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.

Типы систем автоматизации включают в себя:

неизменяемые системы. Это системы, в которых последовательность действий определяется конфигурацией оборудования или условиями процесса и не может быть изменена в ходе процесса.
программируемые системы. Это системы, в которых последовательность действий может изменяться в зависимости от заданной программы и конфигурации процесса. Выбор необходимой последовательности действий осуществляется за счет набора инструкций, которые могут быть прочитаны и интерпретированы системой.
гибкие (самонастраиваемые) системы. Это системы, которые способны осуществлять выбор необходимых действий в процессе работы. Изменение конфигурации процесса (последовательности и условий выполнения операций) осуществляется на основании информации о ходе процесса.

Эти типы систем могут применяться на всех уровнях автоматизации процессов по отдельности или в составе комбинированной системы.

В каждой отрасли экономики существуют предприятия и организации, которые производят продукцию или предоставляют услуги. Все эти предприятия можно разделить на три группы, в зависимости от их «удаленности» в цепочке переработки природных ресурсов.

Первая группа предприятий, это предприятия, добывающие или производящие природные ресурсы. К таким предприятиям относятся, например, сельскохозяйственные производители, нефтегазодобывающие предприятия.

Вторая группа предприятий, это предприятия, выполняющие переработку природного сырья. Они изготавливают продукцию из сырья, добытого или произведенного предприятиями первой группы. К таким предприятиям относятся, например, предприятия автомобильной промышленности, сталелитейные предприятия, предприятия электронной промышленности, электростанции и т.п.

Третья группа, это предприятия сферы услуг. К таким организациям относятся, например, банки, образовательные учреждения, медицинские учреждения, рестораны и пр.

Для всех предприятий можно выделить общие группы процессов, связанные с производством продукции или предоставлением услуг.

К таким процессам относятся:

бизнес процессы;
процессы проектирования и разработки;
процессы производства;
процессы контроля и анализа.

Бизнес процессы – это процессы, обеспечивающие взаимодействие внутри организации и с внешними заинтересованными сторонами (потребителями, поставщиками, надзорными органами и пр.). К этой категории процессов можно отнести процессы маркетинга и продаж, взаимодействия с потребителями , процессы финансового, кадрового, материального планирования и учета и пр.
Процессы проектирования и разработки – это все процессы, связанные с разработкой продукции или услуги. К таким процессам относятся процессы планирования разработки, сбора и подготовки исходных данных, выполнение проекта, контроль и анализ результатов проектирования и пр.
Процессы производства – это процессы, необходимые для производства продукции или предоставления услуг. К этой группе относятся все производственные и технологические процессы. Они также включают в себя процессы планирования потребности и планирования мощностей, логистические процессы и процессы обслуживания.
Процессы контроля и анализа – эта группа процессов связана со сбором и обработкой информации о выполнении процессов. К таким процессам относятся процессы контроля качества, операционного управления, процессы контроля запасов и пр.

Большинство процессов, относящихся к этим группам, может быть автоматизирована. На сегодняшний день, существуют классы систем, которые обеспечивают автоматизацию этих процессов.

Техническое задание на подсистему "Склады"	Техническое задание на подсистему "Документооборот"	Техническое задание на подсистему "Закупки"

Стратегия автоматизации процессов

Автоматизация процессов представляет собой сложную и трудоемкую задачу. Для успешного решения этой задачи необходимо придерживаться определенной стратегии автоматизации. Она позволяет улучшить процессы и получить от автоматизации ряд существенных преимуществ.

Кратко, стратегию можно сформулировать следующим образом:

понимание процесса. Для того чтобы автоматизировать процесс необходимо понимать существующий процесс со всеми его деталями. Процесс должен быть полностью проанализирован. Должны быть определены входы и выходы процесса, последовательность действий, взаимосвязь с другими процессами, состав ресурсов процесса и пр.
упрощение процесса. После проведения анализа процесса необходимо упростить процесс. Лишние операции, не приносящие ценности, должны быть сокращены. Отдельные операции могут объединяться или выполняться параллельно. Для улучшения процесса могут быть предложены другие технологии его исполнения.
автоматизация процесса. Автоматизация процессов может выполняться только после того, как процесс максимально упростился. Чем проще порядок действий процесса, тем проще его автоматизировать и тем эффективнее будет работать автоматизированный процесс.

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.

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.

Информационное поле предприятия формируют потоки, берущие начало как внутри организации, так и вне ее. Должен ли руководитель ИТ-службы организовывать информационные потоки, текущие вне ИС? В чем совпадают и в чем отличаются программа информатизации и программа автоматизации компании? Кто и каким образом управляет программой информатизации (руководство функциональных подразделений, ИТ-директор, служба безопасности…)?

Андрей Слюсаренко,
заместитель директора отдела управленческого консалтинга ООО «TopS Business Integrator»

Такие термины, как «автоматизация» и «информатизация», «автоматизированная система» и «информационная система», сейчас во многих случаях являются взаимозаменяемыми. Однако в ряде областей это не так. Действительно, мы формально говорим об информатизации, а не автоматизации общества или государства, имея в виду проникновение информационных технологий, культуру и готовность использования и т. п. С другой стороны, применение ИТ в «новых» областях деятельности, таких, как экспериментальные исследования или инженерное проектирование, обычно рассматривается как автоматизация, при этом фокус делается на передачу части конкретных функций от человека к машине.

Однако как только речь заходит об автоматизации и информатизации в контексте систем управления предприятием, эти понятия становятся фактически тождественны. Можно, конечно, занести контакты и задачи на «желтые листочки», а потом прикрепить их к доске в определенном порядке, так, чтобы организовать в определенном смысле информационную неавтоматизированную систему, но такой пример будет в современном мире исключением.

Формально, конечно, можно проводить различия, опираясь, например, на старые ГОСТы, в которых разделяются термины «автоматизированная система» (АС) и «информационное обеспечение АС», и, соответственно, делать акценты либо на информационных аспектах, либо на технологической архитектуре. Но автоматизация управления предприятием в данном случае - это, прежде всего, решение задач сбора, категоризации, анализа, переработки и распространения информации. Соответственно, и программы информатизации/автоматизации будут совпадать - на самом деле эти вопросы логично рассматривать в рамках общей ИТ-стратегии.

Кто отвечает за разработку ИТ-стратегии? Нельзя считать, что CIO несет единоличную ответственность. Его функции состоят, прежде всего, в организации правильного взаимодействия между бизнесом и ИТ-службой и достижении консенсуса. С одной стороны, он должен четко воспринимать требования бизнеса и в соответствии с ними подстраивать деятельность ИТ-подразделений, с другой - должен являться связующим звеном и объяснять бизнес-руководителям преимущества и ограничения ИТ, которые влияют на деятельность компании. В этом плане CIO, прежде всего, отвечает за процесс разработки и реализации стратегии в целом, и уже потом - за аспекты, относящиеся исключительно к компетенции ИТ-службы, такие, например, как развитие сетевой и вычислительной инфраструктуры.

Собственно, разработка ИТ-стратегии производится на стыке бизнеса и ИТ, так что в этом процессе будут принимать участие большое число руководителей - и функциональных подразделений, обеспечивающих служб (финансы, служба качества, служба безопасности и т. п.) и ИТ-подразделений. У каждого из участников - свои функции и своя ответственность. Например, управляющий директор может быть ответственен за сбалансированность учета интересов всех бизнес-подразделений. Распределение обязанностей и степень участия во многом зависят от принятой модели управления в области ИТ (хорошо известным примером является предложенная MIT Sloan категоризация типа бизнес/ИТ-монархия, федерализм и т. п.).

Отдельные важные вопросы - это управление реализацией разработанной стратегии как набором взаимосвязанных проектов и процессов (управление программой информатизации в данном случае) и поддержка жизненного цикла разработанных документов (программ). То есть выполнение проектов и степень достижения целей должны постоянно контролироваться, а сами документы (модели, планы) периодически корректироваться с тем, чтобы обеспечить постоянное соответствие требованиям бизнеса и изменениям окружения. Обычно поддержка этих функций возлагается на специальную группу в аппарате CIO.

Возвращаясь к аспекту информатизации, отметим, что в последнее время стало актуально и даже в какой-то мере модно ставить вопрос о системах управления знаниями или даже более глобально - интеллектуальным капиталом организации. В этом смысле информатизация предприятия может рассматриваться именно как развитие данной компоненты общей информационной системы. Но сама задача управления знаниями гораздо шире: по оценкам, она «поддается автоматизации» где-то на четверть, максимум - на треть. Остальное - это использование скрытых (неявных) знаний людей, осуществление эффективных коммуникаций между ними, организация эффективной семантической интеграции. Понятно, что роль таких систем существенно зависит от специфики бизнеса организации. Поэтому в тех компаниях, где интеллектуальный капитал необходим для работы (пример - консалтинговые фирмы), часто вводится специальная должность типа CKO - Chief Knowledge Officer, который и отвечает за эти вопросы «с точки зрения содержания». В компетенцию ИТ-службы и CIO в этом случае будут входить только вопросы поддержки соответствующих систем.

Артем Глекель,
заместитель генерального директора по ИТ ОАО «Соломбальский целлюлозно-бумажный комбинат»

Давайте сначала попробуем понять, что есть информация для современной компании. Опасаюсь навлечь на себя гнев своих коллег, но считаю, что информация - это такой же ресурс, как электроэнергия или вода. Без них сегодня не может обходиться ни один современный офис, и тем более промышленное предприятие. У этих ресурсов одинаковый жизненный цикл: генерация (в случае с водой - водозабор из источника), предварительная подготовка (возможно, накопление), передача по сетям потребителю в необходимом объеме, ну и собственно сам процесс потребления. Я думаю, в недалеком будущем бизнес будет относиться к использованию информационных технологий именно как к электро- и водоснабжению. Уже сегодня при строительстве здания, ремонте офиса, организации нового производства ИТ-инфраструктура создается одновременно с другими системами жизнеобеспечения.

Информатизация из экзотики превращается в обычный инструмент бизнеса для формирования прибавочной стоимости. И как следствие, компании в меру своей ИТ-зрелости начинают задумываться - а где же границы у этой информатизации, нужно ли с ней увязывать автоматизацию технологических процессов и кто всем этим должен управлять? У себя на предприятии мы ввели термин - автоматизированная информационная система (АИС). Это организационно-техническая система, представляющая собой совокупность следующих взаимосвязанных компонентов: технических средств обработки и передачи данных, программного обеспечения, баз данных, персонала и пользователей, объединенных по организационно-структурному, тематическому, технологическому или другим признакам для выполнения автоматизированной обработки данных с целью удовлетворения информационных потребностей организации. Тут вам и автоматизация, и информатизация «в одном флаконе». Такое определение, по-моему, дает ответ сразу на все поставленные вопросы.

Любой информационный поток, который прямо или косвенно помогает бизнесу делать деньги, а бюджетным организациям - создавать важные для них ценности, должен являться частью программы информатизации.

Теперь что касается автоматизации. Надеюсь, то, что автоматизация бизнес-процессов при помощи ERP, CRM и прочих управленческих систем является частью информатизации, ни у кого не вызывает сомнений. И то, что ERP-система - это не АИС предприятия, а только одна из ее компонент - это тоже понятно. Тогда попробуем разобраться, нужно ли включать в состав АИС информационные потоки АСУ ТП, автоматизированных систем физической безопасности (СКД, видеонаблюдения) и прочих подобных систем, которые существуют или могут появиться в ближайшее время в современной компании. По своему составу все эти системы полностью подпадают под определение АИС (вычислительная техника, каналы связи, программное обеспечение и базы данных). Но их основное назначение напрямую не связано с удовлетворением информационных потребностей организации. Они должны управлять сложными и не очень процессами - регистрировать события, принимать решения и выдавать команды исполнительным устройствам. В процессе своей работы системы автоматизации накапливают в своих базах данных колоссальные объемы информации, которая после определенной обработки, несомненно, представляет интерес для бизнеса. Следовательно, информационные потоки систем автоматизации обязательно должны вливаться в единое информационное пространство компании.

Для того чтобы программы информатизации и автоматизации были согласованы, а расходы на их реализацию были оптимальны, в компании должен быть единый центр управления этой сферой деятельности. Возвращаясь к крамольному сравнению информации с электроэнергией, проведем аналогию: если за энергоснабжение единолично отвечает главный энергетик, то за удовлетворение информационных потребностей компании должен отвечать CIO. Все остальные желающие «порулить» информатизацией пусть оставят эту идею. Каждый должен заниматься своим делом.

Предприятие, на котором я работаю, имеет ярко выраженный характер непрерывного процессного производства. Ежеминутно по трубопроводам, транспортерам и электросетям происходит перемещение огромного количества различных видов ресурсов. От того, насколько эффективно расходуются эти ресурсы, зависит себестоимость выпускаемой нами продукции, прибыльность нашего бизнеса и, как итог, благосостояние работников компании. Следовательно, одной из стратегических задач предприятия является задача постоянного контроля затрат на производство и управления себестоимостью выпускаемой продукции. Решение этой задачи невозможно без создания единой автоматизированной информационной системы, пронизывающей все уровни управления предприятием (от прибора учета воды в цехе до системы многомерного анализа на компьютере финансового директора). На предприятии не должно оставаться «неоцифрованной» информации. Любая информация, так или иначе связанная с производственным циклом (от закупки сырья до продажи готовой продукции), должна регистрироваться в автоматизированной информационной системе. Создать такую систему способна только хорошо выстроенная и легко управляемая структура функционально связанных между собой подразделений. Мы у себя такую структуру создали и постепенно движемся к стратегической цели.

Желаю всем своим коллегам понять, чем ИТ могут помочь бизнесу, и исходя из этих потребностей реализовывать программы информатизации и автоматизации компании.

Александр Петров,
директор по развитию бизнеса компании «ЭпикРус»

В настоящее время вопрос о структурировании информационного поля и оптимизации информационных потоков становится еще более актуальным, так как его формирование осуществляется на основе информации из разнородных источников. Отметим, что информационное поле предприятия - понятие достаточно широкое, оно являет собой синтез внутреннего и внешнего информационных полей. Под внутренним полем мы понимаем весь внутренний документооборот предприятия (бухгалтерия, приказы и распоряжения руководителей, аналитические материалы деятельности компании). Здесь важно отметить, что качество данного поля зависит от позиции, которую занимает руководство.

Если внутреннее информационное поле формируется за счет источников, которые легко проверить на полноту и достоверность, то внешнее поле формируется из ненадежных источников. Внешняя информация недостоверна, противоречива, разнородна. Ее огромный спектр включает в себя нормативные документы федерального, регионального и местного уровней, результаты исследований от сторонних компаний, информацию от клиентов и т. д.

Оперировать внешними и внутренними потоками информации так, чтобы руководитель мог принимать стратегически верные решения и успешно вести дела компании, возможно лишь при наличии единой системы управления информацией.

Можно попытаться дать следующее определение термину «информатизация»: это совокупность технических, методических и других средств для осуществления сбора, хранения, обработки и обмена информацией. Автоматизация является лишь подмножеством информатизации и предназначена для повышения эффективности выполнения рутинных операций (начиная с автоматизированного выполнения технологических операций в производстве и заканчивая процедурами сбора, обработки и обмена информацией).

Важно заметить, что термин «программа» с точки зрения проектного подхода предполагает выполнение ряда задач, связанных общей целью: для программы информатизации - это информационное обеспечение деятельности, для программы автоматизации - это повышение эффективности.

С точки зрения западной практики, организация информационных потоков (в том числе и вне информационных систем) является одной из важнейших функций CIO. Дело в том, что CIO координирует информацию о хозяйственной деятельности предприятия, и, соответственно, кто как не он является ключевой фигурой в разработке и оптимизации бизнес-процессов. Кроме того, CIO не ограничен узкой предметной областью - в его компетенцию входит информационное обеспечение всего предприятия. Таким образом, при возникновении задачи в какой-либо конкретной предметной области (например в управлении производством) CIO является ключевым менеджером, который может комплексно оценить влияние изменений на смежные бизнес-процессы.

Возникновение позиции CIO связывают с необходимостью стратегического планирования развития информационных технологий на предприятии, а также необходимостью интерпретации запросов бизнеса в понятийный аппарат ИТ-службы. Результат его деятельности - эффективное обслуживание бизнеса ИТ-службой.

Зачастую в российской практике функцию организации информационных потоков могут выполнять самые разные руководители: технический директор, руководитель ИТ-службы, иногда - финансовый директор и др. (именно для решения данной организационной задачи).

Дмитрий Весовщук,
директор службы информационных технологий группы компаний ИКТ

Все информационные потоки, составляющие информационное поле предприятия, условно можно разделить на потоки, возникающие при выполнении технологических процессов и бизнес-процессов, и потоки управленческой информации.

Информационные потоки в рамках технологических процессов и бизнес-процессов предприятия являются неотъемлемой частью самих процессов: с одной стороны, они возникают в этих процессах, с другой - обеспечивают их надлежащее протекание. Именно наличие этих информационных потоков обеспечивает необходимую координацию действий участников процессов и формирование базовой информации для управления процессами предприятия.

Потоки управленческой информации, в основном, направлены «снизу вверх» и «сверху вниз». Наиболее важная информация о протекании технологических и бизнес-процессов предприятия фиксируется, агрегируется и аккумулируется и затем передается на более высокий уровень управления для ее интеграции, анализа и принятия управленческих решений. Принятые управленческие решения направляются к исполнителям «сверху вниз» и затем контролируются в рамках все тех же вертикальных информационных потоков.

Состав информации, возникающей и циркулирующей в информационном поле современного предприятия, обширен и разнообразен. Наряду с традиционными сведениями о технологической и финансово-хозяйственной деятельности предприятия, все большее значение приобретает такая информация, как сведения о рынке и клиентах, персонале, информация, содержащаяся в системе качества и корпоративной базе знаний и др.

Перед программами автоматизации и информатизации стоит сложная задача - построить адекватную целям, эффективную и конкурентоспособную систему управления предприятием путем автоматизации рутинных и трудновыполнимых операций и организации сбора, обработки и анализа информации.

Разделение программ автоматизации и информатизации целесообразно для крупных промышленных и государственных компаний, где функциональный, организационно-территориальный и технический объемы внедрения новых технологий велики. В данном случае эти программы могут иметь различные задачи, бюджеты и управление. На небольшом предприятии такое разделение не является оправданным, и эти программы должны быть объединены в одну программу. В любом случае - программы автоматизации и информатизации в значительной степени взаимосвязаны и должны быть хорошо скоординированными.

Безусловно, CIO должен участвовать в организации всех информационных потоков предприятия, включая и те, которые в настоящий момент протекают вне действующих на предприятии информационных систем. В пользу этого можно привести следующие доводы.

CIO наиболее полно и детально представляет картину текущего и планируемого состояния автоматизации и информатизации: какие информационные ресурсы и сервисы на предприятии имеются, как они формируются и используются, какова их стоимость, какова политика их безопасного использования. Исходя из этого, он может предложить наиболее рациональные схемы организации информационных потоков.

Потребности бизнеса, высокая конкуренция, конечные пользователи, развитие современных технологий управления выдвигают все новые и новые требования к автоматизации и информатизации. Те информационные потоки и информация, которые вчера казались мало значимыми, сегодня становятся необходимыми для построения адекватной современным потребностям системы управления предприятием. И CIO должен быть готовым обеспечить внедрение необходимых процедур работы с такой информацией в рамках общего информационного поля предприятия.