Z technického pohledu je koncepce založena na vertikální integraci tří standardních vrstev systémů, které odpovídají funkcím řízení výroby podniku. Celopodnikového informačního systému (ERP) pokrývajícího dlouhodobější plánování a řízení včetně zajišťování zdrojů a materiálů, výrobního informačního systému COMES (MES) pro operativní řízení výroby a automatizace přímo řídicí technologii na platformě komponentů SIEMENS (MCS). K libovolnému ERP systému zákazníka lze připojit systém COMES, který firma COMPAS automatizace vyvinula na bázi webových IT technologií. Integrace systémů COMES a řídicích systémů je, využitím mnoholeté zkušenosti firmy s průmyslovou automatizací, samozřejmostí.
Příklad popisuje jednu z aplikací v šaržově orientovaných technologiích, která má blízko k ideálnímu řešení operativního řízení výroby, v tomto případě kosmetiky. Výrobu modelového závodu lze rozdělit do čtyř základních celků:

• sklad surovin,
• navažovna surovin,
• varna polotovarů,
• sklad vyrobených polotovarů,
• plnění a balení.

Koncepci hierarchického uspořádání jednotlivých úrovní řízení (ERP, MES MCS) a jejich vazbu k výrobním celkům ukazuje obrázek 1. Zde jsou také symboly modulů Modeller (modře) a Batch (zeleně) systému COMES, které jsou využívány k organizaci, řízení a ovládání výroby.

Obr. 1: Vztah výroby a jejích systémů ERP, MES (COMES) a MCS (SIEMENS)

Architektura systému řízení

Architekturu výrobního informačního systému a jeho integraci s řídicími systémy úrovně MCS a informačním systémem ERP ukazuje obrázek 2.

Obr. 2: Architektura systémů s vyznačenými symboly COMES modulů (Logon, Historian, Modeller, Batch) a komunikačního rozhraní CCI)

Komunikace mezi systémy

Informace nutné pro organizování a řízení výroby vznikají v každém podniku v některé z výše zmíněných tří vrstev bez ohledu na to, zda jsou v této vrstvě instalovány odpovídající IT systémy, či nikoliv. Proto pro dosažení optimální organizace výroby je vhodné nejen instalovat dané systémy, ale také zajistit komunikaci potřebných dat vznikajících v dané úrovni řízení. Součástí elektronického řízení výroby je nejen zajištění odpovídající komunikace, ale také její správně načasování. Cílem je optimální synchronizace celé výroby a výrobního týmu tak, aby potřebné informace byly dodávány správné, ve správném čase a na správné místo (člověk či systém).

Práce s materiály ve výrobě

Důležitou oblastí výrobních informací je práce s materiály (surovin, meziproduktů a produktů). Práce s materiály jsou téměř vždy součástí ERP systémů (minimálně z účetního hlediska), operativně se s materiály pracuje ve výrobě (MES úroveň). Vlastní fyzické pohyby materiálů a jejich zpracování technologií zajišťuje obvykle automatizace nebo manuálně pracovníci výroby.
Materiály jsou ve výrobě evidovány a sledovány elektronicky systémem COMES pomocí čteček čárkového kódu. Čtečky jsou využívány jak v navažovně surovin, tak i na varně polotovarů.

Zpracování výrobní zakázky

V následujících krocích je shrnuta posloupnost procesů při zpracování výrobní zakázky.

1. import aktuálního plánu výroby z ERP do MES,
2. rozplánování výrobních šarží do modulu COMES Batch podle plánu výroby,
3. odeslání požadavku na navažování surovin pro zaplánované výrobní dávky,
4. odeslání požadovaných surovin ze skladu surovin do navažovny surovin,
5. navážení požadovaného množství surovin a jejich označení etiketou s čárovým kódem,
6. odeslání navážených surovin, příslušejících jedné výrobní dávce, společně do varny polotovarů,
7. výroba polotovaru podle výrobního předpisu modulu COMES Batch,
8. rozvážení polotovaru do polotovarových obalů a jejich označení etiketou s čárovým kódem,
9. odeslání informací o vyrobených polotovarových obalech zpět do ERP.

Plánování výroby

Na základě objednávek zákazníků se vytváří v úrovni ERP týdenní plán výrobních zakázek. Tento plán je pravidelně načítán a aktualizován v modulu COMES Modeller.
Vedoucí výroby provede rozplánování plánu na výrobní šarže v modulu COMES Batch. Ke každé šarži je přiřazeno jedinečné označení a je svázána s číslem týdenního plánu, na jehož základě byla výrobní šarže zaplánována. Tak je možné zobrazovat aktuální stav plnění plánu výroby z informací o stavu jednotlivých výrobních šarží modulu COMES Batch. Součástí plánu je jak etapa navažování, tak i etapa výroby surovin.
Z ERP systému je načítán kusovník polotovarů, jejichž výroba byla v modulu COMES Batch zaplánována. V případě, že materiálové složení uvedené v kusovníku polotovaru odpovídá surovinám, jejichž dávkování je nakonfigurováno v rámci zaplánovaného výrobního předpisu, je podle kusovníků rozplánováno navažování surovin pro danou výrobní dávku. Před vytvořením plánu navažování se tedy provede základní kontrola správnosti konfigurace výrobního předpisu podle dávkovaných surovin. Současně jsou informace o zaplánovaných výrobních dávkách exportovány do úrovně ERP a je v předstihu odeslán požadavek na vychystání příslušných surovin ze skladu v dostatečném množství.

Navažování a vratka surovin

Suroviny lze navažovat dvěma způsoby:

1. ruční navažování surovin,
2. navažování surovin pomocí čtečky čárových kódů.

Způsob řešení navažovny podporuje i tzv. vratku surovin, kdy je výrobní dávka zrušena a suroviny pro ni navážené jsou vráceny do skladu. Do ERP úrovně je odesílána informace o zrušené dávce a je odesílána i informace o počtu a množství surovin, které se budou vracet do skladu.

Označování materiálů ve výrobě

Jak obaly navážek jednotlivých surovin, tak i palety, na které jsou tyto obaly před jejich transportem do varny umístěny, jsou označovány etiketou s čárovým kódem. Označení palet odpovídá vždy číslu šarže výrobní dávky, pro které jsou suroviny na paletě určeny.
Jednotlivé navažovací obaly jsou označeny čárovým kódem, který odkazuje na všechny informace o surovině v obale (kód suroviny, šarži výrobní dávky, pro kterou je surovina určena, šarži suroviny, množství v obale, expiraci atd.). Podle tohoto kódu je následně při výrobě ověřováno dávkování správné suroviny do správného výrobního kotle, ve kterém probíhá výroba příslušné šarže (polotovaru).

Řízení výroby

Výroba polotovaru je z úrovně MES řízena pomocí výrobního předpisu modulu COMES Batch, který pomocí rozhranní CCI komunikuje s výrobními kroky naprogramovanými v řídicím systému (MCS). Výrobní kroky lze rozdělit do tří hlavních skupin:

• Technologické výrobní kroky – jsou naprogramovány pro jednotlivé varné kotle a zabezpečují jejich napouštění jednotlivými surovinami, míchání obsahu, homogenizaci, ohřev a chlazení, řízení tlaku (vakua), přepouštění a konečné vypouštění.
• Čistící výrobní kroky (CIP) – jsou naprogramovány také pro jednotlivé kotle, kde zabezpečují plnění čistícími roztoky, cirkulaci a vypouštění, ale také pro ovládání jednotky CIP, zvláště části určené pro úsporu energií, kdy je zbytkové teplo vypouštěného CIPového média ještě využito pro ohřev vody v bojleru.
• Pomocné – zajišťují ovládání podpůrných částí technologie. K hlavním patří obsluha smyčky cirkulující demivody, která je jednou z hlavních surovin pro výrobu. Dále sem patří různé poloautomatické funkce, například ruční nadávkování suroviny do sudu apod. Tato skupina kroků není součástí výrobních předpisů výrobků, protože tyto kroky operátor aktivuje jako samostatné funkce.

Výrobní kroky jsou navrženy takovým způsobem, aby bylo možno bez jejich úpravy, tj. pouze změnou v předpisu, vyrábět různé výrobky. Každý výrobní krok má sadu parametrů, které jsou nastavovány před spuštěním, ale i v průběhu výroby z COMES Batch. Další sady parametrů, které bezprostředně nesouvisí s konkrétně vyráběným výrobkem, lze nastavit z operátorské stanice s vizualizací SIEMENS WinCC. Z tohoto prostředí lze pomocí ovládacích oken spouštět také jednotlivé výrobní kroky samostatně, v tomto případě se její parametry nastavují ručně bezprostředně před spuštěním. Tohoto způsobu ovládání se využívá hlavně pro testovací výrobu, kdy se nevyplatí vytvářet předpis, nebo ještě není jasná jeho konečná podoba.
Každý výrobní krok je samostatnou sekvencí řídicích akcí, kterými již přímo ovládá příslušné akční členy, převážně ventily a motory. Také tato zařízení lze ovládat pomocí jejich ovládacích oken ručně zásahem operátora. Této možnosti se využívá hlavně pro seřizovací účely.

Proces dávkování surovin

Dávkování surovin může probíhat dvěma různými způsoby:

Dávkování surovin s využitím čtečky čárového kódu

Tímto způsobem lze dávkovat všechny suroviny navážené v navažovně, jelikož jsou označeny etiketou s čárovým kódem. Informací uvedených na etiketě se využívá pro ověření dávkování správné suroviny do správné výrobní dávky. V případě pozitivního ověření je surovina z obalu nadávkována do kotle a je zaznamenáno její množství. S možností rozvážení suroviny pro jednu výrobní dávku do více navažovacích obalů je proces dávkování spouštěn v cyklu, dokud nejsou všechny příslušné obaly nadávkovány. Informace o celkovém počtu obalů, do kterých byla surovina rozvážena, je taktéž uveden na etiketě navažovacího obalu.

Dávkování surovin z centrálních rozvodů

V navažovně lze navažovat pouze suroviny, které jsou již ve skladu surovin označeny čárovým kódem. U surovin, které takto označeny nejsou (např. demivoda), je stanovení množství pro jejich dávkování řešeno výpočetními funkcemi modulu COMES Batch s využitím příslušného kusovníku a jejich dávkování se provádí přímo z centrálních rozvodů pomocí kroků úrovně MCS.

Záznamy a protokoly o výrobě

V systému COMES Modeller se pro každou výrobní šarži vytváří během výroby následující protokoly:

EBR (Electronic Batch Record)

O každé výrobní šarži je v průběhu výroby vytvářen standardizovaný elektronický záznam o výrobě. Tento záznam obsahuje detailní informace o výrobním procesu vzniklém během řízení výrobní šarže modulem COMES Batch. Struktura záznamu EBR vychází ze standardní struktury, kde se výrobní předpis rozpadá na jednotlivé výrobní operace, které se dále rozpadají na jednotlivé výrobní kroky. Součástí tohoto záznamu jsou i grafy trendů důležitých veličin a hlášení vzniklá během výroby, která jsou přebírána z úrovně MCS.

Protokol 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 i 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.

BP (Batch Protokol)

Z elektronického záznamu šarže je vytvářen Batch protokol. Výrobní manažeři mohou využít buď standardní komplexní protokol, který obsahuje všechny informace o výrobě šarže. Další možností je vytváření dílčích protokolů nebo souhrnného protokolu, který shrnuje všechna důležitá data například pro propouštění dané šarže.

Závěr

Elektronické řízení výroby je účinným nástrojem, který vyvinula firma COMPAS automatizace pro dosažení optimálního řízení výroby šaržových nebo sériových výrob. Umožňuje podnikům efektivně řídit a optimalizovat jakost, produktivitu a náklady výroby. To je umožněno jak poskytováním informací manažerům a výrobním týmům v reálném čase, tak efektivním rozdělováním úkolů včetně přímého řízení technologie.
Popisované řešení znamená mimořádný přínos pro výrobní podniky v často se měnící tržní situaci jak ekonomické deprese s obvyklým cílem minimalizace nákladů, tak v období konjunktury pro maximální využití kapacit. Elektronické řízení výroby je nástroj umožňující maximálně využít instalované technologické a výrobní prostředky tak, aby podnik dosahoval co největší konkurenceschopnosti.
Další informace najdete na www.compas.cz.

Autoři působí ve společnosti COMPAS automatizace, spol. s r.o.