MES还是批量生产:最好的答案是什么?

应用程序应该使用制造执行系统还是批处理软件就足够了?一小组决策点可以确定ISA 88批处理执行系统和ISA 95制造操作管理(MOM)系统的选择或集成最常用的模型。问这些问题来做决定。ISA 95技术报告TR95.02 -集成ISA 88和ISA 95工作流程会有所帮助。

通过丹尼斯Brandl 2014年12月22日

许多公司拥有制造执行系统(MES)、批处理管理系统或两者的组合。决定ISA 88批处理执行系统(BES)更好地服务于流程的哪些部分，以及ISA 95制造运营管理(MOM)系统或MES更好地服务于哪些部分可能是一场有争议的辩论。这里定义的方法和决策树可用于根据基于设备的操作和基于手工的操作的比例来帮助确定适当的工具和实现体系结构。该方法基于ISA 95技术报告TR95.02草案的开发工作-集成ISA 88和ISA 95工作流程。它解决了一个事实，即典型的MOM/MES专注于手动操作，而BES专注于设备控制。在一个完整的自动化环境中，两个不同的系统可以通过利用每个系统的优势一起使用。

新的过程控制

许多公司在其设施中都有自动化孤岛，一些系统使用ISA 88 BES，一些使用纸张流程来协调自动化设备，一些使用ISA 95 MES/MOM系统，通常是每种可能的组合。当需要扩展一个系统或增加新的生产线时，同样的问题总是会出现:我们将使用什么系统来控制新的生产过程?

是否会是MES系统，因为许多手工操作必须协调?
因为许多自动化设备必须协调，所以会成为BES吗?
会是一种组合吗?
如果它必须与现有的自动化设备集成呢?

通常的答案更可能是基于当地经验，或集成商经验，使用MES选项或BES选项，而不是仔细评估优点和缺点。选择最佳方案需要对MES和BES模型都有一定的了解。

工作流模型

许多MESs和BESs的核心模型是工作流。工作流为标准操作程序(SOP)、标准工作指令和其他生产程序提供自动化执行支持。工作流可以是可定制或可编辑的，也可以是硬编码的(在权重和分配过程中是典型的)。

工作流有两个基本模型:编排模型和编排模型。在编排模型中，协调工作流包含对较低级别工作流进行排序的逻辑。较低级别的工作流之间不直接交互，而只与协调的工作流交互。

许多业务系统遵循编排好的工作流模型，因为它提高了服务的模块化和可重用性。编排模型还提供了协调工作流的单一视图，使得查看工作状态和确定下一步很容易。

尽管集中式协调服务会造成性能损失，但在业务流程速度相对较慢的情况下，这种影响通常并不显著。编排模型的最大问题是它不能很好地扩展到整个组织。当作业或任务具有定义良好的范围(例如ISA 88配方的执行)时，编排工作流的工作效果最佳。

在编排模型中，没有整体协调的工作流。任何工作流都可能触发另一个工作流的执行，并等待响应或异步继续。整个工作流过程是由各个工作流中实现的规则集合定义的。因为没有进入工作流的单一视图，编排模型没有提供查看工作状态和确定下一步的简单方法。

编排工作流用于工作范围大、没有单个整体触发条件或不需要整体协调的情况。经过编排的模型可以处理更快的处理时间，并且是经常用于制造应用程序和面向客户的Internet应用程序的模型。这两个应用程序都必须以最小的延迟和延迟处理每分钟数千个交互。

MESs通常使用编排模型。MES通常会处理由外部事件或其他工作流触发的手动任务。MES工作流通常具有处理异常和错误的重要逻辑。

遵循ISA 88模型的BESs使用编排模型。每个配方都是一个编排工作流，以编排的方式指挥较低级别的操作(ISA 88标准中称为设备阶段)。较低层次的程序是相位逻辑，通常在设备模块中实现。该模型允许对批处理的状态进行单一视图，并设计用于不同配方和不同设备中较低级别设备阶段的可重用性。

BES配方是专门的工作流。它们遵循精心编排的模型，其主要目的是控制设备。设备控制可以直接对自动化设备进行控制，也可以作为命令对操作人员进行设备控制。由于对设备控制的关注，批处理系统还实现了工作流的模式和状态控制。模式允许操作人员控制工作流的执行，允许它以自动模式运行，使用半自动化模式的单步运行，或完全手动而没有通过工作流的自动步进。状态控制允许暂停、恢复、停止和中止工作流。并不是所有的MESs都提供这种通过模式和状态来控制工作流执行的能力。

工作流在上面?

有一种典型的基于简单决策的操作工作流模式。如果系统将接收需要多个单独作业(批次或生产运行)的工艺订单，或者存在在操作级别管理的在制品(WIP)，那么通常会有一个工作流系统接收工艺订单，支持将每个工艺订单分解为作业，将作业分配到工作中心(工艺单元、生产线等)，并跟踪WIP。在这种情况下，有一个工作流协调工作中心中的活动。顶层工作流可以配置，也可以根据所选择的工具动态解释。在决定在每个工作中心使用MES或批处理系统时，可以根据决策树确定要使用的适当模型。在任何复杂的制造设施中，不同的工作中心可能有不同的模型。例如，可能存在用于初级加工的批处理模型，用于包装的手动工作流，以及用于进料和材料准备的混合模型。

决策树

可以使用决策树为工作中心选择最佳解决方案。

这四个基本决策是:

1.需要控制的基本操作中有多少百分比是设备执行的操作?这包括可能必须手动执行的设备操作(打开阀门，启动电机，设置设备参数，排序设备步骤)。

如果设备执行动作的百分比很高(例如，超过75%)，那么BES通常是最佳选择。
如果设备执行动作的百分比非常低(例如，低于10%)，那么工作流系统通常是最佳选择。
否则，最好的选择需要额外的决定。

2.主要的协调是通过设备活动还是人工活动?

如果主要的协调是通过装备事件，例如完成装备阶段，那么模型4通常是最佳选择。
如果主要的协调是通过手动事件进行的，那么模型#5通常是最佳选择。

3.是否存在现有的自动化代码?

如果要为工作中心编写自动化代码，那么模型#1是最佳选择。
否则，最好的选择是增加代理相来封装设备控制。

4.设备是否有PackML接口?

如果有PackML设备接口，那么模型#2通常是选择。
否则，通常选择模型3。

模式# 1

模型1是当设备执行动作的百分比很高且没有自动化设备的现有自动化代码时的选择。在这个模型中，配方执行系统协调整个过程。配方执行系统将与使用ISA 88设备模块和控制模块模式定义的ISA 88设备阶段通信。通过配方执行系统的提示和响应，或通过使用专用显示器、灯和开关的自动化设备，可以直接与操作人员进行手动操作。

带有PackML接口的模型2

模型2是当设备执行动作的比例很高，有自动化设备的现有自动化代码，并且设备公开PackML (ISA 88 TR.02)接口时的选择。在这个模型中，创建代理阶段来封装PackML接口。代理阶段要么是自动化代码，要么是在配方执行系统中运行的代码，这使得PackML接口看起来像配方系统的阶段逻辑接口(PLI)。由于PackML为设备控制提供了标准模式和状态模型，并提供了传递参数和返回结果的标准方法，因此可以使用一组标准代理阶段在配方系统和自动化设备之间建立接口。

没有标准接口模型的模型2

在这个模型中，因为没有到现有自动化设备的标准接口，所以必须为每个自动化设备创建自定义代理阶段。自定义代理阶段将实现ISA 88阶段模式和状态模型，并将配方命令转换为等效的特定于设备的命令。

模型#3工作流协调

该模型适用于与自动化设备的接口很少，且大部分操作与设备控制不直接相关的情况。在这种情况下，具有可配置工作流的MES或MOM系统通常是最佳选择。工作流执行引擎将提供与操作员和其他用户的直接交互。任何与自动化设备所需的通信将根据具体情况处理。

模型4配方协调

当工作中心内的主要工作协调是通过设备事件时，使用此模型。事件通常以完成协调配方中的阶段或操作的形式出现。与模型#1不同，与手工操作相关联的重要工作流不能使用配方的编排工作流模型轻松定义。在这种情况下，编排好的工作流被用来协调手工操作。基本上，MES或MOM系统为配方系统提供手动操作的服务。通常创建代理是为了将配方的阶段命令转换为在MES或MOM系统中启动小工作流的命令。

在这个模型中，关于如何实现配方到设备接口的决策与模型#1和#2所需的决策相同。

模型#5工作流协调

当工作中心内的主要工作协调是通过手工事件时，使用此模型。此外，如果设备执行的动作和非设备执行的动作相结合，则通常使用此模型。整个工作流程由MES或MOM系统控制，批次从工作流程开始。工作流通常在配方完成时继续进行，MES将收集批记录并将其添加到整体工作记录中。

在这个模型中，关于如何实现配方到设备接口的决策与模型#1和#2所需的决策相同。

未来，组合模型

决策树是必要的，因为编排工作流(主要用于处理MES/MOM系统上的手工交互)和配方执行系统中遵循ISA 88模型的编排工作流之间存在历史分裂。

在未来，可能会出现允许两种工作流模型、使用ISA 88模式和状态模型的设备控制以及复杂的手动交互能力的组合系统。然而，当今天将这些系统放在适当的位置时，拥有一组决策点来确定最常用的模型，以选择或集成BES和MES/MOM系统是有帮助的。

- Dennis Brandl是BR&L咨询他的公司专注于IT制造业;由内容经理马克·霍斯克编辑，控制工程，mhoske@cfemedia.com．

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