Současná IT řešení často končí nad úrovní vlastní výrobní technologie „předáváním papírových pokynů“ pro operátory technologií. Koncept elektronického řízení propojuje výrobní IT až do vlastních technologií a umožňuje tolik potřebné přenosy výrobního plánu a souvisejících parametrů přímo do řídicích systémů technologií a současně plnou elektronickou dokumentaci probíhající výroby. Umožňuje tak podnikům významně zlepšit produktivitu a jakost výroby.

Elektronické řízení výroby

Z technického pohledu je koncept založen na vertikální integraci tří standardních vrstev systémů, které odpovídají funkcím řízení výroby podniku: celopodnikového informačního systému (ERP) kryjícího dlouhodobější plánování a řízení včetně zajišťování zdrojů a materiálů, výrobního informačního systému (MES) pro operativní řízení výroby a vrstvy automatizace (MCS) přímo řídicí technologii. K libovolnému ERP systému zákazníka lze připojit systém COMES. Cílem je distribuovat informace ve výrobním týmu a do technologických zařízení (řídicích systémů) tak, aby bylo dosaženo optimálního průběhu výrobních procesů dle obrázku 1. Tím je dosaženo jednak toho, že je výroba optimálně řízena a jednak vysoké pružnosti na změny ve výrobě či výrobním programu. Současně management výrobního týmu dostává operativní informace o průběhu výroby, místo informací o výrobě ve formě papírových výkazů a řešení situací ex post jsou manažeři průběžně informováni ve formě přehledně zpracovaných, aktuálních elektronických dat. Tak mohou vedoucí výroby, mistři i operátoři držet výrobu v optimálních mezích a operativně zasahovat do výrobního procesu při prvních příznacích zhoršování jakéhokoliv ukazatele jak produktivity, tak nákladovosti nebo jakosti.

Obr. 1: Příklad integrace systémů ERP, MES (COMES) a MCS (řídicí systémy např. SIMATIC)

Standardní funkčnosti vrstvy MES

Co nabízí Elektronické řízení výroby navíc? Především realizaci funkčností pokrývajících oblasti operativního řízení výroby:

• krátkodobé kapacitní plánování (týdenní, denní a směnové),
• materiálový management, označování a sledování materiálů, automatickou traceability,
• výrobní postupy (předpisy) a receptury (parametry),
• řízení a supervize výroby včetně přímé komunikace s automatizací technologií,
• hlídání a optimalizace jakosti,
• elektronické záznamy výroby a batch protokoly,
• sběr, analýza a archivace technologických veličin a varovných hlášení,
• sběr a ukládání výrobních dat,
• operativní výpočty výrobních ukazatelů a statistik (výkonnosti, KPI, OEE, …),
• podpora řízení údržby.

Výše uvedené funkčnosti jsou známé, avšak teprve jejich provázaná implementace v Elektronickém řízení výroby realizuje optimální řízení výroby. Mnohé příklady z praxe ukazují, že také vhodnou motivací na základě získávaných informací (pro všechny pracovníky objektivně a věrohodně) mohou podniky dosahovat zlepšené výsledky díky vyššímu využití pracovní doby, kratšímu seřizování linek mezi jednotlivými výrobami, zkrácení oprav či snížení výrobních ztrát. Elektronické řízení výroby umožňuje maximálně harmonizovat složité vazby ve výrobních procesech, usnadňovat správné jednání pracovníků distribucí potřebných informací (just in time).

Postup implementace Elektronického řízení výroby

Základem nasazení jakéhokoliv úspěšného řešení je to, že dané řešení musí přesně vyhovovat potřebám podniku, řízení a organizace výroby a instalovaným technologiím. Proto nasazení Elektronického řízení výroby předchází přesná analýza výrobních procesů a návrh řešení s implementovanými potřebnými funkčnostmi v dokumentované podobě. Tento návrh je projednán se zákazníkem a je dohodnut postup a etapy implementace. V praxi se podařilo dobrou spoluprací implementačního týmu složeného z pracovníků výroby a dodavatele realizovat i velmi krátké doby implementace a rychlé využití přínosů. Včetně vlastní analýzy je možné dosahovat i dob implementace do šesti měsíců, a to i pro poměrně komplexní druhy výrob, jakými jsou sériové či šaržové výrobní procesy.

Pokrytí podnikových aplikací

Aplikace mohou pokrývat celou šíři výrobních aktivit podniku například v těchto celcích:

• příjem a sklady surovin,
• příprava výroby, navažovny a dávkování surovin,
• výroba polotovarů nebo meziproduktů,
• plnění nebo finální montáž,
• balení, skupinová balení a paletizace,
• skladování vyrobených výrobků či přenos dat o vzniku výrobků do ERP/WMS.

Funkčnosti, které jsou kryty již instalovanými systémy, mohou být ponechány beze změny nebo je provedena jejich vazba na koncept Elektronického řízení výroby. Cílem je dosažení celkové integrální funkčnosti operativního řízení výroby.

Příklad zpracování výrobní zakázky

V následujících krocích je ukázán příklad z praxe (řízení šaržové výroby) a posloupnost procesů při zpracování výrobní zakázky a synchronizace jednotlivých výrobních činností:

1. import aktuálního plánu výroby z ERP,
2. rozplánování výrobních šarží podle plánu výroby,
3. seřízení linek,
4. odeslání pokynů operátorům na přípravu a navažování surovin pro zaplánované výrobní dávky,
5. automatické dávkování nebo navážení surovin a jejich označení etiketou s čárovým kódem,
6. řízení a dokumentování výroby polotovaru podle výrobního předpisu (obr. 2),
7. rozvážení polotovaru do polotovarových obalů a jejich označení etiketou s čárovým kódem,
8. odeslání informací o vyrobených polotovarových obalech do ERP systému,
9. přesun polotovarů do adjustačních a balících linek podle plánu,
10. řízení plnění a balení,
11. označení hotových výrobků a jejich umístění do skladu hotových výrobků,
12. odeslání informací o vyrobených výrobcích do ERP systému.

Elektronické řízení je pružně konfigurovatelné tak, že vyhoví i odlišným výrobním postupům, než popisuje výše uvedený příklad.

Obr. 2: Řízení šaržové výroby elektronickým předpisem a její dokumentace výrobním protokolem

Záznamy a protokoly o výrobě

Elektronické řízení výroby automatizovaně zaznamenává průběh výroby, technologické i výrobní parametry, tak potřebné pro dokladování jakosti šaržových výrob. Z těchto informací jsou vytvářeny dílčí, komplexní nebo souhrnné protokoly.

Elektronický záznam o výrobě EBR (electronic batch record)

V průběhu výroby je vytvářen standardizovaný elektronický záznam o výrobě. Tento záznam obsahuje detailní informace o výrobním procesu. Struktura záznamu EBR odpovídá postupně vykonaným výrobním operacím, které se dále rozpadají na jednotlivé výrobní kroky (obr. 2). Součástí tohoto záznamu jsou i grafy trendů důležitých veličin a hlášení vzniklá během výroby, která jsou přebírána z úrovně MCS.

Příklad dílčího protokolu navažování surovin

Pro každou výrobní šarži je vytvořen protokol shrnující průběh navažování surovin určených do této dávky. V protokolu jsou zaznamenány všechny důležité informace uvedené rovněž na navažovacích obalech, do kterých byly suroviny rozváženy. Mezi tyto informace patří například: identifikace suroviny, množství suroviny v obale, pořadové číslo obalu a celkový počet obalů, do kterých byla surovina rozvážena, identifikace obsluhy, která navážení provedla, čas strávený navažováním tohoto obalu atd.

Příklad souhrnného protokolu BP (batch protocol)

Z elektronického záznamu šarže/série je vytvářen komplexní protokol, který je konfigurovatelný dle potřeb zákazníka. Výrobní manažeři mohou využít buď standardní komplexní protokol, který obsahuje všechny informace o výrobě šarže/série. Další možností je vytváření dílčích protokolů, nebo jen přehledného souhrnného protokolu, který shrnuje všechna důležitá data například pro propouštění dané šarže/série na trh nebo k dalšímu zpracování.

Závěr

Elektronické řízení výroby je účinným nástrojem, který je vyvinut pro dosažení optimálního řízení výroby šaržových i sériových výrob. Umožňuje podnikům „zeštíhlit“ a efektivně řídit složité šaržové výroby jak poskytováním informací manažerům a výrobním týmům v reálném čase, tak efektivním rozdělováním úkolů včetně přímého řízení a vyhodnocování technologických procesů.
Elektronické řízení výroby, jako současný špičkový koncept pro operativní řízení výroby, však není schopen implementovat každý dodavatel. K tomu je zapotřebí kromě znalostí šaržových výrob a IT technologií také detailní znalosti úrovně řídicích systémů výrobních technologií. To je pro dodavatele čistých IT řešení velká překážka. Spolupráci a pomoc nabízí výrobním podnikům i dodavatelům IT řešení COMPAS automatizace, významný český dodavatel průmyslové automatizace a výrobního IT, jehož misí je pomáhat podnikům v úspěchu. Více najdete na www.compas.cz.

Vlastimil Braun
Autor pracuje ve společnosti COMPAS automatizace, spol. s r.o., a je autorem konceptu Elektronického řízení výroby.