定義製造業操作（定義 MES/MOM 系統）

定義製造業操作（定義 MES/MOM 系統）

製造業操作包含衆多工廠級活動，涉及設備（定義、使用、時間表和維護）、材料（識別、屬性、位置和狀態）、人員（資格、可用性和時間表），以及這些資源與包含其信息碎片的衆多系統之間的互動關係。爲了界定MES/MOM系統的邊界以及與用戶和其他系統的互動，並協調這種功能組合，最大限度地利用商業MES/MOM軟件產品，需要一個製造業參考框架。MOM製造業操作標準促進了MES/MOM的設計理念。

製造業操作標準 — ANSI/ISA-95

有許多數據模型可用於指導開發製造和供應管理系統。其中一個用於製造系統的流行參考模型是國際自動化協會（ISA）的五部分標準，名爲ANSI/ISA-95企業-控制系統集成。本文使用該標準中的模型和術語來定義製造執行系統解決方案的用戶和功能要求。ISA-95標準定義了一個分層的系統模型，包含了企業內用於支持和執行製造運營管理的領域層級。第4層功能（任務和交流）包含了商業計劃和物流層面，並支持普渡企業模型中更高的領域層次（第5層及以上）的供應鏈管理。第3層功能將製造運營管理定義爲商業MES工具的領域。

按照目前的結構，ANSI/ISA-95由以下部分組成，總標題爲企業-控制系統集成。

• ANSI/ISA-95.00.01-2010 — 第 1 部分：模型和術語
• ANSI/ISA-95.00.02-2010 — 第 2 部分：對象模型屬性
• ANSI/ISA-95.00.03-2012 — 第 3 部分：製造運營管理 (MOM) 的活動模型
• ISA-95.00.04 草案——第 4 部分：MOM集成的對象模型屬性
• ANSI/ISA-95.00.05.-2012 — 第 5 部分：企業與製造間事務

定義的MES/MOM領域僅包括生產、質量、維護和庫存操作管理功能、功能內的任務以及操作中的任務和操作順序之間的交流。以下是識別 ISA-95 模型第 3 部分的MES/MOM 活動的組成部分：

• 生產運營管理：製造工廠第3層的管理活動，協調、指導、管理和跟蹤每一個消耗原材料、能源、設備、人員和信息的操作，以生產符合成本、質量、數量、安全和及時性要求的產品。MES的功能主要來自於這個活動模型，其次是來自於下面的輔助活動模型。
• 維護運營管理：管理活動協調、指導和跟蹤維護設備、工具和相關資產的功能，以確保其可用於生產運營。這包括轉換、設置和原地清潔的活動和操作。
• 質量運營管理：管理活動協調、指導和跟蹤測量和報告質量測試活動的職能，以支持生產運營。質量操作管理的廣泛範圍包括質量操作和對這些操作的管理，以確保中間和最終產品的質量。
• 庫存運營管理：這些活動協調、指導和跟蹤在工作中心之間和內部轉移物料的功能，並管理有關物料位置和狀態的信息，以支持生產運營。

關於上述模型或ISA-95標準的更詳細解釋，請參考ANSI/ISA-95.00.03-2011 - 企業控制系統集成第3部分：製造運營管理 (MOM) 的活動模型。

MES/MOM 用戶和功能需求模型

使用標準驅動的製造信息模型，可以實現爲車間內特定的實時工作過程指定所需的製造執行系統解決方案的形式。該信息模型提供了一個框架，可與用戶需求規範（URS）和高級功能需求規範（FRS）一起使用。這些指南可以幫助企業選擇一個現成的商用現成（COTS）MES產品，提供最高級別的可配置性以滿足製造領域的特定需求。這種設計方法可確保MES項目爲車間管理層提供當前和準確的MOM可視性，以允許執行實時工作流程，不會因非增值數據交換或執行任務而造成損失。

圖 3-5：ISA-95製造運營管理模型

在製造領域，許多自動化信息系統被應用於企業和現場安裝層面，爲調度/計劃、執行、管理和分析提供應用，以支持運營工作流程。這些應用程序維護着與生產有關的財務和資產管理以及監管數據要求。ISA-95第1部分和第2部分中模型的最初使用定義了第3部分中每個製造操作活動和功能的當前執行情況；圖3-5被用作ISA-95的基礎，以定義定義、執行和支持車間的實時工作流程所需的功能和交換的邏輯位置，以完成生產訂單並管理企業的資源。

MOM活動確定了功能、任務和數據交換，這些活動完全是第4層或第3層的實施。根據製造環境的形式，這些任務通常被分配給第4層的系統或第3層的系統。特定工廠的用戶和功能要求確定了哪種系統和架構可以支持交易率、參數化數據加載、交換時間和持續改進的變化管理程度的實時工作流程要求。

在商定了既定的邊界要求後，下一步是在整個製造領域進行詳細的車間功能需求收集會議，以建立一個基準的MES功能需求矩陣。這些邏輯分組需求的結構和組織的主要來源是遵循既定的指導方針，如ANSI/ISA-95.00.03-2012 - 企業控制系統集成第3部分：MOM的活動模型來定義功能邊界。在每個工廠區域、生產線和操作中，出現了關於當前條件和期望操作條件的具體細節。

每個活動模型的第3部分任務清單是任何給定製造情況下用戶系統需求的60%。第3部分的定義爲發現其他40%的用戶系統需求提供了一個良好的框架。如圖3-6所示，根據第三部分的標準生產操作活動模型和準則（圖3-6，虛線 "A"），爲特定的操作或生產線繪製了一張整體圖，確定了每個MES/MOM系統的邊界（虛線 "B"）。這個例子強調了與第3部分標準中的規範化功能邊界的偏差。這個模型提供了：

1. 建立URS項目邊界的框架。
2. 系統的FRS的數據庫類結構和操作類型框架。
3. MES系統的實施和接口邊界。
4. 評估每個MES/MOM系統的商業軟件供應商產品的基準。

圖 3-6：ISA-95 第 3 部分生產運營管理活動模型示例

其結果是一個用戶驅動的URS和一個符合具體、明確的行業準則的高級FRS。這種方法爲與外部供應商和系統集成商以及內部部門（製造、工程、IT、財務）的清晰溝通建立了一種共同語言。

確定總體 URS 和高級功能需求後，項目將按以下步驟進行：

• 完成一個商業案例分析
• 準備MES/MOM產品要求
• 完成市場調查，以確定合適的MES產品的可用性
• 制定採購策略
• 制定詳細的功能要求規範（數據庫結構、交易、生產規則、序列/工作流程邏輯、操作模式之間的轉換以及用戶界面要求）。