探索制造业中的 ISA-95 标准

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在当今快速发展的工业格局中，数据已成为寻求简化流程、提高效率和获得竞争优势的组织的重要资产。 自动化领域，特别是在 ISA-95 背景下，为有效管理数据带来了机遇和挑战。

因此，我们将探讨 ISA-95 标准的基本概念及其在改进制造工艺方面的重要性。他们在促进跨职能协作方面的作用有助于传统工业运营的优化和实施。

了解 ISA-95 标准

ISA-95标准，也称为ANSI/ISA-95或ISA-95，是由国际自动化协会（ISA）制定的国际标准。

它专注于制造业内企业和控制系统的集成。 ISA-95 代表“企业控制系统集成”，提供了一个用于设计和实施组织的业务和制造流程之间的互操作性的框架。

该框架有助于增强这些互连系统的协调和效率。其目的是改善这些流程之间的交互并提高整体运营效率。

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ISA-95的主要目标是为不同级别之间的通信和数据交换建立通用语言和结构。这些级别涵盖从做出业务决策的企业级别到管理实时生产流程的控制级别。

该标准有助于弥合信息技术 (IT) 和运营技术 (OT) 领域之间的差距。

ISA-95 层次结构（自动化金字塔）

制造自动化金字塔是 ISA-95 层次结构的概念表示，通常与工业自动化和控制系统相关。

自动化金字塔，也称为“工业 3.0”的自动化层次结构，说明了工业环境中控制和自动化系统的层次结构。它是一种可视化，有助于理解制造环境中不同级别的控制及其互连。

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自动化金字塔的各个级别从下到上通常包括：

• 第 0 层：现场设备和仪器 这是金字塔的最低层，传感器、执行器和仪器等物理现场设备位于此处。这些设备从制造过程中收集数据并将其发送到更高级别进行处理和控制机械。
  
  

• 第 1 级：控制设备和 PLC（可编程逻辑控制器）： 在此级别执行基本控制功能。 PLC 和控制设备接收来自现场设备的输入，并根据预编程逻辑做出决策。他们直接控制流程和机器。
  
  

• 第 2 级：监控 此级别涉及从多个 PLC 和控制设备收集数据的监控系统。它提供实时监控、数据聚合以及针对特定区域或流程的有限控制能力。
  
  

• 第 3 级：制造执行系统 (MES)： MES 负责管理生产调度、工单、质量控制和制造运营的整体协调。它弥合了车间和企业系统之间的差距。
  
  

• 第 4 级：企业系统 这是金字塔的最高层，包括企业资源规划 (ERP) 系统，用于管理业务运营，包括财务、销售、采购、和规划。来自较低级别的数据输入到这些系统中以进行较高级别的决策。

ISA-95 不仅仅是金字塔层次结构。另一方面，ISA-95 提供了一种更全面和标准化的方法来集成企业和控制系统。它帮助组织设计和实施业务和制造流程之间的互操作性，促进改进的协调和效率。

此外，在考虑实施 ISA-95 等标准的背景下的不同控制级别时，自动化金字塔可以是一个有用的可视化工具。

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信息模型的类别

信息模型类别是指对组织制造过程的不同级别之间交换的信息进行组织和分类的分类系统。

此外，该模型构建并促进了对确保业务和制造流程之间的有效通信和集成所需的信息类型的定义和理解。

1. 控制和监控： 此类别包括与设备、流程和生产活动的实时控制和监控相关的信息。此外，它还涉及传感器读数、设定值、警报、操作状态以及即时操作控制所需的其他数据等数据。
   
   

2. 生产计划： 此类别包含有关生产计划和计划的信息。它包括有关生产订单、工单、生产顺序、任务开始和结束时间以及生产计划的任何更改的数据。
   
   

3. 性能分析： 此类别涉及用于分析制造流程性能的信息。它包括与周期时间、生产率、停机时间、效率指标、质量测量和其他绩效指标相关的数据。
   
   

4. 质量与合规性： 与质量控制和合规性相关的信息属于此类别。它包括有关质量标准、检验结果、测试数据、不合格项、纠正措施和法规合规性的数据。
   
   

5. 维护和可靠性： 此类别包括有关设备维护、可靠性和资产管理的信息。它涵盖了有关维护计划、维护活动、备件库存、设备状态监控和预测性维护的数据。
   
   

6. 物料流和库存： 此类别包括有关物料移动、库存水平和物料需求的信息。它涉及物料消耗、物料请求、库存数量和物料跟踪等数据。
   
   

7. 资源分配： 此类别包含与资源分配和利用相关的信息，包括人员、设备、工具和设施。它包括有关资源可用性、分配和使用情况的数据。
   
   

8. 订单履行： 与订单处理和履行相关的信息在此分类。它包括有关客户订单、订单状态、订单更改、运输详细信息和交货时间表的数据。

设备对象模型

ISA-95 标准中的设备对象模型侧重于表示制造和生产过程中使用的物理和逻辑设备及资源。

该模型提供了一个用于组织、分类和管理设备的结构化框架，允许在制造环境中进行有效的监视、控制和维护。

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该模型层次结构反映了不同设备单元之间的物理和逻辑关系及其在生产过程中各自的角色。

然而，虽然具体术语可能因行业和组织而异，但以下是设备对象模型层次结构的常见组织：

1. 企业： 这是层次结构的最高级别，代表整个组织或公司。它包含所有场地和设施。
   
   

2. 场地 场地是指进行制造操作的物理位置或设施。它可以是工厂、厂房或任何其他设施。一个站点内可以存在多个区域。
   
   

3. 区域： 区域代表场地内进行特定类型制造活动的特定部分。可以为不同的流程、产品或功能指定区域。
   
   

4. 单位： 单位是指某个区域内的不同设备或特定生产单位。单元可以是单独的机器、装配线或工艺单元。它们是制造过程的主要操作组件。
   
   

5. 控制模块： 控制模块是可以独立控制和监控的单元的功能部分或模块。它可以是较大单元内的特定子系统、设备或组件。
   
   

6. 组件： 组件代表组成控制模块的较小部件或子组件。此级别可能并不存在于所有层次结构中，并且对于复杂系统特别有用。

ISA88 的目的是为过程控制行业中使用的批量控制系统的设计和规范提供适当的标准和推荐实践。

4 级 (ERP) 和 3 级 (MES) 之间的信息交换

ISA-95 框架内第 4 级（企业）和第 3 级（制造运营管理）之间的信息交换模型涉及通信和数据交换。它位于企业级别的业务流程和运营管理级别的制造运营流程之间。

这种交流对于协调业务战略、生产计划和车间执行至关重要。

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信息模型可分为资源、生产能力、产品定义、生产计划和生产绩效。

1. 资源可用性： 级别 3 向级别 4 提供有关当前资源可用性以及可能影响生产的任何潜在限制的实时更新。第 4 级根据生产订单发送请求，为生产活动分配特定资源。
   
   

2. 生产能力： 第 4 级与第 3 级共享有关制造能力和限制的信息。第 3 级将制造能力的利用率回复到第 4 级，表明可用资源的效率如何正在被利用。
   
   

3. 产品定义： 第 4 级提供了要制造的产品的详细规格和要求。第 3 级验证第 4 级的产品规格和要求是否准确且可用于生产。
   
   

4. 生产计划： 第 3 级接收来自第 4 级的生产计划，详细说明了履行订单所需的制造活动的顺序和时间安排。然后，第 3 级会将生产计划的任何更改或更新传达回第 4 级，例如延迟、加急订单或由于资源限制而进行的调整。
   
   

5. 生产绩效： 第 3 级与第 4 级共享实时进度更新，包括有关生产数量、已完成任务以及与生产计划的任何偏差的信息。 3 级提供有关质量检查、测试结果以及生产过程中出现的任何质量相关问题的数据。

因此，第 4 级通过向第 3 级发送生产订单、工作订单和资源分配请求来启动交换。第 3 级通过资源可用性、生产进度、质量数据和生产计划的任何更改的更新进行响应。

制造运营管理活动模型

制造运营管理 (MOM) 活动模型是 ISA-95 框架的一部分，该框架侧重于分解和构建制造运营流程中发生的活动。

它提供了需要在车间执行的任务和操作的详细视图，以满足更高级别流程（例如生产订单和工作订单）指定的要求。

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此外，MOM 活动模型充当企业级（第 4 级）定义的高级业务流程与制造运营管理级（第 3 级）车间执行的具体操作之间的桥梁。

ISA-95 的作用

因此，ISA-95标准在适应现代工业管理面临的挑战，增强制造业的沟通和集成方面发挥了重要作用。制造业不断发展的复杂性，加上工业 4.0 等技术的快速进步，需要标准的结构化框架可能无法完全提供的灵活性。