EIS PRŮMYSLOVÉHO PODNIKU A JEHO DATOVÁ ZÁKLADNA 1

EIS PRŮMYSLOVÉHO PODNIKU A JEHO DATOVÁ
ZÁKLADNA
Ing. Roman Pavlas, Ph.D.
VŠB – Technická univerzita Ostrava
Fakulta strojní, Katedra automatizační techniky a řízení, e-mail: [email protected]
Abstrakt
Téma příspěvku je zaměřeno do oblasti návrhu řešení získávání, ukládání a zpracování provozních dat
z výrobní linky průmyslového podniku LG. Philips Displays Czech Republic, s. r. o. Hranice tak, aby
byla využitelná pro sledování a řízení výrobního procesu. V úvodu jsou popsány metody sběru dat a
problémy vznikající při získávání nespolehlivých informací o výrobku. Jsou navrženy úpravy metod
získávání dat. Ty jsou testovány a výsledky jsou srovnány s původními hodnotami. Dále je ověřena
korektnost datového toku mezi aplikacemi a databází. Následně je vytvořena konkrétní databázová
úloha sloužící k evidenci oprav vakuovacích vozíků a k statistickému zpracování ukládaných dat. Na
základě potřeb spektra uživatelů byla provedena analýza sledovaných klíčových výkonnostních
ukazatelů, které přímo reflektují aktuální stav výroby (množství výrobků, spotřeba materiálu, efektivita
výroby atd.). Dále byla provedena datová a funkční analýza navrhovaného systému, na základě které
bylo přistoupeno k vlastní realizaci informačního systému v prostředí rodiny databázových nástrojů
společnosti Oracle. Tyto poznatky jsou klíčovým východiskem pro práci se zdroji dat, které jsou na
základě těchto ukazatelů připravované pro potřeby realizace podnikového rozhodovacího systému
(EIS).
Abstract
This paper focuses on obtaining, saving and processing of service data from the production line of the
industrial company LG. Philips Display Czech Republic, Ltd. Hranice in the way to be useable for
monitoring and controlling of the industrial process. Preliminary part describes methods of collecting
data and problems arosing during obtaining of the unreliable information about product.
Modifications of the methods obtaining data are suggested and tested. Results are compared with
original values. The other part checks correctness between dataflow and database. As a result of these
is developed concrete database project which is made for the evidence of the vacuum trolley repairs
and for statistical processing of saving data. Based on users requirements analysis of monitored key
performance indicators is done. Indicators are able to reflect actual status of the production (quantity,
material consumption, production efficiency etc.). After that data and functional analysis of projected
system is designed following the realization in database system ORACLE. These pieces of knowledge
are essential for work with data sources, that are processed on basis these indicators for realization of
Executive Information System.
1. Úvod
Továrna na výrobu barevných televizních obrazovek LG. Philips Displays Czech republic, s. r. o.
(dnešní název; dále užíváno zkráceně LPD Hranice) byla založena v roce 2000 v Hranicích na
Moravě. Vznikla kapitálovým propojením společností Philips (divize televizních obrazovek) a LGElectronics.
Funkčnost a věrohodnost korporátního IS (Information System) společnosti jsou závislé na datech,
která jsou distribuována z jednotlivých divizí a dílčích provozů, mezi které patří také LPD Hranice.
Generování a distribuci těchto dat zajišťují lokální IS, např. na úrovni výrobního podniku LPD. Tyto
musí zajistit kompatibilitu dat po stránce informatické, provozní i ekonomické (jednotlivé formáty dat,
typy ukazatelů, časovou souslednost atd.) v rámci celkové architektury IS a informační a komunikační
filozofie celé společnosti.
Hlavním cílem vývoje IS v LPD byla realizace lokálního IS typu EIS (Executive Information
System). Tento požadavek vyplynul z nároků procesního managementu a nejužšího vedení podniku.
Šlo o typickou případovou situaci, týkající se problematiky návrhu IS obecně, která je charakteristická
tím, že za pochodu déletrvajícího procesu výstavby IS je nutné tento doplnit, resp. rozšířit z nějakých
objektivních důvodů, a to nejlépe s minimálním zásahem do stávající architektury.
2. Popis výrobního procesu v LPD
Samotnou strukturu výroby v LPD lze v zásadě rozdělit na dvě samostatné výrobní linky, které nejsou
na sobě nijak závislé. Jsou to ve své podstatě dva samostatné výrobní závody, které jsou propojeny
pouze na úrovni informačního toku dat a dále na úrovni společných vstupů. Rozdělení jednotlivých
výrobních procesů na obou linkách je velmi podobné, jsou zde však jisté odlišnosti.
Výrobní linka 1, v LPD nazývaná jako JUMBO, je vybavena naprosto novou technologií výroby
obrazovek. Struktura sběru dat do systému CAM je zde však velmi podobná sběru dat na lince 2,
nazývané LARGE. Tato linka je osazena méně moderní technologií a samotný sběr informací z této
linky byl budován za provozu. Z tohoto důvodu je CAM systém na lince LARGE ve stálém vývoji.
Cílem je postupné zdokonalování jeho spolehlivosti až na maximální úroveň. Celkové schema
rozdělení výrobního procesu v LPD je vidět na obr. 1.
JUMBO
V
Ý
R
O
B
N
Í
L
I
N
K
Y
LARGE
Vstup
Vstup
Mask
Mask
Screen
Screen
Thermal
Thermal
MMM
MMM
Výstup
Chemical
Výstup
Reclaim
Společné provozy pro obě linky
Obr. 1 – Architektura výrobního procesu v LPD
V
S
T
U
P
Y
Jednotlivá oddělení jsou v obr. 1 nazvána svými interními názvy. V každém z těchto oddělení je
několik hlavních procesů, které se dají lépe popsat, a tím i vysvětlit funkci konkrétních oddělení:
Mask - příprava stínítka pro obrazovku: Žíhání, chlazení, temperování, odmaštění, černění masky,
sesazení masky a stínítka (tvoří spolu jedinečný pár).
Screen – příprava obrazovky: Umývání, nanášení tekutého nátěru, vytvoření grafitové matrice,
nanášení fosforových vrstev – modrá, zelená a červená, hliníkování, pevné spojení masky se stínítkem.
Thermal – tepelné zpracování obrazovky a stínítka: Příprava kovového kónusu, mytí a sušení,
příprava skleněného kónusu, mytí, sušení, nátěr, smaltování, svařování, nasazení antiimplozního rámu,
zatavení elektronového děla, odčerpání vzduchu (vakuování).
MMM (Manual Matching) – aktivace a seřízení obrazovky a balení: Zahořování obrazovky,
magnetizování, testy obrazovky, připojení vychylovacích cívek, seřízení, závěrečná kontrola, balení.
Chemical – oddělení připravující chemické látky nutné k výrobě: Příprava fosforu, nátěrových
materiálů, hliníku. Oddělení připravuje tyto látky pro linky JUMBO i LARGE.
Reclaim – oprava vadných výrobků: Demontáž výrobku, příprava komponent k opětovnému použití.
Toto oddělení je také určeno pro obnovu obrazovek z obou linek.
3. Datové zdroje systému EIS
Navrhovaný systém předpokládá tři typy datových zdrojů:
1) podnikový systém CAM – zdrojem výrobních dat je databáze ORACLE,
2) informační systém SAP – zdrojem ekonomických dat je databáze transakčního systému SAP/R3,
3) manuální vstupy.
3.1. Systém CAM
V podniku LPD se prostřednictvím interně vyvinutého systému CAM (Computer Aided
Manufacturing) realizuje sběr dat a monitoring výrobního procesu, nikoliv jeho řízení. CAM je
nezbytným prostředkem pro dílčí systém QAM (Quality Assurance Measurement) – zajištění,
sledování a udržení kvality. Základem CAMu je průmyslová sběrnice, ke které jsou připojeny snímače
čárových kódů v důležitých uzlech výrobní linky, dále PLC automaty, regulátory a měřicí zařízení.
Tyto technické prostředky (dále jen TP) jsou připojeny k sériovému rozhraní pracovních stanic
(Workstation, dále jen WS).
Jednotlivé komponenty, resp. produkty jsou označeny čárovými kódy, které je jednoznačně
identifikují. Vzhledem k charakteru výroby (vysoké teploty, mechanické i chemické namáhání)
docházelo z počátku k častým ztrátám informací právě díky rychlému opotřebení, případně jinému
znehodnocení štítků. V této oblasti je poměrně široká nabídka materiálů pro štítky i pro tisková média.
K tisku štítků továrna využívá speciální jednoúčelové tiskárny. Jedinečnosti značení je s výhodou
využito například během testování čísla obrazovky a čísla stínítka, které si musejí odpovídat.
V opačném případě dochází k audiovizuální signalizaci chybné kombinace (tzv. provozní alarming),
což upozorní operátora linky, ale v žádném případě nezastaví výrobní proces. Během průchodu
produktu jednotlivými výrobními procesy jsou čárové kódy snímány pomocí scannerů a jednotlivé
údaje se ukládají v podobě záznamu do databáze MS-Access, která je provozována nepřetržitě
příslušnou pracovní stanicí. Takových výrobních oddělení (areas) se na lince čítá na desítky, přičemž
pro každé je zapotřebí min. jedna WS (obyčejně dvě i tři). Počet jednotlivých WS tak dosahuje stovek
kusů.
Celková architektura CAM systému je členěna do pěti standardních úrovní. Vrstevnatou architekturu
CAM systému používaného ve LPD podrobně popisuje obr. 2.
Obr. 2 - Architektura CAM systému; ukázka vrstevnaté struktury
Popis jednotlivých vrstev:
Sběr dat - na první úrovni probíhá sběr dat (Data Aquisition) z výrobních procesů (technologie).
Různé technické prostředky (snímače čárových kódů, PLC, měřicí zařízení) komunikují
prostřednictvím sériového rozhraní RS-232 s pracovními stanicemi.
Pracovní stanice - druhou úroveň tvoří počítače spojené do sítě typu LAN (Local Area Network), kde
jsou data ukládány lokálně. Programové vybavení čítá operační systém Windows NT 4.0, databázový
program Ms-Access a dvě další aplikace z nichž jedna (CamWorkstation) komunikuje s technickými
prostředky a databází, druhá (CamInterface) zprostředkovává reportování, přičemž využívá interního
komunikačního protokolu (message protocol) fungujícího na bázi zasílání a příjímání zpráv.
Komunikace na této úrovní probíhá prostřednictvím ODBC rozhraní.
Komunikační server (Cell controller) - fyzicky je tvořen redundantním systémem, který je založen na
platformě IBM RS 6000 s operačním systémem Unix. Z důvodu bezpečnosti je systém konfigurován
do třech samostatných jednotek, z nichž dvě jsou hlavní (master) a jedna záložní (slave). V případě
výpadku kterékoliv jednotky master nastoupí slave. Komunikační software je od firmy Pyrrho. Jeho
stěžejní práce spočívá v identifikaci, organizaci, vyhodnocování, příjímání a přeposílání zpráv do
různých destinací. Na základě těchto informací je schopen zprostředkovat tok dat na příslušná místa
v celém systému.
Line database - jedná se o databázový server, který je tvořen dvěmi jednotkami HP L2000,
pracujícími v clusteru z důvodu bezpečnosti a ochrany dat. Zde je provozován databázový systém
ORACLE, který běží pod operačním systémem ULTRIX (Unix). Obsahuje veškerá produkční data, ze
kterých jsou tvořeny reporty.
3.2. Podnikový informační systém SAP R/3
Tento systém tvoří významnou datovou základnu pro další zpracování. Na obr. 3 je znázorněno, jakou
roli hraje SAP R/3 v implementaci informačních systémů v závodě LPD. Moduly nad přerušovanou
čarou jsou již implementovány, což znamená, že produkují živá data a podílejí se na chodu
příslušných úseků v podniku. Patří sem řízení a plánování výroby, moduly účetnictví, moduly řízení
skladového hospodářství a modul prodeje a distribuce.
Finanční účetnictví
SAP
SKLAD
Controlling
CAM
EXPEDICE
LOKÁLNÍ
EIS
PERSONALISTIKA
CÍL
QAM
reporting
CENOVÁ POLITIKA
CENTRÁLA
FINANCE
EIS
Obr. 3 - Postavení systému SAP/R3 v architektuře IS ve společnosti LPD Hranice
4. Požadované výstupy z EIS
Proměnné, které se využívají pro výpočet, jsou znázorněny na obecném schématu výrobního procesu
viz obr. 4:
I
PROCES
S
D
E
A
I....Interní oprava (v rámci procesu)
E...Externí oprava
D...Definitivní reject (nepokračuje dál ve
výrobě)
A...Off-line oprava (oprava mimo
výrobní proces)
F...Počet jednotek dodaných do skladu
nebo jiného oddělení
I = Internal repair, only taken into account
Proces and Direct in
Yield
E = External repair, taken into account
Total, Process and
in Direct
Yield
D = Definitive rejects, taken into account
Total, Process and
in Direct
Yield
A = Off-line repair, only taken into account
Direct
in
Yield
F = Total delivered to store or
departm en
next
t
F
Obr. 4 - Blokové schema výrobního kroku (process step)
a) Výtěžnosti výroby:
Direct yield / aktuální výtěžnost :
YD =
F
⋅ 100[% ]
F +D+E+I + A
Process yield / výtěžnost procesu:
Yp =
F
⋅ 100[%]
F +D+E+I
Total yield / celková výtěžnost:
Yt =
F
⋅ 100[%]
F +D+E
Výše uvedené vztahy obecně definují jednotlivé typy výtěžností. V současnosti se v LPD využívají
zejména následující indikátory pro jednotlivé kroky a oddělení:
•
Předřazený - direct yield (Front - End Direct Yield) - zahrnuje oddělení matrix, nanášení,
lakování, hliníkování
•
Koncová - celková výtěžnost (Back - End Total Yield) - zahrnuje veškeré koncové procesy
jako zatavování, nanášení, magnetizace, testovaní, zrání, balení apod.
•
Celková výtěžnost závodu (Factory total yield) - zahrnuje všechny procesy podílející se na
kompletaci obrazovek včetně zpracování skla, všech koncových procesů a nanášení
•
Výtěžnosti oddělení oprav (Salvaging yields) - zde se sleduje celková výtěžnost oddělení
včetně procesu vstupní kontroly, procesu separace, procesu opravy a procesu výstupní
kontroly.
•
Panely - salvaging yield
•
Trubky - salvaging yield
b) Spotřeby materiálu:
Spotřeba materiálu (Material consumption - Mc) - je definována jako celkové množství dodaného
materiálu (značeno-S) - jak z externích, tak z interních zdrojů, poděleno celkovým množstvím zboží
dodaného do skladu (F). Spotřeba materiálu se počítá pouze pro procesy, do kterých vstupuje materiál.
•
Mc =
S
⋅ 100 [%]
F
•
Mc =
F+L
⋅ 100 [%] ,
F
nebo
kde L je celkové množství materiálových ztrát ve všech odděleních (L=M+D).
c) Efektivnost závodu, Produktivita a Aktuální zátěž:
•
Efektivnost závodu (FE – Factory Efficiency)
•
Produktivita
•
Aktuální zátěž
Výše uvedené ukazatele představují současný standard ve sledování výkonnosti ve všech pobočkách
skupiny BGDC-Bussiness Group Display Components, která sdružuje výrobu televizních obrazovek.
Veškeré výstupy centrální EIS aplikace jsou definovány na základě uvedených ukazatelů.
5. Architektura navrženého systému EIS
CAM
SAP
ETL
Proces
extrakce
dat
Oblast
vývoje
Transformace
a načítání
KPI
database
Přístup
k datům a
analýza dat
Zdrojové
systémy
Obr. 5 - Architektura navrženého systému EIS
Z obr. 5 je patrno, že po identifikaci zdrojových systémů je nutné data z těchto systémů extrahovat,
aby byly požadované informace připraveny pro přesun do datového skladu. Data lze ze zdrojů do
cílového datového skladu extrahovat řadou způsobů. Proces extrakce je ve schématu označen jako
ETL (Extraction - extrakce, Transformation - transformace, Loading - načítání). Tyto nástroje mohou
být příkazy SQL nebo specializované nástroje. Datový sklad (KPI – Key Performance Indicators
database) je realizován na databázovém serveru jako samostatná instance vedle databáze produkčních
dat s využitím produktu ORACLE 9i. Pro zajištění tohoto procesu jsou využity přímo nástroje
databáze Oracle, souhrnně označeny jako ETL.
Přístup k datům: Přístup k datům, resp. jednotlivým ukazatelům pro koncového uživatele je
realizován pomocí tzv. Front – End nástrojů v rámci prostředí Oracle9iAS (Application Server). Tento
produkt slouží jako rozhraní mezi uživateli Intranetu a databází. Stěžejním nástrojem pro přístup
k datům je produkt Oracle Discoverer, který umožňuje vytváření a definování dynamických sestav dle
požadavků filozofie KPI v LPD. Tento nástroj je využíván v úzké spolupráci s nástroji Oracle Reports,
jakož i službami Presentation Services.
6. Literatura
ABBEY, M. &CORREY, M. & ABRAMSON, I. Oracle9i. Přeložil: Jiří Penc. Praha: SoftPress, 2002.
ISBN 80-86497-24-0.
LAUDON, K. C. & LAUDON, J. P. Management Information Systems. Organization and tecnology.
Prentice Hall, Englewood Cliffs, 1996.
HUMPHRIES, M. & KOL. Data Warehousing návrh a implementace. Praha: Computer Press, 2002.
ISBN 80-7226-560-1
7. O autorovi
Autor příspěvku pracuje jako odborný asistent na Katedře automatizační techniky a řízení VŠB-TU
Ostrava. Specializuje se na problematiku podnikových informačních systémů, databázových systémů,
datových skladů, systémů pro podporu účetní evidence, projektové řízení a řízení výrobních procesů.