|
11 vragen over ISA 95
-
Wat is ISA
S95 ?
-
Hoe kom ik
aan die standaarden, wie geeft er cursussen ?
-
Waarom staat
ISA 95 in de belangstelling ?
- Hoe pas ik
ISA 95 toe ? Bestaat er ISA-95 compliant software ?
- Wat is de
relatie tussen ISA 95 en ISA 88 ?
- Is ISA
95 universeel toepasbaar en niet alleen voor batchprocessen ?
- Is ISA95 een
goed uitgangspunt voor een MES database ?
- Kan je met
ISA95 koppelen met de SCADA laag ?
- Wat zijn
voordelen van ISA 95 ? Waarom zou ik het toepassen ?
- Wat zijn de
nadelen van ISA 95 ?
-
Beschrijft de ISA95 alle functies en data in de MES laag ?
Wat is ISA
S95 ?
ISA 95 of IEC 62264 is een set
internationale standaarden voor Enterprise-Control systeemintegratie bedoeld om
- Een interface te definiëren in tussen de
MES laag en de ERP laag. Om preciezer te zijn tussen 'manufacturing
operations' laag en de 'business planning and logistics control' laag.
- De processen in de MES laag te
beschrijven.
- Een datamodel te maken van de MES laag.
ISA het standaardisatie instituut in de VS,
IEC staat voor de een internationale tegenhanger daarvan in Geneve.
Er zijn 2 standaarden afgerond en 2 nog in de
maak. De standaarden zijn :
- ANSI/ISA-95.00.01-2000 Enterprise-Control
System Integration Part 1: Models and Terminology, afgerond
- ANSI/ISA-95.00.02-2001 Enterprise-Control
System Integration Part 2: Object Model Attributes , afgerond
- ANSI/ISA-95.00.03 Activity models
- ANSI/ISA-95.00.03 Object models and
attributes
Hoe kom ik aan die standaarden, wie geeft er cursussen ?
De afgeronde standaarden zijn te downloaden op
de ISA website (http://www.isa.org).
Cursussen worden in Nederland verzorgd door
TWP in Eindhoven (http://www.twptraining.info)
Waarom staat
ISA 95 in de belangstelling ?
De mogelijkheden voor kostenbesparing,
produceren naar klantwens, het koppelen aan de enterprise systemen en een
verscherpte regelgeving zijn de vier thema's die noodzakelijk maken de
automatiseringssystemen op de fabrieksvloer op elkaar af te stemmen en te
integreren. Dit kan met- en zonder standaardisatie.
Het gebruik van standaardisatie heeft daarbij
de volgende voordelen
- Als communicatiemiddel : mensen van verschillende disciplines op en rond de fabrieksvloer elkaar te laten begrijpen
en dezelfde gegevens te laten delen.
- Standaardisatie maakt integratie van
systemen makkelijker en transparanter.
Een recentelijk boost komt uit een andere
hoek : ERP marktleider SAP heeft besloten om de ISA-95 standaard te gaan
gebruiken.
Hoe pas ik
ISA 95 toe ? Bestaat er ISA-95 compliant software ?
ISA 95-1 definieert standaard terminologie,
met als doel op een eenduidige wijze te communiceren. ISA-95 kan dus allereerst
worden gebruikt voor afstemming in de communicatie.
Vervolgens kan ISA-95 worden gebruikt als modellerings- en analysetool
voor het gehele MES domein en aanpalende gebieden.
Een logische derde stap is de implementatie van systemen die communiceren
volgens de ISA95-2 datamodellen. Bij de systeemimplementatie dient zo'n systeem
in ieder geval op zijn interfaces ISA95 compliant te
zijn. Binnen het systeem is er alle ruimte voor ontwikkelaars.
ISA 95 spreekt zelf niet van compliance, maar de internationale
tegenhanger, IEC 62264, heeft een hoofdstuk over compliance. Een systeem is
volledig compliant wanneer de interface van zo'n applicatie aan de volgende
eisen voldoet :
- Er gebruik wordt gemaakt van de
terminologie in ISA95-1 hoofdstuk 7 (Object models)
- De volgende object models ondersteund
worden (Personnel, Material, Equipment, Process Segment, Production
Capability, Process Segment Capability, Product Definition, Production
Schedule en Production
Performance)
- De attributen van de object models
genoemd in de ISA95-2 standaard moeten allen ondersteund worden.
- De relatie tussen de object models moet
overeenkomen met de ISA95-1 standaard en aanwezig zijn.
Wat is de
relatie tussen ISA 95 en ISA 88 ?
ISA-88 is een model om op unit niveau de
productie van recepten te automatiseren (level2). ISA-95 acteert op plant en
area niveau en regelt daar de activiteiten (level3). ERP systemen opereren over
de volle scope van de onderneming (level4). Om het abstract uit te drukken doen
systemen op ondernemings-, plant-, area- en unit-niveau hetzelfde waarin alleen
de reikwijdte van de niveaus verschillend zijn, namelijk
"Het gecontroleerd laten plaatsvinden van
gedefinieerde activiteiten met behulp van productiemiddelen, mensen en
materialen"
Dit is een belangrijk uitgangspunt.
- Controle - in 'gecontroleerd laten
plaatsvinden' - heet op ondernemings-, plant- en areaniveau 'management'. Op
unit nivo 'control'
- Definities in 'gedefinieerde
activiteiten' heten op ondernemingsniveau producten, op plant en area
nivea 'producten' of 'halffabrikaten' (in ISA-95 'finished goods') en op
unit niveau recepten.
- Activiteiten heten in ERP 'operations' ,
in ISA-95 'production', 'maintenance', 'logistics' en 'qualitycontrol' en in
S88 ''procedures". Deze vinden plaats in equipment genoemd processsegmenten
(ISA-95) dan wel areas, units of cells (S88).
- Productiemiddelen, mensen en materialen
zijn 'resources' in ISA 95 (equipment, personell, material and energy). De
S88 standaard gaat voornamelijk over productiemiddelen en verdeelt deze
onder in 'cells' en 'units'.
Deze mapping tussen ISA-88 en ISA-95 is mooi
uitgewerkt in het artikel "De
nauwe band tussen de S88 en de S95 standaard", B. Scholten, Automatie nr. 8-2003
We kunnen stellen dat activiteiten van
ondernemingsniveau tot de kleinste workcell een recursieve relatie hebben. Dat
wil zeggen : een productie is een zichzelf herhalend proces van activiteiten waarbij activiteiten
steeds maar weer worden opgesplitst in kleinere deel-activiteiten totdat er
uiteindelijk een fysieke gebeurtenis plaatsvindt (een klep wordt geopend of een
pomp wordt gestart).
Vanaf ERP, naar ISA-95 tot ISA-85 vallen er
wel wel telkens functies buiten boord. De scope van ERP is gericht op
activiteiten voor administratie, logistiek, productie, facturering, orderintake
enzovoorts in relatie tot resources. Productie is daar een onderdeel van. ISA-95
is gericht op productie en alle aspecten daaromheen -onderhoud, interne
logistiek en kwaliteit- , dit in relatie tot resources op area of plant niveau -
materialen, productiemiddelen en mensen. ISA-88 richt zich sec op het
productieproces in relatie tot productiemiddelen.
Het grote verschil tussen ISA-95 en ISA-88
systemen is dat de architectuur van ISA-88 systemen (batchsystemen) real time is
en die van MES systemen transaktiegeorienteerd. Bij batchsystemen is de kleinste
fysieke gebeurtenis (fase) 1:1 verbonden met een register in de PLC. Een
procedure slaat op een stuk PLC programma. De voortgang van de productie wordt
meteen vanuit de PLC teruggekoppeld naar het batchprogramma.
ISA-95 gebaseerde software biedt in principe
de recursieve mogelijkheden om operations en resources tot op het kleinste
niveau te detailleren, maar het blijft in principe een database. De stap van de
transaktiegeorienteerde wereld naar de real time wereld moet dan nog wel gemaakt
worden. Een aantal oplossingen hiervoor worden in het artikel "SCADA en OPC als tools
voor verticale integratie" op deze website behandeld.
Is ISA 95 universeel toepasbaar en niet alleen voor
batchprocessen ?
ISA95 is universeel toepasbaar . Het is daarvoor generiek
genoeg opgezet. Het is geschikt en bedoeld voor alle productieprocessen, te
weten :
• Project, projectmatig produceren, ieder product is uniek
• Job Shop/Intermittent, klantorder specifiek produceren
• Batch, gebruikt in de pharma, food, bevarages en kleinchemicaleien
• Repetitive/Assembly line, producten hebben een hoge standaardisatiegraad
• Continuous/Flow, continu proces
Het is ook geschikt als producten niet uit materialen bestaan maar geleverd
worden in de vorm van diensten. Het material model speelt dan een mindere rol,
bijvoorbeeld alleen voor energie.
Is ISA95 een
goed uitgangspunt voor een generieke MES database ?
Ja en nee. Een databaseapplicatie als een
modern MES
systeem bestaat meestal uit een fysiek niveau - de database zelf -, het logische
niveau - de middle layer of transactielaag- en de clients. Dit wordt ook wel
tree tier structure genoemd. Door het gebruik van
deze middellaag worden applicaties op fysiek en logisch niveau ontkoppeld.
De datamodellen van ISA-95-1 en ISA-95-2 beschrijven in- en uitvoer naar de de transactielaag.
De met UML beschreven dataobjects zijn data-sets - in feite mini-database
structuren - die tussen ISA-95 programma's worden uitgewisseld. Ze zijn het
resultaat van ingewikkelde database afvragen tussen de fysieke laag en de
transaktielaag.
Zou je de dataobjects genoemd in ISA95-1 hoofdstuk 7 met de bijbehorende
attributen van ISA95-2 overnemen op het fysieke niveau zelf dan ontstaat er een brij van redundante
gegevens. Capability, schedule en performance hebben betrekking op dezelfde
operaties en resources alleen bekeken vanuit een ander perspectief om maar wat
te noemen. Het verschil tussen dataoverdracht met betrekking tot capability,
schedule en performance moet dus op logisch niveau worden op logisch niveau
worden bepaald. Data in de vorm van attributen en relaties moeten daarentegen al
aanwezig zijn op fysiek niveau, dus in de database zelf van de MES applicatie
zijn vastgelegd.
Ook zijn productieoperaties, kwaliteitsprocedures, onderhoudsprocedures en
logistieke operaties op abstract niveau operaties die complementair zijn, dus
deze moeten in de 'database' ook in één tabel voorkomen.
S95.03 stelt in het algemeen vast wat productieactiviteiten en productie
informatiestromen zijn, dus functioneel en hoort ook thuis in de transactielaag.
De S95.04 definieert de standaard van de datamodellen binnen MES, maar deze ligt
voorlopig nog een aantal jaren op de tekentafel.
Dus ISA 95 is een goed uitgangspunt : ja en nee :
Ja, omdat in en uitvoer naar de transactielaag goed gedefinieerd is
Nee, omdat de fysieke laag een abstractere definitie behoeft dan de genoemde
dataobjects in ISA 95-1 en 2
Kan je met
ISA95 koppelen met de SCADA laag of Batchlaag en zo naar level 2
'doorautomatiseren' ?
Ja dat kan.
ISA-95 gebaseerde software biedt in principe
de mogelijkheden om operations en resources tot op het kleinste niveau te
detailleren. Dit gaat op een recursieve manier, dat wil zeggen dat een segment
weer onderverdeeld kan worden in subsegementen tot het kleinste detail, maar het
subsegment en het segment zijn principe dezelfde objecten.
Een ISA-95 systeem blijft in principe een relationele database en een
transaktiegeorienteerde omgeving die niet geschikt is voor productiesturing. De stap van de transaktiegeorienteerde wereld naar de real time wereld moet dan nog wel gemaakt
worden. Een aantal oplossingen hiervoor worden in het artikel "SCADA en OPC als tools
voor verticale integratie" op deze website behandeld. Ook is het mogelijk om Batchsoftware
(ISA88) en ISA-95
gebaseerde software naast elkaar te gebruiken. De proces- en productiesegmenten
in de ISA95 software worden dan gemapt met de equipment en proceduredefinities van het
ISA88 batchprogramma. Het
hangt van het batchprogramma af hoe de koppeling technisch kan worden
geïmplementeerd.
Wat zijn
voordelen van ISA 95 ? Waarom zou ik het toepassen ?
ISA 95 is een krachtige tool voor
communicatie, analyse en implementatie in de MES omgeving. Zoals reeds gesteld
liggen de voordelen in :
- Menselijk communicatie : Een standaard
voor de verschillende terminologie die gebruikersgroepen in- en om een
productieomgeving hebben of de verschillende terminologie die een eindklant
en systemintegrator kunnen hanteren.
- Analyse : Om de kosten, fouten en
risico's te verminderen die gepaard kunnen gaan met de integratie van level
4- en lagere level systemen.
- Analyse : Meer inzicht te krijgen waar
data ontbreekt of dubbel ingevoerd wordt.
- Implementatie : Een gestandaardiseerde
communicatie tussen MES systemen onderling te hebben, tussen de systemen in
de MES laag en level 4 laag en een gemakkelijker communicatie tussen MES
systemen en de systemen in de level 2 laag, zoals SCADA en batchpakketten.
- Implementatie : Uitbreiding van apparatuur, koppeling aan
(ISA 95) systemen en introductie van nieuwe producten wordt makkelijker als
de standaard eenmaal geïmplementeerd is.
Wat zijn de
nadelen van ISA 95 ?
- Het vergt inzet en acceptatie van
betrokken partijen. Omdat de stof abstract is wordt dit niet door iedereen
even enthousiast ontvangen.
- Omdat het model generiek is, is
implementatie volgens de standaard soms omslachtiger dan een quick and dirty
benadering.
Beschrijft de ISA95 alle functies en data in de MES laag ?
Nee, je zou kunnen stellen dat de ISA-95 norm
de grenzen van het MES model in de vorm van dataoverdracht en de processen zeer
goed beschrijft en normeert. Production control - de centrale functie in de MES
laag - wordt alleen in hoofdlijnen geschetst en wordt in ISA95-3 één level
dieper uitgesplitst. Dit is voldoende voor het framework wat ISA 95 pleegt
te zijn. Specifieke algoritmen voor bijvoorbeeld planning - verschillende
methoden voor finite capacity scheduling - optimalisatie of routing maken geen
deel uit van het model. De data in het model dient wel als input voor deze
algoritmen en de uikomst kan ook weer teruggeschreven worden naar het model.
| 
