Software & Systems

Для предприятий, имеющих обширный парк интенсивно эксплуатирующегося технологического оборудования, актуальна задача управления его жизненным циклом, который включает ввод в эксплуатацию, перемещение, обслуживание, ремонт и вывод из эксплуатации.

Информационная система управления жизненным циклом оборудования (ИСУЖЦО), разработанная на кафедре «Информационные процессы и управление» Тамбовского государственного технического университета, представляет собой единый программный комплекс, предназначенный для автоматизации всех бизнес-процессов предприятия, связанных с оборудованием с момента его покупки до снятия с эксплуатации.

Система содержит инструменты, которые позволяют создавать в графическом виде планы помещений и указывать на них расположение каждой единицы оборудования, то есть привязывает оборудование к топологии размещения.

Управление состоит в своевременном и обоснованном распределении ресурсов на существующее оборудование, минимизации технологических рисков, в возможности анализа изменений во времени. Анализ информации о жизненном цикле каждой единицы оборудования (документации по его проектированию, изготовлению, монтажу, текущему состоянию, имевших место авариях, производившемся ремонте, обслуживании, модернизации) дает возможность принимать решение о необходимости направлять ресурсы (существующие или запланированные) на тот или иной объект и в нужное время.   

Основные задачи, которые позволяет решить ИСУЖЦО:

−    планирование предупредительных ремонтов с учетом графика работы оборудования по выпуску продукции;

−    корректировка графиков обслуживания оборудования с учетом истории эксплуатации, тенденций изменения производительности, текущего состояния, неожиданных изменений состояния;

−    мониторинг состояния оборудования при эксплуатации (рост сложности оборудования ведет к увеличению количества параметров состояния для контроля и объемов информации о значениях данных параметров, требующих обработки и анализа);

−    планирование, учет, контроль, анализ и регулирование регламентных (планово-предупреди­тельных) ремонтных работ и/или ремонтов по состоянию объектов (необходимо устранить несогласованность действий между территориально удаленными складами, координировать поступление запчастей от множества поставщиков);

−    управление конфигурацией оборудования (комплектация, дислокация, условия эксплуатации и демонтажа);

−    учет затрат по всем видам работ в привязке к конкретному оборудованию;

−    планирование, контроль, анализ и регулирование движения основных ресурсов – материально-технических ценностей, персонала, финансов, при этом должна быть обеспечена информационная связь между заявкой на запчасти и конкретной работой, то есть материально-техничес­кое снабжение осуществляется на основании объективных данных о работах в привязке к конкретному оборудованию);

−    поддержка принятия решений при планировании, прогнозировании, подготовке и выполнении технического обслуживания и ремонта, модернизации технологических линий, снятии с эксплуатации оборудования;

−    формирование заданий на ремонт с перечнем операций и назначением на каждую операцию необходимых материалов, деталей, запчастей;

−    назначение в задании требуемой квалификации персонала или конкретных сотрудников по каждой операции;

−    определение параметров контроля качества при выполнении задания и автоматическое принятие управляющих воздействий в случае выхода контрольных параметров за установленные границы;

−    просчет всех затрат, которые могут возникнуть в течение жизненного цикла оборудования, до его покупки.

ИСУЖЦО включает восемь интегрированных модулей, в которых реализованы все перечисленные задачи.

1. «Оборудование». Модуль содержит всестороннее описание каждой единицы производственного оборудования – технические и эксплуатационные характеристики, контролируемые параметры, данные о вводе в эксплуатацию, гарантийных сроках и плановых проверках.

2. «Материально-техническое планирование ремонтов». Модуль позволяет осуществлять планирование потребностей в материалах и комплектующих, имея в своем составе справочник запасных частей, формируя заявки на закупку запасных частей и материалов, ведя учет поступающих в цех запасных частей и мониторинг движения и текущих остатков запасных частей.

3. «Планирование и учет результатов эксплуатации оборудования». Данный модуль выполняет функции осмотра оборудования, проверки оборудования, ведения журналов дефектов, контролируемых параметров оборудования, учета простоев оборудования.

4. «Планирование потребностей в производственных мощностях». Основная задача, которая решается в данном модуле, – определение реальных сроков выполнения производственной программы на располагаемых производственных мощностях.

Планирование нагрузки рабочих центров облегчает определение возможных узких мест и позволяет сглаживать недогрузку и перегрузку производственных мощностей и персонала.

5. «Цеховое планирование с ограничением». Модуль предназначен для уточнения календарного плана и установления очередности выполнения цеховых заказов на критическом технологическом оборудовании с использованием пополняемого набора правил диспетчирования (минимум снижения производительности оборудования вследствие переналадок, минимум просрочки заказов в среднем, минимум максимальной просрочки среди заказов) в условиях существенных ограничений для задачи календарного планирования производственных операций, выполняемых на данном оборудовании.

6. «Управление стабилизацией технологического процесса». Модуль предназначен для анализа рассогласований переменных технологических процессов с заданными и для их сокращения.

7. «Связующий производства». С помощью данного модуля возможна интеграция системы оперативного управления производством ИСУЖЦО с АСУТП. Используя OPC-сервер, система обеспечивает полный набор возможностей для загрузки необходимых значений и параметров непосредственно с оборудования и для получения актуальных данных о производственном процессе. Модуль позволяет запускать, останавливать или изменять режим работы оборудования.

8. «Анализ данных о ремонте и эксплуатации оборудования». Мо­дуль выполняет следующие функции: план-факт анализ выполнения работ, статистический анализ, OLAP-анализ (многомерный анализ).

Структура ИСУЖЦО представлена на рисунке.

ИСУЖЦО реализована на языке Java и запущена на бесплатной ОС Debian GNU/Linux. Использование Java позволяет полностью абстрагироваться от ОС, то есть можно взять любую, для которой есть виртуальная машина Java(JVM). Выбор Debian GNU/Linux обусловлен надежностью и неприхотливостью к оборудованию.

На сервере с установленной ОС Debian и JVM есть сервер приложений JBoss, который управляет web-сервером Tomcat и Java-приложениями ИСУЖЦО. Система условно разделена на 3 составляющие:

·     модули доступа к данным СУБД PostgreSQL посредством JDBC и hibernate;

·     модули обработки данных (главный модуль информационной системы);

·     модули ввода-вывода информации через web-интерфейс посредством технологии JSP (Java Server Pages – технология, позволяющая динамически генерировать HTML, XML и другие web-страницы).

Важной особенностью технологии Java является гибкая система безопасности, где исполнение программы полностью контролируется виртуальной машиной. Любые операции, превышающие установленные полномочия программы (например, попытка несанкционированного доступа к данным или соединения с другим компьютером), вызывают немедленное прерывание.

ИСУЖЦО построена на базе платформы Java EE (Java Platform, Enterprise Edition – платформа для производственных и бизнес-решений).

Система предоставляет web-интрефейс для управления и получения данных, что позволяет оперативно получать информацию из любого места через Интернет, а также упростить администрирование непосредственно в локальной сети предприятия.

Для повышения уровня абстракции доступа к данным использовалась библиотека Hibernate, которая не только заботится о связи Java-классов с таблицами БД (и типов данных Java в типы данных SQL), но и предоставляет средства для автоматического построения запросов и извлечения данных и может значительно уменьшить время разработки, которое обычно тратится на ручное написание SQL- и JDBC-кода (Java DataBase Connectivity – соединение с БД на Java). Hibernate генерирует SQL-вызовы и освобождает от ручной обработки результирующего набора данных и конвертации объектов, сохраняя приложение импортируемым во все SQL-БД.

В качестве хранилища данных выбрана PostgreSQL как наиболее мощная свободная объектно-реляционная СУБД.

В процессе работы модель данных целиком считывается в память сервера из БД, следующим обращением к БД является запись рассчитанного производственного расписания. Требования к сер­верному оборудованию в зависимости от объемов обрабатываемых данных достаточно высоки. Требования к клиентскому месту минимальны, так как достаточно отображать лишь HTML-стра­ничку. ИСУЖЦО посредством технологий JSP на сервере и AJAX, JSON, DOM, IFRAME и других технологий Web 2.0 на стороне web-клиента предоставляет пользователю дружественный пользовательский интерфейс с минимальной реакцией на действия пользователя.

Использование Java + Linux позволило разработать достаточно мощную систему на свободном программном обеспечении, а использование в качестве основы пользовательского интерфейса web-интерфейса автоматически решит все проблемы, которые могут возникнуть с установкой клиентского программного обеспечения, так как достаточно лишь web-браузера. Информационная система проходит испытание в ОАО «Корпорация «Росхимзащита» (г. Тамбов).

Литература

1.   Гамма Э., Хелм Р., Джонсон Р., Влиссидес Д. Приемы объектно-ориентированного проектирования. Паттерны проектирования. СПб: Изд-во «Питер», 2001. 354 с.

2.   Шилдт Г. Полный справочник по Java. СПб: Изд-во «Вильямс», 2007. 1040 с.