Компьютеризация - процесс внедрения компьютеров, обеспечивающих автоматизацию информационных процессов и технологий в различных сферах человеческой деятельности. Цель компьютеризации состоит в улучшении качества жизни людей за счет увеличения производительности и облегчения условий их труда. КОМПЬЮТЕРИЗАЦИЯ - процесс все более широкого применения ЭВМ в народном хозяйстве, в отраслях, предприятиях (объединениях) и организациях. Решение важнейших народнохозяйственных задач, таких, как повышение производительности труда, улучшение качества продукции, повышение эффективности научных исследований, совершенствование системы управления и обслуживания, прямо связано с использованием компьютеров. Сейчас ведется освоение компьютеров пятого поколения, использующих большие интегральные схемы, на одном монокристалле которых содержатся десятки тысяч элементов. Современные компьютеры обеспечивают одновременную работу ЭВМ по нескольким программам. Наиболее перспективным видом ЭВМ являются микрокомпьютерные системы. Развитие математического обеспечения компьютеров связано с созданием эффективных систем программирования, основанных на универсальных алгоритмических языках и операционных системах, эффективно организующих вычислительный процесс. Совершенствование компьютеров сопровождается расширением сферы их применения. Трудно найти отрасль народного хозяйства или область знаний, развитие которых могло бы обойтись без широкого применения компьютеров. Успехи физики, медицины, космонавтики, биологии, геологии, не говоря уже о технике, немыслимы без компьютеров. Главным направлением использования компьютеров является решение математических, технических и логических задач, моделирование сложных систем, обработка данных измерений и экономико-статистических данных, поиск информации. Компьютеры широко используются при управлении технологическими процессами и производство» в целом, без них невозможно создание гибких автоматизированных производств, станков с числовым программным управлением, промышленных роботов. На основе компьютеров созданы автоматизированные системы технологической подготовки производства, управления технологическими процессами. Компьютеры применяются в проектных конструкторских работах, на их основе построены системы автоматизированного проектирования (САПР), предназначенные для автоматизации процесса проектирования применительно ко всем его элементам и этапам - от разработки технического задания до передачи готовой технической документации на завод - изготовитель спроектированной продукции. В различных отраслях науки находят применение автоматизированные системы научных исследований. Компьютеры находят широкое применение в системах планово-экономического характера, особое место среди которых занимает автоматизированная система плановых расчетов. Современная стратегия компьютеризации народного хозяйства заключается в переходе от отдельных разрозненных автоматизированных систем к созданию комплексов таких систем, охватывающих, например, весь цикл - от автоматизации научных исследований до автоматизированного производства спроектированного изделия. В Программе КПСС предусматривается проведение во все больших масштабах компьютеризации производства. Компьютеризация - необходимое условие выхода нашей экономики, в первую очередь машиностроения, на передовые в мире позиции научно-технического прогресса. Осуществляемая техническая реконструкция народного хозяйства в качестве обязательного элемента включает компьютеризацию производства.

Информатизация и автоматизация бизнеса радикально изменили работу компаний в XXI веке. Они дали управленцам неоценимую помощь и неограниченный доступ к информации.

Эпоха информации началась в XX веке и продолжается в XXI. Характеризуется она резким возрастанием количества информации, которая распространяется практически мгновенно. Это отражается как на повседневной жизни людей, так и на деятельности компаний.
Например, рассмотрим управление логистикой . Логистика - это наука о доставке товаров потребителю. Изначально логистика была локальной: каждый из посредников знал только о том, откуда он сам получил товар и кому его продал. Если в процессе перепродажи товар приходил в негодность, то страдала репутация неповинного в этом производителя. Поэтому производственные компании начали разрабатывать инструменты управления логистикой , и информатизация облегчила эту задачу. Сегодня можно отследить любуюцепь перекупщиков, через которых товар добирается до покупателя, и изменить ее:производители сами могут укоротить цепь, чтобы цена для покупателя стала ниже, или отсеять ненадежных перекупщиков, чтобы уверенно гарантировать качество продаваемого товара.
Аналогично информатизация изменила и другие процессы компании, поэтому сейчас залогом успешного развития любого бизнеса стала комплексная автоматизация управления бизнесом . Руководители современных компаний понимают, что оснащение компьютерами рабочих мест персоналаи создание единой информационной сети необходимо даже в тех отраслях народного хозяйства, которые ранее были далеки от компьютерных технологий.
Без автоматизации управления бизнесом невозможно эффективно собирать, хранить и анализировать большое количество информации о предприятии и его контрагентах, оперативного принимать стратегические и тактические решения, быстро доводить принятые решения до всех исполнителей и контролировать ход всех ключевых процессов предприятия.
Комплексные программные решения автоматизируют всю цепочку управления бизнесом: прогнозирование и реализация планов, анализ результатов. Они могут предоставить любую информацию, рассчитать прогнозируемые показатели математическими методами, провести анализ, сохранить планы работ и передать их исполнителям, отследить текущие и накопленные отклонения от планов, скорректировать текущие планы и провести итоговый анализ.
Таким образом, в современных условиях автоматизация необходима для управления бизнесом , который хочет стабильно работать и успешно развиваться.

9. Автоматизация производственных процессов (Ясуки Секигучи)

Развитие производственной автоматизации в Японии

Автоматизация производственных процессов не является новой темой. Оливер Ивенс построил первую автоматическую мукомольную мельницу в 1784 г., Жозеф Мари Жаккард в 1801 г. создал автоматический ткацкий станок. Сегодня, однако, термин "производственная автоматизация" означает применение цифровых ычислительных машин и (или) коммуникационной ехники.

Автоматизация (компьютеризация) производственных процессов - это новая концепция, развитая на основе автоматизации оборудования. Автоматизация производственных процессов часто используется для мелкосерийного производства на заводах, выпускающих многие виды продукции. В этом смысле автоматизация производственных процессов - это почти то же, что и создание гибких производственных систем.

Современная производственная автоматизация началась с первого фрезерного станка с ЧПУ, о чем было объявлено Массачусетским технологическим институтом в 1952 г.

Первым станком с ЧПУ в Японии был пресс для штамповки револьверных головок фирмы "Фудзицучинки" (ныне "Фудзицу"), созданной в 1956 г.

Обрабатывающий центр - это станок с ЧПУ, оборудованный прибором автоматической смены обрабатывающего инструмента, который может совершать несколько видов операций в одном положении; его создание фирмой "Керни энд Треккер" было завершено в 1958 г.

Компьютеризованные ЧПУ появились в 70-х годах, когда микропроцессоры стали популярными и цена на микроэлементы памяти упала. ЧПУ на базе процессоров - это числовой контроллер, работающий с помощью программ, закладываемых в микропроцессор. В настоящее время почти все числовые контроллеры являются компьютеризованными. Применение микрокомпьютеров с числовым программным управлением сделало возможным осуществление различных новых контрольных функций в безлюдных производственных процессах.

Автоматизация передвижения материалов для обработки - это основная техника в автоматизации производства. В Японии иногда говорят, что гибкие производственные системы (ГПС) базируются на гибкой системе обеспечения материалами. Первая японская АУТС была произведена в 1970 г. фирмой "Дайфуку Мэшинери Уоркс", использовавшей импортированную технику. Позже более 10 предприятий стали производить автоматически управляемые транспортные средства (АУТС), хотя спрос оставался низким. Производство стало быстро расти. Согласно одному докладу общее количество отгруженных станков на конец 1981 г. было около 3 тыс. В 1969 г. в Японии появился автоматизированный товарный склад. Их быстрое распространение приходится на начало 70-х годов.

В табл. 10 даются классификация и определения промышленных роботов японской Ассоциацией робототехники. Они совпадают с классификацией японского Промышленного Стандарта. Три первых типа иногда относят к роботам низшего класса, другие рассматриваются как роботы высокого класса. Согласно данным Ассоциации, производство роботов в 1968 г. исчислялось суммой лишь 400 млн. иен в 1981 г. Этот быстрый рост начался примерно в 1975 г. Производство в 1982 г. составило около 150 млрд. иен и выросло до 180 млрд. иен в 1983 г., несмотря на трудные внешние условия.

Таблица 10. Классификация промышленных роботов на основе методов ввода информации и обучения. Примечание. Манипулятор - механизм, обрабатывающий предмет без прикосновения к последнему рабочего-оператора. Обладает двумя степенями свободы. Робот - механическая система, обладающая подвижностью, подобной живому организму, иногда в сочетании с "умственными" способностями. Действует в ответ на человеческие команды. В этом контексте "умственные функции" означают способность выполнять по крайней мере одно из следующих действий: делать вывод, управлять, приспосабливаться, учиться.

Роботы с фиксированной последовательностью операций составили около 50% общего числа и по количеству, и по стоимости. Эти роботы составили более 50% всех роботов в 1979 г. Однако их доля в стоимостном выражении стала снижаться с 1980 г. Доля роботов высокого класса стала быстро расти (30% в 1979 г., 52% в 1980 г., 59% в 1981 г.). Этот факт, кажется, представляет собой начало полномасштабного практического применения промышленных роботов, и это является причиной того, что 1980 г. называется первым годом промышленных роботов в Японии.

Гибкие сборочные роботы-манипуляторы - техника, изобретенная и созданная в Японии профессором Макино из университета Яманати, была поддержана сначала главным образом мелкими и средними компаниями, показавшими готовность инвестировать капитал в НИОКР для развития их производства.

До 1979 г. основным потребителем роботов была автомобильная промышленность. Например, в 1974 г. 44% роботов (по стоимости) были проданы предприятиям автомобильной промышленности. Отрасль промышленности, производящая электроприборы, стала крупным потребителем с 1980 г. Эти две отрасли промышленности являются двумя наиболее крупными потребителями роботов. Третьей отраслью является производство пластмассовых изделий.

Роботы низшего класса используются главным образом для сборочных операций, на конвейерных линиях массового производства точного оборудования, электрических и электронных машин, и т. д. Роботы высокого класса часто используются для сварки, в основном в автомобильной промышленности. С недавнего времени роботы высокого класса стали использоваться для сборочных операций. Ожидается, что эта тенденция будет развиваться и дальше.

Автоматизированное производство и проектирование

Автоматизация производственных процессов на заводе требует автоматизации информационных процессов, так же как и производственного оборудования. Информационные процессы на заводе могут быть разделены на два вида: на технологические (показаны слева на рис. 9.1) и экономические (показаны справа). Автоматизация производства и проектирования относится к первому виду. Ко второму относят автоматизацию делопроизводства.

Технологические информационные процессы включают серию процессов - от проектирования до производственных операций. Автоматизация первой половины этой серии процессов относится к проектированию, второй - к производству. Последние процессы начались раньше, чем техническое применение станков с ЧПУ. Научно-исследовательские работы по созданию первого языка автоматического программирования - "АПТ-1" - начались в 1951 г. Считается, что НИОКР по автоматизированному проектированию начались примерно в 1959 г. Сущность его была впервые определена в 1959 г. в проекте по автоматизированному проектированию министерством внешней торговли.

В Японии автоматизация производства также началась раньше автоматизации проектирования. Национальные языки автоматического программирования - "ФАПТ" ("Фудзицу") и "ХАПТ" ("Хитати") - были созданы уже в середине 60-х годов.

Недавно, когда компьютерное управление широко распространилось, стал применяться ввод информации в ЧПУ, и программы для ЧПУ стали использоваться без знания языка полномасштабного автоматического программирования. Это облегчает трудный процесс принятия решений в планировании операций с помощью взаимодействующего ввода информации от операторов станка. Фирмы "Фанук", "Окума" и "Мицубиси" производят около 90% контроллеров ЧПУ в Японии.

Согласно исследованию 1981 г., проведенному Ассоциацией японских менеджеров, автоматизированное проектирование уже действует на 38% из 333 компаний, ответивших на ее анкету. Ответившие были из почти всех отраслей промышленности в обрабатывающем секторе; 37% компаний либо вели подготовку к внедрению автоматизированного проектирования, либо рассматривали этот вопрос. Это свидетельствует о быстром распространении этих систем.

Внедрение станков с ЧПУ способствовало пересмотру содержания процессов и методов управления предприятиями. ЧПУ имеют родство с компьютерами, компьютеры же были необходимы для подготовки программ для ЧПУ. Таким образом, в конце 60-х годов развернулось создание производственных систем, сочетающих несколько агрегатов с ЧПУ.

Кроме развития концепций производственных систем и совершенствования техники доставки материалов, важным фактором развития ГПС является совершенствование станков. Это означает расширение (или сочетание) их функций, что проявилось в развитии концепции обрабатывающих центров, постепенно превратившихся в обрабатывающие и сборочные ячейки, ставшие основными модулями ГПС. Обрабатывающая ячейка может быть описана как небольшой автоматизированный завод, состоящий из движущихся мини-складов - накопителей (например, транспортный стеллаж), одного или двух обрабатывающих центров с автоматической сменой инструмента, магазина различных инструментов, резцов, погрузочно-разгрузочного механизма (автоматический транспортный стеллаж) и промышленного робота.

Полномасштабная автоматизация производственных процессов завода стоит больше нескольких сот миллионов иен. Автоматизация производства в один миг - очень рискованное и дорогостоящее мероприятие для мелких предприятий. Использование гибких обрабатывающих ячеек - первый шаг к автоматизации производства на мелких предприятиях. Термин ГОЯ/ГПЯ (гибкая обрабатывающая или производственная ячейка) в настоящее время широко применяется в Японии.

Термин ГПС, возможно, впервые использован для обозначения автоматической обрабатывающей системы фирмы "Керни энд Треккер" в 1971 г. Ныне он используется для обозначения автоматизированных производственных систем для мелкосерийного производства на многономенклатурных заводах.

Происходящий рост ГПС способствовал расширению безлюдных операций, таких, как контроль за процессами в опасных производствах, аварийная диагностика, исправление ошибок.

Гибкие обрабатывающие ячейки ныне широко распространены, но лишь несколько масштабных проектов нацелено на полную автоматизацию. ГПС так дороги, что для достижения высокой эффективности их использования (контрольная цифра, считают, должна быть выше 85%) необходимы огромные прибыли и инвестиции. Высокая эффективность мелкосерийного производства с широкой номенклатурой изделий может быть с трудом достигнута даже на искусно сделанной технике. Однако многие успешные ГПС опираются на простой метод типа "первым пришел - первым обслужен" (или "как раз вовремя"). Их успех, кажется, стал возможным в результате создания гибких обрабатывающих секций на основе объединения ячеек (групп) того же типа.

В станкостроении используется несколько крупномасштабных ГПС. Один тип - на заводе компании Фанук" фирмы "Фудзи" (которая начала быстро наращивать крупномасштабные ГПС). Другой тип используется, например, компанией "Мазак" и фирмой Мори Сейки". Одной из самых больших, полномасштабных ГПС является система, работающая на заводе фирмы "Мори Сейки" в Ига с октября 1982 г. Она объединяет 13 грузоподъемных кранов, большой автоматизированный товарный склад с 18 тыс. транспортных стеллажей, 16 автоматически управляемых транспортных средств; 13 обрабатывающих центров размещены в цехе площадью 46 тыс. кв. м. Здесь детали станков обрабатываются под контролем из одного центра, где заняты три оператора по сравнению с 27 работавшими раньше.

ГПС широко используются в производстве электробытовых приборов, электронике, при производстве автомобилей, строительных машин, в сельскохозяйственном машиностроении и станкостроении.

История развития автоматизации производства в Японии обобщена в табл. 11. Она показывает, что почти двадцатилетний путь развития автоматизации в США и Западной Европе был пройден Японией за 10 лет.

Анализ примеров

Рассмотрим три представительных японских проекта автоматизации производства. Один - это гигантский проект развития технологии автоматизации, осуществляемый министерством внешней торговли и промышленности. Два других проекта представляют собой успешные проекты внедрения автоматизации производства. Первый, относительно небольшой проект является хорошим примером проекта типа "от потребности к продукту". Второй - это пример крупномасштабной ГПС, созданной производителями станков частично для НИОКР новых технологий. Это проект типа "от продукта к потребности". Хотя эти проекты сильно отличаются, есть существенное сходство в подходах к достижению результата. Третий крупный проект - проект НИОКР по автоматизации производства (методология безлюдной технологии - комплекс гибких производственных систем - МБТ/КГПС). Автоматизация находится на главном направлении микроэлектронной революции. Автоматизация производства - это крупномасштабная проблема, и ее развитие может быть облегчено стимулированием и организацией различной исследовательской деятельности.

Деятельность любого промышленного предприятия, в том числе и металлургического, можно условно разделить на две части: первая - это непосредственно производственный процесс, вторая - финансово-экономическая деятельность предприятия. Требования к информационным системам по финансово-экономической деятельности не имеют, пожалуй, особой специфики для различных областей, но производственная деятельность крупного металлургического производства, включающего множество технологических циклов и потребляющего разное сырье (как исходное, так и промежуточное), всегда ставит задачу контроля технологических цепочек на всех этапах. В металлургии сбои в технологическом цикле могут иметь как тяжёлые финансовые последствия, так и приводить к крупным авариям. Соответственно контроль должен осуществляться в реальном времени и непрерывно, что выдвигает требования к производительности информационных систем, гарантии качества услуг и их надёжности. Впрочем, надёжность и защищённость систем не в меньшей степени требуются и для финансово-экономической деятельности, так как объем входящих и исходящих финансовых потоков, а также циркулирующих внутри предприятия весьма велик.

Любое более-менее серьёзное предприятие металлургической отрасли нередко представляет собой конгломерат нескольких, в известной степени независимых друг от друга, но связанных производств. В зависимости от размеров предприятия и области металлургии, в которой оно специализируется, количество этих производств может варьироваться. Относительная автономность всех производств, тем не менее подразумевает их слаженную работу и сопряжённость технологических циклов. В связи с этим необходимо создание ряда независимых друг от друга информационных систем и обеспечение их интеграционного взаимодействия друг с другом.

В мировой практике принято рассматривать комплексные системы автоматизации предприятий в виде 5-уровневойпирамиды. Структуру информационной системы крупного промышленного предприятия обычно представляют в виде пирамиды (рис.).

Рис. Уровни автоматизированной информационной системы промышленного предприятия

Исторически процесс информатизации проникал на производство с двух сторон - «сверху» и «снизу». «Сверху» (самый верхний, пятый уровень) в офисах создаются информационные структуры, отвечающие за работу предприятий в целом. Это автоматизация бухгалтерского учёта, управления финансами и материально-техническим снабжением, организацией документооборота, анализом и прогнозированием и др. Этот уровень называется планирование ресурсов производства, т.е. материальных ресурсов (MRP , Manufacturing Resource Planning), или управление всеми ресурсами предприятия (ERP , Enterprise Resource Planning) . Задачи, решаемые на этом уровне, в аспекте требований, предъявляемым к компьютерам, отличаются главным образом повышенными требованиями к ресурсам серверов.

Требуется, как правило, ведение единой интегрированной - централизованной или распределённой, однородной или неоднородной базы данных, планирования и диспетчеризация на уровне предприятия в целом, автоматизации обработки информации в основных и вспомогательных административно-хозяйственных подразделениях предприятия: бухгалтерский учёт, материально-техническое снабжение и т.п. Для решения этих задач выбирают универсальные компьютеры, а также многопроцессорные системы повышенной производительности.

Самый нижний, первый уровень представляет собой набор датчиков, исполнительных механизмов и других устройств, предназначенных для сбора первичной информации и реализации управляющих воздействий. Этот уровень называется I/O (Input/Output, ввод/вывод).

Следующий, второй уровень предназначен для непосредственного управления производственным процессом с помощью различных устройств связи с объектом (УСО), программируемых логических контроллеров (ПЛК, PLC - Programmable Logic Controller) или (и) промышленных (индустриальных) компьютеров (PC, ПК). Это уровень (Control Level - простое управление) , на котором замыкаются самые «короткие» контуры управления производством.

Уровень управления Control характеризуется следующими показателями:

• предельно высокой реактивностью режимов реального времени;
• предельной надёжностью (на уровне надёжности основного оборудования);
• функциональной полнотой взаимодействия с уровнем Input/Output;
• возможностью автономной работы при отказах комплексов управления верхних уровней;
• возможностью функционирования в сложных цеховых условиях.

Третий уровень называется SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition - буквально, сбор данных и диспетчерское управление). На уровне (SCADA Level) осуществляется диспетчеризация систем сбора данных и оперативное управление технологическим процессом, принимаются тактические решения, прежде всего направленные на достижение стабильности процесса. Данный уровень управления должен обеспечивать:

• диспетчерское наблюдение за технологическим процессом по его графическому отображению на экране в реальном масштабе времени;
• расчёт и выбор законов управления, настроек и уставок, соответствующих заданным показателям качества управления и текущим (или прогнозным) параметрам объекта управления;
• хранение и дистанционную загрузку управляющих программ в PLC;
• оперативное сопровождение моделей объектов управления типа «агрегат», «технологический процесс», корректировку моделей по результатам обработки информации от первого уровня;
• ведение единой базы данных технологического процесса (реальное время);
• контроль работоспособности оборудования первого уровня, реконфигурацию комплекса для выбранного режима работы;
• связь с вышестоящим уровнем.

Компьютеры третьего уровня должны объединяться в локальную сеть с выходом на следующий уровень управления.

Очевидно, что первичная информация с третьего уровня должна «добираться» до пятого, верхнего уровня, уровня принятия стратегических решений. Очевидно также, что поток сырых данных, без надлежащей обработки, послужит скорее «информационным шумом» для менеджеров и экономистов. Необходимым связующим звеном выступает новый класс средств управления производством - MES (Manufacturing Execution Systems - или системы исполнения производства) . Этот уровень выполняет упорядоченную обработку информации о ходе производства продукции в различных цехах, обеспечивает управление качеством, а также является источником необходимой информации в реальном времени для самого верхнего уровня управления. Данный уровень характеризуется необходимостью решения задач оперативной упорядоченности первичной информации из цеха (группы цехов) и передачи этой информации на верхний уровень планирования ресурсов всего предприятия. Решение этих задач на данном уровне управления обеспечивает оптимизацию управления ресурсами цеха (группы цехов) как единого организационно-технологического комплекса по заданиям, поступающим с верхнего уровня, и при оперативном учёте текущих параметров, определяющих состояние объекта управления.

Заметим, что на каждом из указанных уровней промышленной информационной системы в мировой практике очень широко используются различные технические средства, программное обеспечение и модели.

Анализ задач, решаемых на нижнем уровне пирамиды информационной системы (уровень Control, см. рис.) показывает, что здесь имеется определённая взаимосвязь задач, решаемых информационными системами, с задачами автоматизированных систем управления (АСУ). Особенностью создания «цифровой нервной системы» промышленного предприятия является необходимость тесной интеграции автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) и автоматизированными системами управления предприятием (АСУП). В связи с этим конкретизируем эти понятия.

В зарубежной практике типовая архитектура АСУ ТП , как правило, включает в себя следующие уровни (см. рис.):

• уровень Input/Output, т.е. непосредственного взаимодействия с технологическим объектом, на котором осуществляется сбор данных от датчиков и воздействие на технологических процесс с помощью исполнительных механизмов и регулирующих органов;
• уровень Control, на котором осуществляется непосредственное управление технологическими параметрами. На этом уровне, как мы уже отмечали, часто используются программируемые логические контроллеры - ПЛК (PLC - Programmable Logic Controllers) с открытой архитектурой или свободно программируемые контроллеры различных отечественных и зарубежных фирм;
• уровень SCADA - автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора, включающий диспетчерскую систему сбора и управления технологическим процессом (собственно SCADA-система), компьютерные системы поддержки принятия решений. Это верхний уровень управления в системе АСУ ТП , на котором собирается необходимая информация от многих источников низшего уровня и который включает контуры управления и принятия решения не только на основе вычислительных средств, но и человека (оператора). На этом же уровне предусматривается решение задач оптимизации, прогнозирования технологического процесса. Здесь предусматривается использование мощных вычислительных ресурсов в экспертных и моделирующих системах реального времени.

Интеллектуальным ядром такой переработки информации являются математические модели технологических процессов.

Классификация моделей, соответствующая различным автоматизированным информационным системам, приведена на рис. На нижних трёх уровнях (Input/Output, Control, SCADA) находятся относительные простые инженерные модели реального времени. На уровне MES - полные и упрощенные математические модели, при этом в основу положен аналитический подход, основанный на использовании фундаментальных физических, физико-химических законов. Отметим, что именно такого классам моделей применительно к доменному производству и будет уделено основное внимание в последующих главах. На самом верхнем уровне располагаются экономико-математические модели предприятия. Такое разделение моделей, конечно же, условно и обусловлено во многом современным состоянием теории математического моделирования, имеющихся технических и программных средств, что и проиллюстрировано на рис.

Итак, использование математических моделей объектов в процессе их функционирования, является основной из характерных черт современной теории управления. Заметим, что математическое содержание проблемы управления в трудах крупных математиков получило существенное развитие. В тоже время член-корреспондент РАН А.А. Красовский совершено справедливо отмечал, что «…в развитии современной теории управления с точки зрения практики далеко не все обстоит благополучно. Классическую теорию автоматического управления в основном создавали инженеры для инженеров. Современную теорию управления создают в основном математики для инженеров и во все большей мере математики для математиков». Последнее с точки зрения практики вызывает определённое беспокойство. Главное негативное влияние на практическое внедрение методов современной теории управления оказывает масса оторванных от практических потребностей и возможностей работ, интересных в математическом отношении, но пока бесплодных в отношении современных приложений. Нельзя отрицать право на существовании математической современной теории управления как раздела математики, развивающегося по собственным законам и находящего применение по мере возникновения соответствующих потребностей. Однако такая математическая сторона современной теории управления должна быть достаточно чётко выделена по отношению к прикладной её стороне. Главная проблема заключается в принципиальном игнорировании многими математиками такого фундаментального понятия, как физическая сущность и индивидуальные особенности управляемого объекта. Если на начальном этапе развития классической теории автоматического управления, а в последующем в математической теории оптимального управления, такое абстрагирование от физического содержания несомненно было полезным с точки зрения разработки основ теории, то сегодня развитее теории управления требует возврата и учёта основополагающих свойств объекта управления, но уже на новом качественном уровне развития современной прикладной теории управления.В современной теории управления математическое содержание во многом подавляет физическое начало, формальный вычислительный подход не может быть перспективным направлением в развитии прикладной теории управления, несмотря на мощь современной вычислительной техники. Следует особо подчеркнуть, что начавшаяся ещё в конце 60-х годов «компьютерная эйфория», сводящая сложную проблему математического моделирования технологических процессов и синтеза систем управления только лишь к вычислительной мощности ЭВМ, полностью себя исчерпала. Этим, вообще говоря, во многом и завершается формально-математический этап развития теории моделирования и управления в XX веке и начинается этап развития физической теории моделирования и управления.

Несмотря на информатизацию, развитие вычислительной математики и алгоритмов идентификации, банки сертифицированных (верифицированных) математических моделей остаются слабо заполненными. Это связано с большими интеллектуальными и временными затратами для создания адекватных математических моделей сложных процессов и систем. Для новых процессов и систем высокой сложности это создаёт большие трудности, так как эти процессы и системы, как правило, не могут функционировать без управления, а математическая модель часто не может быть идентифицирована и сертифицирована без реально функционирующей системы. Методологической основой создания моделей технологических процессов является общая теория систем и системный анализ. При использовании этой методологии модель технологических процессов состоит не только из математических моделей отдельных элементов, но и математических моделей взаимодействия между элементами и внешней средой, описываемых оператором взаимодействия (взаимосвязи). Каждый элемент математической модели может иметь различную степень детализации математического описания. Важно лишь, чтобы входные и выходные параметры всех элементов модели находились во взаимном соответствии, что обеспечит получение замкнутой системы уравнений математической модели процесса в целом. В идеале математическое описание каждого элемента должно включать уравнения, параметрами которых являются только физико-химические свойства веществ. Однако получить такое фундаментальное описание свойств всех элементов, их взаимосвязей при существующем уровне знаний и исследований некоторых явлений металлургических процессов в настоящее время не всегда представляется возможным. Это связано ещё и с тем чрезвычайным усложнением математического описания свойств элементов, что оно само по себе приводит к резкому усложнению математической модели процесса в целом и, кроме того, вызывает существенные вычислительные трудности при её реализации. В связи с этим при практическом использовании описанного алгоритма на том или ином уровне детализации приходится применять и эмпирические соотношения.

Под автоматизацией производства понимают замену ручного труда машинным, будь то роботы, автоматические приборы или программное обеспечение. Автоматизация заключаются в том, что на линии производства рабочий процесс и некоторые его компоненты (операции) выполняются не людьми, а спецтехникой или информационными системами. Считавшееся новшеством XXI века, уже сегодня автоматизированное производство может полностью заменить человека на многих видах работ.

Автоматизация операций может включать автоматизацию одной операции или автоматизацию всего процесса производства. Автоматизированное оборудование может варьироваться от простых датчиков до автономных роботов и другого сложного оборудования.

Цели автоматизации производства

Повышение производительности и желание получить конкурентное преимущество, как правило, является основной причиной для старта проекта по автоматизации на многих предприятиях. Другие причины автоматизации могут быть обусловлены не «надеждами на будущее», а наличием конкретных причин – например, опасной рабочей средой или высокой стоимостью человеческого труда. Некоторые предприятия автоматизируют процессы с целью сократить время производства, увеличить гибкость производства, сократить затраты, устранить человеческие ошибки или восполнить нехватку рабочей силы. Решения, связанные с автоматизацией, обычно касаются некоторых или даже всех перечисленных экономических и социальных факторов.

При этом можно выделить общую цель автоматизации производства: заменить человеческий труд и оптимизировать работу*. В более широком смысле к целям автоматизации процессов условно относят:

• Сокращение персонала, обслуживающего производство;
• Увеличение выработки количества продукции;
• Расширение ассортимента продукции;
• Увеличение объемов производства в несколько раз;
• Повышение безопасности производства.

*Однако и тут есть некоторые нюансы: автоматизация на производстве может увеличить затраты на техническое обслуживание.

Для владельцев бизнеса оценка плюсов и минусов автоматизации может быть непростой задачей. Скорость, с которой внедряются технологии в сочетании с естественным сопротивлением изменениям, заставляет владельца бизнеса откладывать внедрение новых управленческих инструментов, хотя сами понимают, что, откладывая внедрение новых и более эффективных технологий, они теряют конкурентные преимущества.

Типы автоматизации

Хотя автоматизация может играть важную роль в повышении производительности и сокращении издержек в сфере услуг, автоматизация управления производством наиболее распространена в обрабатывающих отраслях. В последние годы в области производства используются следующие типы автоматизации:

• Информационные технологии (ИТ);
• Автоматизированное производство (CAM);
• Оборудование с числовым программным управлением (NC);
• Роботы;
• Гибкие производственные системы (FMS);
• Компьютерное интегрированное производство (CIM).

Информационные технологии (ИТ) охватывают широкий спектр компьютерных технологий, используемых для создания, хранения, извлечения и распространения информации. Именно за счет информационных технологий в настоящее время осуществляется большая часть автоматизаций.

Автоматизированное производство (CAM) относится к использованию компьютеров в различных функциях планирования производства и контроля. В производственном процессе используются машины с числовым программным управлением, роботы и другие автоматизированные системы.

Машины с числовым управлением (NC) – это запрограммированные версии станков, которые последовательно выполняют операции. Для этой цели у машин могут быть свои компьютеры. Такие инструменты обычно называются компьютеризированными машинами с ЧПУ. В других случаях многие машины могут совместно использовать один и тот же компьютер. Они называются станками с прямым численным управлением.

Роботы – этот тип автоматизированного оборудования может выполнять различные операции, которые обычно обрабатываются человеком, выступающим в роли оператора. В производстве роботы используются для решения широкого круга задач, включая сборку, сварку, окраску, погрузку и разгрузку тяжелых или опасных материалов, осмотр и испытания, а также отделочные работы.

Гибкие производственные системы (FMS) представляют собой комплексные системы, которые могут включать в себя станки с числовым программным управлением, роботов и автоматизированные системы обработки материалов, то есть это полностью автоматизированные линии для полного цикла производства продукции.

Система компьютерного интегрирования (CIM) – это система, в которой многие производственные функции связаны через интегрированную компьютерную сеть и включают в себя планирование производства, контроль качества, автоматизированное производство, автоматизированное проектирование, закупку, маркетинг и другие функции.

Сегодня на рынке представлен большой выбор программных продуктов для осуществления автоматизации бизнес-процессов производства. Рассматривая информационные технологии автоматизированного производства на базе 1С, можно выделить следующие популярные программные продукты:

• 1C:Управление производственным предприятием 8;
• 1С:ERP Управление предприятием 2;
• Дополнительные модули в конфигурациях бухгалтерского учета;
• Специализированные решения для управления производством алкоголя, мясной и рыбной продукции, строительным производством и пр.

1C:Управление производственным предприятием 8

Комплексное прикладное решение, охватывающее основные контуры управления и учета на производственном предприятии, производственная подсистема которого позволяет полностью контролировать производственные процессы с момента передачи материалов в производство до выпуска готовой продукции. Основной функционал:

• Планирование производства (актуализация, детализация и корректировка планов по результатам завершенных периодов);
• Расчет себестоимости (план-фактный анализ себестоимости);
• Управление затратами;
• Отражение производственных операций в управленческом, бухгалтерском и налоговом учетах.

1С:ERP Управление предприятием 2

Прикладное решение является системой класса ERP, в которой реализована подсистема управления производственными процессами компании на разных уровнях.

В системе автоматизация процессов планирования производства организована с помощью документов «Планы производства» и «Заказы на производство». Предусмотрен функционал по ведению учета услуг по переработке давальческого сырья, производства на стороне (силами сторонней организации), диагностика формирования графика производства, диспетчирование графика производства. Ведется список ресурсных спецификаций, маршрутных листов.

Для управления задачами и производственными процессами в системе предусмотрена возможность ведения следующей нормативно-справочной информации:

• Маршрутные карты;
• Бригады;
• Виды работ сотрудников;
• Структура рабочих центров;
• Разрешение на замену материалов;
• Параметры межоперационных переходов.

Функционал системы позволяет осуществлять учет трудозатрат и выработки сотрудников, выполняющих производственные наряды и общепроизводственные работы, а также учет выработки бригады с коэффициентами трудового участия (КТУ).

Хотелось бы отметить, что после внедрения систем автоматизации в компании встает вопрос поиска квалифицированных специалистов с должным уровнем знаний. То есть еще одной проблемой автоматизации можно считать поиск новых специалистов или повышение квалификации существующего персонала компании.

Перечень проблем использования программных продуктов можно дополнить возникновением угроз взлома системы, зависимостью от электроснабжения и уязвимостью в техническом плане. Однако все эти риски нивелируются большим количеством положительных эффектов от внедрения автоматизированных систем: снижение брака продукции, уменьшение стоимости продукта за счет сокращения трудоемкости работ, рост количества новых клиентов за счет роста качества продукции и ее удешевления.

Темпы, которые набрала автоматизация различных сфер бизнеса за последние 20 лет, можно назвать по-настоящему головокружительными. Вне зависимости от масштаба бизнеса собственники ориентируются на автоматизацию, и современный рынок предлагает им огромный выбор автоматизированных решений. В этих условиях ключом к успеху становится тщательный анализ и реализация управленческих схем, а не быстрое и необдуманное внедрение новых технологий. Автоматизация должна быть плановым, стратегическим шагом, базирующимся на реальных потребностях производственного предприятия, чтобы удовлетворить все нужды организации и принести максимальную пользу.