MES是如何遵从ISA-95标准

MES的发展已有三十多年。
随着IT技术的不断迭代，以及制造业的转型升级，MES（制造执行系统），这专属于制造业的信息化系统，也经历了数次演化和更新，特别是最近几年开始的数字化转型、智能制造等新业态赋予了MES更加重要的作用。而工业互联网、AI、工业大数据、云计算、微服务等新技术丰富了MES的内容和形式。
但是无论技术如何酷炫，场景应用多么复杂，我们需要“拨开云雾”，回归本质，从制造业底层逻辑角度来理解和应用MES，让MES发挥更大的作用以便更好地服务于智能制造。
最能讲清楚MES起源本质的，不得不提ISA-95和MESA这两个国际标准规范。
为了帮助大家“读懂”MES，将分期安排关于ISA-95、MESA标准的解读分享，敬请关注。

1.MES起源
1990年11月，美国先进制造研究中心AMR（Advanced Manufacturing Research）首先提出MES制造执行系统这一概念。
2.MES标准化
有三个组织先后参与到标准化的建立和完善。
MESA
MESA是制造执行系统协会简称，是一个由制造业最终用户、系统集成商、软硬件供应商、行业分析家与顾问所组成的民间机构。
ISA-95
ISA-95 简称S95，也有称作SP95。ISA-95 是企业系统与控制系统集成国际标准，由仪表、系统和自动化协会 (ISA) 在1995年投票通过。
ANSI(美国国家标准协会) 监督该标准的开发过程并保证其过程是正确的。
一个MES系统，竟能牵动这么多组织和机构的关注，足以说明它的“江湖地位”。
# 3.MES的11大功能
MESA定义了MES的11大功能。同时规定，只要具备其中某一个或几个，也属于MES产品范畴。这规定在业内被视为金玉良言，神一般的存在呵！
资源分配及状态管理
 该功能管理机床、工具、人员物料、其它设备以及其它生产实体，满足           生产计划的要求对其所作的预定和调度，用以保证生产的正常进行；提          供资源使用情况的历史记录和实时状态信息，确保设备能够正确安装和运 转。
工序详细调度
该功能提供与指定生产单元相关的优先级、属性、特征等，基于有限能力的调度，通过考虑生产中的交错、重叠和并行操作来准确计算出设备上下料和调整时间，实现良好的作业顺序，最大限度减少生产过程中的准备时间。
生产单元分配
该功能以作业、订单、批量、成批和工作单等形式管理生产单元间的工作流。通过调整车间已制订的生产进度，对返修品和废品进行处理，用缓冲管理的方法控制任意位置的在制品数量。当车间有事件发生时，要提供一定顺序的调度信息并按此进行相关的实时操作。
过程管理
该功能监控生产过程、自动纠正生产中的错误并向用户提供决策支持以提高生产效率。通过连续跟踪生产操作流程，在被监视和被控制的机器上实现一些比较底层的操作；通过报警功能，使车间人员能够及时察觉到出现了超出允许误差的加工过程；通过数据采集接口，实现智能设备与制造执行系统之间的数据交换。
人力资源管理
该功能以分为单位提供每个人的状态。通过时间对比，出勤报告，行为跟踪及行为为基础的费用为基准，实现对人力资源的间接行为的跟踪能力。
维修管理
该功能为了提高生产和日程管理能力的设备和工具的维修行为的指示及跟踪，实现设备和工具的最佳利用效率。
计划管理
该功能是监视生产提供为进行中的作业向上的作业者的议事决定支援，或自动的修改，这样的行为把焦点放在从内部起作用或从一个作用到下一个作业计划跟踪、监视、控制和内部作用的机械及装备；从外部包含为了让作业者和每个人知道允许的误差范围的计划变更的警报管理。
文档控制
该功能控制、管理并传递与生产单元有关工作指令、配方、工程图纸、标准工艺规程、零件的数控加工程序、批量加工记录、工程更改通知以及各种转换操作间的通讯记录，并提供了信息编辑及存储功能，将向操作者提供操作数据或向设备控制层提供生产配方等指令下达给操作层，同时包括对其它重要数据（例如与环境、健康和安全制度有关的数据以及ISO信息）的控制与完整性维护。
生产的跟踪及历史
该功能可以看出作业的位置和在什么地方完成作业，通过状态信息了解谁在作业，供应商的资财，关联序号，现在的生产条件，警报状态及再作业后跟生产联系的其他事项。
执行分析
该功能通过过去记录和预想结果的比较提供以分为单位报告实际的作业运行结果。执行分析结果包含资源活用，资源可用性，生产单元的周期，日程遵守，及标准遵守的测试值。具体化从测试作业因数的许多异样的功能收集的信息，这样的结果应该以报告的形式准备或可以在线提供对执行的实时评价。
数据采集
该功能通过数据采集接口来获取并更新与生产管理功能相关的各种数据和参数，包括产品跟踪、维护产品历史记录以及其它参数。这些现场数据，可以从车间手工方式录入或由各种自动方式获取。
以上功能范围内并没有包含质量作业模块、库存作业模块，而这正好是需要ISA-95对MES进一步优化和完善。
目前市场上基于SOA架构的MES系统，在功能规划上基本上都是参考以上范围展开的。
不过请注意，以上11大功能，很容易和ISA-95标准里的Purdue参考模型11大功能相混淆。
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                  Purdue参考模型：来自ISA-95
MESA对MES 功能作出明确的定义，ISA相继开发了相关模型，用于描述和标准化这类软件系统。 ANSI/ISA-95国际标准定义了企业级业务系统与工厂车间级控制系统相集成时所使用的术语和模型。该标准还定义了中间层MES系统应支持的一系列不同的业务操作。
4. ISA-95标准
第一部分：模型和术语。定义了一套标准的术语和一致的概念和模型，用于控制系统与企业系统的集成。
第二部分：对象模型属性。定义了第四层企业系统和第三层控制系统之间交换信息的对象模型，并通过对属性的定义说明了对象模型的细节。
第三部分：生产运营管理的活动模型。定义了制造运行的四大部分以及通用活动模型，  并对四大部分的内容和相互之间的主要信息流进行了描述。
第四部分：MOM对象模型和属性。定义了MOM内部活动的对象模型及内部各部分之间信息流交互的对象模型。
第五部分：业务到制造交易。定义了基于XML的数据格式，统一了层级间数据交换格式。
第六部分：消息服务模式。定义了各层级之间，以及第三层之间消息传递的方式
5. ISA-95 对象模型
按功能分“4+9”模型”。
类1：资源。包括人员，设备，材料和过程段对象4个模型。
类2：能力。包括生产能力，过程段能力2个模型。
类3：产品定义。包括产品定义信息1个模型。
类4：生产计划。包括生产计划和生产性能2个模型。
模型1:
人力资源模型：此模型专门定义人员和人员的等级，定义个人或成员组的技能和培训， 定义个人的资质测试，结果和结果的有效时间段。
模型2:
设备资源模型：设备资源模型用于定义设备或设备等级，定义设备的描述，定义设备的能力， 定义设备能力测试，测试结果和结果的有效时间段。定义和跟踪维护请求。
模型3:
材料资源模型：此模型专门定义材料或材料等级属性，对材料进行描述，定义和跟踪材料批量和子批量信息，定义和跟踪材料位置信息，定义材料的质量保证测试标准，结果和结果的有效时间段。
模型4:
过程段模型：专门定义了过程段， 提供过程段的描述，定义过程段使用的资源（人，设备和材料）‘
模型5：
过程段能力模型：定义过程段的能力，定义过程段的执行顺序。
模型6：
生产能力模型：此模型对生产能力或其他信息进行描述， 独一无二地对设备模型的特定生产单元定义生产能力，提供当前能力的状态（可用性，确认能力和超出能力），定义生产能力的位置，定义生产能力的物理层次(企业，生产厂，生产区域， 生产单元……)，定义生产能力的生命周期（起始时间，结束时间），对生产能力的发生日期归档。
模型7：
产品定义模型：产品定义模型用于专门定义产品的生产规则（配方，生产指令），并对此规则提供一个发布日期和版本，指定生产规则的时间段，提供生产规则及其他信息的描述， 指定使用的材料表和材料路由， 为生产规则指定产品段的需求（人员，设备和材料）， 指定产品段的执行顺序。
模型8：
生产计划模型：生产计划模型用于对特定产品的生产发出生产请求，并对请求提出一个唯一的标识， 提供对生产计划以及相关信息的描述，提供生产计划请求的开始和结束时间，对生产计划发布的时间和日期归档，指出生产计划请求的位置和设备类型（生产厂，生产区域， 过程单元，生产线……）
模型9：
生产性能模型：生产性能模型根据生产计划请求的执行或某一个生产事件报告生产结果，唯一地标识生产性能， 包括版本和修订号，提供生产性能的描述和其他附加信息，识别相关的生产计划， 提供实际的生产开始和结束时间， 提供实际的资源使用情况，提供生产的位置信息，对生产性能发布的时间日期归档，提供生产产品设备的物理模型定义（生产厂，生产区域，过程单元，生产线……）
6. ISA-95 层级模型
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其中第四层主要活动定义：
a) 收集和维护原材料和备件的使用情况和可用库存, 并提供原材料和备件的采购数据。
b) 收集和维持总体能源使用情况和现有库存, 并提供能源采购数据。
c) 收集和维护生产库存文件中的全部货物。
d) 收集并维护与客户要求相关的质量控制文件。
e) 收集和维护用于预防和预测性维护计划所需的机械设备使用和生命史文件。
f) 收集和维护人力使用数据, 以传递给人事和会计。
g) 制定工厂基本生产计划。
h) 根据资源可用性变化、可用能源、电力需求水平和维护要求, 修改收到的订单的基本工厂生产计划。
i) 与基本工厂生产计划协调, 制定最佳的预防性维护和设备更新时间表。
j) 确定每个存储点的原材料、能源、备件和物料的最佳库存水平。这些功能还包括物料需求计划 (MRP) 和备件采购。
k) 在发生重大生产中断时, 根据需要修改基本工厂生产计划。
l) 根据上述所有活动的能力规划。
第三层主要活动：
a) 报告区域生产, 包括可变制造成本。
b) 收集和维护有关生产、库存、人力、原材料、备件的区域数据和能源使用。
c) 按工程职能要求进行数据收集和离线分析。这可能包括统计质量分析及相关控制功能。
d) 执行必要的人事职能, 如: 工作期间统计 (例如, 时间、任务)、休假时间表、工作队伍时间表、联合级数、内部培训和人员资格。
e) 为其所在地区制定即时详细的生产计划, 包括维修、运输和其他与生产有关的需求。
f) 在执行4级职能制定的生产计划的同时, 在当地优化其各个生产区域的成本。
g) 修改生产计划, 以补偿在其职责范围内可能发生的工厂生产中断。
7.MES如何遵从ISA-95标准？
1）MES解决方案的应用架构从设计到应用模块上均参照 S95 标准的要求，其主要模块质量，生产和效率均与S95标准一致。
2）MES的各个模块中贯穿了生产计划， 设备，生产过程，资源等 S95 对象模型，通过各种标准的生产事件实现 S95 的标准功能，S95中的各种对象，信息流，功能描述在 MES中得到了空前的统一和完整的体现。
  3）MES 采取了 S95 的标准 XML 接口，从而直接连接符合标准的各大 ERP 厂家。
  4）ISA-95标准对MES边界的定义，是作为MES边界定义的基础和指导。
  MES系统功能划分和边界定义应遵循以下原则：
安全性原则
先进性原则
可靠性原则
实用性原则
可扩展性原则
可维护性原则
可建设性原则
5）根据ISA-95标准，制造作业管理活动包括对生产、维修、质量、库存4大部分的管理以及支持活动（安全管理，信息管理，配置管理，文件管理，法规兼容性管理，事故和偏差管理）帮助制造企业解决如下关键性生产问题：
如何生产
可以生产什么
在什么时间生产什么
在什么时间已经生产什么