SISÄLLYS Table of Contents

Transkriptio

1 SISÄLLYS Table of Contents 1 Johdanto Proficy Workflow Yleistä ISA-95 Proficy Workflowssa Toteutettu sovellus Sovellus Tuotantolinjat Tuotannonohjaustietokanta Integraatio Proficy Workflow:lla Järjestelmän mallintaminen Yhteys SQL-tietokantaan Workflow prosessit Form:it tiedon esittämiseen Ongelmat ja rajoitteet Työn eteneminen Toteutuneet riskit Johtopäätökset Vertailu BizTalk Server ohjelmistoon Lähteet... 17

2 1 Johdanto Projektityön tavoitteena oli tuottaa selvitys GE Proficy Workflow tuotteen käytöstä, sekä tuottaa esittelysovellus. GE Proficy Workflow tuote perustuu Microsoft Workflow Foundation teknologiaan. Esittelysovelluksessa on tarkoitus integroida simuloitu tuotantojärjestelmä niin ikään simuloituun toiminnanohjausjärjestelmään.

3 2 Proficy Workflow 2.1 Yleistä GE Proficy Workflow on GE Intelligent Platforms:in työprosessien hallinta ohjelmisto systeemi, joka mahdollistaa manuaalisten ja automatisoitujen prosessien, toiminpiteiden ja työohjeiden digitalisoinnin yhdellä työkalulla, mallintaen prosessin, mahdollistaen jäljitettävyyden ja laatudatan saannin koko systeemin läpi, vähentäen virheitä, hukkaa ja viivytyksiä. Tämä mahdollistaa poikkeustilanteiden hoitamisen, tuotannon organisoinnin ja tapahtumapohjaiset, datalähtöiset tulokset. GE WF perustuu Proficy SOA:aan (Service Oriented Architecture). Sekä Proficy SOA että Proficy Workflow hyödyntävät Microsoftin.NET -kehitysympäristöä. Tärkeimmät Proficy Workflow:n hyödyntämät Microsoftin teknologiat ovat Windows Communication Foundation, Windows Presentation Foundation ja Windows Workflow Foundation. Koska se perustuu Proficy SOA alustaan, Proficy Workflow tuotokset voidaan sovittaa yhteen kolmannen osapuolen muiden sovelluksien kanssa ja mahdollistaen näin yhdistelmäratkaisut, kasvattaen olemassa olevien MES, HMI ja ERP -systeemien arvoa. Sen tuotantomallit noudattavat ISA 95-standardia. GE Proficy Workflow mahdollistaa prosessiohjausten toteuttamisen graafisen käyttöliittymän avulla ja näin ollen ohjelmointitaito ei ole välttämätön kaikille projekteille. Proficy Workflow mahdollistaa työohjeiden ja toimenpiteiden digitalisoinnin. Näin saadaan ihmisten suorittamista työtehtävistä ja toimenpiteistä järjestelmällisiä ja yhtenäisiä, jolloin virheiden määrä pienenee ja laatu paranee. Työtehtäviä kuvataan virtauskaavioilla, jotka voivat sisältää erilaisia toimintoja ja valintoja. Nämä työnkulkua kuvaavat kaaviot (workflow) toteuttavat aina jonkin tehtävän, ja niitä voi olla käynnissä useita rinnakkain. Tärkeä osa ohjelmistoa ovat käyttöliittymät jotka voi määrittää näkymään tietyille ryhmille tai käyttäjille verkon yli varsinaisten prosessien pyöriessä muualla palvelimella. Proficy Workflow on palveleluorientoitunut arkkitehtuurialusta (SOA, Service Oriented Architecture platform) jonka avulla voidaan rakentaa sovelluksia tuotannonohjaukseen. Se koostuu seuraavista komponenteista: Työkalut ISA-S95 standardien mukaisten datamallien rakentamiseen

4 Toimeenpano/toteutus engine (workflow) joka hyödyntää graafista editoria monimutkaisen logiikan rakentamisen yksinkertaistamiseen. WF:t ovat ohjelmia jotka toteuttavat aktiviteetteja ja vastaavat tapahtumiin ja datan muutoksiin, ja kirjoittavat arvot ulos Proficy data malleista ulkoisten liitinten kautta. Client konsoli, joka sisältää editorit Proficy sovellusten ja tehtaan toimintojen valvomiseen käytettävien HMI-ruutujen rakentamiseen tai workflow tehtävien näyttämiseen operaattoreille tehtaassa, ja joka hyväksyy syötteitä Proficyssa rakennettaviin kaavakkeisiin ja jotka voidaan toimittaa clienteille yrityksessä. Konfiguroitava tapahtuma engine joka voi aloittaa workflow ja muun koodin riippuen monentyyppisistä ulkoisista ja sisäisistä tapahtumista. Turvallisuusinfrastruktuuri joka sallii objektien varmentamisen roolin ja sijainnin mukaan Näiden työkalujen avulla on mahdollista toteuttaa sovelluksia yrityksen aktiviteettien ohjausta ja analysointia varten. Workflow:t koostuvat polulla toisiinsa yhdistetyistä aktiviteeteista. Aktiviteetti koostuu yhdestä tai useammasta toiminnosta, esimerkiksi arvon lukemisesta tai kirjoittamisesta. Polulla on alku- ja päätepiste. Kun polulla saavutetaan päätepiste, on kyseinen workflow-instanssi suoritettu. Aktiviteetteja lisätään ohjelmoimalla samankaltaisesti kuin dokumenttioliomallin juurielementtiin lisätään lapsielementtejä. Workflow kuuluu aina jollekin isäntäprosessille ja workflown ja isäntäprosessin välinen kommunikointi onnistuu helposti.

5 3 ISA-95 Proficy Workflowssa MES-systeemien (Manufacturing Execution Systems) vaatimukset kasvavat kun pyritään hyödyntämään modernia tietojenkäsittelyjärjestelmiä tehtaiden hallintaan ja operaatioiden virtaviivaistamiseen. MES-operaatiot vaativat että tehdas mallinnetaan tavalla joka mahdollistaa ohjelmistojen kuten Proficy Workflow suorittamaan laskelmia ja jäljittämään tehtaan tuloja ja lähtöjä tehdasprosesseihin ja jäljittämään materiaalien ja muiden resurssien liikettä tehtaassa. Sen jälkeen kun tehdas on mallinnettu ohjelmistolla ja tehtaan aktiviteetit on syötetty malliin, voidaan tehdä sovelluksia Proficy Workflow:lla tehtaan toimintojen analysointia ja hallintaa varten. ISA S95 standardi tarjoaa yleisen mallin tuotantosysteemeille ja resursseille, ja standardi rajapinnan jolla malli liitetään korkeamman tason ERP-systeemeihn ja alemman tason S88- pohjasiin kontrollisysteemeihin. Proficy Workflow on S95 mukainen, ja mahdollistaa näin joustavan, standardipohjaisen perustan sovellusten rakentamiseen ja liittämiseen muihin ohjelmistoihin. S95 on laajapohjainen ja geneerinen skaalaltaan, mikä mahdollistaa sen sovittamisen monenkaltasiin tehdasympäristöihin.

6 4 Toteutettu sovellus 4.1 Sovellus Työssä toteutettiin GE Proficy Workflow:ta hyödyntäen kuvitteellisen Nakkilan Kanakastike Oy:n tehtaan toiminnanohjausjärjestelmän ja tuotantolinjojen integraatio. Annettuna oli tehdasta simuloiva Cimplicity sovellus. Simuloidussa tehtaassa on viisi linjastoa. Jokaiselle linjastolle voidaan asettaa tuotettava reseptinumero, sekä käynnistää ja pysäyttää tuotanto. Jokainen linjasto antaa ulospäin tiedon uusista tuotteista. Tuotetun tuotteen tiedot sisältää tuotteen painon sekä hylkäystiedon (hylätty/hyväksytty). Toiminnanohjausjärjestelmänä oli annettu SQL tietokanta. Kannan rakennetta on kuvattu osiossa Tuotantolinjoja simuloidaan Proficy Cimplicity:n avulla ja tuotannonohjausjärjestelmä on toteutettu SQL-tietokannan avulla. Kuvassa on esitetty järjestelmän rakenne. Proficy Workflow tuote vastaa tilauksien hausta toiminnanohjaustietokannasta, tuotannon käynnistyksestä tuotantolinjoilla, sekä tuotannon valvonnasta ja tuotantotietojen kirjoittaminesesta toiminnanohjaustietokantaan.

7 Kuva 1: Kohdejärjestelmä Tuotantolinjat Tehtaan viittä tuotantolinjaa simuloitiin Proficy Cimplicity:llä. Tuotantolinjat olivat identtisiä niin suorituskyvyltään kuin reseptivalikoimaltaan. Tuotantolinjat on yhdistetty OPC UA/DA-serveriin. OPC:n kautta on mahdollista antaa linjalle valmistettava reseptinumero, käynnistää tai pysäyttää linja (kuljetin päällä/pois), ja saada tieto valmistuneen tuotteen painosta, ja toteumatieto siitä oliko se hyväksytty vai hylätty tuote. Lisäksi simulaatiossa on sisäisinä muuttujina toteumatieto hyväksyttyjen ja hylättyjen tuotteiden määristä ja painosta ja hukkaprosentti ja kyseisessä tuotantoerässä. Cimplicityllä toteutetussa linjan simulaation valvomonäytössä voi asettaa ja lukea OPC-pisteiden kautta käsiteltäviä muuttujia ja nähdä linjan sisäisiä muuttujia. Kuvassa yhden tuotantolinjan valvomonäyttö.

8 Kuva 2: Cimplicity:n tuotantolinja Tuotannonohjaustietokanta Tuotannonohjausjärjestelmänä toimii SQL-tietokanta [Kuva ]. Seuraavassa on kuvattu tietokannan taulut sekä niiden sisältämä tieto. Tilaukset Tilaustaulu sisältää kaikkien asiakkaiden tilaukset. Jokainen taulun rivi vastaa yhtä tilausta. Tilauksen tiedot ovat: Tilauksen ID (ID) Asiakasnumero (ASIAKAS_ID) Kappalehinta (KAPPALEHINTA) Tilauksen luontipäivämäärä ja aika (LUOTU) Tilattu määrä (MAARA)

9 Tilattu resepti (RESEPTI) Tieto, onko tilaus tuotettu (VALMIS) Tieto, onko tilauksen tuotanto kesken (KESKEN) Asiakas Asiakastaulu sisältää tietoa tehtaan asiakkaista. Jokainen rivi vastaa yhtä asiakasta. Asiakkaan tiedot ovat: Asiakasnumero (ID) Asiakkaan nimi (NIMI) Asiakkaan osoite (OSOITE) Asiakkaan kaupunki (KAUPUNKI) Linjat Linjat taulu sisältää tiedon tehtaan linjastoista. Jokainen taulun rivi vastaa yhtä linjastoa. Linjaston tiedot ovat: Linjan numero (ID) Linjan nimi (Nimi) Linjaston tuntihinta (Tuntihinta) Linjaston kuvaus (Kuvaus) Reseptit Reseptit taulu sisältää tiedon reseptien kilohinnasta. Taulussa olevat tiedot ovat siis: Reseptinumero (ID) Reseptin kilohinta (KILOHINTA) Tuotantoerä Tuotantoerä taulu sisältää tiedot tuotantoeristä. Tuotantoerä on tietyn linjaston tietyllä reseptillä valmistama tuote-erä. Tuotantoerällä on seuraavat tiedot: Erän ID (ID) Tuottavan linjaston ID (LINJA_ID) Tilauksen ID (TILAUS_ID) Aloituspäivämäärä ja ajankohta (ALOITETTU) Lopetuspäivämäärä ja ajankohta (VALMISTUNUT) Valmiit ja Hylätyt Valmiit ja Hylätyt taulut sisältävät tietoa yksittäisistä tuotteista. Jokainen valmistettu tuote kirjoitetaan joko Valmiit tai Hylätyt tauluun simuloidun tehtaan tuottaman hylkäystiedon mukaan. Tuotteista tallennetaan seuraavat tiedot: Tuotteen ID (ID) Tuotteen erän ID (ERA_ID) Paino (PAINO) Valmistusajankohta (AIKALEIMA)

10 Tietokanta mahdollistaisi kaikella sisältämällään tiedolla yksityiskohtaisten raporttien sekä tuotantotietojen esittämisen (esim. linjaston tuottama voitto/tappio). Tässä työssä keskityttiin kuitenkin järjestelmien integrointiin, eikä järjestelmästä tuotettu niin kutsuttua Business Intelligence tietoa tuotannosta. Kuva 3: Tietokanta 4.2 Integraatio Proficy Workflow:lla Järjestelmän mallintaminen Järjestelmää mallinnettiin ohjelman työkaluilla ISA95 standardin mukaisesti. Tärkein mallintamamme taso on tuotantolinja taso. Koko järjestelmän toimintaa ohjataan työssämme tuotantolinja tasolla, eli tuotantolinjan yksittäisiä osia ei ohjata erikseen. Proficy Workflow mahdollistaa kuitenkin myös tuotantolinjojen ja laitteistojen osien mallintamisen ja integroimisen Yhteys SQL-tietokantaan

11 Yhteys SQL tietokantaan toteutettiin.net WCF Service Provider:lla. Service Provider on meidän itse kehittämä MIcrosoftin.NET teknologiaan perustuva ohjelmistokomponentti, joka asennettiin Proficy Workflow ohjelmaan. Proficy Workflow mahdollistaa ulkoisten tai itse kirjoitettujen kirjastojen käyttämisen yhteyksien muodostamiseen muihin järjestelmiin. Kirjoittamamme Service Provider koostuu seuraavista metodeista (WCF Operation Contract metodit). Seuraavan tilauksen haku joka ei ole vielä aloitettu Seuraavan tuotantoerän ID:n haku Uuden tuotantoerän kirjoitus tietokantaan Tilauksen merkitseminen aloitetuksi ja valmiiksi Hyväksytyn tuotteen kirjaus tietokantaan Hylätyn tuotteen kirjaus tietokantaan Tiettyyn tilaukseen kuuluvien tuotteiden kokonaismassan haku Kaikki metodit voi kutsua Proficy Workflow ohjelmistolla toteutetuissa workflow prosesseissa Workflow prosessit Toteutimme integraatiota varten yhteensä kuusi workflow prosessia.yksi tuotannon ohjausta, sekä yksi kutakin tuotantolinjaa varten (tuotantolinjojen workflow prosessit ovat ohjattua linjastoa lukuun ottamatta identtiset). Tuotannonohjaus-workflow Tuotannonohjaus workflow on prosessi joka pyörii käynnistyksen jälkeen jatkuvasti. Prosessi tarkistaa puolen minuutin välein kaikki tuotantolinjat. Jos jokin tuotantolinja on sammutettuna, niin prosessi käynnistää tuotantolinja workflow prosessin. Tuotantolinjan ohjaus workflow Tuotantolinja workflow hoitaa yksittäisen tuotantolinjan ohjauksen. Tuotantolinja tuottaa kerrallaan aina yhden kokonaisen tilauksen. Käynnistyksen jälkeen workflow prosessissa tapahtuu seuraavat työvaiheet: 1. Prosessi hakee seuraavan tilauksen tuotannonohjaus-tietokannasta 2. Lisätään tilaukselle tuotantoerä tietokantaan 3. Asetetaan tilauksen ja tuotantoerän valmistuksen aloitetuksi 4. Asetetaan tuotettava resepti tuotantolinjalle 5. Käynnistetään tuotantolinja Käynnistyksen jälkeen prosessi odottaa tuotteiden valmistumista. Aina kun linjalta tulee uusi tuote suoritetaan seuraavat työvaiheet: 1. Tarkistetaan onko tuotettu tuote hyväksytty vai hylätty a. Jos tuote on hyväksytty, niin kirjoitetaan Hyväksytty tauluun tiedot tuotteesta (ID, tuotantoerän ID, paino, valmistusaika)

12 b. Jos tuote on hylätty, niin kirjoitetaan Hylätty tauluun tiedot tuotteesta 2. Tarkistetaan tuotantoerän kokonaispaino a. Jos kokonaispaino on yhtäsuuri tai suurempi kuin tilattu paino, niin lopetetaan erän tuotanto b. Jos kokonaispaino on pienempi kuin tilattu paino, niin odotetaan seuraavaa tuotetta Prosessi tuottaa siis kerrallaan aina yhden kokonaisen tilauksen. Tilauksia ei voi jakaa useammalle tuotantolinjalle, vaikka se todellisessa järjestelmässä saattaisi olla järkevää Form:it tiedon esittämiseen Toteutimme Windows Presentation Foundation käyttöliittymän tuotannon seurantaa varten. Käyttöliittymä on pienimuotoinen ohjelma joka hakee tietoa tuotannosta tuotannonohjaustietokannasta ja näyttää käyttäjälle seuraavat tiedot: Seuraavat 5 tuotantoon menevää tilausta Edelliset 5 valmistunutta tilausta Jokaisen tuotantolinjan tila (päällä/pois) Jokaisen tuotantolinjan tällä hetkellä tuotannossa oleva tilaus Jokaisen tuotantolinjan tuottaman tuotteen määrä (kg) Kaikkien linjastojen tuotantomäärät yhteenlaskettuna Käyttöliittymä on esitetty kuvassa 4 Kuva 4: Käyttöliittymä

13 4.3 Ongelmat ja rajoitteet Projekin aikana esiin tuli erilaisia ongelmia. Tärkein rajoite ja ongelma oli olematon vapaasti saatavilla oleva dokumentaatio. Proficy Workflow on GE:n kaupallinen tuote ja ohjeita, kursseja ja dokumentaatiota pitää ostaa erikseen. Saatavilla oli muutama video ja whitepaper tuotteen ominaisuuksista. Microsoftin teknologiat joihin Proficy Workflow perustuu ovat erittäin hyvin dokumentoituja ja dokumentointi on vapaasti saatavilla. 4.4 Työn eteneminen Projekti käynnistyi tapaamisella Delta-Enterprisessa tammikuun lopussa. Työn varsinainen aloitus viivästyi joillakin viikoilla johtuen työn toteuttamiseen käytetyn virtuaalikoneen hidastelusta. Sitten kun virtuaalikone saatiin toimimaan jotenkuten työ lähti paremmin käyntiin. Aluksi oli hieman ongelmia Server Providerin deployauksessa, mutta se ratkesi Delta Enterprisen avustuksella. Tämän jälkeen työnteko lähti sujumaan melko tasaisesti dokumentaatioita lukemalla ja opastusvideoita katselemalla. Lähteinä toimivat lähinnä nämä videot ja Delta Enterprisen harjoitustyö. Työhön kului jonkin verran suunniteltua vähemmän aikaa. Proficy Workflown omat käyttöliittymätyökalut eivät toimineet valitettavasti lainkaan. Myöskään Visual Studiolla tuotettujen käyttöliittymien integroiminen järjestelmään ei toiminut toivotulla tavalla. Ajankäyttö taulukossa 1 ja kuvassa 5. Suunniteltu Toteutunut SQL - Client Workflow sovellus Käyttöliittymä Dokumentointi Luennot, esitelmät, palaverit, yms Järjestelmään tutustuminen, dokumentointien lukeminen, videoiden katselu Yhteensä Taulukko 1: Suunniteltu ja toteutunut ajankäyttö

14 Kuva 5: Toteutunut ajankäyttö 4.5 Toteutuneet riskit Tehokkaamman virtuaalikoneen saamiseen meni aikaa ja vielä kaikkien päivitysten jälkeenkin se hidasteli suhteellisen usein. Proficy Workflow ei toiminut toivotulla tavalla käyttöliittymien toteutuksen yhteydessä. Käyttöliittymä toteutettiin Visual Studiolla, mutta sekään ei toiminut Proficy Workflow ohjelmiston kanssa. Suuri osa työajasta meni ongelmien selvittelyyn ja ratkaisujen etsimiseen olemattomasta dokumentaatiosta. Proficy Workflows omilla työkaluilla ei pystytty toteuttamaan edes esittelyvideoissa esiteltyä Hello World ohjelmaa.

15 5 Johtopäätökset Tärkein saatavilla oleva dokumentaatio on on videomuodossa, joten koulun koneilla äänikorttien ja äänentoistolaitteiden puuttesta johtuen niiden katsominen ei välttämättä kaikilla tietokoneilla onnistu. PDF-dokumentaatiot olivat lähinnä lista yksittäisistä ongelmatapauksista. Ohjelmisto on erittäin raskas, ja vaikka tietokone olisi tarpeeksi hyvä, se saattaa silti hidastella. Päivitysten jälkeen host-koneen olisi pitänyt olla tarpeeksi hyvä, se silti tökki aika pahasti. Kurssien harjoitustyöt kannattanee tehdä vähemmän raskailla, ja paremmin dokumentoiduilla vaihtoehdoilla. Mielestämme Proficy Workflow ohjelmisto ei sovi harjoitustyökäyttöön. 5.1 Vertailu BizTalk Server ohjelmistoon Teollisuuden tietojärjestelmät kurssilla olimme aikaisemmin toteuttaneet järjestelmäintegraation Microsoftin BizTalk Server tuotetta käyttäen. Ohjelmointia osaavalle BizTalk Server on huomattavasti mielyttävämpi tuote. Proficy Workflow on toteutettu niin, että se mahdollistaa tuotteen käyttöä myös ilman minkäänlaista ohjelmointitaitoa. Proficy Workflow ohjelmistoa käyttäessä tuli jatkuvasti vastaan tilanteita, joissa jonkun ongelman olisi voinut ratkaista erittäin nopeasti ja helposti jos perinteiset ohjelmointikielet ja kuvauskielet (XML) olisivat olleet käytössä graafisen käyttöliittymän sijaan.

16 6 Lähteet Proficy Workflow videot: Aki Kössilä & Turo Valavaara Proficy Workflow tuotantojärjestelmien integraatiossa. Implementing S95 with Proficy Workflow Technical White Paper