[发明专利]用于对生产工厂的实体工厂项进行建模的通用工厂模型

说明书

技术领域

本发明涉及用于在具有工程环境和运行时间环境的制造执行系统内对生产工厂 的实体工厂项进行建模的通用工厂模型。

背景技术

众所周知，用于由企业资源计划(ERP)做计划并且由车间生产的制造过程的方法 提供了制造执行系统(MES)，以用于建模、计划、调度和执行制造过程，并且控制工厂车间层 级处对应的生产步骤。在由层级0至层级4构成的自动化金字塔中，ERP系统驻留在层级4处 的最高层级，其表示负责粗略生产计划和购买订单处理的企业层级。MES系统位于层级3，其 表示工厂控制层级，包括详细的生产建模、计划、生产执行、生产数据获取、KPI计算、资源和 质量管理。过程控制层级位于层级2并且包括SCADA系统(监管控制和数据获取)，其用于生 产的观察和控制、生产配方的管理以及生产数据的存档。定位在层级1处表示字段级过程信 号和I/O模块以及现场总线的那些，由此经由I/O信号给技术生产过程提供接口。通常实现 在层级0处表示占主导的二进制信号的快速数据收集的执行器/感测层级。当然，不同层级 的边界根据各自的生产设施(工厂)的设置和情况而浮动。

特定地，企业资源计划系统(在下文中被称为ERP)是包括硬件装置和对应的软件 应用程序的、用于计划企业的商业资源的系统，商业资源即材料供应、人力资源管理、采购、 订单、效益、财政、库存控制、客户管理等，而层级0和层级1处的术语“车间”已用于指示下述 系统，所述系统例如通过对每个机器每小时生产的件的数目或其运行参数、所生产的件的 质量进行测量等来支持对进行生产动作并涉及制造过程的单个机器的控制。

制造执行系统(在下文中被称为MES)是层级3处的中间层，其提供ERP上层与车间 低层之间的计算机器和软件工具，包括用于生产订单管理(其从ERP接收生产需求)的软件 工具以及用于生产建模的软件工具，其支持对要涉及制造过程的资源(即员工、机器和材 料)进行选择和管理的阶段，以在所需时间约束内实现所计划的制造过程。

因此，通过ANSI/ISA/95标准来管理的制造执行系统需要对用于调度活动和控制 活动二者的工厂设备进行建模。因此，生产过程通常包括生产需求，其对针对单个产品的生 产需求进行定义。预定义的产品通过生产规则来标识，其中，每个生产规则被划分在表示由 MES控制的简单生产动作的许多分段需求中。

因此，生产需求(也可以被称为操作需求或工作订单)包含至少一个分段需求；即 使其跨越产品的所有生产。分段需求至少包含具有标识的材料生产需求、要生产的产品的 数量和测量单位。通常，在MES中，用户会由于各种原因如机器停机时间、材料短缺、缺少人 力而想要修改待生产的产品的数量。

针对MES的另一关键问题在于，立即对由ERP开发的操作进度作出反应。在该活动 中，根据操作进度来创建工作订单是MES和ERP的交互中最具挑战的任务之一，并且因此应 该在可能的最好性能情况下来进行操作。通常，工作订单在执行步骤、资源和参数方面相当 复杂，其在于：从头开始创建工作订单非常耗时，并且通常与大多数紧凑的制造进度不兼 容。

考虑到用于使整个系统能够在自动化金字塔的不同层级之间交换数据的合适软 件结构仅有非常少的要求，现今的可用的软件系统无法满足这些要求。当前，每个系统ERP、 MES、SCADA和DCS(分布式控制系统)包括其各自的用于对实体设备资源进行建模的建模工 具以及相应的层次，因此并未采用均匀和可渗透的方式来完成相应的层次。

因此，在工程以及运行时间中，由于保持不同计划模型一致的必要性导致这些不 同层级的产品之间的集成较难并且容易有错误。目前为止在控制环境中将新的控制功能 (即设备的温度)链接至新的目标目的地仍是极大的投入。通常，需要单独的脚本来使该新 信息被传递。

发明内容

因此，本发明目的在于提供一种受益于集成架构的、用于生产设施的MES系统、 SCADA系统和DCS系统的通用工厂模型，其使得能够针对附接至通用工厂模型的所有类型的 系统(MES、SCADA、DCS)对生产设施的实体资源进行严格和持久的建模。具体地，通用工厂模 型将提供创建以下机制的可能性：所述机制允许从工程方面链接工厂项更容易，该工程方 面与工程师正在从事的系统(MES、SCADA、DCS、ERP)无关。