|
Uitleg
ISA 95
Inleiding
Dit artikel poogt zonder een droge opsomming te geven van de standaarden via een
verzonnen bedrijfsituatie ISA-95 uit te leggen. Zie voor
een korte beschrijving van de standaarden in het Nederlands :
Dit artikel richt zich op de ISA-95-1 en 2
standaarden (koppeling ERP-MES)
| De case : Bolkswagen AG
Bolkswagen AG is een producent van auto's
met de hoofdvestiging in het Duitse Bolfsburg. Zij produceren drie
modellen auto's : de Bolf, de Bolo en de Bassat. Van de Bolf bestaat een
cabrioversie en een hatchbackversie. De onderneming heeft
productievestigingen in Bannhover en het Poolse Bdansk. De cabrio en de
hatchbackversie van de Bolf hebben dezelfde chassis. De chassis worden
zowel in Bannhover als in Bdansk gemaakt. In Bannhover bouwt men de
carrosserie voor de cabrio's en de hatchbackversie. In Bdansk alleen de
hatchbackversie. De Bolfjes kunnen op klantspecificatie (wilt u wel of
geen stoelverwarming ?) worden afgeleverd. De onderneming maakt gebruik
van een ERP systeem. Via dit ERP systeem kan de dealer een klant
specifieke order invoeren. Deze orders worden verzameld in Bolfsburg en
dan verdeeld over de vestigingen. Na een bepaalde tijd wordt de auto bij
de dealer afgeleverd.
De orders
Op 15 april worden er in totaal 50 cabrio's
besteld en 200 hatchbacks van het type Bolf, deze moeten 15 mei worden
afgeleverd (verzenddatum).
Wat doet het ERP systeem ?
- Het doet een aanvraag naar de
beschikbare capaciteit in de periode 15 april tot 15 mei voor 50
cabrio's voor de site Bannhover, 200 hatchbacks in Bannhover en 200
hatchbacks in Bdansk.
- Het ERP systeem krijgt de
eventueel beschikbare capaciteit terug samen met een aantal
parameters om de productie te optimaliseren.
- De meest optimale orders worden
geboekt, namelijk 150 chassis in Bolfsburg op 3 mei, 50 cabrio's
carroserie in Bannhover op 7 mei, 100 Bannhover
carroserie in Bannhover op 9 mei. In Bdansk worden 50 chassis +
carroserie op 10 mei gepland. Hier is een komplete lijn tijdelijk in
onderhoud zodat de beschikbare capaciteit gering is.
- Bij bevestiging dat de orders
afgehandeld zijn en wordt het ERP systeem geïnformeerd. De dealer
weet dan dat de auto's eraan komen.
Het ERP systeem communiceert hier met twee area's (Bannhover,
Bdansk) waar de Bolfs worden gemaakt. We gaan ervan dat in deze areas
MES systemen zijn geimplementeerd. We gaan er vanuit dat het ERP systeem
en beide MES systemen met elkaar communiceren volgens de ISA-95
standaarden. |
De theorie - functies, data en systeemgrens
Het ISA-95-1 en 2 defineert de interface
tussen het MES systeem en het ERP systeem. Dit is op de klassieke wijze vanuit
het MES systeem geanalyseerd :
- De systeemgrenzen tussen MES en ERP zijn
bepaald,
- De functies binnen MES en ERP zijn
bepaald
- Vervolgens zijn de data-stromen en
-richtingen tussen de functies benoemd.
- Deze datastromen zijn vervolgens nader
gedetailleerd en beschreven volgens de UML
De Unified Modeling Language (UML) is een van
de meest gebruikte methodes om de visies van systeemontwikkelaars
begrijpelijk en gestandaardiseerd vast te leggen. Het laat je toe om
diagrammen te tekenen die begrijpelijk zijn voor de klant, de analist en de
programmeur. UML is ontstaan begin jaren ’90 maar sinds de oprichting van
het UML-consortium in 1997 is het de facto standaard geworden in de
software-industrie. UML bestaat uit een aantal grafische elementen die tot
diagrammen worden gecombineerd. Omdat het een taal is, bevat UML regels voor
het combineren van deze elementen methode
In het volgende figuur - overgenomen van de
ISA95-1 standaard - zijn de functies binnen MES en ERP bepaald. De systeemgrens
is de stippellijn. De pijlen benoemen de datastromen en geven de richting van de
data aan.
Figuur 1 : Functional enterprise-control model -
overgenomen van de ISA95-1 standaard
In dit dataflowdiagram zien we hier binnen de stippellijn de
level 3 MES functie 'Production Control' als een spin in het web. 'Production
Control' en alles wat daar mee samenhangt is de hoofdtaak van MES.
'Production Control' kan verder worden uitgesplitst in
detail functies zoals Detailled Scheduling, Resource Allocation, Resource
Management , Performanceanalyse , Tracking and tracing Historical data
management and reporting , Product Definition en Production execution (level 2
en level 1). Het beschrijven van deze funcie en de samenhang daarvan is het
onderwerp van de ISA95-3 normering.
In het gebied buiten de stippellijn zijn de 'echte' level 4 (ERP, SCM) functies
geplaatst :
'Orderprocessing', 'Product Cost Account', 'Product Shipping Administration' en
'Procurement' (inkoop). Deze worden op ondernemingsniveau uitgevoerd.
Er worden enige functies doorsneden door de level 3 - level 4 systeemgrens. Dit
zijn de functies 'Production Scheduling', 'Material en Energy Control', 'Product
Inventory Control' , 'Quality Assurance' en 'Maintenace Management'. Deze
functies kunnen op enterprise niveau worden uitgevoerd of op MES niveau of op
beide niveaus. In het laatste geval worden ondernemings- of plant- globale
functies uitgevoerd in level 4 en functies die betrekking hebben op de area in
level 3. De dataoverdracht blijft dan in grote lijnen het zelfde als tussen deze
functies en de functie 'Production Control' .
Terug naar de case :
Beschreven functies en data
Het is duidelijk dat we in de case te maken hebben met de taken
Production Control (3.0), Production Scheduling (2.0) en Product
Inventory Control (7.0) . Hier zoomen we dan ook op in.
Figuur 2 : Uitvergroting van het gebied in de case
De uitgewisselde data tussen ERP en MES komt in de
case neer op :
- Het opvragen van beschikbare productie capaciteit
door ERP en het antwoord daarvan van MES - in de figuur aangeduid
met de pijl
'Production Capability'
- Het boeken (inplannen ) van de orders - in de
figuur genoemd pijl '(Production) Schedule'
- Het bevestigen van de ordergereed, met alle
gegevens - in de figuur aangeduid met :
- de pijl 'Process Data' tussen de functies Production Control
(3.0) en Product Inventory Control (7.0). Het gaat hier om productieterugmeldingen en de
locatiegegevens van de voorraad
eindproduct.
- de pijl "Production performance en costs". De ordergereed data gaat ook nog naar de functie
Product Cost Accounting (8.0). Het gaat hierbij om statistieken om
de productie-efficiëntie uit te rekenen.
- en natuurlijk de terugmelding aan de productieplanningmodule in
het ERP pakket, aangeduid met de pijl "Production from plan"
De systeemgrens
De systeemgrens doorsnijdt de functie 'Production Scheduling'
(2.0). Dit wil zeggen dat 'Production Scheduling' - het plannen van
productie- deels in ERP wordt uitgevoerd en deels in MES. In ERP is de functie
'Production Scheduling' in hoofdlijnen
uitgevoerd, maar het is aannemelijk dat
bijvoorbeeld de order vanuit ERP "150 onderstellen in
Bolfsburg op 3 mei" door de MES systemen verder in detail zal worden
gepland. |
De theorie -
object modellen voor productie : Product
Definition, Production Capability, Production Schedule en Production Performance
In de case worden 3 soorten uit te wisselen data
in en om de productie genoemd : 'Production Capability'
voor het opvragen van de beschikbare capaciteit, 'Production
Schedule' voor planning en 'Production Performance' voor terugmelding van
productie en statistieken. In figuur 2 kan men zien dat de terugmelding aan de
functie 'Production Scheduling' wordt gedaan (voorraadbeheer wordt als de
statistieken aan Cost Accounting onder vallen)
Er blijft nog een missing link : immers, aan
beide zijden wisten het ERP systeem en de MES systemen dat voor het produceren
van chassis van cabrio's en hatchbacks en de carrosserie apart te plannen was.
Dit is vastgelegd in de productdefinitie, informatie over hoe het product te
maken is. Deze informatie moet beschikbaar zijn voor zowel ERP en MES en
eenduidig zijn in de ERP en MES systemen. Dit houdt in dat voor het proces
'planning' behalve de 'Production Capability'
en 'Production Schedule'
ook de 'Product Definition' uitgewisseld moet worden.
Een productdefinitie is de beschrijving van een product inclusief alle
productiedeelstappen en de daarbij benodigde materialen, mensen en machines
(resources). De productiestappen kunnen puur betrekking hebben op het product,
in dit geval worden de productiedeelstappen 'product segments' genoemd.
Samengevat is voor de MES
functies die te maken hebben met productie de uitgewisselde informatie onder te
verdelen in 4 typen datasets :
- Productiedefinitie (Product Definition -
Hoe heten de producten die je kan maken en hoe kan je ze maken)
- Beschikbare productie capaciteit (
Production Capability -
hoeveel kan je maken?)
- Productinformatie van ERP naar MES
(Production Schedule,
wanneer, wat in welke hoeveelheden te maken ?)
- Productinformatie van MES naar ERP (Production
Performance, de terugkoppeling van een
productie)
De figuur hieronder toont deze datasets tussen
de ERP laag en de MES laag.
Figuur 2 - overnomen uit ISA95-1 "areas of information
exchange"
De vier datasets die te maken hebben met
productie worden in ISA95 beschreven als door vier objectmodellen. Het mag dan
ook geen verbazing geven als deze objectmodellen Product Definition, Production
Capability, Production Schedule en Production Performance worden genoemd. ISA95
kent in totaal negen objectmodellen. Er is ook nog een object model voor
Maintenance. De ander vier slaan op de resources : Material, Equipment,
Personell en als laatste Processsegments als een combinatie van de de drie
genoemde resources. Deze laatste vier dienen als een soort onderlaag voor de
eerste vier. De objectmodellen Product Definition, Production Capability,
Production Schedule en Production Performance zijn dan ook onder andere
opgebouwd uit de objectmodellen in de onderlaag.
De theorie -
wat is een object model ?
Een objectmodel is een dataset. Je kan het
vergelijken met een mini-database met alle tabellen met gegevens en relaties
daartussen die in één keer wordt uitgewisseld tussen de applicaties. Uit de
grote MES of ERP database destilleert het MES of ERP programma een aftreksel
(een object in de vorm van relationele tabellen) met alleen gegevens over de
gevraagde Product Definitie -of Production Capability, Production
Schedule, Production Performance. Dit object noem je een dataset (voor database
kenners : dit is geen querie, want dat is één tabel).
Je kan twee mooie dingen doen met datasets
- De objecten (mini-databases) voor
dataoverdracht kan je beschrijven in de vorm van objectmodel met de UML
methodiek (Unified modelling language).
- De objecten (mini-databases) voor
dataoverdracht kan je gebruiken (en beschrijven) in de vorm van gestructureerde tekstbestanden en onderling uitwisselen. We noemen zo'n bestand een XML bestand
(Extended MarkUp Language)
ISA95 heeft de objectmodellen beschreven met UML, dit is de
ISA95-2 standaard (er zijn behalve de bovenbeschreven 4 datasets, nog 5 andere
beschreven maar daar verderop in dit artikel meer)
Het World Batch Forum heeft de objectenmodellen beschreven via
XML, deze zijn kosteloos (gratis !!) te
downloaden.
De XML schema's staan bekend onder de schalkse naam
B2MML (Business To
Manufacturing Markup Language).
Terug naar de case :
Er is meer behoefte aan informatie bij Bolkswagen.
De orders kunnen worden gemaakt, ze worden netjes
ingepland, so far so good. Maar bij
Bolkswagen AG dringt het besef door dat er meer behoefte
is aan informatie en dat men andere taken
dan productie, zoals planning van onderhoud ook in het systeem zou
willen integreren. Hieronder is zijn de belangrijkste wensen van het
management geformuleerd :
- Men slecht op de hoogte is van de
materiaalstromen binnen productielocaties.
De oorspronkelijke door de leveranciers toegekende partnummers van
verwerkte onderdelen in een serie chassis of carrosserieën zijn niet
te achterhalen. Dit maakt het lastig als een bepaald onderdeel niet
deugt welke auto's naar de garage teruggeroepen (recall) moeten
worden.
In dit geval moeten eerst achterhaald worden welke leveranciersparts
er zijn gebruikt bij de auto's waar een defect onderdeel
geconstateerd is (tracing of
opwaartse
traceerbaarheid).
Nadat duidelijk is welke leveranciersparts de problemen veroorzaken,
dient te worden achterhaald in welke auto's deze leveranciersparts
zijn gemonteerd (tracking, of
neerwaartse traceerbaarheid)
- De lijnen flexibel moeten kunnen
worden ingezet om ook onderdelen van de Bassat en de Bolo te kunnen
maken
Met andere instellingen van de robots en machines zijn de
productielijnen ook te gebruiken voor het maken van
chassisonderdelen van de andere modellen. Men wil deze mogelijkheden
graag benutten om flexibeler te zijn ten aanzien van de productieplanning.
- Onderhoud moet kunnen worden
gepland.
Het onderhoud aan de machines dat te voorzien is (periodiek
onderhoud of onderhoud na een bepaald aantal productieeenheden) wil
men samen met de productie kunnen plannen.
- Onderhoudsprocedures moeten
worden vastgelegd
Men wil de onderhoudsprocedures (voorbereiding, onderhoudsstappen,
checklist, inbedrijfstelling) graag in het systeem onderbrengen
- Personeel moet kunnen worden
ingepland
Men wil het planbord vervangen en
integreren in het productieplanningsysteem om het personeel op de
meest efficiënte manier in te zetten.
- Machines moeten kunnen worden
geclassificeerd naar mogelijke taken.
Men wil meer flexibiliteit in de productie. Men wil kunnen
produceren via alternatieve routes om de productie te optimaliseren.
- Managers zicht moeten hebben
prestatiekentallen van productie
Men wil graag weten hoeveel uitval er is, hoe lang heeft machines
hebben stilgelegen en wat de productiesnelheid was. Men wil ook de
oorzaken kunnen achterhalen (niet beschikbaar zijn van machines
i.v.m onderhoud, geen onderdelen beschikbaar, geen personeel
beschikbaar etc). Verder wil men weten of men niet onnodig grond- en
hulpstoffen heeft gebruikt of dat men te veel of te weinig personeel
heeft ingezet.
|
De ISA95 applicaties communiceren met elkaar via datasets
gebaseerd op de negen objectmodellen. In principe kunnen deze datasets alle
informatie bevatten die nodig zijn voor uitwisseling tussen verschillende MES
applicaties en de applicaties in de level4 laag. We zullen hieronder
toepassingen laten zien van de resterende 5 modellen: Process Segment,
Maintenance, Material, Equipment en Personell
De theorie -
object model
voor een ProcessSegment
"De lijnen flexibel moeten kunnen worden
ingezet om ook onderdelen van de Bassat en de Bolo te kunnen maken"
Er kan tussen de productiestappen ook een
generieke set stappen zitten die onafhankelijk is van het product, of anders
toepasbaar is op meerdere producten. Er is dan sprake van een 'process segment'.
Een process segment is een generieke stap die om een specifieke stap voor het
maken van een bepaald product te worden eerst nog geparametreert dient te
worden. Het is dus een soort template voor een productiestap. Een
ProcessSegment staat tussen meerdere
ProductDefinitionSegments (min of
meer dezelfde productiestappen
voor verschillende producten) en een Equipmentsegment (de
definitie van een machine).
Hiertoe is het ProcessSegment objectmodel ontwikkeld. Dit
objectmodel zorgt ervoor dat :
- Productiestappen
(in ISA95 : ProductDefinitionSegments) van verschillende producten die allen
gemapt zijn op één en hetzelfde ProcessSegment
in een vast stramien worden
afgewikkeld. Dit heeft voordelen voor door-automatisering naar de level 2
laag, omdat er maar één keer een sequence hoeft te worden geprogrammeerd om
een Equipmentsegment te automatiseren.
- In de Product definitie kan een compleet ProcessSegment
worden toegevoegd, zonder dat dezelfde productiestappen voor verschillende
producten voor ieder product iedere keer weer tot in detail moeten worden
uitgewerkt. Dit vermindert de kans op fouten, reduceert typewerk en
standaardiseert de productie.
"Onderhoudsprocedures moeten worden
vastgelegd"
"Onderhoud moet kunnen worden
gepland"
Onderhoudsprocedures kunnen opgevat worden als
processegementen. Het zijn werkzaamheden aan machines waarvoor je (onderhouds)
personeel inzet die productonfahankelijk zijn.
De theorie -
object model
voor Maintenance
"Onderhoudsprocedures moeten worden
vastgelegd"
"Onderhoud moet kunnen
worden gepland"
Er is een apart object model voor Maintenance in ISA95-1
gedefinieerd. Hoewel een aanvraag van een onderhoudsprocedures in principe niet
verschillen van een aanvraag voor een produktie is er toch voor gekozen om een
apart model hiervoor te maken. De reden hiervoor is dat onderhoud op
ondernemingsnivo meestal in andere planningssoftware wordt uitgevoerd dan
productieplanning. Het ISA-95 document verwoord het als volgt :
Question:
Why is the maintenance model (maintenance request, maintenance response)
different from the
production model (production schedule and production information)? Can’t
maintenance be handled using
the production model? Can’t quality assurance test scheduling also be
handled by the production model?
Answer:
Part 1 and 2 assume that maintenance scheduling and performance is
normally performed as part of
manufacturing operations. However, maintenance scheduling may be
performed in level 4. In this case it
is assumed that only maintenance requests and maintenance responses
cross the level 3-4 boundary. To
cover this case only maintenance requests and maintenance responses are
defined in Part 1 and 2.
Beyond the scope of Part 1 and Part 2, a maintenance schedule object may
be created that parallels the
structure of the production schedule object and consists of a collection
of maintenance requests as shown
in Figure B-7. Likewise a maintenance performance object may be created
that parallels the structure of
the production performance object.
Alternatively, segment requests can be used to schedule maintenance
activities in a production schedule
and segment responses can be used to represent maintenance responses in
a production performance.
A similar model could be used for quality assurance test schedules and
performances. |
De theorie -
object model
voor Material
"Men moet beter op de hoogte zijn welke
materialen er nu allemaal besteld moeten worden, materialen moeten te traceren
zijn"
Het ISA 95 kent een model voor materialen (grondstoffen,
tussenproducten, eindproducten). Dit model bestaat uit een definitiegedeelte en
een gedeelte voor oeprations.
Materialen worden ingedeeld in klassen, ieder
materiaal heeft een definitie (die bestaat uit materiaal eigenschappen en een
specificatie van een kwaliteitsanalyse test).
In het Operations bereik (de activiteiten die plaatsvinden) worden materialen
verdeeld in lot en sublots en is er een link met de uitgevoerde
kwaliteitsanalyses.
Door te linken met het modellen voor productie operations kan de historie, de
genealogie en de benodigde hoeveelheden in de toekomst van het materialen worden
vastgelegd. Door te linken met de equipmentmodellen kan de plaats waar het
materiaal zich bevindt worden bepaald.
De theorie -
object model
voor Personnel
"Personeel moet kunnen worden ingepland"
De theorie -
object model
voor Equipment
"Machines moeten kunnen worden geclassificeerd
naar mogelijke taken, meer flexibiliteit"
| 
