第一周证明了灵活的批次
美赞臣营养品公司(Mead Johnson Nutritionals, Evansville, Ind.)是成人和婴儿营养品的全球领导者，该公司试图在其32盎司的加工中心灵活快速地调整新产品。那里的工程师需要用能够支持全球企业集成的技术取代过时的控制系统，并减少由人工干预引起的过程可变性。
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美赞臣营养品公司(Mead Johnson Nutritionals, Evansville, Ind.)是成人和婴儿营养品的全球领导者，该公司试图在其32盎司的加工中心灵活快速地调整新产品。那里的工程师需要用能够支持全球企业集成的技术取代过时的控制系统，并减少由人工干预引起的过程可变性。他们还有两周的时间来移除旧系统，安装新系统，执行所有测试，然后回到生产状态。
美赞臣的32盎司加工中心为两个截然不同的市场生产15种液体配方营养食品。第一种是液态婴儿配方奶粉，包括Enfamil、ProSobee和LactoFree。第二种是液体成人营养配方，如Boost、Isocal和Sustacal。
配方食品，特别是婴儿配方食品，需要一致性，因为该产品可能是消费者的唯一营养来源。主要的食物成分，包括蛋白质、维生素、矿物质、脂肪和碳水化合物，根据美国食品和药物管理局的指导方针和规定，被精确地混合以生产营养产品。
在加工中心生产多种产品需要管道和设备的灵活使用，以将产品交付到32盎司的即装即用容器包装区域，以及其他包装区域。
故事是如何开始的
美赞臣的32盎司加工中心建于20世纪70年代初。最初的控制系统包括面板模拟仪表、图表记录仪和提供电机控制和顺序器逻辑的硬连线继电器。1981年，部分原始控制系统被Foxboro Micro-Blendtrol和几个plc(可编程逻辑控制器)取代，但操作界面仍然主要是按钮、开关、灯和面板仪表。
为了保持混合的一致性，开发了一个自定义通信协议来支持Micro-Blendtrol和plc的集成。
此外，还安装了一个定制的独立可编程控制器，用于执行就地清洗(CIP)活动。
控制系统和CIP系统共用的过程阀安装了双接线，使维护和联锁成为一场噩梦。
多年来，功能不断变化，设备不断增加和删除。通常情况下，图纸和文档没有跟上变化的步伐，使故障排除和维护具有挑战性。更让人困惑的是，原来控制系统的大部分线路都保留了下来，“以防万一”。听起来是不是很熟悉?
在20世纪90年代中期，一台装有数据采集软件的PC机与主PLC相连。该界面为操作人员提供了流程的基本图形视图，但没有提供控制界面。美赞臣控制系统维护协调员Bill Smith解释说:“回顾过去，引入PC界面是很好的第一步，为操作员参与新控制系统的外观和感觉铺平了道路。”
发现存在的东西
项目团队根据其组成，致力于以不同的方式执行这个项目。该团队由一名工艺工程师、一名项目经理、一名维护协调员、一名生产协调员、操作员、维护技术人员和系统集成商组成，他们将共同设计、实施、测试、切换和启动新系统。使用此项目方法获得的系统知识将在“实际操作”组织级别产生长期利益。
之前的项目调查了运营商想要什么和需要什么，但经常忽略原因，导致妥协和未能达到预期。这个项目将决定需要做什么，并帮助人们理解其中的原因。需求和期望将被定义、记录并交付。
工程阶段(第一阶段)的目标是建立当前控制系统功能的坚实知识基础，并对新系统的期望有清晰的理解。工程阶段的成果包括:
更新和/或开发电气图纸，以反映当前控制系统的“建成”状况;
开发详细的电气工程，设计和安装文件;
创建详细的工作范围和功能描述文件包;而且
组装并行施工的报价包，并将其提交给各种系统集成商和电气承包商。
在准备申请项目资金时，进行了硬件和软件研究，并访问了供应商，以评估现有的技术。早期的发现表明先进的批处理软件正在出现，但是如果要安装能够满足未定义的未来需求的解决方案，项目团队将需要“一次信念的飞跃”。
认识到新系统需要结合微软Windows NT操作系统，个人电脑(个人电脑)将是解决方案的一部分。
还决定将过程控制和CIP集成到同一硬件和软件平台中。将CIP集成到控制系统中符合ANSI/ISA-S88.01批处理模型，并将简化联锁的设计、实现和测试，以及简化工艺单元和工艺单元的协调和管理。
项目团队意识到，正在整个美赞臣实施SAP的R/3企业管理系统，而32盎司的流程中心在未来需要与R/3系统集成的能力。项目团队得出结论，支持OPC(流程控制OLE)客户端/服务器通信的应用程序和平台将是实现和管理与流程中心的企业集成的合适方法。
本项目选择的产品包括:Allen-Bradley plc (Mayfield Heights, O.)用于基本水平控制;Intellution(马萨诸塞州诺伍德)FIX和Visual Batch软件用于控制界面和配方管理;Total Control Products远程终端(梅尔罗斯公园，伊利诺伊州);彩色远程图形终端(Duluth, Ga.);Cape Software (Houston, Tex.)用于非侵入式过程模拟。
1997年10月批准了一个三期项目(工程、系统集成和施工)，以升级32盎司过程中心控制系统，以满足以下要求:
提供消除新产品适应性障碍的解决方案;
交付一个解决方案，最大限度地减少人工干预对过程可变性的影响;
提供解决方案，消除与过时控制系统组件相关的风险;
确定是32盎司。工艺中心停产时间不超过两周;
确保新的控制系统在1998年7月24日投入生产，没有任何借口;而且
把项目控制在预算之内。
美赞臣的项目团队在选择第一阶段的工程公司时非常谨慎。为了项目的成功，团队相信正确的工程公司需要技术能力、灵活性和对进度的同理心;获胜者还需要没有官僚主义和固执。高级工艺工程师Richard Noel解释说:“我们正在寻找一家能够与我们的员工合作，理解我们的需求，并能够充分利用我们现有文件的公司。”
第一阶段活动授予Malisko工程公司(密苏里州圣路易斯)，立即开始工作，并于12月完成报价包请求。
美赞臣的项目团队由Malisko工程师加入，第一阶段的任务经过详细规划，与生产计划共存。团队心甘情愿地接受额外的任务并从事第一阶段的活动。32盎司的格雷格·伊斯利(Gregg Easley)解释说:“员工的热情非常好，以至于他们开始担心自己无法控制的细节——这是一种健康的情况，但需要经常被提醒保持专注，高效准确地工作，最后才能把所有事情结合在一起。”运营服务商。
尽管第一阶段消耗了项目15%的资金和20%的可用进度，但它通过共享知识、开发文档、制作详细的进度和团队热情为成功奠定了基础。当被问及成员是否应该在未来的项目中开发这么多细节，并花费这么多时间时，整个项目团队一致回答“是的!”
项目经理Al Kroupa透露:“从一开始就产生了热情、合作和高质量的工作。我知道我们的团队能够也会做必要的事情来按时交付项目。”
倒计时仍在继续
在迎接1998年之后不久，项目团队的第一项工作是评估竞争性投标，选择系统集成商，并在剩下的27周内完成第二阶段和第三阶段。
Malisko工程公司的投标被选中，硬件被运往其圣路易斯办公室。
美赞臣的工艺工程师、操作员和技术人员开始每周前往圣路易斯，协助系统开发的各个方面。为了解决生产计划、休息日和其他后勤问题，作业者继续参与检查和测试。技术人员组装控制系统硬件，构建网络，安装软件。没有人注意到;每个人都订婚了。
硬件和网络通信的测试超出了以往任何项目。例如，除了确保远程操作员界面面板在不同的系统操作条件下，从端到端多次验证每个命令、每个响应和每个消息之外。
根据第一阶段开发的详细文档，控制系统应用软件开始一次开发一个过程单元和一个过程单元，严格遵循ANSI/ISA-S88.01模型。
为了获得操作员对可用性好恶的反馈，快速创建了一个流程单元基础级软件，包括数据库、图形屏幕和流程模拟。一旦基础水平控制就绪，测试就开始了。变更立即传达给在其他工艺单元工作的工程师，这样一致性和改进将得到普遍应用。
在整个项目中，软件逻辑在白天进行测试，修正并为第二天的重新测试做好准备。操作人员和工程师重复这个循环，直到每个人都满意软件符合定义的范围，并将产生高质量的产品。
阶段1的设计方法使用自顶向下的迭代过程，大量使用流程图，每次迭代都增加细节。所生成的文档为所有团队成员所理解，并在测试期间用于验证所实现的系统按照计划通过所有条件分支运行。
阶段2使用自底向上的实现和测试风格进行。首先开发并测试了单元基础水平控制。完成一个级别的测试后，就可以释放过程单元或过程单元，以便进行下一层的实现和测试。一旦一个单元或单元完成，就进行单元协调测试。当软件的配方层完成时，较低的软件级别已经经历了多次使用迭代(参见软件体系结构)。
在ANSI/ISA-S88.01支持者的推动下，该团队证明了开发小型、可重用的独立相位逻辑模块是有效的。不同的食谱使用不同的模块没有区别;这些模块总是执行相同的操作。
联锁理念的早期建立将安全联锁置于基础(PLC)级别，将过程联锁置于阶段逻辑(可视化批处理)级别。
安全联锁被定义为保护人员和设备所必需的联锁，无论过程如何操作。工艺联锁被定义为确保产品质量的必要条件。
与需要安全和过程联锁一样，只有在整个控制系统可用的情况下，才能生产出高质量的产品。由于控制分布在几个plc之间，并且有冗余批处理管理服务器，因此需要一个watch-dog-timer (WDT)例程来监视系统处理器的健康状况并通知系统故障。每个阶段逻辑模块监视WDT，并在检测到系统故障时分支到故障逻辑。
团队每天面临的挑战被称为“特征”。随着软件能力的学习，让解决方案“稍微好一点”的请求开始出现在项目经理的办公桌上。这就是核心团队成员经历带来的好处。对每个机会都进行了评估。如果它不是必须的，或者对项目进度没有积极的影响，那么它就被记录下来，并在启动后实现。更改保持最小，并且安装的控制系统非常接近于第一阶段开发的设计。
关键时刻
七月到了，是时候把整个系统从圣路易斯搬到埃文斯维尔开始安装了。但在开始安装之前，必须拆除旧系统。有两周的时间来移除旧的、安装新的、测试安装、进行水和产品试验，没有时间浪费精力。
由于旧的控制系统的演变，32盎司处理中心的plc包含影响其他处理区域的逻辑。取消这些plc将对散装产品接收和其他两个处理中心产生不利影响。精确、快速和详细的转换计划需要消除一个过程域对另一个过程域的依赖。
在关闭前几周，公司召开了详细的规划会议。来自所有流程中心的参与者被邀请协助制定详细的过渡计划，确定每项任务，确定任务优先级，将每项任务分配给个人，并确定每项任务完成的日期和班次。完成后，详细的时间表可供整个网站查看。允许四天时间在批量接收和两个加工中心安装新的plc，并将区域释放到生产中……事实证明，四天时间已经足够了。
为建设(第三阶段)选择电气承包商是项目团队面临的一个重要里程碑。选择承包商的标准包括:足够和有经验的工作人员;愿意帮助确定在关闭前可以进行的活动;承诺在两周内完成;他们的员工愿意忽略头衔，融入项目团队。
团队夜以继日地工作，执行了转换计划，完成了水和产品试验，并获得了32盎司。加工中心比计划提前一天做好生产准备。
新系统的灵活性立即受到挑战，挑战得到了满足。一个新的产品配方被开发出来，并在几个小时内添加到32盎司的加工中心配方库中，据报道，使用旧系统需要一个多星期的过程。
经验教训
美赞臣宣布这个项目是成功的，因为它达到了定义的目标，并证明了让多学科项目团队快速、准确、经济地实现过程自动化解决方案是可能的。
项目团队建议的一个改进是开发一种更有效的方法来记录详细的设计。这个项目使用了详细的流程图，但是团队认为顺序功能图可能是更有效的设计工具(相关信息请参阅侧栏故事)。
项目团队不会改变的一件事是让许多涉众参与每个项目阶段的细节。Al Kroupa说:“完全沉浸在项目中有助于实现我们在实际操作的组织层面培养知识渊博的人员的承诺。”
美赞臣的项目团队停下来互相拍了拍后背，但只拍了一会儿。新的生产力挑战已经出现，在32盎司处理中心实施的解决方案准备利用每一个机会。
灵活的自动化一目了然
美赞臣的工程师使用协作技术来解决许多控制系统项目的共同问题。
项目团队面临的挑战包括:
带有定制接口的过时硬件;
人工干预导致的过程可变性;
文件不足或缺失;
在两周内安装项目;而且
控制系统软件难以更改和测试。
为了克服这些挑战，美赞臣项目团队决定:
使用ISA-S88型号;
选择系统集成商合作伙伴;
组建多学科项目团队;
采用非侵入式过程模拟;而且
让操作员进行软件测试。
来源:控制工程
即将到来，批次产业的下一个大收益
1988年至1996年间，一批批处理专家在不了解或不损害供应商产品的情况下，编写了第一份描述模型和术语的文件，以解释复杂的批处理过程。
在获得官方标准地位之前，ANSI/ISA-S88.01批处理控制第1部分:模型和术语被宣布，并用于设计灵活的批处理过程。一些供应商开始基于S88.01草案发布中揭示的概念开发产品。
许多用户不理解S88.01如何描述实现灵活批处理解决方案所必需的物理和过程元素，而不解释这些元素应该是什么样子。
这种缺乏细节，尤其是食谱方面的细节，并不是一种疏忽。S88委员会需要时间在一个单独的文档中全面检查和记录定义和构建批处理食谱的要求，这导致了dS88.02批处理控制第2部分:语言数据结构和指南的诞生。
ISA dS88.02主要关注必须进入、移出批处理单元以及在批处理单元内移动的数据。S88委员会主席Lynn Craig解释说:“S88.02没有定义系统之间的接口，而是如何描述主配方，以及如何传输定义主配方或批处理计划所需的数据。dS88.02中描述的数据移动方法依赖于关系数据库提供的特性。例如，目的不是移动配方，而是允许移动重新创建配方所需的数据。S88.01中定义的食谱包含五类信息:程序、配方、设备要求、标题和名为“其他信息”的类别。，公式进一步分为工艺输入、工艺输出和参数。所有数据类型都在dS88.02标准中得到了解决。当标准完成时，S88.01中关于配方类别的许多未回答的问题将得到解决。”
1996年发布的技术报告ISA-TR88.03讨论了描述食谱的三种可能方法;表、顺序功能图(SFC)和甘特图格式。
根据Craig先生的说法，dS88.02委员会认为这三种格式都不能完全满足批量控制配方的需求。该标准需要格式提供明确的分离配方程序和设备程序。委员会同意，装备程序要素，例如装备阶段，可以使用传统的SFC格式加以说明。然而，配方过程具有独特的要求，不能完全在IEC-60848(以前为IEC-848)功能图标准中解决。
在IEC-60848兼容的功能图中，当步骤(状态)后面的条件表达式(转换)为真时，活动步骤将终止。此时，活动步骤持有的令牌被传递给转换后的步骤。在大多数批处理过程中，这种从活跃到不活跃的瞬时和不可逆的转换是不可取的。例如，S88.01允许一次在一个单元上激活一个操作。操作由多个阶段构成，对同时活动的阶段数量没有限制。因此，配方过程应该知道活动操作，但可能不知道这些操作中的所有活动阶段。由于阶段可能正在执行异常逻辑，因此有序完成的需求是必要的，并且不应该被配方转换条件变为真而过早地中断。
为了提供对配方过程的一致描述，ISA-dS88.02引入了过程功能图(pfc)，结合了sfc和甘特图的优点并避免了大部分缺点。基于IEC-60848功能图步骤/转换方法(并添加由甘特图提供的直观可视化特征)，pfc可以显示需要做什么。
pfc的开发保持了S88.01中介绍的配方程序元素和设备程序元素之间的分离。Craig先生解释说:“应用sfc的困难在于，配方指示要运行什么，但执行发生在其他地方。一旦设备过程元素启动，它需要独立执行，并响应与其自身逻辑一致的配方转换条件。这通常会造成配方转换和设备程序元素实际完成之间的延迟。”
当dS88.02完成时(目标在1999年初)，批处理行业将有一个非专有的批处理配方描述和数据传输标准，用于驻留在企业系统和控制系统中的现场配方。
dS88.02的“肉”包含在三个部分。
第4节定义了数据模型，并讨论了这些模型如何与S88.01中引入的参考模型相关联。这些数据模型构成了批处理自动化组件统一建模和描述的框架。(在数据库术语中，第4节指定了一组标准对象并定义了它们之间的关系。)S88委员会很快指出，本节中提出的模型并不是为了指定批处理控制系统的标准化系统架构，而是为了提出一个通用的参考模型。
第5节解释了数据结构及其相关的交换机制，包括如何管理配方数据以支持重新创建配方。第5节包含了支持主食谱交换的信息;描述工艺单元的能力和规格;允许交换批历史;并交换批处理计划。
第6节介绍了指定食谱外观和操作方式的语言准则。本节介绍表格、SFC和甘特图格式，并介绍pfc。
大多数批处理管理供应商声称产品符合S88。许多人选择了顺序功能图来描述配方执行，但在某种程度上偏离了IEC-60848 SFC标准，以克服上面解释的问题。毫不奇怪，每个供应商都以自己的方式“解决”了问题。克雷格预测:“当dS88.02发布时，许多声称符合S88的配方管理产品之间的差异应该会消失。”
我们只能希望克雷格先生是对的。ISA-S88.01已被证明是有益的，它允许批处理用户和批处理解决方案提供者“从同一张乐谱上唱歌”:dS88.02提供了每个人都可以“合拍”唱歌的希望。
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