MES的關鍵數據模型S95標準介紹

1. 什么是 S95?
解釋什么是 S95，先看一下什么是SP95。 SP95是儀表、系統和自動化協會 (ISA) 的一個委員會。 我們用SP95代表這個委員會， SP 標示標準項目(Standard Project)，而95代表是ISA 的地 95個標準項目，而且最巧合的是委員會的第一次會議在 1995年召開。委員會標準的通過過程是所有委員會的投票代表必須在標準通過前同意，而標準的開發過程是由 ANSI(美國國家標準協會) 監督并保證其過程是正確的。 此委員會開發一系列標準稱作 SP-95“企業控制系統集成”標準， 它包括以下部分：

n ANSI/ISA-95.00.01 – 2000 “企業- 控制系統集成 – 第一部分：模型和術語 (Models and Terminology)”， 此部分 2000 年 7 月15 日通過

n ANSI/ISA-95.00.02 – 2001 “企業- 控制系統集成 – 第二部分：數據結構和屬性 (Data Structures and Attributes)”， 此部分 2001 年 10 月17 日通過

n ISA-95.00.03 “企業- 控制系統集成 – 第三部分：制造業運作模型 (Models of Manufacturing Operations)”，此部分正在委員會討論

n ISA S95 WG1 “事務處理技術報告 (Transactions Technical Report)”， 此部分正在委員會討論

綜上所述， S95 模型是這一系列標準中的部分，SP95 的國際化版本稱為 ISO/IEC 62246，由IEC/SC65 第15聯合工作組共同工作。 對于 SP 95 第一部分的最終草案已經通過， 稱為 ISO/IEC 62246 –1，第二部分的工作正在進行。 ISO 在第一部分的生產容量和生產能力部分增加了部分注解，并在不同語言版本上作了格式和表述的調整。

2. 為什么要 S95?
S95 企業控制集成標準的產生是來源于實際應用集成的需要。 在實際應用集成中，不管是最終用戶還是集成商都面臨著一些問題， 如集成沒有公共模型、 集成不同廠商的產品十分困難、與最終用戶的需求之間溝通有問題，人們將時間化在統一技術術語上而不是解決問題上、集成的系統難于維護等。

為了解決相應的問題，國際上前幾年不同的組織和用戶一起做了大量的工作， 80 年代末期， 一些用戶、廠商和學術機構的團體在 Purdue 大學開發了計算機集成制造即著名的 CIM 標準， 它包括了幾個描述制造業公司的模型， 它的一部分內容被包括在 ANSI/ISA - 95.00.01標準中。 1992 年由領先的 MES 軟件供貨商組成的 MESA International 則是非盈利性組織， 旨在提供一個制造業技術的論壇，關注于 現代制造業的MES 和相應產品及服務。而 1988 年發起的 SP88 委員會則負責批次控制部分的標準建立。



3. S95 模型概述
S95 標準定義了企業商業系統和控制系統之間的集成，主要可以分成三個層次， 即企業功能部分，信息流部分和控制功能部分。企業功能基于 Pursue 大學當初建立的 CIM 功能模型；信息流部分基于 Pursue 大學的數據流模型圖和S88 批次標準，包括產品定義、生產能力、生產計劃和生產性能 4 種信息流；而其控制功能則基于 Pursue 和 MESA 的功能模型。 下圖為一個簡單的表述：



SP95 的不同部分對不同的層次的功能分別定義， 第一層企業級的控制域定義在 S95 的第一部分， 第二層次信息交換方面， 4種信息流交換的分類和對象模型也定義在第一部分，而對象模型的屬性定義在第二部分，而底層的生產制造和控制層的域也定義在第一部分。 而 S95 的第三部分則對相應的生產活動做出定義，如下圖所示：





在上圖中，S95 的第三部分定義了企業生產質量、生產和維護方面的常規活動，從高度上指出了各活動之間的數據流，同時定義了8種基本生產活動：定義管理，資源管理，生產詳細計劃，生產部署，生產執行，跟蹤，分析和數據采集。



4. S95 模型與S88 的定義關系


以上定義與 S88 的批次規范標準的內容也有很好的結合，在以上的 4 各方面均各司其職，互相融合。 總體來說， S88 僅對批次過程進行定義，范圍較小， 而 S95 中定義的標準同時適用于批次、離散和連續過程，具有廣泛實用性。

n 產品定義：S88 批次配方管理包括通用配方管理和現場配方管理均融合在產品生命周期管理部分， 其主配方和控制配方的管理由上圖的定義管理部分實現，而兩者之間的信息交換則遵循 S95的生產規則標準。

n 資源管理：S88 中的批次材料的存儲和移動位于上圖中的資源管理部分， 而 S95 則描述了資源的可用性，確認的資源能力和無法達到的能力，以及對上層商業系統關于資源能力的信息交換定義。

n 生產計劃：S88 的批次計劃著重于批次列表的執行， 位于上圖最底層的執行部分， 而 S95 則對三方面的活動進行定義： 與商業系統生產信息的交換， 生產廠和生產區域的細化的生產能力計劃以及在生產部署部分定義的生產流程定義。

n 生產執行：生產執行在不同的標準中側重面不一樣， S88 著眼于批次過程管理和單位設備的監督， 偏重于過程和批次單元設備資源的管理。 S95 則關注于生產部署的工作列表的執行情況。

n 生產信息：S88 只定義批次歷史，需要批次的事件記錄。S95 則廣泛的定義了以下4個方面的內容： 生產性能的信息；產品和資源跟蹤， 跟蹤生產的產品和消耗的資源，分析成本和生產性能，材料移動和產品譜系跟蹤；產品和過程分析， 包括生產約束分析，生產關鍵指標分析， SPC/SQC以及質量測試；數據采集，包括對所有生產相關的數據的搜集，存儲。

n 物理模型： 在 S88中必須定義的最高層是過程單元(Process Cell)，然后下層是設備單元Unit，而 S95 的物理模型則包含更全面的內容： 從最上層的企業開始，到下一層的生產廠-〉生產區域-〉制造線-〉工作單元，其中的制造線對應于 S88 中的 過程單元，工作單元或稱生產單元對應于 S88 中的設備單元 Unit，而在此之下，雙方均根據不同的流程特點定義相應的設備對象。

5. S95 中的信息流


S95 中的信息流如前圖中顯示分為 4 種：

n 產品定義信息：通過交換產品的全周期管理信息描述如何制造一個產品。

n 生產能力信息：通過信息交換說明需要的和可獲得的生產資源的容量和能力。

n 生產計劃信息：通過信息交換說明何時何地生產何物以及需要何種資源。

n 生產性能信息：通過信息交換說明生產了什么， 消耗了什么資源，也包括了所有商業系統所需要的生產產品的反饋信息。

具體的講：



n 產品定義信息：產品定義信息包括有產品的生產規則， 資源清單， 材料表，制造清單和產品段(Product Segment)。產品的生產規則信息指特定產品在實際生產中的詳細定義信息，如配方，工作指令等。 資源清單指的是生產特定產品的計劃信息，包括和生產無關的信息，如材料訂單時間。材料表指的是生產特定產品的材料信息，包括和生產無關的信息，如發貨的材料。 而制造清單則包括配方公式等。 產品段指的是為了完成一個生產步驟所需要的資源組（人，設備和材料），它是資源計劃和生產特定產品之間的共享信息。

n 生產能力信息：生產能力信息包括下列內容： 維護信息，生產設備狀態，定義生產系統何時何地能夠做何事，計劃產量信息， 計劃可用生產資源， 預估/預防維護信息， 生產容量。而過程段（Process Segment）的能力是其中一個重要的部分， 而這里的過程段指的是某生產段所需資源的總和，資源可以是材料/能源，人員和設備。過程段的定義是根據商業活動的細化要求，例如計劃和關鍵生產指標 KPI 的分析。 過程段的能力綜合了材料能力，人員能力，綜合能力。

n 生產計劃信息：生產計劃信息包括當前生產信息， 生產庫存信息， 生產計劃信息， 生產材料信息， 生產計劃，庫存控制和生產段信息。 其主要內容由當前生產信息， 生產庫存信息， 生產計劃信息組成，其中包括當前的材料信息和預估的材料信息， 生產庫存控制和預期的產品產量。

n 生產性能信息：生產性能信息實際上是生產狀況的實際反饋信息， 包括了生產，庫存，計劃的相關實際情況，以及生產歷史和總體生產性能的評估，實際的產量，原材料消耗， 實際的生產執行情況。

整個信息流的內容則包括生產計劃、計劃產量、生產能力、輸入訂單確認、長期和短期的材料和能源需求、材料和能源的庫存、目標生產成本、實際生產性能和成本、質量保證結果、生產標準和客戶需求、請求放棄在制品、成品庫存、過程數據、產品和過程知識、維護請求、維護響應、維護標準和方法、維護反饋等

n

6. S95 對象模型


S95 中描述的生產對象模型根據功能分為 4 類 9 大模型， 資源、能力、產品定義和生產計劃。資源包括人員，設備，材料和過程段對象。 能力包括生產能力，過程段能力。產品定義包括產品定義信息。生產計劃包括生產計劃和生產性能。

n 人力資源模型：此模型專門定義人員和人員的等級，定義個人或成員組的技能和培訓， 定義個人的資質測試，結果和結果的有效時間段。

n 設備資源模型：設備資源模型用于定義設備或設備等級，定義設備的描述，定義設備的能力， 定義設備能力測試，測試結果和結果的有效時間段。 定義和跟蹤維護請求。

n 材料資源模型：此模型專門定義材料或材料等級屬性，對材料進行描述， 定義和跟蹤材料批量和子批量信息，定義和跟蹤材料位置信息， 定義材料的質量保證測試標準，結果和結果的有效時間段

n 過程段(Process Segment)模型（包括過程段模型和過程段能力模型）：專門定義了過程段， 提供過程段的描述，定義過程段使用的資源（個人，設備和材料），定義過程段的能力，定義過程段的執行順序。

n 生產能力模型：此模型對生產能力或其他信息進行描述， 獨一無二地對設備模型的特定生產單元定義生產能力， 提供當前能力的狀態（可用性，確認能力和超出能力），定義生產能力的位置， 定義生產能力的物理層次(企業，生產廠，生產區域， 生產單元……)，定義生產能力的生命周期（起始時間，結束時間），對生產能力的發生日期歸檔。

n 產品定義模型：產品定義模型用于專門定義產品的生產規則（配方，生產指令），并對此規則提供一個發布日期和版本， 指定生產規則的時間段，提供生產規則及其他信息的描述， 指定使用的材料表和材料路由， 為生產規則指定產品段的需求（人員，設備和材料）， 指定產品段的執行順序。

n 生產計劃模型：生產計劃模型用于對特定產品的生產發出生產請求，并對請求提出一個唯一的標識， 提供對生產計劃以及相關信息的描述， 提供生產計劃請求的開始和結束時間，對生產計劃發布的時間和日期歸檔，指出生產計劃請求的位置和設備類型（生產廠，生產區域， 過程單元，生產線……）

n 生產性能模型：生產性能模型根據生產計劃請求的執行或某一個生產事件報告生產結果，唯一地標識生產性能， 包括版本和修訂號，提供生產性能的描述和其他附加信息， 識別相關的生產計劃， 提供實際的生產開始和結束時間， 提供實際的資源使用情況，提供生產的位置信息，對生產性能發布的時間日期歸檔，提供生產產品設備的物理模型定義（生產廠，生產區域， 過程單元，生產線……）

7. S95 與GE Proficy
GE Proficy 解決方案的應用架構從設計到應用模塊上均參照 S95 標準的要求，其主要模塊質量，生產和效率（包括設備總體效率計算，消耗跟蹤和生產統計）均與S95標準一致。Proficy 的各個模塊中貫穿了生產計劃， 設備，生產過程，資源等 S95 對象模型，通過各種標準的生產事件實現 S95 的標準功能，S95中的各種對象，信息流，功能描述在 Proficy 中得到了空前的統一和完整的體現。 在于 ERP 系統連接上， Proficy 采取了 S95 的標準 XML 接口，從而直接連接符合標準的各大 ERP 廠家， 如與 SAP 的連接，以前的做法是各應用程序編寫各自的 SAP 接口且需要 SAP 的認證， 而 Proficy 的做法則是遵循S95 標準與 SAP 相連，從而無需認證而達到比認證程序更為有效的連接功能和效率。

S95 為信息交換提供了標準， 減少了 MES – ERP 集成的費用， 與產品的生命周期管理協同工作， 提供生產能力和狀態，提高了生產制造的靈活性， 提供了一套信息集成的架構和標準模型，定義了 ERP 和 MES 的界限和信息流。它定義了 4 種信息流和9大對象模型，同時適用于批次、連續和離散過程，在很多用戶項目的全周期中得到廣泛應用。