Цифровые модели управления кооперационным производством. Истоки возникновения и возможности развития

Современные производственные системы не ограничиваются стенами завода. Сложность производств требует от компаний принципиально нового подхода к управлению и контролю, реализуемых с большей скоростью, на многих уровнях кооперации одновременно и зачастую на значительных расстояниях объектов друг от друга. Как обеспечить слаженное взаимодействие всех участников в сети кооперации, синхронизацию планов и высокую скорость принятия управленческих решений, советует руководитель дирекции производственных решений корпорации «Галактика» Денис Лямшев.

Денис Лямшев, руководитель дирекции производственных решений корпорации «Галактика»

Справка о компании

Корпорация «Галактика» – российский разработчик национальной ERP-cистемы для крупных предприятий, холдингов и государственных корпораций и бизнес-приложений по планированию и управлению производством, производственными активами и надежностью.

«Галактика MCM» (manufacturing cooperation management – управление межзаводской кооперацией) – решение для управления производственной кооперацией сложных машиностроительных изделий.

Система управления кооперационным производством помогает решать следующие задачи:

• оценка ресурсного потенциала и формирование производственных заказов по всем участникам кооперации;
• выявление и оценка узких мест при планировании производства заказов по всей сети кооперации в реальном времени;
• расширение производственных мощностей одновременно на многих заводах, входящих в сложные сети кооперации;
• перераспределение производства отдельных узлов и агрегатов изделий между предприятиями;
• выделение центров компетенций по производству отдельных видов продукции;
• проработка различных вариантов производственных планов выпуска изделий синхронно для всех предприятий сети кооперации;
• контроль состояния производственных и обеспечивающих процессов по всем заказам по всем уровням кооперации в реальном времени.

Оптимальные ответы на вызовы, стоящие перед системами управления производственными процессами, не могут не опираться на инструментарий, предлагаемый инженерным консалтингом.

Сегодня создание математических моделей процессов производства, интерфейсов перевода событий из реального физического мира в мир моделей, а также выработка и принятие управленческих решений на основе заложенных алгоритмов и передачи обратно управляющих воздействий, так называемое «цифровое производство», – все это, с одной стороны, опирается на теорию систем и является по своей сути одним из уровней развития систем управления, а с другой стороны, жизнь сама «подвела» к необходимости поиска такого решения.

До недавнего времени организациям приходилось решать задачи автоматизации и повышения эффективности производственных систем, не выходящие за периметр предприятия. При этом, при тщательном анализе предстала парадоксальная картина: система организационного управления (СОУ) предприятий имеет дело не со всем процессом производства, а только с его частью, замкнутой на ресурсы самого предприятия.

К тому же, в отечественном обрабатывающем производстве, включая такие отрасли как производство машин и оборудования, производство электрооборудования, электронного и оптического оборудования, производство транспортных средств и оборудования, произошло объединение предприятий в вертикально-интегрированные корпоративные структуры, что привело к новому этапу формообразования – за счет поиска и установления новых форм кооперационных связей и выделения внутрикорпоративных специализаций.

При такой организации производства основной акцент при управлении необходимо делать на планировании всей цепочки поставщиков и контроле производства всех поставщиков всех уровней сети кооперации.

Возникают особые управленческие задачи, связанные с обслуживанием производства в рамках межзаводского взаимодействия, которые приходится решать холдингам, корпорациям, головным предприятиям совместно с предприятиями сети кооперации. К этим задачам относятся:

• оценка ресурсного потенциала и распределения производства по всем участникам кооперации; 
• выявление и оценка узких мест при планировании производства заказов по всей сети кооперации в реальном времени;
• расширение производственных мощностей одновременно на многих производствах, входящих в сложные сети кооперации;
• перераспределение производства отдельных узлов и агрегатов изделий между предприятиями;
• выделение центров компетенций по производству отдельных видов продукции; 
• проработка различных вариантов производственных планов выпуска изделий синхронно на всех предприятиях сети кооперации.

В настоящий момент существующая технология управления при решении указанных выше задач имеет следующие ограничения:

• Формирование плановых объемов и сроков собственного производства (планы и графики подготовки производства, испытаний, отгрузки, поставок и т.п.) – самостоятельно, собственными службами планирования каждого производственного предприятия. 
• Согласование объемов и сроков между уровнями сети кооперации происходит дискретно, с последовательной передачей плановых объемов и сроков производства между предприятиями – участниками общей сети кооперации. 
• Головная организация (холдинг) не имеет актуальной информации о наличии и доступности производственных мощностей и состояния заказов на каждом из предприятий кооперационной сети и, следовательно, не имеет возможности достоверно и в реальном времени оценить ожидаемые сроки выполнения заказов, уровень рисков и необходимые дополнительные ресурсы для выполнения поставленных задач. 
• Сбор фактического состояния выполнения заказов в той же технологии последовательной передачи информации приводит к тому, что проблемы в основном выявляются на завершающих этапах передачи комплектующих между предприятиями, т.е. в тот момент, когда принимать корректирующие управленческие решения уже поздно, либо их стоимость кратно вырастает.

Данная технология управления не обеспечивает должного уровня синхронизации между собой планов всех уровней сети кооперации и своевременности принятия управленческих решений по отклонениям. Как следствие, значительно увеличивается вероятность срыва сроков поставки готовой продукции и возрастают издержки на проведение корректирующих мероприятий.

Получается, что никакая оптимизация отдельных производственных предприятий в принципе не решит проблему, когда конечная продукция не будет выпущена из-за срыва сроков поставки единичных комплектующих. Это указывает на необходимость создания системы централизованного управления с возможностью прогнозирования на основании текущего состояния выполнения плана на каждом предприятии в рамках общего технологического цикла производства.

Каким образом решить всю названную совокупность проблем в сфере управления? Предлагается рассмотреть систему организационного управления, реализующую модель, основанную на представлении изделий как совокупности элементов – потребителей ресурсов и предприятий-участников сети кооперации как обладателей ресурсного потенциала и методе автоматического построения, корректировки и контроля сетевых графиков производства изделий сразу по всем уровням сети кооперации.

На российском рынке уже есть инструментальное решение, обеспечивающее ответ на возрастающую сложность управления производственными процессами комплексов машиностроительных производств, реализующее данные принципы управления. Это разработка корпорации «Галактика», система «Галактика MCM» (Manufacturing Cooperation Management) – управление кооперационным производством.

Рис. 1. Схемное представление принципиальной основы технологии управления кооперационным производством (смотреть в большем размере)

Принципиальная основа предлагаемой технологии управления кооперационным производством:

• Представление предприятий, взаимодействующих между собой в процессе производства, как производственных единиц, обладающих ресурсным потенциалом выполнения определенных видов работ и автоматизации построения данной ресурсной модели; 
• Представление производимых изделий как связанной сети этапов производства-поставок (технологический поставочный состав изделия), формируемой автоматизированным образом на основе конструкторской документации и содержащей суммарные ресурсные оценки длительности и трудоемкости выполнения каждого этапа на соответствующих предприятиях, в соответствии со схемой деления;
• Автоматизированное формирование графиков кооперации на основе технологического поставочного состава и ресурсной модели сети кооперации;
• Автоматизированное формирование всех видов планов и графиков закупок, отгрузок, собственного производства всех предприятий сети кооперации как производных от графика кооперации;
• Автоматизированный сбор и анализ текущего состояния выполнения работ, собираемый со всех предприятий всех уровней сети кооперации в реальном масштабе времени за счет интеграции с производственными системами каждого предприятия.

Внедрение и промышленное освоение предлагаемой технологии позволит:

• Обеспечить оптимальную загрузку производственных мощностей сети предприятий с учетом сроков выполнения заказов, плановых ремонтов, а также обеспечить оперативное изменение планов или перераспределение загрузки оборудования в случае незапланированного выхода из строя. Управление планами на уровне схемы кооперации позволит максимально оперативно обеспечить передачу объема производства на другие предприятия с учетом их текущей загрузки при техническом перевооружении предприятия.
• Оптимизировать затраты труда значительного числа сотрудников предприятий холдингов, корпораций на сбор информации о текущем состоянии работ и «ручную» синхронизацию процессов запуска-выпуска и поставки сотен тысяч единиц номенклатурных позиций, высвободив тем самым время на решение задач организации производства и принятие качественных управленческих решений.
• Снизить число ошибок и срывов сроков в подготовке документального и финансового обеспечения работ, вызванных «человеческим фактором» за счет автоматизированного планирования и мониторинга выполнения работ по подготовке проектов договоров, контрактации, авансирования и исполнения казначейских обязательств. Причем, данные работы представляются в общей кооперационной модели управления как неотъемлемая часть общей последовательности работ, выполняемой в рамках производственно-поставочных этапов, с определением циклов опережения для автоматизированного формирования сроков выполнения данных работ и обеспечением контроля необходимых регламентов по выполнению данных работ.
• Обеспечить синергический эффект от реализации различных проектов внедрения информационных систем управления на каждом отдельно взятом предприятии холдинга за счет обеспечения универсального информационного взаимодействия создаваемой системы с уже запущенными в эксплуатацию информационными системами управления предприятий.
• Получать в реальном времени текущие показатели состояния производства и заказов по всем предприятиям холдингов.
• Обеспечить возможность предотвращения срывов в выполнении заказов за счет:

1. контроля в реальном времени за изменением мощностей предприятий посредством автоматизированного анализа ресурсной модели предприятий;
2. определения критических отклонений и инициации перепланирования общего графика поставок на ранних стадиях срывов сроков;
3. автоматизированного анализа динамики контрольных точек по каждому проекту/договору/заказу и возможности принять необходимые управленческие решения.

Существующая теория систем позволяет ввести иерархию классов систем управления по степени сложности интеллекта управляющей части и – опираясь на введенную иерархию – понять место цифрового управления в ряду прочих классов систем управления.

Иерархия классов систем управления по Солнцеву С.В. представляет собой следующую «пирамиду», выстроенную по критерию сложности интеллекта управляющей части:

На первом уровне – «Воля». Она реализует наименее сложную интерпретацию воздействия. Принцип принятия решения – «мы это хотим, и оно возникает в реальности».

Второй уровень – «Орудие», или «опосредованная воля». Реализацию «Воли» мы осуществляем простым орудием (эффектор).

Третий уровень – «Системы гомеостаза». Появление неопределенностей в рецепторах и/или эффекторах приводит к тому, что объект управления нужно «вести» – непрерывное сопровождение действия, то есть коррекция объекта. Является следствием неопределенности в деятельности или следствием обладания объектом управления собственной волей. Цель при этом не меняется, неопределенность принципиально неустранима. Система управления типа «Гомеостаз» осуществляет коррекцию состояния объекта управления при достижении предельного значения отклонения по какому-либо параметру.

Четвертый уровень – «Многоцелевые устройства». Это тип управления, подобный «Гомеостазу», при котором управляющая часть снабжается блоком выбора цели. То есть заранее задан «класс цели».

Пятый уровень – «Ситуационное управление». Системы с процессом выработки решения. Неопределенность присутствует в самом моменте выработки решения. Объект управления меняется таким образом, что требуются затраты на определение управляющих воздействий. То есть без модели, отображающей ситуацию, построение функции управления невозможно. Теперь рецепторы обслуживают не отклонение, а отображение ситуации.

Шестой уровень – «Адаптивное наращивание». Системы с адаптивным наращиванием эффекторно-рецепторных блоков. Неопределенность в определении состояния и воздействии на объект управления настолько велика, что необходима исследовательская и инженерная работа, чтобы изготовить новые эффекторные и рецепторные блоки, и эти процессы должны быть встроены в систему управления. Иными словами, с объектом управления происходят такие изменения, что прежние эффекторы неспособны больше оказывать требуемое воздействие. Аналогично, возможны такие изменения ситуации, при которых прежние методы наблюдения более не обеспечивают перестроение модели объекта для выработки решения о воздействии. В этих случаях для сохранения управляемости должны существовать исследовательские и инженерные функции для создания новых технических устройств.

Седьмой уровень – «Среды систем управления». На одном и том же объекте управления существуют разные управляющие части со своими эффекторами и рецепторами, вступающие между собой в конфликтно-кооперационные отношения. Рефлексия контуров управления гарантирует эффективность. Отсутствие контроля контуров управления гарантирует провал.

Восьмой уровень – «Безволие», которое равносильно «немыслимому действию», то есть мы не можем этого хотеть. «Безволие – это ситуация, в которой управляющая часть работает с «немыслимым».

Кратко рассмотрев иерархию, мы можем обнаружить возможность объединить два подхода к формированию цифрового управления: «инженерно-заводской» и «теоретико-системный».

«Цифровое кооперационное производство» как название модели производства с системами управления на основе цифрового преставления информации о процессах и объектах, с точки зрения приведенной классификации систем управления является «Средой систем ситуационного управления».

Нужно отметить, что способность систем «ситуационного управления» к синтезу моделей объекта управления – это качественно новый скачок в линии развития систем управления, обеспечивающий подъем уровня рефлексии системы для решения задач с большим разнообразием альтернатив, а возможность создания кооперационных связей между управляющими частями разных контуров управления позволяет сделать скачок в создании виртуальных сетевых производств.

При создании среды систем управления, например, при создании цифровой модели управления кооперационным производством, необходимо дополнительно решить задачу установления связей между управляющими частями систем управления связанными подсетями общей сети.

Эта задача в управлении кооперационным производством решена методом формирования и контроля исполнения заданий для всех систем управления отдельными производственными площадками на основе рассчитанных в центральной системе требуемых объемов и сроков их производства.

Модель сквозного процесса строится автоматически на основе данных о спецификации изделия и схемы деления изделия, то есть закрепления изготовления групп элементов изделия за различными предприятиями – участниками кооперации.

Приведенное выше объяснение делает абсолютно логичным возникновение «цифрового производства» как ответа на возросшие требования к снятию неопределенности в производственных процессах, в строгом соответствии с теорией систем и представлением о развитии систем управления как повышении уровня класса в иерархии систем управления.

Соответственно, дальнейшее развитие предполагает возникновение следующего класса систем управления производственными процессами – это системы с адаптивным наращиванием, но их образ и метод реализации пока не определен.