ISA95-MES标准

1、ISA95-MES标准 利用 S95 模型集成企业 ERP 和控制系统 1. 什么是 S95? 解释什么是 S95，先看一下什么是 SP95 。 SP95 是仪表、系统和自动化协会 (ISA) 的一个委员会。 我们用 SP95 代表这个委员会， SP 标示标准项目 (Standard Project) ，而 95 代表是 ISA 的地 95 个标准项目，而且最巧合的是委员会的第一 次会议在 1995 年召开。委员会标准的通过过程是所有委员会的投票代表必须在标 准通过前同意， 程是正确的。 而标准的开发过程是由 ANSI( 美国国家标准协会 ) 监督并保证其过 此委员会开发一系列标准称作 SP-

2、95 “企业控制系统集成”标准， 包括以下部分： ANSI/ISA-95.00.01 2000 “企业 - 控制系统集成 第一部分：模型和术语 (Models and Terminology) 此部分 2000 年 7 月 15 日通过 ANSI/ISA-95.00.02 2001 “企业 - 控制系统集成 第二部分：数据结构和属性 (Data Structures and Attributes) ，”此部分 2001 年 10 月 17 日通过 ISA- 95.00.03 “企业 - 控制系统集成 第三部分：制造业运作模型 (Models of Manufacturing Operation

3、s) ”，此部分正在委员会讨论 ISA S95 WG1 “事务处理技术报告 (Transactions Technical Report) ，” 此部分正 在委员会讨论 综上所述， S95 模型是这一系列标准中的部分， SP95 的国际化版本称为 ISO/IEC 62246 ， 由 IEC/SC65 第 15 联合工作组共同工作。 对于 SP 95 第一部分的最终草案已经通过， 称为 ISO/IEC 62246 1，第二部 分的工作正在进行。 ISO 在第一部分的生产容量和生产能力部分增加了部分注解，并在不同语言版本上作了 格式和表述的调整。 2. 为什么要 S95? 在实际应用集成中， 不管

4、是最终用户还是 S95 企业控制集成标准的产生是来源于实际应用集成的需要。 集成商都面临着一些问题， 如集成没有公共模型、 集成不同厂商的产品十分困难、与最终用户的需求之间沟 80 年代末期， 一些用户 通有问题，人们将时间化在统一技术术语上而不是解决问题上、集成的系统难于维护等。 为了解决相应的问题， 国际上前几年不同的组织和用户一起做了大量的工作， 厂商和学术机构的团体在 Purdue 大学开发了计算机集成制造即著名的 CIM 标准， 它包括了几个描述制造 业公司的模型， 它的一部分内容被包括在 ANSI/ISA - 95.00.01 标准中。 1992 年由领先的 MES 软件供货 商组

5、成的 MESA International 则是非盈利性组织， 旨在提供一个制造业技术的论坛， 关注于 现代制造业的 MES 和相应产品及服务。而 1988 年发起的 SP88 委员会则负责批次控制部分的标准建立。 3. S95 模型概述 S95 标准定义了企业商业系统和控制系统之间的集成，主要可以分成三个层次，即企业功能部分，信息 流部分和控制功能部分。 企业功能基于 Pursue 大学当初建立的 CIM 功能模型； 信息流部分基于 Pursue 大 学的数据流模型图和 S88 批次标准，包括产品定义、生产能力、生产计划和生产性能4 种信息流；而其控制 功能则基于 Pursue 和 MESA

6、 的功能模型。 下图为一个简单的表述： SP95 的不同部分对不同的层次的功能分别定义， 第一层企业级的控制域定义在 S95 的第一部分， 第 二层次信息交换方面， 4 种信息流交换的分类和对象模型也定义在第一部分， 而对象模型的属性定义在第二部 分，而底层的生产制造和控制层的域也定义在第一部分。 而 S95 的第三部分则对相应的生产活动做出定义， 如下图所示： 在上图中， S95 的第三部分定义了企业生产质量、生产和维护方面的常规活动，从高度上指出了各活动 之间的数据流，同时定义了 8 种基本生产活动：定义管理，资源管理，生产详细计划，生产部署，生产执行， 跟踪，分析和数据采集。 4. S9

7、5 模型与 S88 的定义关系 以上定义与 S88 的批次规范标准的内容也有很好的结合， 在以上的 4 各方面均各司其职， 互相融合。 总 体来说， S88 仅对批次过程进行定义， 范围较小， 而 S95 中定义的标准同时适用于批次、 离散和连续过程， 具有广泛实用性。 产品定义：S88 批次配方管理包括通用配方管理和现场配方管理均融合在产品生命周 期管理部分， 其主配方和控制配方的管理由上图的定义管理部分实现，而两者之间的信息 交换则遵循 S95 的生产规则标准。 资源管理：S88 中的批次材料的存储和移动位于上图中的资源管理部分， 而 S95 则 描述了资源的可用性， 确认的资源能力和无法

8、达到的能力， 以及对上层商业系统关于资源能 力的信息交换定义。 生产计划：S88 的批次计划着重于批次列表的执行， 位于上图最底层的执行部分， 而 S95 则对三方面的活动进行定义： 与商业系统生产信息的交换， 生产厂和生产区域的细化 的生产能力计划以及在生产部署部分定义的生产流程定义。 生产执行： 生产执行在不同的标准中侧重面不一样， S88 着眼于批次过程管理和单 位设备的监督， 偏重于过程和批次单元设备资源的管理。 S95 则关注于生产部署的工作列 表的执行情况。 生产信息： S88 只定义批次历史，需要批次的事件记录。 S95 则广泛的定义了以下 4 个方面的内容： 生产性能的信息；产

9、品和资源跟踪， 跟踪生产的产品和消耗的资源，分析 成本和生产性能，材料移动和产品谱系跟踪；产品和过程分析， 包括生产约束分析，生产 关键指标分析， SPC/SQC以及质量测试；数据采集，包括对所有生产相关的数据的搜集， 存储。 物理模型： 在 S88 中必须定义的最高层是过程单元 (Process Cell) ，然后下层是设 备单元 Unit ，而 S95 的物理模型则包含更全面的内容： 从最上层的企业开始，到下一层 的生产厂 - 生产区域 -制造线 - 工作单元，其中的制造线对应于 S88 中的 过程单元， 工作单元或称生产单元对应于 S88 中的设备单元 Unit ，而在此之下，双方均根据

10、不同的 流程特点定义相应的设备对象。 5. S95 中的信息流 S95 中的信息流如前图中显示分为 4 种： 产品定义信息 ：通过交换产品的全周期管理信息描述如何制造一个产品。 生产能力信息 ：通过信息交换说明需要的和可获得的生产资源的容量和能力。 生产计划信息 ：通过信息交换说明何时何地生产何物以及需要何种资源。 生产性能信息 ：通过信息交换说明生产了什么，消耗了什么资源，也包括了所有商 业系统所需要的生产产品的反馈信息 具体的讲： 产品定义信息： 产品定义信息包括有产品的生产规则， 资源清单， 材料表，制 造清单和产品段 (Product Segment) 。产品的生产规则信息指特定产品在

11、实际生产中的 详细定义信息，如配方，工作指令等。 资源清单指的是生产特定产品的计划信息，包 括和生产无关的信息，如材料订单时间。材料表指的是生产特定产品的材料信息，包括 和生产无关的信息，如发货的材料。 而制造清单则包括配方公式等。 产品段指的是为 了完成一个生产步骤所需要的资源组(人，设备和材料)，它是资源计划和生产特定产 品之间的共享信息。 生产能力信息： 生产能力信息包括下列内容： 维护信息，生产设备状态，定义 生产系统何时何地能够做何事，计划产量信息， 计划可用生产资源， 预估/ 预防维护 信息， 生产容量。而过程段( Process Segment )的能力是其中一个重要的部分，而

12、这里的过程段指的是某生产段所需资源的总和，资源可以是材料 / 能源，人员和设备。 过程段的定义是根据商业活动的细化要求， 例如计划和关键生产指标 KPI 的分析。 过 程段的能力综合了材料能力，人员能力，综合能力。 生产计划信息： 生产计划信息包括当前生产信息， 生产库存信息， 生产计划信 息， 生产材料信息， 生产计划，库存控制和生产段信息。 其主要内容由当前生产信 息， 生产库存信息， 生产计划信息组成， 其中包括当前的材料信息和预估的材料信息， 生产库存控制和预期的产品产量。 生产性能信息： 生产性能信息实际上是生产状况的实际反馈信息， 包括了生产， 库存，计划的相关实际情况，以及生产历

13、史和总体生产性能的评估，实际的产量，原材 料消耗， 实际的生产执行情况。 整个信息流的内容则包括生产计划、计划产量、生产能力、输入订单确认、长期和短期的材料和能源 需求、材料和能源的库存、目标生产成本、实际生产性能和成本、质量保证结果、生产标准和客户需求、 请求放弃在制品、成品库存、过程数据、产品和过程知识、维护请求、维护响应、维护标准和方法、维护 反馈等 6. S95 对象模型 S95 中描述的生产对象模型根据功能分为 4 类 9 大模型， 资源、能力、产品定义和生产计划。资 源包括人员，设备，材料和过程段对象。 能力包括生产能力，过程段能力。产品定义包括产品定义信息。 生产计划包括生产计划

14、和生产性能。 人力资源模型： 此模型专门定义人员和人员的等级，定义个人或成员组的技能和 培训， 定义个人的资质测试，结果和结果的有效时间段。 设备资源模型： 设备资源模型用于定义设备或设备等级，定义设备的描述，定义 设备的能力， 定义设备能力测试，测试结果和结果的有效时间段。 定义和跟踪维护请 求。 材料资源模型： 此模型专门定义材料或材料等级属性，对材料进行描述， 定义 和跟踪材料批量和子批量信息，定义和跟踪材料位置信息， 定义材料的质量保证测试 标准，结果和结果的有效时间段 过程段 （Process Segment） 模型（包括过程段模型和过程段能力模型）： 专门定 义了过程段， 提供过程

15、段的描述，定义过程段使用的资源（个人，设备和材料），定 义过程段的能力，定义过程段的执行顺序。 生产能力模型： 此模型对生产能力或其他信息进行描述， 独一无二地对设备模 型的特定生产单元定义生产能力， 提供当前能力的状态（可用性，确认能力和超出能 力），定义生产能力的位置， 定义生产能力的物理层次 （企业，生产厂， 生产区域， 生 产单元 ） ，定义生产能力的生命周期（起始时间，结束时间），对生产能力的发生 日期归档。 产品定义模型：产品定义模型用于专门定义产品的生产规则 （配方， 生产指令） ， 并对此规则提供一个发布日期和版本， 指定生产规则的时间段，提供生产规则及其他 信息的描述， 指定

16、使用的材料表和材料路由， 为生产规则指定产品段的需求（人员， 设备和材料）， 指定产品段的执行顺序。 生产计划模型： 生产计划模型用于对特定产品的生产发出生产请求，并对请求提 提供生产计划请求的开始 出一个唯一的标识， 提供对生产计划以及相关信息的描述， 和结束时间， 对生产计划发布的时间和日期归档， 指出生产计划请求的位置和设备类型 （生产厂，生产区域， 过程单元，生产线） 生产性能模型：生产性能模型根据生产计划请求的执行或某一个生产事件报告生 产结果，唯一地标识生产性能， 包括版本和修订号，提供生产性能的描述和其他附加 信息， 识别相关的生产计划， 提供实际的生产开始和结束时间， 提供实际

17、的资源使 用情况，提供生产的位置信息，对生产性能发布的时间日期归档，提供生产产品设备的 物理模型定义（生产厂，生产区域， 过程单元，生产线） 7. S95 与 GE Proficy GE Proficy 解决方案的应用架构从设计到应用模块上均参照 S95 标准的要求，其主要模块质量， 生产和效率（包括设备总体效率计算，消耗跟踪和生产统计）均与 S95 标准一致。 Proficy 的各个模块中 贯穿了生产计划， 设备，生产过程，资源等 S95 对象模型，通过各种标准的生产事件实现 S95 的标准 功能，S95 中的各种对象， 信息流， 功能描述在 Proficy 中得到了空前的统一和完整的体现。 在于 ERP 系统连接上， Proficy 采取了 S95 的标准 XML 接口，从而直接连接符合标准的各大 ERP 厂家， 如 与 SAP 的