MES模型与ISA95标准反应器

MES模型与ISA-95标准

MES模型与ISA-95标准 2011年12月04日 来源： MES模型——行业新路标 在70年代至80年代初, 制造企业采用了管理车间层的系统后，就一直希望在纯控制层面上拓展具有组织生产信息功能的业务系统。 然而，想实现这个愿望，首先需要解决的问题就是“如何获得一个能够始终根据生产流程提供的信息，进行及时更新的业务系统？” 显然，目前的业务系统和控制系统没能充分地实现双向信息流的交互。因此，能够将这两个系统同步和协调起来的中间层系统势必将会应运而生。 这个中间层将制造和执行过程统一起来。根据它的功能特点，许多组织都对它的定义进行了阐述.其中AMR（美国先进制造研究机构）对MES（制造执行系统）的定义最为普遍所接受。 为什么要制定一个新标准？ 许多国际组织都对MES的功能给出了明确的定义，并且还相继开发了相应模型，用于描述和标准化这类软件系统。 但是，这些MES模型给出的定义都不够全面，对生产实体的大部分选件和系统并没有作出明确的阐述。 在MESA(制造企业解决方案协会)给出的模型中，ISA-95标准定义了MES系统集成时所用的术语和模型。该标准是由 ISA（仪器、系统和自动化协会）和ANSI（美国国家标准协会）共同发起制定的。 为了能研发出高效的MES系统，必须恰当的定义软件功能，物理模型、业务流程和生产流程。从这个角度考虑，ISA-95标准是把简单的生产活动通过模型运用到了主要的制造区域中。 最终的模型要比MESA定义的模型更加宽泛。无论是终端客户在需求说明中使用, 还是供应商在系统描述中使用，该模型都足够规范和具体。 ISA-95标准的目标是减小风险、降低成本、减少在实施企业系统和制造作业系统时出现的错误、并且简化操作、易于集成。 根据ISA-95标准，制造作业管理活动包括对生产、维修、质量、库存4大部分的管理。 ISA-95规范要求旨在鼓励使用通用的术语和模型，也就是鼓励软件供应商在提供给客户的产品和参考框架中均实现标准化。 事实上，大多数的制造商都拥有多种生产管理应用程序。这些程序是由不同的供应商提供的。这就使得集成工作变得更加复杂，并且提高了实施和维护工作的成本。 特别是对于通用模型，需要有共同的术语和共通的理解来支持它。ISA-95标准的出台，定义了企业的功能视图，彻底改善了上述情况的发生。 ISA-95标准——新的挑战 制造作业管理是从事制造的实体在对物料的转变和装配过程中所进行的对人、设备、物料和能源的协调活动，其中包括了设备、人员和信息系统的所有活动。 这些活动的实施意味着该实体履行了它的使命。 制造作业管理包括了对所有资源（人员、设备和物料）的进度安排、效用、能力、定义、历史和状态的信息活动管理。通常，行业系统会根据其不同的需求分为不同的功能类型。在ISA-95标准提出的企业管理层次模型中，企业作业分为4层（如图1所示），其中第3层的职能是制造执行系统。

图1 功能模型

根据ISA-95标准，制造作业管理可以细分为4个部分：生产作业管理、维修作业管理、质量作业管理、库存作业管理。这种划分用于定义制造实体的生产活动。 ISA-95标准由三部分组成，主要是针对企业控制系统各部分的集成问题。 第一部分定义了业务系统和制造作业系统间信息交互时所用的模型和术语。第二部分定义了与第一部分定义有关的对象模型属性。第三部分定义了制造作业管理在集成企业系统和控制系统时所用的数据流和生产活动模型（如图2所示）。

图2 数据流和生产活动模型

在图2中小椭圆代表了各项生产活动。它所要求的任务在ISA-95标准中都有相关的定义。 现在，重点来看第三部分，这是与MES软件解决方案联系最密切的环节。图中每个小椭圆都表示了当业务层的需求生成工厂层生产活动时，在一个生产实体上所有生产活动的集合。 最上面的4个箭头表示与业务层物流系统进行信息交换。 遵循ISA-95标准，用户可以具体定义整个制造流程。该标准特别地给出了产品的定义，描述了如何制造产品；定义了生产能力，详细阐述了什么可用于生产；定义了生产计划，明确了生产什么和使用什么。此外，还定义了生产绩效，以便掌握生产出了什么和使用了什么等相关信息。这里，对生产活动的定义不仅仅是为了说明系统、软件或人员的组织结构，更是为了使用该模型以帮助识别可能执行的生产活动与和生产活动相关的角色。例如，ISA-95标准定义的是生产什么，而不是定义应当如何组织生产。这是因为不同的组织机构可能有不同的组织角色，人员或系统所担当的角色是各不相同的。 西门子自动化与驱动集团是最早开发MES的供应商之一。一直以来，始终遵循ISA-95标准并且在开发SIMATIC IT产品时也是以该标准为结构蓝图。 ISA-95标准也是今后SIMATIC IT研发的指导方针。 长久以来，市场分析机构（AMR和ARC）和软件/解决方案制造商（SAP和微软）对ISA-95不懈努力的推广已经使它成为了MES应当遵循的新标准 ISA-95——对客户、集成商和供应商的益处 显然，最明显的益处在于定义的一套通用术语和名词。这使得业务层的员工可以与制造层和控制层的员工进行交流。传统上，对同样的工作任务，不同的组使用的是不同的语言，或是给起不同的名字，这就容易导致误解和不必要的计划延迟和错误。但是现在，技术工人，操作员工，经理和CEO可以很好的进行沟通交流，而且即便是不同公司的人员也可以使用该通用的术语进行对话。 产品包可以帮助客户“入门、学习和成长”。 用户 终端客户是指购买和使用产品的公司。 当终端客户购买、评估和使用一种产品时，他会考虑与ISA-95有关的许多方面以及从中的受益情况。 原则上，一个自动化项目是对业务/企业系统和制造作业系统进行集成。ISA-95企业-控制功能模型可以作为定位项目功能和数据流的起点。 除此之外，终端客户会比较不同供应商的产品。 在这种情况下，ISA-95标准是 “通用的语言”。 实际上，在企业-控制功能模型的子功能列表中，已明确的要求供应商必须对以下问题做出详细地说明，这包括：其产品涵盖了哪些子功能， 哪个产品包含了这个功能以及在供应商自己的术语中，它的名称是什么。 集成商 集成商是要参与选择和实施解决方案的。为了能够挑选到适合的解决方案，集成商应该对产品功能有足够的了解，并且还应当准确的知道他们期望从中获得什么。 如果客户需求的是属于制造作业系统、企业系统或是两个系统都具有的功能，那么第1步最重要的就是了解。 企业-控制功能模型对不同功能给出了详细的定义。 需求可以进一步细分为是属于生产、维护、质量和库存。 根据作业模型的生产活动，如具体的排产、调度、数据采集等，可以对需求进行分类。 按照ISA-95标准，如果集成商对需求及其类型有足够的了解，那么在对需求进行完全的划分之后，他们就会很容易的看到哪些需求可以合并且只需由一个应用程序组件支持，或是如何采用不同的应用程序组件以满足尽可能多的需求。 供应商 供应商是指开发和售卖产品的公司。 ISA-95标准诠释了企业/控制系统集成以及与MES有关的问题。 开发人员、系统构建师和产品经理应该具有扎实的理论知识基础。供应商应当始终坚持其产品使用ISA-95标准定义的术语。 此外，大多数MES产品和业务系统都具有工厂内建模型。 ISA-95标准定义了设备模型，该模型是设计工厂对象的基础，特别是采用了面向对象的编程思路。(end)

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