工厂至企业整合：ISA95是一个很好的起点

本次介绍的是APRISO公司的一个白皮书，以其作为软件解决方案供应商角度对ISA95进行了一定程度的解读。翻译这个文档如下：

 

工厂至企业整合：ISA95是一个很好的起点

 

执行总结

在这个复杂度和挑战不断递增的制造世界，通过部署复杂度最低的解决方案来进行工厂运营整合是最自然的方法。从长远角度综合考虑，支持企业决策的企业应用需要普及的、频繁地对全局制造运营的访问和可见度。现在有多种产品来解决这种复杂的挑战-不过微妙的部分是，选择一个解决方案能够同时与工业标准契合并能够提供一个蓝图来成功跨越你的企业而没有限制未来的增长的风险。

 

20世界90年代后期，制造工业已经深度地囊括了对ERP系统的需求，一部分是为了解决搜集运营绩效数据的挑战。这一挑战快速地转变到了实施上，以及如何访问工厂车间的运营信息来更好地预测财务绩效，原材料水平以及其他资产计划日程。制造商么求助于ISA来解决这个复杂的系统整合障碍。

什么是ISA？

成立于1945年，ISA是一个全球性的非盈利性机构，专注于建立制造自动化标准。现有3000名会员，他们的目标是解决困难的技术问题，同时增强会员的领导力及个人职业能力。访问www.isa.org来获得更多信息。

 

在2005年，ISA发布了一套标准即是熟知的ANSI/ISA-95.00.03-2005，以下称作ISA-95，该标准描述了一个连接工厂车间至企业应用的框架。这些标准的目标是减少在整合企业系统和制造系统时的风险，成本和错误。

 

有些人将ISA-95标准视作灵丹妙药；不过ISA-95并不提供快速的成功。它是一个工厂级系统需求和运营至企业整合的固定基础。它提供了一个功能、信和交易事务的通用的，工业标准模型来使得IT和其他多样的营业范围内的部门用一个通用的理解来架构项目。制造运营软件供应商如Apriso和ERP供应商如SAP，理解这一价值，并支持、签署并在他们的产品中遵循ISA95标准。

 

现实上，“遵循ISA-95标准”仅仅是一个出发点。制造商必须做出超出这个标准范围的重要整合决定，比如说业务逻辑必须归属于哪里，如何处理主数据管理以及哪个部门负责管理哪个系统，可能是集团IT，工厂IT或者一个局部业务的过程经理。

 

本文展示了一个对ISA-95标准的概览，以及它是如何意图来简化工厂至企业整合的。虽说这个标准是一个很好的出发点，但是它不足以来完成真正的工厂至企业的整合。这里会列出标准里所缺失的理念，一旦与ISA-95结合，可以展现出一个强劲的基础用于全局的，横跨运营乃至集团计划应用系统的企业范围内的整合。

 

 

对企业整合至工厂运营的需求

增强的全球化竞争和客户期望已经导致了制造产品的剧增。因此，制造业设施的复杂度也提升了，这样一来使得缩减成本、提升品质并加快响应速度同时保证还要符合规范变得非常困难了。为了帮助处理这个挑战，制造商们已经部署了企业软件应用系统来获得对他们企业全局、供应链、客户基础和产品生命周期更完整的评价。

 

不过，即使有了这些系统来审视企业，这些公司仍然缺乏对生产层面的数据访问。制造运营通常是一个“黑洞”，没有任何信息从中出来供企业所用。一部分原因是数据量太大。其他问题包括工厂信息和自动化系统的这一高度错杂的环境，妨碍了获取对运营数据的实时可视化的能力。

 

还有另一个挑战是这些年来增加的，不同的部门为了获取工厂信息来完成他们特殊的目标而导致的以垂直化增多的应用系统数量。结果就是高度分散、不连续且非常难以支持和维护的无数的系统，过程以及手动程序。对这些分散的系统的简化以及IT合理化的需求是非常迫切的。

 

许多部署了MES系统的公司探寻具体的、及时且准确的关于成本、当前订单状态、已完成产品和产能可用率的信息。结果是非常光明的，带来了可用性的提升以及对于日常运作更好的管理，同时按需调整排程。下一个挑战变成了对外包使用的增加、全球化以及所有与分布式生产和供应链相关的问题。现在一个专注于工厂的MES系统已经不再能够胜任，因为现在要求对横跨一个工厂网络、仓库和供应链的合作伙伴的运营过程的连续性。

 

什么是MES,它和MOM相比如何？

“一个MES制造执行系统是一个动态的信息系统，它推动有效的制造运营过程的执行。利用当前且准确的数据，MES在事件发生时指导、触发并报告工厂活动…从订单发布开始到产品发送至成本库存”制造企业解决方案国际联盟(MESA)定义。

ISA-95标准现在已经放弃了MES这个术语，而倾向于使用更宽泛的词语–MOM制造运营管理，它被定义为“工作流/配方控制来生产所需的最终产品”。这个新术语有这更宽泛的意义，包含了制造的各个运营区域，从生产到仓库、品质、维护和人工过程。

 

MOM制造运营管理聚合了从控制、自动化以及SCADA系统出来的数量浩瀚的数据并将其转换成关于生产运营的有用信息。通过结合自动化数据和从员工以及其他过程所获取到的数据，MOM制造运营管理提供了一个更完整、实时的对所有工厂以及更多的是整个供应链的观察。

活动的多层功能架构

图1：ISA-95系统架构模型，MOM或MES在第三层，ERP以及其他企业系统在第四层

 

MES制造执行系统起初专注于提供单个工厂的基于生产的数据。MOM制造运营管理现在看起来在范围上更加宽广，实现了一个跨越运营的多个工厂和区域的视图，而不仅仅是生产。它包括维护、排程、品质及物料处理。MOM，鉴于其宽广的范围，实现了完整且有上下文的视图，来指引操作员和触发生产、库存、仓库、维护或时间和人力任务。MOM数据支持提升整体运营效率、敏捷性和品质的分析。作为一个宽广的运营解决方案套件，MOM还助力了工厂的IT简化及应用系统合理化。

 

在一个网络化的全球企业提升业务绩效取决于敏捷的生产运营以及在制造企业里的各个设备、部门和层面之间的提升了的协作。制造商可以利用MOM作为一个企业应用平台的整合点，在所有跨越工厂和遍及他们的供应链的运营中创建无缝的信息流。

由于部署工厂范围的系统并且整合这些系统至企业信息流是重要的且越来越流行，国际标准组织ISA创建了ISA-95标准用语企业/控制系统整合。ISA-95可以为这种项目给公司提供一个强劲的出发点。

 

ISA-95: 一个整合标准

ISA-95企业/控制系统整合被定位成一个工业标准，描述在业务和工厂运营功能之间的信息流。在过去的10年中研发成一个“多部分的系列标准，定义在企业和控制活动之间的接口，”ISA-95为MOM制造运营管理作为标准的一部分提供了一个参考模型。

在工程师和IT员工之间存在许多关于ISA-95标准的细节讨论，这会是很复杂的，超出了本文的范围。

图2：ISA-95在这个“一般的制造运营管理活动模型”定义的一些运营活动区域以及在这些区域显示信息流

 

 

关于ISA-95你需要了解什么

ISA-95包含了5层-Level 0-4-每层代表了一个制造生产的层次，从工厂车间到集团计划。MOM制造运营占据了第3层，如图1所示。每一层都最好地整合了其直接上层或下层。例如，那些尝试连接ERP系统和SCADA系统的公司通常发现生产数据太多了而且价值有限。这样具体的粒度通常会淹没掉ERP系统数据库。在这个信息模型中，每一个层级都是一个重要的成员。

 

ISA-95的5个层面并不是新事物。在ISA-95标准中新出现的是：

• 一个简单的“通用的”生产的活动模型，被认为是代表所有制造业的生产控制、品质、维护和库存运作(看图2)。该模型清晰地显示出了在一个在主要的制造运营管理功能、具有一定产能的区域中以及从这些区域上至企业的信息流。类似的图显示其他运营区域。

• 一个在第4层企业系统和第3层制造运营管理之间的数据流的描述。从制造运营管理中或者说第3层流出的信息至四个如下企业需要制造数据的主要区域：排程或请求信息，绩效或响应信息，定义信息和能力信息（图3所示）。

图3：ISA-95描绘的制造运营信息如何流出至四个企业可能需要的特定区域：排程或请求信息，测量绩效和查看响应，定义产品、活动和资源，以及可用率报告。来源：ISA-95 第三部分。

 

ISA-95包括了5个部分，每个部分涵盖了这个框架的方面。这些是：模型及术语（第一部分）；对象模型属性（第二部分）；制造运营活动模型（第三部分）；制造运行的对象模型和属性（第四部分草案）；以及业务与制造交易（第五部分）。

 

ISA做对了什么

辨识出对数据流的需求

制造业CIO和CEO的终极目标是拥有一个在他们的企业内的顺畅、可获取的信息流。ISA-95模型清晰地展示了在ERP企业资源计划到MOM制造运营管理的整合且工厂车间是达成这一目标的重要元素。

图3展示了从制造运营管理到企业其他区域的一些信息流。

 

多个部门的沟通

拥有一个工业标准用于在多个功能、部门和系统之间的信息流极大地促进了企业范围内的沟通以及在所有涉及到的要素之间的相互理解。ISA-95提供了一个信息流模型以及一个任何人都可以使用的词典—从IT到工程设计、品质、运营和财务。

 

部署项目指导

该标准提供了一个信息系统功能需求开发和数据流的框架。它预定了在企业和车间系统之间基本的活动、对象模型和交易事物。

 

ISA是一个整合标准，而不是数据建标准。

ISA-95被创建成一个在工厂车间级企业应用系统之间信息流整合的标准。不过，作为整合的一部分，你的数据模型之间必须要有连续性，比如说在哪里和如何存储，以及“主”数据属于哪里。每个这些数据建模的成员必须声明为穿件一个整合的制造企业的一部分。ISA-95标准没有提供任何关于这一点的方法指导。

 

ISA怎样可以变得更好

 

仅仅利用ISA-95标准并不是一个整合制造运营的最后战略。制造商们需要不单是信息流，还要有一个数据模型标准，以及全局的可视化和必要的控制来管理并执行在他们分散的企业和供应链中的运营。ISA-95仍有挑战，特别对于离散制造商，以及其他标准也未能处理的问题。

 

某些挑战可以用软件来解决- 这就成为了决定你最终的制造运营架构选择的关键区分点– 而且最终你的运营架构表现是如何有效和响应的。实现“遵循”ISA-95标准是远不够的。

 

处理制造偏向

起初，ISA-95标准是为批次或流程制造设计的，通常与公式或制造配方联系。直到最近标砖才开始引用于离散制造环境，通常是与物料清单BOM和途程分配。因此，ISA-95的广泛接受成并没有完全彰显在离散制造商。

 

源自于流程制造，ISA成员的背景资料反映出了它的起源，大多数成员都在流程制造行业领域工作。因此，这个群体难免有偏向，从一个流程制造的角度设计它的标准和整合点。

 

意识到了这个不足，ISA组成了一个制造业交互性指导工作组，这是一个ISA,MMIOSA,OAGi，OPC以及WBF的结合，于2006年3月23号成立。这个小组将开发出一个工业指导书，来定义通用的在运营管理和制造支持系统的业务层面的业务过程模型来理想地涵盖ISA SP95，OAG,WBF,MIMOSA以及OPC当前的制造互操作性标准的工作。虽说这个是正确的一个步骤，在完全移除流程制造偏向前仍然有很多工作要做。

 

技术整合标准

ISA-95不包含对XML的实施对应（可扩展的标记语言），尽管XML很明显地获得了系统之间数据交换的通用语的地位。这个不足正在被上面提到的这个组织所处理。大家正在努力消除ISA-95缺少XML标准的问她

 

作为直接结果，这个标准并不能如公司所需的那样扩展，也不能为扩展层面说明什么才是最佳实践。每个公司都必须根据他们的需求来进行扩展。对灵活性的要求是一个在利用XML整合分散的应用系统以及创建通用的信息格式来在万维网、内部网和任何地方来共享格式和数据的重要因素。

 

该标准不注重于工厂里合理化分散的IT系统的需求；仅注重于从任何一系列可能存在的系统中整合信息流。而每一个工厂车间经理都会宣称，试图运营一个实时的环境，当指令和数据必须在多重、分散的系统中联合时，是一个巨大的问题。复合这个挑战与在多个地域和时区中运营，你就不用妄想对变化的市场条件、供应商的需求和客户的要求保持迅速响应。

 

供应商参与度低

SAP是唯一一个积极参与到ISA-95活动中的企业软件厂商。尽管参与到了其中，SAP现在承认他的SOA架构并不是由标准驱动的，这更验证了仅仅依赖标准对于你的应用整合架构和战略的不足。

 

制造商的下一步

ISA-95标准结合当今制造运营管理软件可用的功能可以提供一个为整合运营数据至企业信息流而设计的项目的很好的基础。一流的制造运营管理软件供应商可以提供不仅仅是数据整合能力，还包括全局的可见性，集中化的和本地的控制以及有效的在组织到供应链的物流同步。

 

为了实现成功，制造商只需要将ISA-95视为一个起始点，并认识到标准架构里的每一个整合等级都对应提供一个重要的功能。

 

挑选在其相应的“等级”里优异的供应商的产品，但是很少有一个供应商能够提供一个单独的方案在每个层级都可以有同种类最好的绩效。比如说，ERP系统的程序设计和功能属性对于计划目的来说是很好用的，但是却无法用它高度数据密集的功能提供一个切实可行的方案用于管理工厂车间运作。

 

在设计工厂至企业整合时，下面的项目需要被考虑到。这些都超出了ISA-95的范围。最终结果可能是一个高效的，快速响应的制造运营环境，可以连接分散的运营，提供实时的可视性和控制，同时实现必须的敏捷度来应对不停变化的市场和客户要求条件。

 

系统的角色

每个公司都对于哪个系统需要拥有多种功能和主数据有不同的观点。有些是由当前系统的能力驱动的。比如说有些公司希望BOM物料清单归属于MOM制造运营管理，而其他的公司则希望存在PLM产品生命周期或者ERP企业系统管理中。重要的是选择一个MOM制造运营管理和ERP企业资源企划解决方案来支撑你所要求的必须的灵活性，同时要能够随着时间变化，如果需要的话。这里并没有一个正确答案，但是总的来说，你的系统设计需要处理这个恼人的问题来达到“唯一版本的真理”。

 

业务逻辑的归属

许多控制和自动化供应商促进了将更多地业务逻辑放进第1层和第2层控制器中的想法。作为一中选择，这个逻辑可以在你的第3层MOM系统中设计。ISA-95没有关于“正确”场所的参考，所以公司必须决定他们是否要分散的方法，还是一个在自动化系统外的逻辑维护简单的集中化的应用。

 

对于那些希望将业务逻辑编程在OPC或SCADA器件中的人来说，这个决定是太困难的。每当被要求一个产品的变更或设计升级，这个任务必须通过一个典型的难做的接口跨越工厂车间重复完成。如果生产是分布在全球15个不同的车间且你的生产车间有多个供应商的自动化设备，这个过程可能要数周。

 

作为另一种选择，可能有数据搜集触发器作为你的业务逻辑或者品质控制程序，这些能够很方便地归属于ERP（第4层）或MOM（第3层）。制造商需要更具他们自己的架构做决定，同时还要绝对确信每个所选择的厂商的产品可以作为整体方案的一部分来实现自己的功能。

 

产业-特定的能力

这可能包括汽车行业的准时JIT或顺序的供应链协调使得供应商以正确的订单和顺序进行运输来最小化或者消除空闲库存。ISA-95标准没有提供任何指导关于最好地整合供应商系统来实现产业-特定的目标，基于这个标准并不是为某个特定产业而编写的。

 

另外，由于内在的流程产业偏向，准时制JIT可能从来没有被考虑到，因为这个理念大多数是在离散制造业使用的。

某些制造商面临着极端的规章要求，基于其特殊的产业或垂直面，每个需求对于他们相应的产业都是独一无二的。例如，运作在国防或者医药一起产业的公司面临着一个无数的规章和规章报表需求强制要求独特的审计、报表、电子签名和其他批准文档需求。他们的工厂至企业整合必须包括特殊的能力来满足产品历史要带有操作员签字的规章需求，提供给政府审计员。

 

保持运营的和数据完整性

通常ERP系统在维护、系统升级或者意料之外的断电时，会宕机几个小时。取决于24*7的运作在你的特定生产环境中的重要性对于这种扰乱是否可接受有很大影响。因此，你的工厂至企业整合设计必须也体现这个运营的现实，分配合适的操作至正确的ISA-95架构层级。如果提供与第4层的连接性，则选择能够自主运作的MOM厂商的方案;其他的则不能。

 

组织的责任

很明显，哪个小组维持工厂至企业整合架构的完整和安全是公司要做的一个重要决定。再一次，ISA-95标准没有解释这个职责的分配，它也没必要。

在处理人员和职责和责任分派问题是，几个局部和全局的因素会起作用，这几个因素都会根据每个公司的组织模型相应的变化。有些公司会指派这个责任给制造IT，而其他的则喜欢把这个放在集团IT、制造运营或产品工程设计领域。

 

 

结论

在处理整合工厂至企业的挑战时，很多复杂性和问题随之产生，看起来像是一座视野范围内没有尽头或顶点的不可逾越的山脉。

 

在当今的商业环境中，合并、收购和拆分非常普遍，依附一套行业标准来完成这种整合时明智的。ISA-95的一套标准被认为是一个很好的起点，同时选择能够坚持这些标准的MOM制造运营管理软件厂商，会是一个很好的开始。不过，必须考虑其他因素，其中一些如本文中已经辨识出并讨论过的，包括：

• 必须建立一个标准的数据模型

• 必须考虑一个主数据管理结构

• 必须维护一个数据传输的技术标准

• 需要为你的业务逻辑所属区域采用一个连续的战略

公司需要与产业标准以及商业软件供应商合作来利用他们的经验。不过，总有一些决定是公司特定的。上面所列的都是范例。公司特定的决定都会基于技术、过程或者组织架构，并且这个一个在企业或者工厂层面的因素。

 

(注by Yujia：

以下省略大段关于Apriso本身的产品介绍。

由于本文是2009年发表的，所以有些观点已经过时。具体可以参考最新的ISA相关标准,其对于流程行业以外的产业都做到了比较好的推广。)