Проблемы автоматизации

Представленные выше способы и инструменты календарного планирования являются методологической основой традиционных подходов к автоматизации управления производством, важность которой для повышения эффективности хозяйственной деятельности была осознана руководством крупных промышленных предприятий и объединений, как в нашей стране, так и за рубежом в 1970-х гг. XX века. Учитывая сложность и масштабность этой научно-технической проблемы, первые разработки в области автоматизации управления ограничились решением относительно простых расчетноаналитических задач технико-экономического планирования производственной деятельности, которые заключались в определении потребности в материалах и компонентах, производственных мощностях и персонале, а также необходимых для их приобретения финансовых ресурсов. Созданный на этом этапе класс компьютерных систем управления предприятием, которые за рубежом принято именовать системами планирования ресурсов предприятия (Material/EnterpriseResourcePlanning) или MRP/ERP-системами, основывается на компоновочной структуре (спецификации) и технологии изготовления изделия²⁶. Согласно спецификации, определяется количество материалов и узлов, необходимых для изготовления готовой продукции и разрабатываются технологические маршруты в виде логических связей и количественных пропорций между компонентами изделий. Последние показывают «входимость» компонентов нижнего уровня (материалов и деталей) в компоненты более высоко уровня (узлы и агрегаты), которые затем собираются в готовые изделия. В свою очередь, технологические маршруты привязываются к определенным средствам производства: рабочим центрам, единицам оборудования или производственным линиям, с учетом их количества, мощности и графика работы.

В конечном итоге эти данные позволяют разрабатывать производственные и финансовые планы, своевременно осуществлять поставки необходимых для производства материалов и комплектующих, а также осуществлять контроль/учет выполняемых операций, формировать рекомендации по их переносу/сдвигу во времени или отмене в соответствии с текущей производственной ситуацией в целях оптимального распределения (балансировки) производственных ресурсов. Использование данного класса автоматизированных систем управления в хорошо организованном (отлаженном) многопредметном поточном и крупносерийном производстве (АСУП), работающем в стабильных условиях неконкурентного рынка, обеспечивает хорошие экономические результаты, которые заключаются в сокращении межоперационных простоев оборудования, материальных запасов и уровня незавершенного производства [145, 159, 169, 172]. Однако в современном позаказно-поточном и непоточном (мелкосерийном и единичном) производстве, оперирующем в нестабильной экономической среде конкурентного рынка, алгоритм планирования MRP/ERP-систем начинает давать неудовлетворительные результаты из-за невозможности выполнения ряда требований/ограничений, необходимых для его нормальной работы. Применение ERP-систем не оправдывает себя на предприятиях выпускающих небольшое количество конструктивно сложных и дорогостоящих (мелкосерийных/единичных) изделий, требующих затратных НИОКР, так как нормативное время выполнения технологических операций и общее время изготовления продукции оказывается достаточно неопределенным, а конфигурация (спецификация деталей и узлов) — чрезмерно сложной для использования таких систем. Для нормальной работы ERP-систем необходимо выполнение следующих условий. Во-первых, спецификации изделий и время изготовления/закупки необходимых деталей и узлов должны быть абсолютно точны. С этой целью любые изменения, вносимые в конструкцию изделия, в технологию и временные характеристики его изготовления, связанные с параметрами оборудования и процессов, и многие другие, должны оперативно отражаться в нормативной базе. Во-вторых, поскольку не все операции ведутся так, как запланировано (время от времени случаются ошибки в спецификациях и оценках продолжительности операций, брак, срывы сроков изготовления оригинальных деталей, доработка изделий по внесенным изменениям в конструкцию изделий), — требуется своевременная регистрации отклонений/событий в системе в «ручном режиме». В условиях редко повторяющегося (нецикличного) производства мелких серий и/или единиц изделий выполнение данных требований обеспечить практически невозможно, так как у пользователей, как правило, не хватает времени на активную поддержку работоспособности той или иной функциональной части системы. По этой причине неизбежно возникают незапланированные простои оборудования, рост незавершенного производства и потребность в страховых запасах для покрытия дефицита необходимых деталей, которые снижают эффективность производства тем больше, чем больше нестабильность экономической среды и, соответственно, отклонение производственной системы от плана.

Последнее обусловлено тем, что первоначально данные системы создавались как средства автоматизации массового поточного производства, основным назначением которых являлось управление запасами для бесперебойного обеспечения производства всеми необходимыми материалами и компонентами. Поскольку процесс поточного производства хорошо организован (отлажен) во времени и пространстве и, соответственно, не требует непосредственного регулирования, у разработчиков программного обеспечения АСУП не было необходимости решать трудно формализуемые задачи автоматизации оперативного управления производственными процессами. Их усилия в этот период были направлены преимущественно на создание автоматических систем управления технологическими процессами (АСУТП), которые предполагали полное исключение участия человека-оператора, с целью повышения точности синхронизации работы и производительности непрерывно-поточных линий. Постепенный переход машиностроения на более гибкий серийный тип производства в условиях возросшей в 1980–90-х гг. ХХ века конкуренции, потребовал расширения функций АСУП до уровня оперативного управления производственными процессами (АСУПП), от эффективности которого, как было отмечено ранее, зависят результаты функционирования гибких слабо структурированных производственных систем c функциональной специализацией. В настоящее время эти системы, как правило, дополняются компьютерными программами/модулями, позиционированными в классе производственных исполнительных систем (MES — ManufacturingExecutionSystem), которые ориентированы на оптимизацию производственных процессов/балансировку ресурсов и оперативное управление (диспетчеризацию планов) производства, направленное на снижение транзакционных издержек. К сожалению, методология построения MES-систем, а также реализуемые ими функции, аналогичны принципам, методам и экономико-математическим моделям управления деятельностью на основе теории расписаний, используемым в ERPсистемах, но только в других временных масштабах и с другими объектами управления. В большинстве реализованных проектов, связанных с созданием автоматизированных систем управления предприятием, входящие в их состав MES-системы представляют собой автоматизированные средства оперативного управления производственной деятельностью на уровне цеха, участка или производственной линии, которые дополняют/расширяют возможности ERP-систем функцией календарного планирования технологических операций/работ [61].

Отличительной характеристикой MES-систем является модуль календарного планирования, используемый для составления производственных графиков с учетом текущего уровня загрузки производственных мощностей. Модуль предусматривает подробное планирование каждого ресурса по необходимым затратам времени на выполнение пуско-наладочных и основных работ по каждому заказу. Система в этом случае точно определяет, выполнением какого задания будет занят каждый ресурс в каждый момент времени на протяжении всего рабочего дня/смены. Если выполнение какоголибо задания задерживается из-за отсутствия той или иной детали, соответствующий заказ ставится в очередь и ожидает появления этой детали (которое может быть результатом одной из предыдущих операций). Используя штрих-кодовую технологию, такие системы позволяют получить любую нужную информацию, фиксируя точное состояние каждой работы и каждого ресурса. Современные MES-системы позволяют составлять весьма подробные производственные графики, например, по каждому виду работ на каждом станке с назначением конкретного рабочего на определенный станок в определенный момент времени. Необходимые детали составленных графиков доводятся до исполнителей с помощью диспетчерских ведомостей, распространяемых по компьютерной сети или в виде соответствующих распечаток; исполнителям можно также выслать список необходимых заданий для соответствующих рабочих центров/станций²⁷.

Дальнейшее развитие компьютерных технологий после 1990-х гг. ХХ в. позволило расширить возможности автоматизированных систем управления предприятием за счет дополнительного включения в их состав систем автоматизированного проектирования (САПР) и автоматического управления оборудованием (АСУТП) и создать на этой основе компьютерноинтегрированные (полностью компьютеризированные) производства (ComputerIntegratedManufacturing/CIM или ИАСУП) с многоуровневой архитектурой. В таких системах каждый уровень управления выполняет свою функцию: верхний уровень управления предприятием (административно-хозяйственный) решает стратегические задачи целеполагания и распределения ресурсов (целеуказания), а соответствующая ERP-система обеспечивает управление ресурсами в масштабе предприятия в целом, включая часть функций поддержки производства (технико-экономическое планирование и инженерная подготовка производства в масштабе года и кварталов); средний уровень управления (производственный) решает задачи координации предметной деятельности — оперативного управления процессом производства, а соответствующая ему MES-система обеспечивает эффективное использование распределенных ресурсов (сырья, энергоносителей, производственных средств, персонала), а также оптимальное исполнение плановых заданий (сменное, суточное, декадное, месячное) на уровне участка, цеха, предприятия; нижний уровень автоматического управления ходом технологических процессов решает классические задачи регулирования режимов работы оборудования. При этом каждый уровень (страта, контур) управления характеризуется не только своим набором функций, но и интенсивностью обновления/циркуляции информации, характеризующий масштаб времени в котором работает данный уровень. Технологический уровень АСУТП является самым интенсивным по объему информации. В нем (посредством SCADA-систем, датчиков и контроллеров) происходит накопление и обработка большого числа технологических параметров, создается информационная база исходных данных для MESуровня. Оперативно-производственный уровень управления MES-системы опирается на систематизированную информацию, поступающую как от АСУТП, так и от других служб производства (снабжения, технической поддержки, технологических, планово-производственных и т.д.). Интенсивность информационных потоков здесь существенно ниже и связана с задачами оптимизации заданных производственных показателей (качество продукции, производительность, энергосбережение, себестоимость и т.д.), которые решаются руководителями производственных цехов, участков и главными специалистами. Стратегический / технико-экономический уровень управления ERP-системы обеспечивает планирование и информационную поддержку бизнес-процессов предприятия в целом. Поток информации от производственного блока MES-системы агрегируется данным уровнем управления в отчетную информацию по стандартам ERP с типовыми временными периодами контроля (декада, месяц, квартал) по «реперным» точкам — индикаторам контроля, обеспечивающим непрерывный мониторинг и немедленное вмешательство высшего менеджмента предприятия в ход производства при существенном отклонении производственной системы от их нормативных значений.

Тем не менее, решить трудно формализуемые и не формализуемые задачи управления сложными гибкими производственными системами, работающими в нестабильной экономической среде, с применением данного класса компьютерных систем управления, использующих относительно простые экономико-математические модели теории расписаний и формализованный аппарат машинной логики, — в принципе невозможно в подавляющем большинстве случаев. По этой причине, несмотря на то, что современные CIM/МES-системы, отображают процесс производства в режиме реального времени и обеспечивают быстрый отклик на изменяющиеся условия, используя фактические технологические данные, необходимые для оперативного управления производственными процессами, с их помощью не удается обеспечить эффективную координацию работы смежных производственных подразделений. В результате, если в течение планового периода изменяется спрос на готовые изделия или происходят сбои в технологической цепи, приводящие к изменениям потребностей отдельных технологических звеньев, требуется полное повторное планирование производства, а также усиленная координирующая деятельность центрального органа управления, и подчиненной ему многоуровневой вертикали управления. Учитывая сложность, длительность и высокую стоимость, а во многих случаях невозможность повторного планирования и оперативного доведения его результатов до исполнителей, изменение потребностей технологической цепи в ресурсах компенсируется, как обычно, использованием межоперационных (буферных) запасов, которые обеспечивают устойчивую и непрерывную работу производственной системы, но при этом замедляют оборачиваемость ресурсов и увеличивает себестоимость продукции.

Практика использования подобных систем выявляет все те же недостатки прогнозно-аналитических методов централизованного управления/ планирования, заложенные в их программные модули/алгоритмы, которые не способны обеспечить адекватность планов реальному процессу производства, а также наглядность представления и простоту использования выходных форм плановых документов, необходимые для обеспечения эффективных коммуникаций и согласованной работы исполнителей в группе. Например, после того как нормы выработки на серийной производственной линии устоялись, плановики стараются сделать так, чтобы производительность всех ее звеньев/ рабочих станций была одинаковой. Это достигается соответствующей наладкой используемых станков и оборудования, подбором инструментов, изменением степени загрузки рабочих, перераспределением должностных обязанностей, корректировкой бюджета на оплату сверхурочных работ и т.д. Однако обеспечение точного соответствия интенсивности (производительности) работы на всех участках/рабочих станциях производственного процесса необходимое для равномерного хода производства с помощью централизованного управления является невыполнимой задачей. Такой баланс возможен только при условии, что время выпуска продукции на всех рабочих станциях будет постоянным либо иметь весьма незначительные отклонения. Как правило, при неизбежном отклонении (нормальном статистическом распределении) времени обработки деталей с его увеличением на рабочих станциях, расположенных в начале технологического процесса, рабочие станции, расположенные ближе к концу технологического процесса, простаивают. И наоборот, если рабочие станции в начале процесса работают быстрее, чем это необходимо, между другими станциями начнут накапливаться избыточные запасы. Причем отклонения, возникающие по ходу процесса, характеризуются эффектом статистического накопления, т.е. носят кумулятивный характер. Для сглаживания этих отклонений (выравнивания производства) в современных ERP-системах используется функция (модуль) обратной связи, с помощью которой по фактическим датам/срокам исполнения операций оцениваются отклонения производственного процесса от плана и осуществляется его корректировка (как правило, увеличением интенсивности/сменности работы оборудования или переносом сроков выполнения оставшихся операций). Однако и в этом случае качественному выполнению данной задачи мешает слишком большое количество ошибок накапливаемых в базе данных ERP-системы. Динамическое выравнивание загрузки мощностей (интенсивности операций) является сложной интеллектуальной задачей, требующей от ЭВМ большого объема трудоемких вычислений, которые не всегда приводят к желаемому/оптимальному результату. Поэтому планы-графики откорректированные ERP-системой расходятся с реальным ходом производственного процесса по истечении нескольких часов/дней с момента их обновления/составления и требуют повторной корректировки (Э.М. Голдрат, 1987). По данной причине графики, разработанные автоматизированной системой, часто игнорируются исполнителями работ (производственным менеджментом/рабочими), которые при наличии в системе резервных мощностей (не включенных в текущий план) вынуждены сглаживать процесс производства на локальном (цеховом) уровне, принимая решения самостоятельно [29, 104, 145].

Ко всему прочему внедрение и последующая эксплуатация систем (приобретение, настройка и периодическая модернизация) представляет собой сложный и длительный процесс, не всегда оправдывающий затраты. Фактическая стоимость соответствующего программного обеспечения, как правило, составляет примерно треть от общих затрат на внедрение системы. Например, крупные западные компании, такие как ChevronCorp. и BristolMyersSquibb, затратили на внедрение ERP-систем примерно 250 млн. долларов. По этой причине использование данных технологий на постсоветском пространстве под силу небольшому количеству крупных машиностроительных предприятий. К тому же в подавляющем большинстве случаев приходится дорабатывать программно-методическое обеспечение ERP-систем, вследствие консервативности их концепции. При этом качественные изменения архитектуры систем и/или используемых в них алгоритмов часто наталкивается на непреодолимые трудности, которые испытывают не только пользователи, но и разработчики систем. Проблема заключается в том, что многие приложения «не вписываются» в устоявшиеся принципы работы предприятий. Компанииразработчики в этом случае утверждают, что их программные решения/модули «впитали лучшие образцы теории и практики ведения бизнеса». В конечном итоге предприятия использующие ERP-системы, так или иначе, вынуждены адаптировать свою производственную структуру и практику ведения бизнеса к той, на основе которой построено программное обеспечение ERP-систем, что не всегда целесообразно²⁸.

В такой ситуации, как показывает практика, более эффективным оказывается непосредственное регулирование процесса производства в реальном режиме времени, осуществляемое линейным руководством участков и цехов на основе первичной оперативной информации о реальном ходе работ, с использованием производственного опыта (интуиции), методов и инструментов диспетчирования (поддержки принятия решений). Речь идет о задаче нахождения приоритетов назначения работ на ограниченном множестве (последовательности) рабочих мест вместо составления

расписания/определения очередности их выполнения. Главной целью оперативного управления в этом случае становится минимизация непроизводительных затрат (транзакций), а методами балансировки наличных ресурсов — регулирование интенсивности использования овеществленного и живого труда (напряженности работы людей-операторов занятых на обслуживании рабочих центров) и, соответственно, темпа производства, уровня запасов и других поддающихся контролю параметров/факторов производства. Использование данного «простого кибернетического» подхода к оперативному управлению сложными (по маршрутам движения материальных потоков) дискретными производственными процессами, в которых обработка предметов труда ведется мелкими партиями или единичными изделиями, а производство ориентировано на меняющийся рыночный спрос, — практически всегда сопровождается положительным экономическим эффектом. Последнее объясняется тем, что даже если относительно простые инструменты регулирования динамики процессов не ведут к полному решению оптимизационной задачи, их использование на практике всегда результативно, поскольку они понятны специалистам-практикам и широко применяются ими как эффективные средства поддержки принятия управленческих решений по упорядочению/выравниванию хода (оптимизации) производства. Основываясь на подобного рода заключениях, эксперты по IT-технологиям прогнозируют снижение интереса производителей товаров к ERP/MES-системам, имеющим слабое звено — прогнозные планы производства и реализации продукции, низкая точность которых существенно снижает эффективность работы предприятий, и переход на интеллектуальные производственные системы позаказно-поточного типа, ориентированные на быстрое исполнение твердых заказов в режиме саморегуляции [165]²⁹.