управление

ресурсами предприятия. Выбор, внедрение и эксплуатация : пер. с англ.

Водянова Ю.И. – М. : Вершина, 2004.

5. Андреев Е.Б., Куцевич И.В., Куцевич Н.А. MES-системы: взгляд изнут-

ри. – М. : РТСофт, 2015.

6. Андреев Е.Б., Куцевич Н.А., Синенко О.В. SCADA-системы: взгляд из-

нутри. – М. : РТСофт, 2004.

7. Леньшин В.Н., Куминов В.В. Производственные исполнительные си-

стемы (MES) – путь к эффективному предприятию [Электронный ре-

сурс] // Сайт АСУТП.ру. – Режим доступа : http://asutp.ru/?p=600359.

8. Фролов Е.Б., Загидуллин Р.Р. MES-системы, как они есть или эволюция

систем планирования производства. Часть I [Электронный ресурс] // Сайт

FOBOSMes.ru. – Режим доступа : http://www.fobos-mes.ru/stati/mes-siste-

myi-kak-oni-est-ili-evolyutsiya-sistem-planirovaniya-proizvodstva.-chast-i.html.

9. Фролов Е.Б., Загидуллин Р.Р. MES-системы, как они есть или эволюция

систем планирования производства. Часть II [Электронный ресурс] // Сайт

FOBOSMes.ru. – Режим доступа : http://www.fobos-mes.ru/stati/mes-siste-

myi-kak-oni-est-ili-evolyutsiya-sistem-planirovaniya-proizvodstva.-chast-ii.html.

10. Солдатов С. Интеграция SCADA-систем и систем управления пред-

приятием // Современные технологии автоматизации. – 2016. – № 1.

11. Фролов Е.Б., Загидуллин Р.Р. Оперативно-календарное планирование и

диспетчирование в MES-системах. Часть I [Электронный ресурс] // Сайт

FOBOSMes.ru. – Режим доступа : http://www.fobos-mes.ru/stati/operativno-

kalendarnoe-planirovanie-i-dispetchirovanie-v-mes-sistemah.-chast-i.html.

12. Втюрин В.А. Автоматизированные системы управления технологиче-

скими процессами. Основы АСУТП. – СПб. : ЛТУ, 2006.

13. Нестерова А. MES-системы управления производством. Воспользуйтесь

явными преимуществами [Электронный ресурс] // Сайт АСУТП.ру. –

Режим доступа : http://asutp.ru/?p=600358.

14. Степанов Д.Ю. Анализ, проектирование и разработка корпоративных

информационных систем: аннотация [Электронный ресурс] // Офици-

альный сайт Дмитрия Степанова. – Режим доступа : http://stepanovd.

com/training_erp_1-0ru.html?lang=RU.

15. Лилеев П. Типовые модели интеграции SAP: ERP и MES. Часть 2. Со-

временные подходы к интеграции ERP и MES на металлургических пред-

приятиях // Информационные технологии. – 2005. – № 1.

16. ISA95. Enterprise-Control System Integration [Электронный ресурс] // Ре-

жим доступа : http://isa-95.com/.

17. Степанов Д.Ю. Перспективные направления развития корпоративных

информационных систем на примере программных решений компании

SAP // Аспирант и соискатель. – 2013. – № 6.

18. Фролов Е.Б., Загидуллин Р.Р. Оперативно-календарное планирование

и диспетчирование в MES-системах. Часть II [Электронный ресурс] //

Сайт FOBOSMes.ru. – Режим доступа: http://www.fobos-mes.ru/stati/op-

erativno-kalendarnoe-planirovanie-i-dispetchirovanie-v-mes-sistemah.-

chast-ii.html.

E-mail: DmitryStepanov@mail.ru 111

СТА 2/2016 www.cta.ru

в з А п и С н у ю к н и ж к у и н ж е н е р А

Рис. 7. Объекты синхронизации ERP и MES-систем

Рис. 8. Модель интеграции ERP и MES-систем

– основные данные

– переменные данные

Планпроизводства

Заказ напроизводство

Продукция

Спецификация

Рабочий центр

Технологическаякарта

Продукция

СпецификацияРабочий центр

Продукция

СпецификацияРабочий центр

Технологическаякарта

ERP-система

MES-система

Заказ напроизводство

Заказ напроизводство

Технологическаякарта

Планпроизводства

108-111 01_Макет 1 22.03.2016 12:14 Страница 111