До самого последнего времени конечный продукт рассматривался главным, а процесс производства - второстепенным. Традиционно мы воспринимали производственный процесс как превращение исходного сырья и энергетических ресурсов в конечный продукт. Такая прямолинейная и однонаправленная схема характеризуется строго определенным планом: началом производственного процесса (ресурсы, затраты), самим процессом (преобразованием), результатом (конечным продуктом) и объектом (потребителем) – совершенно отдельными, изолированными элементами. Качество продукции, как правило, проверялось в конце производственного процесса. Конечный продукт, рассматривался, как средство повышения конкурентоспособности, а производственный процесс таковым не представлялся. Естественно, что качество, надежность и удобство таких продуктов были невысоки. Но всеобщая конкуренция внесла свои коррективы - только высококачественный производственный процесс может гарантировать высококачественный конечный продукт, а не наоборот. Характер и качество производственного процесса определяет свойства и качество конечного продукта. Сегодня производственный процесс рассматривается не как последовательность технологических этапов, а как автономное целое, интегрирующее в себе отдельные технологические этапы. Промышленное производство не является линейным преобразованием сырьевых и энергетических ресурсов в конечный продукт и его этапы не изолированы. Они взаимозависимы, связаны по кругу и взаимно усиливают друг друга.

Основное внимание уделяется не столько совершенствованию отдельных технологических этапов, сколько совершенствованию всего производственного процесса. Для управления именно такими производственными процессами и созданы MES– системы. Подобные системы занимают промежуточный уровень между SCADA-системами (системы управления технологическими процессами) и ERP-системами (системы управления ресурсами предприятия). MES-системы получают исходную информацию (как от SCADA-систем, так и от собственных информационных датчиков) необходимую для реализации системного метода управления, определяемого как интегрированное управление процессом.

Основные функции MES- систем при управлении производственными процессами:

• сбор и хранение информации от SCADA-систем и от собственных информационных датчиков;
• контроль состояния и потребления сырьевых и энергетических ресурсов, контроль загрузки технологического оборудования, электроприводов (как основных потребителей электроэнергии на промышленном предприятии);
• диспетчеризация производства, обеспечивающая текущий мониторинг (контроль «в реальном времени» за выполнением технологических операций) производства;
• управление качеством конечного продукта основывается на измерениях его параметров (в том числе и в режиме реального времени), регистрации отклонения параметров качества от заданных и управляющих воздействий направленных на устранение отклонений;
• управление производственными фондами (техобслуживание);
• анализ производительности основывающийся на анализе полученной в рамках MES-системы информации о реальном ходе и реальных результатах производственных процессов;
• обеспечение информационного взаимодействия различных SCADA-систем, управляющих технологическими системами.

Необходимо отметить, что одним из основных результатов внедрения MES-систем является получение качественно нового знания о производственном процессе. Сегодня уже общепризнанна важность знания как формы нематериального актива, возможно даже более важного, чем материальные активы, такие как земля, труд и капитал. Этот нематериальный актив обладает действенной силой, действительной производственной мощностью. Знание – главный аргумент в создании существенного, долгосрочного конкурентного преимущества в современной экономике.

Учет энергоносителей и ресурсов как база для cоздания MES-системы.

Учет энергетических и сырьевых ресурсов, как, впрочем, и производимого продукта, является непременным условием построения MES-системы. Как уже отмечалось выше, производственный процесс не является линейным преобразованием энергетических и сырьевых ресурсов в конечный продукт и его компоненты не изолированы, они взаимозависимы, связаны по кругу и взаимно усиливают друг друга. Эта идеология определяет характер и структуру систем учета энергетических и сырьевых ресурсов. В качестве примера рассмотрим систему учета электроэнергии (как типичную), так как с одной стороны этот энергетический ресурс является основным, используется на всех промышленных предприятиях и имеет свои характерные особенности, с другой стороны этот пример отражает новые подходы при построении систем учета.

Характерной особенностью электроэнергетических процессов является то, что производство и потребление электроэнергии практически совпадают во времени и допущенная ошибка в учете электроэнергии не поддается исправлению методом повторного измерения.

Она может быть исправлена только косвенным, т.е. расчетным путем, однако такой расчет является приближенным, его погрешность, как правило, несоизмерима с погрешностью применяемых приборов учета. Именно поэтому столь важны показатели надежности системы учета:

• безотказность – свойство непрерывно сохранять работоспособность втечение заданного интервала времени без вынужденных перерывов;
• долговечность – свойство сохранять работоспособность до предельного состояния при установленной системе технического обслуживания. Предельное состояние определяется невозможностью дальнейшей эксплуатации;
• ремонтопригодность – свойство, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и устранение их последствий проведением технического обслуживания и контроля текущего состояния;
• живучесть - свойство, заключающееся в способности противостоять различного рода возмущениям, не допуская их каскадного развития с массовым нарушением режимных параметров системы учёта.

Итак, система учёта должна обеспечивать требуемую надёжность и точность электрических измерений при минимальных финансовых затратах, хотя эти затраты постоянно возрастают в связи с ужесточением требований к точности измерений (прежде всего к коммерческим системам учёта, в связи с выходом многих потребителей на ОРЭ) и расширением параметров измерений (по новой идеологии построения систем учёта).

Системы учёта классифицируются по назначению:

• коммерческие, предназначенные для фиксации количества энергии и мощности полученной потребителями от энергоснабжающих организаций и, соответственно, для финансовых расчётов потребителей с энергоснабжающими организациями;
• технические, предназначенные для фиксации количества энергии и мощности полученной потребителями от энергоснабжающих организаций, оценки технико-экономических показателей работы системы энергоснабжения, эффективности использования энергии в производственном процессе и оценки влияния энергетических процессов на конечный продукт и на весь производственный процесс.

Нас интересуют, прежде всего, технические системы учёта, как системы позволяющие определять:

• степень загрузки системы энергоснабжения;
• потери энергии в системе энергоснабжения;
• структуру энергетических затрат (на каждый этап производственного процесса);
• удельное потребление энергии на единицу выпускаемого продукта;
• зависимость качества и количества конечного продукта от параметров энергетических режимов;
• влияние качества потребляемой электроэнергии на её потери;
• критерии эффективности внедрения энергосберегающих технологий.

Пути оптимизации аппаратных средств и методов обработки данных при построении систем технического учета

Постановка проблемы:

1. В рамках системы технического учета, как подсистемы МES, необходимо детальное представление как об энергопотреблении каждого технологического процесса в отдельности, так и, в некоторых случаях, представление об энергопотреблении крупных энергоприемников внутри технологического процесса.
2. Электрооборудование, отвечающее за технологический процесс, может быть запитано от разных трансформаторных подстанций.

Наличие этих двух вышеперечисленных причин при построении системы технического учета приводит к резкому увеличению количества приборов учёта и каналов передачи информации (аппаратных средств) - следовательно, к значительным финансовым затратам.

Методы решения.

Новизна предложений компании «Энсис Технологии»

На тех процессах, технологии, которых по своему характеру относительно стабильны, где характер изменений технологического процесса с точки зрения энергопотребления может быть спрогнозирован с необходимой точностью, при использовании методов математической статистики, приборы учёта не устанавливаются. Данные измерений заменяются полученными данными в результате обследования конкретного технологического процесса. Во время обследования создается т.н. карта потребления мощности с шагом усреднения от 1 минуты (3, 5,10 и 15), определяется характеристические режимы энергопотребления (с учетом возможных вариаций техпроцессов) для последующего включения этих данных в систему технического учета.

При знании характера изменений того или иного технологического процесса в системах учета достаточно знать, когда процесс начался и когда завершился (об этом система может получать сигналы от простейших устройств, например, от электроконтактных датчиков, штатных контакторов и пр.). Один раз измеренные данные будут многократно использоваться при мониторинге техпроцессов, сохраняя при этом высокую достоверность данных с точностью измерений не ниже 5%.

При таком подходе к сбору и обработке данных нет необходимости применять большое количество приборов учёта, большое количество каналов связи, что влечет за собой значительную финансовую экономию при покупке оборудования и его техническом обслуживании.

Идеология такого подхода к построению систем технического учета позволяет оптимизировать системы технического учета, прежде всего в их аппаратной части (счетчики, каналы связи и пр.)

Промышленная автоматизация в свете новой идеологии.

В рамках новой идеологии, когда акцент переносится с конечного продукта на его производство, системам промышленной автоматизации отводится особое место и основная цель внедрения систем промышленной автоматизации - повышение конкурентоспособности производственного процесса и конечного продукта, что достигается за счёт:

• повышения производительности производственного процесса;
• стабилизации высокого качества конечного продукта;
• повышения гибкости и управляемости производственного процесса;
• максимально-эффективного использования энергетических и сырьевых ресурсов;
• увеличения информации и знания о производственном процессе;
• снижения удельных затрат;
• повышения надёжности и безопасности производственного процесса.

Как уже отмечалось, характерной особенностью современной промышленной автоматизации является её «лоскутный» характер (частичная автоматизация).

Частичная автоматизация (автоматизация только отдельных технологических этапов единого производственного процесса) не позволит в полной мере достигнуть указанной выше цели, но необходимо отметить, что с одной стороны комплексная автоматизация возможна только при высокоразвитом производстве, а с другой стороны высокоразвитое производство невозможно без комплексной автоматизации. Каков же выход из этого порочного круга?

На первом этапе необходимо внедрить информационную систему, отвечающую новым требованиям MES-систем, которая позволит собрать более полную информацию о производственном процессе, получить новое знание.

На втором этапе, на основании нового знания повышается уровень автоматизации (прежде всего за счёт применения новых алгоритмов) и степень развития производства.

Далее снова производится сбор информации уже о модернизированном производстве, очередной виток нового знания, коррекция алгоритмов и следующий этап в повышении степени развития производства.

И далее цикл!