Katedra Mikroelektroniki i Technik Informatycznych
Politechnika A
ódzka
Systemy sterowania
w elektronice przemysłowej
Wykład 13
dr inż. Bartosz Pękosławski
A
ódz
, dn. 22.06.2012
Plan wykładu
1. Idea monitoringu stanu i przebiegu procesu produkcyjnego.
Przekazywanie wskaz
ników i parametrów produkcji
pomiędzy systemami monitorującymi oraz zbieranie
informacji o procesach produkcji rozproszonych w całym
przedsiębiorstwie.
2. Oprogramowanie klasy MES/MOM.
3. Kluczowe parametry wydajności.
4. Wstęp do środowiska Proficy Plant Applications i jego
moduły.
5. Model  wirtualnej fabryki .
2
Cele monitoringu stanu i przebiegu
procesów przemysłowych
Zwiększenie wydajności produkcji i zmniejszenie jej kosztów poprzez
połączenie systemów produkcyjnych i biznesowych (z wizualizacją
w czasie rzeczywistym)
Poprawa odpowiedzi na zdarzenia produkcyjne i elastyczność na
zmienne warunki rynkowe - osiągnięcie kompromisu między:

optymalnym zużyciem surowców i wykorzystaniem zasobów

wymaganiami klientów i dostawą produktów na czas
Planowanie produkcji

planowanie obciążenia maszyn

szeregowanie operacji technologicznych i transportowych

harmonogramowanie produkcji
3
Parametry i wskaz
niki produkcji
Dane procesowe:
Parametry produkcji:


temperatura
zadana wydajność produkcji
(liczba sztuk w jednostce

ciśnienie
czasu)

wartości liczników

itp.

itp.
Wskaz
niki produkcji:

czasy przestojów (planowanych i nieplanowanych)

liczba z
le wykonanych elementów (straty jakościowe)

wydajność pracy maszyn i operatora (straty prędkości)

ilość odpadów
4
Gromadzenie danych
Dane procesowe przesyłane z systemów sterowania PLC/
rozproszonych systemów sterowania (DCS) do przemysłowej bazy
danych
DBMS (Database Management
System)  system zarządzania
bazą danych,
Fizyczna baza danych
program(y) zapewniający
odpowiedni dostęp, manipulację
i aktualizację danych
DBMS
5
Przemysłowa baza danych
duża skalowalność (od kilkunastu do kilkuset tysięcy zmiennych)
szybki zapis dużej ilości danych (kilkadziesiąt tysięcy odczytów/zapisów na sekundę)
milisekundowe okresy próbkowania danych procesowych
automatyczne gromadzenie danych z urządzeń i systemów sterowania PLC/DCS oraz
aplikacji wizualizacyjnych HMI/SCADA i systemów MES
możliwość administracji lokalnej i zdalnej
rozproszona architektura klient-serwer
wbudowane mechanizmy redundancji komunikacji
obsługa otwartych standardów OPC, ODBC, SQL, XML
Przykłady: Microsoft Industrial SQLServer, Proficy Historian
6
Standard OPC
OPC (Object Linking and Embedding for Process Control) 
przemysłowy standard komunikacji opracowany przez producentów
sprzętu i oprogramowania współpracujących z firmą Microsoft (1996)

jednolite metody dostępu i opisu danych (interfejsu) dla procesu
technologicznego, metody te są niezależne od typu oraz z
ródła
danych

oparty na technologii OLE COM (Component Object Model)
i DCOM (Distributed Component Object Model)

różne specyfikacje (funkcjonalność):

OPC DA (Data Access)

OPC HDA (Historical Data Access)

OPC A&E (Alarms and Events)

OPC Security
Komunikacja klient OPC - serwer(y) OPC,
klient może m.in. tworzyć grupy i dodawać zmienne procesowe
7
Standard ODBC
ODBC (Open Database Connectivity)  standard wymiany informacji
między różnymi bazami danych, interfejs pozwalający innym
programom na łączenie się z systemami zarządzającymi bazami
danych (DBMS)  opracowany przez SQL Access Group (1992)

niezależność zapytań od DBMS i systemu operacyjnego,

współpraca z bazami obsługującymi SQL i nieobsługującymi go
(translacja SQL na oryginalny język bazy)
8
Informatyczny system obsługi produkcji
Elementy:

serwer przemysłowej (procesowej) bazy danych

kolektor danych przemysłowych

system SCADA

stacje obliczeniowe (sterowanie na podstawie modelu procesu)

stacje operatorskie

stacje raportujące (menadżerowie, kontrola jakości, kierownicy
produkcji)
9
Informatyczny system obsługi produkcji
10
ANSI/ISA-95
Klasyczne systemy wizualizacji i sterowania procesem (budowane
w oparciu o oprogramowanie SCADA) są niewystarczające
Standard ANSI/ISA-95  integracja przedsiębiorstwa z systemami
nadzorczymi na kilku poziomach
11
ANSI/ISA-95
Zarządzanie przedsiębiorstwem
i harmonogramowanie (poziom 4)
Nadzór nad produkcją (poziom 3)
Nadzór nad procesem (poziom 2)
Bezpośrednie sterowanie (poziom 1)
Proces (poziom 0)
12
ANSI/ISA-95
Standard definiuje terminologię dla komunikacji producent-dostawca
Jednolite modele informacyjne

Część 1 i 2  komunikacja pomiędzy systemem produkcyjnym i biznesowym
Funkcjonalność aplikacji i używanie informacji wyjaśnione na podstawie
modeli operacyjnych

Część 3  funkcjonalność poziomu 3 (MOM)
Systemy SCADA są również potrzebne  funkcjonujące w obszarze
planowania i przygotowania produkcji oprogramowanie wyższego poziomu
jest często zbyt oddalone od procesu i nie pozwala na szybką i skuteczną
reakcję na zmieniające się warunki zewnętrzne i parametry procesu
13
ANSI/ISA-95
Część 1 i 2:
14
Oprogramowanie MES
MES (Manufacturing Execution System)  System realizacji produkcji,
system sterowania i zarządzania produkcją
Zadania:

Zarządzanie definicjami produktów

Zarządzanie zasobami maszynowymi

Rozdzielanie/harmonogramowanie zadań produkcyjnych

Kontrola wykonania zadań produkcyjnych

Rejestracja danych historycznych (partie, dane procesowe,
czasy produkcji, przyczyny przestojów, wadliwe produkty)

Analiza wydajności produkcji
Korzyści z wdrożenia:

obniżenie kosztów produkcji

poprawa jakości produkcji

zwiększenie wydajności i stopnia wykorzystania zasobów produkcyjnych
15
Oprogramowanie MOM
MOM (Manufacturing Operations Management)  System zarządzania
operacjami produkcyjnymi
Zbiór systemów operujących na poziomie 3 standardu ANSI/ISA-95
Obejmuje:

MES

LIMS (Laboratory Information Management System) - laboratorium

WMS (Warehouse Management System) - magazyn

CMMS (Computerized Maintenance Management System) - serwis
Dane przekazywane pomiędzy MES a:

LIMS: wyniki testów jakości, partie testowe, certyfikaty produktów

WMS: zapotrzebowanie na materiały, dostawy/wysyłki produktów

CMMS: zamówienia remontowe, plan remontów, testy maszyn
16
Oprogramowanie ERP
ERP (Enterprise Resource Planning)  Planowanie zasobów
przedsiębiorstwa, system wspomagania zarządzania
przedsiębiorstwem
Niezależne aplikacje (moduły)  zintegrowany system informatyczny
Wspólna baza danych
Dostawcy m.in. SAP AG
Obszary funkcjonalności:

Finanse i księgowość

Zasoby ludzkie (płace i kadry)

Planowanie produkcji

Zarządzanie łańcuchem dostaw

Zarządzanie projektami

Zarządzanie relacjami z klientami (marketing, zamówienia, serwis)

Kontrola dostępu
17
Architektura SOA
SOA (Service Oriented Architecture)  Architektura zorientowana na
usługi
Koncepcja tworzenia systemów informatycznych
Zestaw metod i narzędzi mających na celu lepsze powiązanie biznesowej
strony organizacji pracy zakładu produkcyjnego
z zasobami informatycznymi i ludzkimi
Usługi (niezależne elementy oprogramowania z interfejsem
udostępniającym określone funkcje):

metody diagnostyczne

metody oparte na zdarzeniach

moduły wymiany danych w czasie rzeczywistym

moduły raportowania zaistniałych zdarzeń i wartości zmiennych
Możliwe różne technologie dla usług, ale wspólny protokół komunikacyjny
18
Kluczowe parametry wydajności
KPI (Key Performance Indicators)  mierniki oceny procesu realizacji
celów organizacji (przedsiębiorstwa), np. osiągnięcie określonego
zysku/obrotu, jakości produktu, usług, zadowolenia klienta, itd.
Zdefiniowane zgodnie ze strategią organizacji
Używane do oceny postępów i wprowadzania korekt
Wskaz
niki (przykłady):

Marketing - pozyskani nowi klienci

Serwis - średni czas oczekiwania klienta

Logistyka - liczba spóz
nionych dostaw

Produkcja - OEE
19
Wskaz
nik OEE
OEE (Overall Equipment Effectiveness)  Całkowita wydajność
maszyn i urządzeń
Mierzy efektywność wykorzystania maszyn przez producenta przy
założeniu wytwarzania określonych produktów o akceptowalnej jakości
dla konsumenta, w określonym czasie
Składa się z trzech elementów:
OEE = Dostępność x Wydajność x Jakość
OEE Producent
ok. 85% Światowej klasy
ok. 70% Bardzo dobry
ok. 50% Relatywnie dobry
20
Wskaz
nik dostępności
Czas operacyjny
Dostępność=
Planowany czas produkcji
Całkowity czas produkcji
Planowane przestoje
Planowany czas produkcji
Nieplanowane
Czas operacyjny
przestoje
Nieplanowane przestoje  awarie i przezbrojenia sprzętu, brak materiałów
21
Wskaz
nik wydajności
Wydajność=Czas operacyjny netto
Czas operacyjny
Całkowity czas produkcji
Planowane przestoje
Planowany czas produkcji
Nieplanowane
Czas operacyjny
przestoje
Straty
Czas operacyjny netto
prędkości
Straty prędkości  np. zablokowany podajnik, chaotyczna praca, słaba wydajność
pracy operatora, zużycie maszyn
22
Wskaz
nik jakości
Jakość=Czas efektywnej produkcji
Czas operacyjny netto
Całkowity czas produkcji
Planowane przestoje
Planowany czas produkcji
Nieplanowane
Czas operacyjny
przestoje
Straty
Czas operacyjny netto
prędkości
Czas efektywnej Straty
produkcji jakości-
owe
Straty jakościowe  np. braki, nieprawidłowy montaż, usterki w procesie
23
Wskaz
nik OEE - przykład
Całkowity czas produkcji  jedna zmiana 8 godz. = 480 min.
Przerwa obiadowa  20 min.
Czas awarii  30 min.
Nominalna wydajność maszyny  30 sztuk/minutę
Straty prędkości  50% wydajności przez 40 min.
Odpady  420 sztuk
Planowany czas produkcji = 480 min. - 20 min. = 460 min.
Czas operacyjny = 460 min. - 30 min. = 430 min.
Dostępność = 430 min. / 460 min. = 93,5%
Strata prędkości = 40 min. x 50% = 20 min.
Czas operacyjny netto = 430 min. - 20 min. = 410 min.
Wydajność = 410 min. / 430 min. = 95,3%
Straty jakościowe = 420 szt. / 30 szt./min. = 14 min.
Czas efektywnej produkcji = 410 min. - 14 min. = 396 min.
Jakość = 396 min. / 410 min. = 96,6%
OEE = 93,5% x 95,3% x 96,6% = 86%
24
Proficy Plant Applications
Oprogramowanie klasy MES
Monitorowanie produkcji wg KPI (OEE) w celu optymalizacji procesu
(lepszego wykorzystania kapitału  ludzi, narzędzi i maszyn,
zmniejszenia strat i odpadów)
25
Proficy Plant Applications
i oprogramowanie zintegrowane
Raporty www
Analiza zdarzeń produkcyjnych
Analiza wydajności Zaawansowane raportowanie
26
(Proficy Plant Performance Modules) (Proficy DataMart)
Proficy Plant Applications
i oprogramowanie zintegrowane
Zarządzanie strategią remontową
(Proficy Maintenance Gateway)
Harmonogramowanie produkcji
(Proficy Scheduler)
27
Proficy Plant Applications - moduły
Modułowa budowa  możliwość wdrożenia pojedynczych modułów lub
zintegrowanego rozwiązania, w zależności od potrzeb i wielkości
przedsiębiorstwa
Moduły:

Efficiency  identyfikacja obszarów obniżających wydajność (analiza pod
kątem ulepszeń/inwestycji), zarządzanie operacjami produkcyjnymi
w czasie rzeczywistym

Quality  poprawa jakości produktu i procesu przez obniżenie odpadów
strat, porównanie współczynników jakości dla różnych zmian,
komórek zakładu, produktów w celu identyfikacji z
ródła problemu

Production  śledzenie drogi produktu w procesie, możliwość
wprowadzania zmian w harmonogramowaniu

Batch analysis (produkcja wsadowa)  powtarzalność parametrów,
porównanie czasów cykli, parametrów i zmiennych dla różnych
wsadów

Raportowania  raporty www dla osób decyzyjnych
28
Proficy Plant Applications - moduły
29
Proficy Plant Applications 
model  wirtualnej fabryki
W modelu zapisywane są informacje z linii produkcyjnych
Zakład produkcyjny

Linie produkcyjne

Maszyny

Zmienne produkcyjne

Zmienne kalkulacyjne (wyliczone na podstawie
parametrów)

Specyfikacje jakościowe (wartości parametrów dla
produktów)

Zdarzenia produkcyjne (kolejna partia, zmiana
produktu, itd.)

Produkty (powiązane)
Produkty
Drzewo przyczyn awarii i przestojów
30
Dziękuję za uwagę.