企业与控制系统集成标准研究.docx

企业与控制系统集成标准研究随着计算机、信息技术的飞速发展，全球市场逐渐形成，企业间的竞争也就空前加剧处在竞争中的生产企业必须降低成本、提高产品质 量、完善售后服务，才能在市场中占有一席之地这要求各个生产企业釆用系统集成、信息集成的观点来组织整个生产过程，实现生产过 程的综合自动化企业系统与控制系统的系统集成研究与开发已经有十多年的历史，其间涌现过很众多的学派和描述模型，所开发应用中的系统数不胜数 但人们对企业信息化和系统集成的标准研究不够，更不用说在应用中去遵循统一标准，往往错误的视开发商的具体实现技术和方法为标准2000年以来，为了改变这一普遍存在的现象，减小开发应用风险、降低成本，美国仪表、系统和自动化学会制定和发布了“企业与控制系 统集成国家标准”SP95标准低各企业系统与控制系统集成的模型，提供了企业活动和控制活动的统一接口和数据结构笔者作为ISASP95 标准工作组成员，对SP95标准有了一定程度的研究和总结，对SP95的起草和讨论过程有了一段时间的跟踪了解，感到有必要向国内关心 和从事企业和控信息化的同行进行一些介绍1. 系统集成标准称为SP95的“企业与控制系统集成国家标准”，发布单位是美国国家标准局（ANSI）和仪表、系统和自动化学会（ISA）。

ISA曾制定了几 十项美国国家标准，都是关于各种传统工业的仪表和自动控制的技术内容的可以说，SP95标准是这两个组织在企业信息化这一最新领域 的探索，具有开创性的意义SP95是一个系列标准，目前分为四个部分，其中第一部分和第二部分已经正式发布，第三部分已经完成起草, 见表1 I SP95系科檢t标准号发布时何标 題SP95.012000模型与术语 Models and TerminologySP95.022001对線模型厲性 Object Model AttributesSP95.032002制造信息行为模型 Activity Models of Manufacturing InformationSP95.042003制造操作对象模型Object Models of M平料/竹計严才甘SP95明确提出是以美国普度大学的普度企业参考结构PERA是由普度大学印供工业控制实验室于1992提出的它将任务视为企业功能分 解的最底层，是基于任务建模的参考模型它包括对信息系统任务、制造任务和人的任务，以及这三者之间相互关系的建模PERA通过 两个视图：功能视图和实施视图来描述企业功能视图描述企业的任务和功能，它定义了两个流：信息流和制造流（顾客服务流）。

其中, 信息流包括职业中所有与功能相关的决策、控制和数据处理，而制造流则取决于企业的具体生产需求PERA覆盖了计算机集成制造系统CIM系统实施的最完整的生命周期，PERA考虑了对人的行为活动的缄默SP95在众多的系统集成流派中明确选择了 PERA作为基础普 度大学在这方面的长期研究、开发和推广起了决定性的作用，同时也符合了工业化应用标准的简捷性和适应性，力图摆脱理论上的争论, 促进标准化和低成本实施软件的早日普及参加SP95起草和讨论的工作组成员，目前共有190人，其中独立专家、应用机构和开发机构各占约1/3在应用机构和开发机构名单中， 大部分是国际上著名的制造业、过程业和自动控制系统公司代表，如DoPont, HP, IBM, ABB, Siemens, Honeywell, SAP, Rockwell, Emerson, Invensys, GE, UC, Microsort, Nestle, Shell, Yokogawa等等，具有相当的代表性和权威性特别是国际上所有的自动化控制 系统公司都参加了 SP95的工作组，说明了当前控制界对企业信息化和系统集成的关注程度2. 系统集成的结构模型2.1功能结构模型SP95标准所定义的系统集成是指功能结构模型第3层和第4层间的接口，通常指企业生产计划、运行管理和工厂操作间的接口。

当然，需 要完成连续、批量或离散控制功能的控制系统提供实时数据，并进行数据交换图1为功能结构模型分层组织，各层分别是：商业策划和 逻辑层，运行控制层，批量、连续、间断控制层2.2设备结构模型生产企业的实际设备通常也以分级形式组织，如图2所示第3或《4层申第4层 活动处 理的对第3层 活动处 理的对耐it生产曲肝38生产的用于何断生产曲更腿设备 更碗财B2设琢轴田 0(川付切|(!3川3. 集成功能数据流模型在生产企业中，和信息交换相关的功能由SP95定义为功能数据流模型该模型由相关功能模块和在各模块间交换的信息组成组成该模型的功能块由：定单处理、生产计划、生产控制、材料能源控制、采购、质量保证、产品库存控制、生产成本会计、产品运输管理、维护 管理、研发以及市场销售如图3所示图中的宽虚线相当于第四层和第三层间的借口，接口的生产控制侧包括生产控制中的大部分功能 和其它主要功能所发生的活动带箭头的实现表示功能块之间交换的信息流图3 企业控制功能模型 pGi iQpG) 114. 信息对象模型及属性SP95认为，在企业和控制的集成系统中，信息穿过企业与控制系统的接口，在各相关的功能块之间流动。

信息主要分为二类：生产能力信 息、生产定义信息、生产信息标准以对象模型的形式定义信息，用各个对象的属性描述具体信息4.1对象模型4.1.1生产能力信息SP95规定，在选定的时间内，生产过程设计的所有资源统称为生产能力信息它是关于设备、材料、人事和过程分段的信息，由生产能力 模型、人事模型、设备模型、材料模型和过程分段模型组成1) 生产能力模型生产能力是给定时间分段中的人事能力、设备能力、材料能利和过程分段能力的统称又可分为有用能力、已用能力和无用能力，它是可 以使用的生产能力的理论最大值，如图4所示当前生产能力(2) 人事模型人事模型包括具体职员、职员类和职员资格的信息3) 设备模型设备模型包括具体设备、设备类、设备能力测试信息以及相关设备的维护信息4) 材料模型材料模型包括实际材料、材料定义和材料类定义信息材料信息包括原材料、成品和中间产物的库存量5) 过程分段模型过程分段是执行某一生产步骤所需的人事资源、设备资源和材料在逻辑上的组合过程分段模型的组成有：过程分段参数、人事分段规范、 设备分段规范和材料分段规范4.1.2生产定义信息生产定义信息是被生产规范、材料清单和资源清单共享的信息，定义为生产定义信息模型。

生产定义信息模型由生产分段和制造清单组成, 生产分段包括生产参数、人事规范、设备规范、材料规范4.1.3生产信息生产信息试生产历史信息、生产库存信息和生产计划信息所共享的部分，它用生产计划和生产实绩两个模型来定义1) 生产计划模型生产计划是生产请求的集合，生产请求又分为各个分段要求，每个分段要求可包含：生产参数、人事要求、设备要求、己生产材料要求、 已耗材料要求和预期消耗品2) 生产实绩模型生产实绩是生产响应的集合，生产响应又分为各个分段响应，每个分段响应可包含：生产数据、人事实况、设备实况、己生产材料实况、 已耗材料实况和消耗品实况4.2对象属性在SP95模型中，各对象的属性详细定义了生产控制功能和其它功能的接口内容下面将以生产信息类的生产计划模型为例，详细介绍该 模型各对象的属性："生产计划"属性：ID, Description> Start Time> End Time> Published Date, Location> Element Typeo"生产耍求"属性：ID, Description> Product Production Rule> Start Time> End Time, Priority"分段耍求"属性：ID、Segment > Description> Earliest Start Time> Latest End Time> Duration, Duration Unit of Measure：,"牛产参数"属性： Name、Description、Value> Value Unit of Measure"人爭要求"属性：Personnel Class> Pers on > Description > Quantity > Quantity Unit of Measure"人爭要求特性"属性：Property Name> Description> Value> Value Unit of Measure、Quantity> Quantity Unit of Measure"设备要求"属性: Equipment Class, Equipment> Description> Quantity > Quantity Unit of Measure：, "已生产材料要求"属性： Material Class> Material Definition> Material Lot> Material Sublot> Description> Location> Quantity > Quantity Unit of Measure。

已生产材料要求特性,,属性：Property Name、Description> Value> Value Unit of Measure> Quantity> Quantity Unit of Measureo"已耗材料要求"属性： Material Class> Material Definition> Material Lot> Material Sublot> Description> Location> Quantity > Quantity Unit of Measure o"已耗材料要求特性"属性：Property Name> Description> Value> Value Unit of Measure > Quantity > Quantity Unit of Measureo"预期消耗品"属性： Material Class> Material Definition> Location> Description> Quantity > Quantity Unit of Measureo"预期消耗品特性"属性：Property Name> Description> Value> Value Unit of Measure> Quantity> Quantity Unit of Measure05 •系统集成标准的进展SP95成为国际电工委员会IEC和国际标准化组织ISO的第15联合工作组编号为62264的标准项目，制定“企业与控制系统集成国际标准” 的唯一范本。

SP95已经被法国、德国、意大利、日本、肯尼亚、英国等接受为国家标准SP95将采用国际标准的公共信息加换技术XMLoSP95将根据911后的新形势，增加系统安全性等内容SP95将使用Rational Rose的UML软件或Microsoft的BizTalk Visio软件进行自动建模和自动化程序生成。