Применение облачной инфраструктуры для целей оперативного управления производством

Автоматизация производственных процессов невозможна без использования специализированных информационных систем (далее ИС). Характерной особенностью современных ИС, применяемых для автоматизации производства, является использование взаимосвязанных баз данных, знаний и инструментов, определяющих свойства и возможности единой ИС предприятия. Функционирование таких ИС обеспечивается соответствующим комплексом программных и технических средств, при этом применяются различные варианты их использования. Наиболее распространены следующие из них:

– оборудование (средства вычислительной техники – далее СВТ) и программное обеспечение (далее ПО) располагаются непосредственно в офисах компании (предприятия);

– используется облачная инфраструктура, когда вычисления производятся удаленно (cloud computing) на серверах провайдера, где установлено соответствующее ПО.

Во втором случае используется модель предоставления сетевого доступа по требованию к конфигурируемому вычислительному ресурсу, которая обычно обладает следующими свойствами (определены NIST–USA):

 – самообслуживание по требованию, когда потребитель без взаимодействия с поставщиком услуг может определять и изменять такие параметры как скорость доступа, время обработки данных, объём хранимых данных и т.п.;

– универсальный доступ по сети (не зависит от типа устройства/платформы, с которого/которой производится доступ);

– объединение ресурсов, при этом вычислительные ресурсы поставщика могут использоваться несколькими потребителями совместно;

– эластичность, т.е. выделение и высвобождение ресурсов в автоматическом режиме;

– учёт потребления, когда поставщик услуг автоматически (по определенным критериям) оценивает объём предоставленных потребителям услуг.

Функциональность услуг с использованием облачных вычислений определяется такими основными моделями обслуживания (Рис. 1), как:

• IaaS (Infrastructure as a Service) –инфраструктура как услуга;
• PaaS (Platform as a Service) –платформа как услуга;
• SaaS (Software as a Service) –программное обеспечение как услуга.

С точки зрения пользователя облачная модель SaaS является наиболее простой, потому что в отличие от других моделей использование потребителем прикладного ПО осуществляется без его технического сопровождения – заказчик получает только интерфейс приложения и конечный результат. В результате использования модели SaaS заказчик значительно сокращает первоначальные затраты на приобретение ПО и последующее продление лицензионного соглашения, а также не несет расходов на техническое обслуживание программного и аппаратного обеспечения. Модель SaaS позволяет сотруднику компании использовать вычислительные ресурсы через стандартные механизмы для различных платформ, тонких и толстых клиентов (мобильных телефонов, планшетов, ноутбуков, рабочих станций и т.п.), тем самым обеспечивается возможность мобильного доступа, что позволяет не привязываться к рабочему месту или компьютеру. SaaS-модель обеспечивает доступ к самым передовым технологиям обработки данных широкому кругу предприятий. Дополнительно SaaS имеет такие преимущества как удобная оплата через подписку, обширные возможности настройки и др. Эти ключевые особенности и обусловили рост популярности модели SaaS во всем мире. По данным консалтинговой компании Panorama Consulting Solutions  число респондентов, которые выбрали модель SaaS в 2018 г. по сравнению с 2017 г. увеличилось на 37% и составляет в настоящее время 64 % от всех используемых вариантов размещения (моделей использования) ИС (Рис.2). Число же респондентов, выбравших локальное размещение ИС (в офисах компаний) значительно сократилось с 67% в 2017 г. до 15 % в 2018 г. В ближайшие 2-3 года (как утверждает компания Pagely ) 88% предприятий планируют инвестировать в технологию SaaS. Нарастает тенденция, когда в компаниях осуществляются деловые операции через смартфоны.

Кроме вышеуказанных преимуществ следует отметить, что уровень безопасности использования ПО в модели SaaS выше, нежели при локальном размещении. 

Это объясняется тем, что решения в области информационной безопасности, спроектированные для работы по модели SaaS, позволяют компаниям получить более актуальную защиту по сравнению с on-premise-системами (размещение на предприятии) за счет нескольких факторов:

– разработчики и пользователи системы получают больше сигнатур, информации об атаках и угрозах и прочих индикаторов компрометации за счет большого объема данных для анализа;

– информация об атаках и угрозах обновляется в режиме реального времени и происходит это в централизованном ядре SaaS-продукта, т.е. производятся актуальные и постоянные обновления в отличие от on-premise-решений, которым необходимо время для получения и применения обновлений;

– предприятие оперативно получает самые передовые технологии, особенно при использовании облачных сервисов для информационной безопасности, или безопасности как услуги SecaaS (Security as a Service) – когда услуги безопасности интегрируются в корпоративную инфраструктуру заказчика. В этом случае стоимость владения такими технологиями для предприятий гораздо ниже в сравнении с аналогичными решениями, предназначенными для локальных систем за счет облачной архитектуры решений, оплаты сервисов по подписке и отсутствия капитальных затрат.

Для управления и планирования производством в различных видах бизнеса в настоящее время существует множество зарубежных компаний, предлагающих модель SaaS. Для малого бизнеса наибольшую популярность имеют такие решения как: Realtrac, Sync, Adjutant, Blue Link ERP, Visco, Pilot ERP, Foundation 3000, WinFDS. В России программные продукты в сфере планирования производством и с возможностью обслуживания по модели SaaS, представлены в основном CRM (Customer Relationship Management – управление отношениями с клиентами) системами (к примеру, от компаний 1С-Битрикс, Softline) или системами для управления производственными запасами (к примеру, Replenishment+ от компании  ABM Cloud).

В мире на текущий момент времени очень актуальными являются задачи оперативного планирования (управления) производством. Такой уровень планирования подразумевает использование сложных оптимизационных алгоритмов для расчета производственных расписаний со временем дискретизации, которое может быть равным нескольким секундам. Для достижения требуемой скорости расчетов требуются значительные вычислительные ресурсы, которые могут быть организованы в центрах обработки данных (далее ЦОД) или дата-центрах (от англ. data center).

Современные ЦОД, образующие ядро любой ИС, способны обеспечить исключительно высокий уровень доступности, достоверности и безопасности данных при оперативном планировании производством. Зачастую в ЦОД встроены такие механизмы защиты как межсетевое экранирование,  защита каналов связи (VPN / SSL VPN – автоматическое шифрование канала передачи данных посредством SSL-сертификатов), предотвращение вторжений (IDS / IPS), сегментирование сетей клиентов, разграничение и контроль доступа к ресурсам и др. Консолидация вычислительных ресурсов в ЦОД позволяет предприятиям сократить совокупные затраты на информационную инфраструктуру за счет сокращения расходов на администрирование и за счет более эффективного использования технических средств. Существует мировая тенденция, когда современные крупные корпорации, холдинги выбирают сетецентрическую модель (Рис.3) построения корпоративной информационной системы.

При такой модели все данные, сервисы и приложения компании хранятся и исполняются централизовано в одном ЦОД. Все эти факторы обеспечили рост в последнее время на мировом рынке интереса заказчиков к сервисам, предоставляемым на базе ЦОД. Одним из глобальных трендов в развитии мирового рынка ЦОД при этом является переход к инфраструктурным сервисам IaaS, Paas и SaaS.

В настоящее время на мировом рынке наблюдается дефицит предложений по ИС класса MES, предназначенным для оперативного управления производством с возможностью предоставления услуги по модели SaaS. Одним из таких решений на мировом рынке является продукт C-MES:SaaS, в котором реализована возможность предоставления ПО как услуги (с использованием ЦОД).

ИС C-MES:SaaS изначально разрабатывалась как SaaS-решение, поэтому в этой системе реализованы самые последние технологические решения в сфере облачных вычислений. В частности используются современные технологии шифрования, которые позволяют надежно обмениваться коммерческой информацией в сети. Основная задача C-MES:SaaS заключается в обработке данных, характеризующих процесс производства, формировании и выдаче информации в стандартизированном виде пользователю. C-MES:SaaS обеспечивает получение информации о заказах клиентов, технологии производства, параметрах и доступности оборудования, оснастки, трудового ресурса, а так же сырья и материалов и графике их поставок, а так же картах оптимальных технологических переходов оборудования. Эта информация используется системой C-MES:SaaS для оперативного управления производственной деятельностью с момента выдачи заказа на производство и до выпуска готового изделия.

C-MES:SaaS может использоваться в таких подразделениях компаний как отдел продаж, планово-экономический отдел, отдел главного конструктора, отдел главного технолога, производственно-диспетчерский отдел, отдел закупок, цеха предприятия и др. Специалисты этих подразделений имеют доступ к необходимой для данного отдела информации и инструментам воздействия на ход производства, либо через клиентские приложения, либо через обычный веб-браузер. Применение веб-приложений позволяет использовать C-MES:SaaS независимо от аппаратных решений (это может быть смартфон, планшет или персональный компьютер) и операционных систем (это может быть Windows, Android или iOS) (Рис.4). Поэтому С-MES:SaaS может использоваться также и в крупных компаниях с широкой сетью офисов или филиалов, между которыми должен осуществляться постоянный обмен данными.

Для обмена данными с производственными подразделениями (цехами) в C-MES:SaaS используется информационная модель производства, построенная в соответствии со стандартом ANSI/ISA-95 «Интеграция систем управления предприятием и технологическим процессом» (Enterprise-Control System Integration). Реализована возможность обмена со SCADA системами (Рис. 5) (для обеспечения функциональных возможностей модели c-MES), при этом решаются следующие задачи:

– визуализируется состояние производства и хода производственного процесса;

– рассчитывается  количество  выпущенных изделий, как годных, так и бракованных;

– производится расчет наработки производственного оборудования  (станков,  производственных линий, обрабатывающих центров и т.д.) и инструментов (оснастки) (для планирования технического обслуживания);

– контролируются значения важнейших технологических значений и состояния оборудования, а также возможно формирование сообщений в случае их выхода за допустимые пределы.

Таким образом, осуществляется непрерывный мониторинг производственных процессов на предприятии и в случае рассогласования ранее рассчитанного плана с его текущим ходом выполнения, данные поступающие со SCADA-систем, позволяют C-MES:SaaS оперативно пересчитывать расписания работы оборудования. В общем случае ИС C-MES:SaaS прежде всего предназначена для работы с событиями, вызванных отклонениями от нормальных режимов работы. Примером таких событий может являться такой факт, когда на предприятии необходимо произвести новую продукцию, для которой не разработана технология производства. В результате C-MES:SaaS формирует для отдела главного конструктора запрос на ввод (или изменение) состава изделия. После чего автоматически формируется запрос к отделу главного технолога – и далее в производство. Или когда произошла поломка оборудования, вызвавшего его простой ­– в этом случае C-MES:SaaS, используя данные SCADA-системы, пересчитывает план выпуска с изменением даты отгрузок продукции.

При любом изменении ситуации на производстве данные обрабатываются в ЦОД и затем поступают всем заинтересованным участникам производственного процесса в стандартизированных форматах. Все события и вызвавшие их причины заносятся системой в базу данных (размещенной также в ЦОД), таким образом, формируется статистика, которая в дальнейшем может использоваться в расчетах. Структура построения ИС по модели Saas позволяет оперативно реагировать на события сгенерированных системой и через любые клиенты и платформу (в том числе мобильные или веб-приложения) непосредственно воздействовать на производственный процесс, при этом C-MES:SaaS может предлагать варианты решений на основе накопленных статистических данных. К примеру, если не существует технологии на производство какого-то изделия – C-MES:SaaS может предложить пользователю запустить процесс на основе "фантомной ресурсной спецификации" с использованием неких усредненных значений или каких-то других параметров, полученных в результате статистической обработки.

Подтверждением того что SaaS - системы являются экономически более выгодными (по сравнению c on-premise-решениями) служат результаты расчета стоимости использования C-MES (Таблица 1) при различных моделях размещения. Затраты при использовании ИС C-MES в модели SaaS значительно ниже затрат на ПО при его локальном размещении.

Таким образом, технологии, реализованные в MES:SaaS обеспечивают оперативность, безопасность, доступность и гибкость при решении задач планирования и управления производством в условиях высокой динамики спроса на рынке и необходимости минимизации затрат, что особенно актуально для предприятий малого и среднего бизнеса.