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1、,MES技术及应用,饶运清,Manufacturing Execution System,华中科技大学机械学院,西 门 子MES系统剖析,提 纲,SIMATIC IT MES概述SIMATIC IT 系统架构SIMATIC IT FrameworkSIMATIC IT 组件简介SIMATIC IT Libraries(库)SIMATIC IT MES 应用步骤,SIMATIC ITProduction Suite,一、概述,SIMATIC IT 是西 门 子的MES 解决方案，它可以完整的集成在全集成自动化(TIA)解决方案中。SIMATIC IT Production Suite是西 门 子
2、SIMATIC IT产品的核心,它由SIMATIC IT Framework和SIMATIC IT Components组成。,SIMATIC IT Framework(框架),SIMATIC IT Framework是图形化MES建模工具，它在保证制造管理灵活性的基础上，使得制造流程标准化。,SIMATIC IT Components(组件),SIMATIC IT Components 提供了各种制造业务功能，每个组件都是针对具体的制造问题而建置的(例如，订单管理、物料管理、人员管理、报表管理等)，保证MES解决方案的完整和标准化。SIMATIC IT组件与SIMATIC IT Framew
3、ork紧密集成在一起。 SIMATIC IT组件的所有特征和功能都作为SIMATIC IT Framework的方法进行显示， SIMATIC IT Framework可以在生产作业内使用这些方法。,二、 SIMATIC IT的系统架构,SIMATIC IT 的功能和系统架构是建立在ISA-95 的基础上的(ISA-95 是业已形成的MES 国际标准)。,SIMATIC IT体系结构,SIMATIC IT,3rd PartyComponent,Simatic IT Production SuiteComponents,Simatic IT Optional Components,SIMATIC
4、 IT Components,Simatic IT Historian,Simatic IT Unilab,Simatic IT Interspec,SIMATIC IT Framework,基于COM组件标准的分布式对象架构,三、SIMATIC IT Framework,SIMATIC IT Framework是一个建模环境，可以在图形环境中对各种不同的工厂的生产流程、设备、设施等资源进行建模。 SIMATIC IT Framework通过图形的方式将不同的SIMATIC IT Components功能组合在一起来定义执行逻辑。,基于Framework的系统配置与集成,SIMATIC IT
5、Framework是根据物理对象(实际的装置和设备)和逻辑对象(软件包及应用程序)来完成对工厂模型的创建。这些对生产执行逻辑的显式定义，以及对工厂模型中不同对象之间相互作用的定义，都是根据实际的生产作业来实现的。因此，SIMATIC IT Production Suite可以在标准产品和功能的基础上，进行灵活配置，来实现各种业务的具体问题和系统应用（这在传统应用系统中几乎不可能实现）。SIMATIC IT Production Suite还可对第三方组件和已有应用程序进行集成。在这样的集成中，这些第三方组件和已有的应用程序在整个系统中就和SIMATIC IT Production Suite自
6、己的标准组件一样来完成相应的功能，并按照SIMATIC IT Framework中定义的逻辑进行协调和调用。这样一来，SIMATIC IT Framework可以协同整个生产流程以及所有涉及的应用程序。这样就实现了不同系统间的高效集成，提高了生产制造系统的效率。,四、 SIMATIC IT组件简介,生产订单管理(Order manager)物料管理(Material Manager)人员管理(Personnel Manager)报告管理(Report Manager)手动操作(Messaging Manager),生产订单管理概述,生产订单管理是MES解决方案的关键主题之一，因为它重在解决要做
7、什么，什么时候做以及如何做等问题。一个高效的订单管理系统应该可以：在需要时精确分派生产订单；为用户在系统中显示所有订单的当前状态，并进行实时刷新；在历史数据库中保存所有数据，以便进行检索和分析；对订单进行分解以便有效利用生产资源；一套好的MES系统应能提供灵活的解决方案。客户化应该更多地通过系统配置来完成而不是通过编写程序代码。西 门 子 MES系统拥有所有这些特点，从而可以以最高的效率，优化订单管理。SIMATIC IT Production Suite 的生产订单管理是由SIMATIC IT Order Manager组件来实现的。,生产订单管理功能,工厂模型共享：在 SIMATIC IT
8、 Framework内定义的工厂模型与 Order Manager自动共享。这样就可以管理模型中不同地点的不同类型的生产订单。这样还可以跟踪若干区域和设备上生产订单的执行情况。订单导入 ：来自ERP的生产订单可以通过XML标准接口导入到Order Manager中。即便数据结构比较复杂的生产订单也可以通过这种灵活的方式导入。这种在不同系统之间进行信息交换的策略，正在越来越广泛地在实际中应用。订单分解：订单可以基于不同的方式进行分解， 比如基于执行操作的设备的能力而进行分解。在批量必须以灵活的方式进行处理的行业中，这是一种非常重要的功能。订单链接：可以指定不同订单之间的链接。在运行时，将考虑这些
9、链接，例如，在一个订单完成后自动启动另一个订单。订单排序：可以定义订单列表：根据估计的订单持续时间计算订单列表中每个订单的开始时间。,生产订单内的物料管理：每个订单都附有一个物料清单。这样就可以对每个订单需要的物料进行适当的更改。物料检查和预留逻辑可以与生产订单关联起来。可以对现有物料是否可以满足订单需要进行强制检查。实际物料使用量将会和与订单执行有关的其他数据保存在一起。订单分派：生产订单会被分派到指定的设备上，分派可以手动也可以自动进行。手动分派是由操作员通过GUI(图形化用户界面)完成的。自动分派是根据订单预计的日期和时间执行的。订单执行：在订单执行过程中，所有与订单有关的数据都处在运行
10、中的“生产作业”中。所有用来生产成品所需的物料的数量(来自物料清单)以及特征，都可以从系统中得到。所有这些数值都可以用作设定值，并下载到现场设备中，或者可以通过消息显示给操作员，来驱动操作员完成任务。,运行过程中的订单监控：每个订单的监控和跟踪都是通过用户界面进行的。在订单分派完后，订单状态显示为“进行中”(IN-PROGRESS)；当执行过程完成后，如果相关生产作业取得了成功，则其状态变为“完成”(COMPLETE),如果发生了某些意外情况，则其状态显示为“异常中止”(ABORTED)。历史生产订单数据的归档：历史数据库包含有关订单执行的所有数据。对Order Manager所分派的订单，其
11、执行是通过在 SIMATIC IT Framework中的生产作业所定义的一系列步骤实现的。每一个步骤的执行都可以通过配置来确定信息的归档，这样就为日志记录和故障查找与排除创造了很好的条件。可配置用户界面：提供了一个专门的用户界面来处理生产订单。对于和生产订单相关的操作(诸如创建、修改、手动分派等)都可以依据当前登录用户的权限而启用或停用。用户界面还具有客户化功能。例如，用户可以定义过滤器,以查看订单的子集，或者决定仅查看为该订单所定义的某些客户字段。,物料管理概述,许多与物料管理有关的问题必须在 MES 解决方案中加以解决.企业需要实时了解这些信息：对于每个生产订单，必须采用哪些物料；在开始
12、生产之前，是否具有足够的物料，以及所使用的物料是否具有所需要的所有特征；任意物料的当前数量；每种物料位于什么位置；通过跟踪物料在工厂流动的情况，可以分析并解决与物料废品及返工相关的问题。物料跟踪信息的收集使得每种物料拥有一个完整的族系图：利用该族系图，可以识别出并立即准确回答任何质量问题。SIMATIC IT Material Manager是SIMATIC IT Production Suite中的物料管理组件。,物料管理功能,物料模型：SIMATIC IT Material Manager中的物料模型符合ISA-95标准。物料通过类(Class)和定义(Definition)进行建模。在工
13、厂(Plant)中物理流动的物料以批(Lot)和小批(Sublot)的方式配置。物料属性定义：与SIMATIC IT Production Order Manager一样，物料主数据结构可以通过添加指定的字段(物料属性)而加强。物料清单(BOM)定义：物料清单的使用通过下述功能具有很大的灵活性：版本控制，有效性清单，物料属性可能与物料清单相关联，每个物料清单都具有一个模块化或嵌套式结构。物料主数据导入：来自ERP的物料数据可以导入到SIMATIC IT Production Suite(物料类、定义、批、属性、物料清单等)中。,物料作业的跟踪：对于各种与物料变化的生产作业，比如：物料移动、物料
14、消耗、一个或多个物料批向另一批的转换、新物料批的创建、分解和结合等都会被实时跟踪。用户可以自由地选择如何进行建模，以及如何使用批及小批等。物料属性的跟踪：任何批或小批物料属性的变化都得到跟踪，并与其他相关信息保存在一起。物料位置跟踪：每种物料都有它在工厂的存放位置。所有在SIMATIC IT Framework的工厂模型中定义的位置，都以同样的结构存在于Material Manager中。此外，即使没有在SIMATIC IT Framework中定义的位置，也可以在Material Manager中添加新的位置。物料可以保存在搬运单位(Handling Unit)中。搬运单位代表的是可移动位置
15、，诸如托盘、料箱以及各种运输车辆等。,历史物料数据的归档：所有和物料有关的信息都保存在历史数据库中，随时可以对这些数据进行查询和检索。后溯和前溯族系图：后溯族系图：对于最终产品的某物料小批，可以知道已经使用了哪些小批的原材料及中间物料，这些物料的数量和特征如何。前溯族系图：对于原材料的某个小批，可以知道对最终产品的哪些小批使用了它。可配置用户界面：提供了一个专门的用户界面来处理物料。对于和物料批和小批相关的操作(诸如创建、删除、消耗等)都可以依据当前登录用户的权限而启用或停用。用户界面还具有客户化功能。例如，用户可以定义过滤器，通过设置某些过滤准则而查看物料批的子集。,物料管理小结,利用SIM
16、ATIC IT Framework与Material Manager之间的交互作用，可以模拟物料在生产流程中发生的情况。例如：在实例中的到货区，在完成所有质量检查后， Material Manager就为其创建了包括物料数量和特征的新物料批。在实际运行过程中，生产作业是通过调用Material Manager方法来执行的。这些方法的参数可以来自操作员输入、现场设备自动获取的数据或者其他数据采集操作而推导出来的数据。SIMATIC IT Material Manager对所有与物料相关的操作，都保存了相关的数据并且跟踪每个变换，从而建立起物料族系图。,人员管理概述,人员是制造系统中一个基本的资源
17、。MES当然要对人员进行管理，包括人员的特征，比如每人的技能或者一组人的技能等。系统必须允许给人员分配班次，并在工作班次中掌握和记录每个人的详细活动。此外，MES系统必须允许将人员数据与生产数据加以集成，例如，检查对某任务所需要的人力，或者记录每人所工作的设备、物料批、批号或订单等。能够回答这些问题将大大优化生产。SIMATIC IT Personnel Manager在SIMATCI IT Production Suite中执行人员管理的功能。,人员管理功能,配置人员组：人员的单个定义可以进行分组，从而对预先定义的一组人进行相似的管理。配置小组的属性：属性可以在组(Group)层级上定义，从
18、而所有属于该小组的人均可以继承它们。配置单个人：个人信息可以根据需要进行配置，这样每个人就可以拥有自己的特殊属性。以一种简单而灵活的方式创建作业排程规则及作业排程： 配置班次，这是作业排程的基本配置模块 配置周期(例如标准星期)结合班组和假期 配置创建作业排程的规则 生成作业排程从/往ERP系统导入/导出：所有上述数据都可以自动从ERP系统中导入，同时也可以导出到ERP系统。,作业排程的创建和指定：作业排程可以加以定义，然后指定给有关人或小组。人与一个或多个 SIMATIC IT 用户之间的关联：在SIMATIC IT Personnel Manager中定义的人，可以与一个或多个注册用户相关
19、联。配置有关生产任务的人员制约条件：可以配置执行生产作业某步骤所需要的操作员人数及属性。生产作业还允许配置在运行过程中必须执行的作业活动当制约条件得到满足或者没有满足时必须执行的作业活动。数据收集：收集每个人的实际作业时间，包括休息时间在内。利用SIMATIC IT Framework所采用的基于组件的方法,可以将Personal Manager与其它系统集成在一起，以便收集与人员作业时间有关的数据。,对制约条件的检查：对于任何配置了人员制约条件的生产作业步骤，这种制约条件会在运行时间得到检查。如果为这种步骤所配置的人员当前无法工作，则生产作业会依据配置采取适当的操作(例如，给操作员发送邮件、
20、给操作员发送消息、中止当前订单、创建报告等)数据记录：与每人的作业时间一起，其他一些与人员相关的数据也可以被保存： 该人所操作的设备 生产订单号或批号 该人正在加工的物料批或小批 任何与该人相关的属性数值的变化,报告管理,在SIMATIC IT Production Suite中存在许多报告，主要的报告有：设备，生产作业，物料类，物料清单，物料族系图，生产订单，报告可以通过SIMATIC IT Production Suite的报告管理功能来实现。SIMATIC IT Report Manager专用组件包括所有这些报告的定义，它允许配置新报告或修改现有报告的配置，并且允许发布新报告。报告的生
21、成和打印在运行过程中可以在“生产作业”中用SIMATIC IT Report Manager提供的方法进行自动触发。,手动操作,很多时候MES需要给操作员发送信息或指示，让他们收集数据，譬如因为某些数据无法通过自动化设备采集。很基本的一点，由操作员执行的活动，必须与MES 软件系统自动执行的任务同步。借助SIMATCI IT Production Suite，无需进行开发，而只要通过对消息进行简单地配置，就可以很方便地实施手动操作，并与系统其余部分所执行的任务同步。这部分功能是由SIMATIC IT Messaging Manager在SIMATCI IT Production Suite中实
22、现的。,五、SIMATIC IT Libraries库,通过SIMATIC IT Framework的建模过程是在SIMATIC IT Framework提供的库环境中进行的，创建相应的对象类。这些类可以很容易地在完全图形化的环境进行重用和复制。SIMATIC IT Framework中库的定义通过提取工厂实际运行的应用程序中的规则来实现，这就使得库中所定义的对象类可以被完整的重用，并能够很容易地在其他众多项目中快速推广实施。通过对SIMATIC IT Production Suite中对象类的不断丰富，可以形成不同行业的对象库，从而更加专业、快速地满足不同行业的需求。库可以事先预置，而且可以
23、反复使用缩短MES项目周期、有效降低项目成本和项目风险。,SIMATIC IT 库结构,SIMATIC IT Libraries主要可以分为3个对象范畴：= 框架库：在SIMATIC IT Framework内定义的对象类= 客户库：ActiveX 控件从不同数据源获得数据= 报告库：报告模板和实例,框架库,在底层，共有三个基本和通用对象库：设备库(Equipment Library)：设备库包括对对象及基本功能的定义，诸如保存、组装、变换、运输、测量等组件库(Component Library)：包括根据 SIMATIC IT以及第三方组件(比如：生产订单管理器、物料管理器、消息发送管理器、
24、Unilab、office等)预先组建的逻辑。工具库：包含为简化项目实施的一些基本功能，诸如阵列管理、数据库查询、字符串管理、日期管理等,在中间层，有一个跨行业库(Cross Industry Library) 。该层充分利用在底层中所定义的通用对象，来定义那些可以应用于不同行业的常用对象的行为。比如：到货管理、排程、仓库管理、ERP集成、物料发送(准时制生产、看板管理)等。这就极大的丰富了通用对象的应用。顶层是由行业库(Industry Library)组成的。在这里，对象行为被专业化，用来解决特定行业中的典型或特殊问题。对于行业库，西 门 子提供了两种典型行业库：离散工业(Discrete
25、 Industry)行业库和流程工业(Process Industry)行业库。,客户库、报告库、解决方案库,不同的对象组成了客户库(Client Library)。该库的目标是通过预置的ActiveX来简化GUI(图形化用户界面)开发，这样就可以根据不同的客户要求来进行客户化。在这里，ActiveX可以表示工厂模型树、订单网格、族系图树、物料清单树、批量网格、小批网格在该库中还提供关于ActiveX如何彼此交互作用的实例。Client Library中的ActiveX可以在若干环境中使用，诸如VisualBasic、WinCC、以及Web应用程序等。SIMATIC IT库中第三个对象集为报告
26、库(Report Library)。可以预先组建报告的模板。报告可以对来自不同数据源的数据进行分组和显示。下面是该库中可以见到的预先组建的报告的实例：工厂配置、物料批族系图、物料类、物料清单、排程好的订单通过SIMATIC IT库进行的专业化可以形成解决方案库(Solution Library)。SIMATIC IT合作伙伴可以充分利用西 门 子在SIMATIC IT Library中提供的各种资源，来组合、丰富各种对象在实际项目中的应用。Solution Library由合作伙伴完全拥有，他们可以在不同项目中使用，快速而高效地为客户提供解决方案。,六、SIMATIC IT MES应用步骤,第
27、一步：工厂建模。描述工厂结构、生产流程和生产运作管理应具备的功能（不必考虑这些功能的具体实施方法与细节）。一般从工厂中的物理和逻辑对象开始进行建模，然后用生产作业定义这些对象之间的相互关系。建模是在SIMATIC IT Framework内进行的。第二步：MES系统建置。将我们在工厂模型中定义的方法进行实施。实施可以通过三种方法来实现: (1)通过采用 SIMATIC IT 组件; (2)通过采用第三方组件; (3)通过采用传统应用程序。第三步：系统执行。根据工厂模型中定义的执行逻辑和系统建置中定义的方法执行生产作业并实时监控它们的状态。,第一步：工厂建模,物理工厂逻辑对象属性、事件和方法生产
28、作业类和实例,物理工厂,物理工厂对象用于识别并描述工厂的物理组成。物理工厂的建模可以用一种从下往上的方式进行，也可以从上往下进行。在对物理工厂进行建模时，不必将注意力放在物理对象所具有的功能和/或性能上，也无须进入任何实施细节，这些都是在后面一阶段要完成的任务。,通过SIMATIC IT Framework进行可视化物理工厂建模,物理工厂建模示例（某物料验收区域）：,逻辑对象,物理工厂的模型可以通过逻辑对象加以扩展。逻辑对象是一些软件包，诸如排程调度、物料管理、报告工具或打印机安装程序等。逻辑对象在单位(Unit)级上输入，并可以分组形成逻辑单元(Cell)。逻辑对象和物理对象是通过其前缀加以
29、区分的，即逻辑单位/单元或物理单位/单元。逻辑对象用于定义并细化MES系统应具有的功能。逻辑对象表示的是必须由MES系统管理的、现有的或要求的功能。在进行建模时，识别出所需要的软件功能就足够了，无须进入任何实施细节，这些是在后一阶段进行的。通过采用SIMATIC IT Framework的开发模式，逻辑对象可以方便地添加到物理工厂模型中。物理对象上可引入一个逻辑对象与之对应，表示应完成的功能。逻辑对象可以采用与物理对象相同的方式工作。,例如：在物料验收区域，可以引进一个逻辑单元。这个单元包括用于管理：维护、详细排程、实验室测试、生产订单、批处理、生产数据分析及物料的软件。逻辑单元在下图中显示。
30、,属性、事件和方法,物理和逻辑对象的描述可通过属性、事件及方法而扩展。属性(Attribute)：对应于与对象相关的各种参数。如某搅拌器的最大体积、某加热炉中的当前温度、某单元的生产速度或某区域的当前工作负荷等。事件(Event)：对应于发生在对象中的一个作业活动。例如，发生在蒸馏塔中的错误、某单元中缺少原材料或者在区域中发现了检测到的延迟现象等。事件可以具有描述输入和输出数据的参数。方法(Method)：表示对象可以或者应该可以完成的系统应用功能（一般针对逻辑对象）。例如：给搅拌器添加物料，搅拌器倒空物料，开始给加热炉加热等。方法可以具有描述输入和输出数据的参数。每个方法都表示一种功能，但它
31、只是一种表示，在此阶段无须注意实施的细节。,例如：在前面的实例中，物理入库单元的方法可以有：进入请求、接受跟踪、获取卡车尺寸等；事件可以为：卡车已经被接受，卡车没有被接受等。逻辑排程单位方法的某些实例包括：后溯排程日期、后溯排程、添加用户服务，其中事件可以是原材料取消分配事件、原材料分配事件等。,生产作业,完成建模阶段的最后一步，是通过采用方法、事件及其他生产作业而生成生产作业（即定义系统的作业流程）。生产作业用来描述某地点、区域、单元或单位所要求的活动。地点级的某生产作业，可以采用区域所拥有的方法和事件；地点级的某生产作业也可以采用在它所包含的区域内定义的生产作业。功能模块的组建基于生产作业
32、。通过简单地组合业已定义的生产作业、方法及事件形成基本功能模块，进而组装成更高级的功能，可用来在工厂中执行比较复杂的行为。由于生产作业是通过图形方式定义的，因此当需要对这些行为进行调整时，可以很方便地进行修改。,生产作业实例：,生产作业建模实例,例如：在物料验收区域中，对若干生产作业创建了模型。其中一个生产作业如下图所示。该生产作业是通过一个在图中标为EXE的事件触发的。它通过调用一系列物料验收区域中的单元或单位的方法和生产作业来实现。,类和实例,SIMATIC IT Framework是以面向对象的方法为基础的。利用这种方式，可以定义类(Class)，然后定义类的实例(Instance)。建
33、模从定义基本的类开始：地点、区域、单元和单位等。属性、事件、方法及生产作业与类是关联在一起的。在对某类进行实例说明时，SIMATIC IT Framework会自动对所有相关的方法、事件、属性及生产作业等也进行实例说明。由于采用了面向对象的方法，因此在一个项目中定义的类可以很简单地重复使用。类在面板上可以进行可视化操作，当点击其中一个类时，就会生成一个实例。该实例可以在工厂的模型中出现。,例如：物料验收区域包括两个称重单元在建模阶段，称重单元的类只需定义一次，并对同一个类创建了两个实例。在实例层来考虑两个称重单元之间的细微区别(右图) 这种方法将必须在建模阶段完成的工作量降低到了最低,第二步：
34、MES系统建置,可以通过以下三种方法来实现MES系统建置：采用 SIMATIC IT 组件采用第三方组件采用传统应用程序,采用 SIMATIC IT 组件,如果SIMATIC IT Production Suite中所表示的某方法与某SIMATIC IT组件的功能相匹配，那么只需要对SIMATIC IT Framework进行配置，就可以实现该组件的特定功能，该功能的真正实施由SIMATIC IT组件来保证。由于SIMATIC IT组件与SIMATIC IT Framework的接口是预先定义好的，这样集成就变得简单易行。,采用第三方组件或传统应用程序,有时候，现有的传统应用程序或第三方组件已
35、经提供了所需要的功能。在这种情况下，它可以被接入，实现与SIMATIC IT Framework的连接。这样做最常见的方法是通过COM技术完成。如果传统应用系统或第三方组件没有建立在COM技术基础之上，则常用的方法是用一个譬如在Visual Basic中开发的通讯包裹器(Com-wrapper)将它们包裹起来。这时候SIMATIC IT Framework就可以进行配置，以便它可以与Com-wrapper的第三方组件或传统应用程序进行通讯。,通过采用这种方式，SIMATIC IT组件、传统应用程序以及第三方组件等可以与SIMATIC IT Framework一起工作。工厂模型以及生产建模与具体
36、的实施细节是完全分开的。,例如：在物料验收区域，一些方法被映射到SIMATIC IT组件(例如调用了在下面的图中以红色标记的SIMATIC IT物料管理器方法，以便创建新的物料批)；另外一些方法被映射来调用第三方组件的方法(例如调用了图中标记为黄色的第三方组件中的一个方法，来为物料存放提供指示)。,第三步：系统执行,当建模和工程与系统建置阶段完成后，项目就可以开始执行了。SIMATIC IT Framework不仅是一种强有力的工程环境，同时，利用它还可以执行生产作业并实时监控它们的状态。,为便于跟踪，执行过程用颜色区分：如果某生产作业或生产作业的一部分为绿色，则表示它已经成功执行；红色意味着
37、发生了错误，褐色意味着生产作业或生产作业的一部分处于暂停状态，而黄色意味着当前正在执行。,例如：在物料验收区域中，对若干生产作业创建了模型。下图显示了其中一个生产作业是如何执行的。,如果执行过程中发生了某种错误，那麽相应的步骤就会以红色标记，下图就显示了这种情形。,谢 谢 大 家 ！,MES技术及其应用,附：ISA-SP95简介,ISA-SP95是ISA（Instrumentation, Systems and Automation Society美国仪器/系统/自动化协会）制定的“企业控制系统集成”标准的简称（SP表示Standards Project，95表示ISA的第95个标准） ，其目
38、的是建立企业级和制造级信息系统之间的集成规范。简称ISA-95。ISA-95包括以下六个部分：模型和术语、对象模型属性、制造业务管理活动模型、制造业务管理对象模型和属性、商务到制造的事务处理、制造业务管理的事务处理。ISA-95的最大贡献在于统一了管控系统集成的术语、信息对象模型及其数据结构、活动对象模型。,正在形成的MES标准,MES标准产生的背景,没有通用的用于集成的MES功能模型,用户很难交流需求(生产模式不同),即使集成也很难维持,各厂商之间的集成非常困难,ISA-95企业控制集成(EnterpriseControlIntegration),ISA-S95 is an Internat
39、ional Standard Functional Specification for MES that Specifies Enterprise MES Interfaces and MES Component Functionality,ISA-95标准的6个部分,Why is a standard needed?,PlanningLevel,ExecutionLevel,ControlLevel,SupervisoryLevel,ms seconds hours days weeks month years,ERP(Enterprise Resource Planning),DCS,ME
40、S(Manufacturing Execution System),PLC(Programmable Logic Controller),(Distributed Control System),(Supervisory Control and Data Acquisition),SCADA,Level 4,Level 1,Level 2,Level 3,Why is a standard needed?,Process EquipmentSensing the production process, manipulating the production process,Automation
41、 Functions Monitoring; Control; Diagnostics; Archiving; MMI; Reporting; Recipes; Dispatches,MES Functions Scheduling; Resource Allocation; Dispatching; Maintenance Management; Documentation Management; Labor Management; Performance Analysis; Process Management; Archiving,ERP FunctionsScheduling; Qua
42、lity Management; Maintenance Management; Labor Management; Recipes; Reporting,Level 4,Level 1,Level 2,Level 3,Level 3 Activities & Exchanged Information,1 - Sensing the production process, manipulating the production process,2 - Monitoring, supervisory control and automated control of the production
43、 processTime FrameMinutes, seconds, fractions of seconds,3 - Work flow / recipe control, stepping the process through states to produce the desired end products. Maintaining records and optimizing the production process. Time FrameShifts, hours, minutes, seconds,4 - Establishing the basic plant sche
44、dule - production, material use, delivery, and shipping. Determining inventory levels. Time FrameMonths, weeks, days, shifts,Parts 1, 2 and5 define this interface,Parts 3 and 4 define these activities,Level 4,Level 1,Level 2,Level 3,Applicable Standards,S95 Parts 1, 2, and 5 Standards and B2MML,Othe
45、r IEC, OPC, & OMAC Interface Standards,Future S95 Parts 3 and 4 Standards,IEC & ISA Batch and other Standards,Other ISO Standards,ISA-95 功能模型,4x4对象模型,4类资源人员设备物料流程,4类信息制造能力产品定义生产调度生产性能,哪些设备可用于制造？,生产某个产品需要哪些物料？,打算生产什么？分配了哪些资源？,生产了什么？用到了哪些资源？,可能交换的4类信息,Enterprise InformationPlant Production Scheduling,
46、Operational Management, etc,ManufacturingControl InformationArea Supervision, Production Planning, Reliability, Assurance, etc,ProductDefinitionInformation(How to makea product),ProductionCapabilityInformation(What isavailablefor use),ProductionSchedule(What tomake anduse),ProductionPerformance(What
47、 wasmade andused),Production Schedule,要生产什么 优先级 时间 要用到哪些物料 要用到哪些设备 需要哪些人？时间？ 生产参数 (e.g. 颜色, 配置,),Production Performance,生产了什么？ 实际生产了哪些产品 实际消耗了哪些物料 使用了哪些设备 动用了哪些人 生产数据 (e.g. 纯度, 密度,),Per location (Site, Area, )Per shift, hour, end of batch, ,ISA95,Production Performance,ISA-95 Part 1 & 2 Object Model
48、s,Parts 1 & 2 Review,ISA-95 Enterprise FunctionsBased on Purdue Reference Model for CIM functional models,ISA-95 Management FunctionsBased on Purdue and MESA functional models,MES业务建模,物理对象逻辑对象属性、事件和方法作业流程,物理工厂建模,目的：识别并描述工厂的物理组成；可以自下向上，也可以自上向下，或者结合进行；不必将注意力放到物理对象的具体功能或性能上,物理工厂模型,物理工厂模型示例,逻辑对象建模,目的：定义
49、并细化MES系统应具有的功能排程调度物料管理物理对象上可引入一个逻辑对象与之对应，表示完成的功能,属性、事件和方法,目的：对各种对象进行详细描述属性：对应于与对象相关的各种参数事件：对应于发生在对象中的某次作业活动（事件本身也是一种软件对象，可以拥有描述输入和输出的参数）方法：表示对象可以或者应该完成的系统的应用功能（一般针对逻辑对象）。每个方法都表示一种功能。物理对象内在属性（如存储单元：容量、规格）所能响应的事件（如存储+1）可能触发的事件（如存储溢出）逻辑对象内在属性（如分析功能的范围、可生成图表的类型）所能响应的事件（如某些事务请求）可能触发的事件（如监测到的异常）可执行的方法（如分析某种数据，绘制某种图表）,作业流程建模,目的：定义系统的运作流程生产作业用于描述在生产过程中某一个地点、区域、单元或单位所发生的活动通过将方法、事件等结合起来，形成特定的生产流程隐式规则法/显式规则法通过组合方法和事件形成基本功能模块，进而组装成更高级的功能。模块的组建是基于作业流程的,
