用于控制制造工艺的方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于尤其在采用计算机管理的制造执行系统（MES)的生产设施 中控制制造工艺的方法和系统。
【背景技术】
[0002] 如由制造企业解决方案协会（MESA国际）所限定的，MES系统是通过管理"从发布 到制造中的订单点至交付到制成品中的产品点的生产操作"并且通过"经由双向通信跨组 织和供应链而向其他方提供与生产活动有关的任务关键信息"来"推动制造操作的有效执 行的动态信息系统"。
[0003] 为了提高制造工厂的质量和工艺性能，MES系统的功能通常包括资源分配和状态、 调度生产订单、数据收集/采集、质量管理、维护管理、性能分析、操作/详细日程安排、文档 控制、劳工管理、工艺管理和产品跟踪。
[0004] 例如，西门子公司在其SIMATIC?产品系列下提供了广泛范围的MES产品。
[0005] 通常，在工程时期，MES客户端应用由系统工程师使用以根据特定制造工厂要求来 进行定制。相反，在运行时期，MES客户端应用由诸如工厂操作员或生产线负责人员这样的 终端用户使用。
[0006] 在制造活动中，为了最终实现良好水平的操作性能，制造工艺的准确建模对于日 程安排和执行二者而言是至关重要的。
[0007] 在称为ISA-S95的标准中发现了用于制造的模型的已知示例。标准ISA-S95是适 用于离散和连续生产类型的、针对制造中的工艺控制工程的ISA S88标准的批处理模式的 扩展。其限定了针对单独生产步骤的方案，所述方案包括与在制造执行系统中需要的不同 生产阶段之间的信息交换有关的规则。
[0008] 在MES系统中，基本的步骤是产品定义。这意味着工程师需要工具来限定推动制 成品生产的工艺。工程师将限定生产步骤、材料、设备，更一般地说将限定用于制造特定产 品所涉及和需要的所有资源。产品定义需要的根据存在于ISA-S95标准中。
[0009] 根据ISA-S95标准，并且如图1所示，其中图1复制了所述标准的部分1的图8， 产品定义信息包括三个不同方面的信息，即，针对日程安排或资源清单（BoR)的信息、材料 信息或材料清单（BoM)以及产品生产规则（PPR)。BoR是用于生产产品所需要的所有资源 的清单，其包括材料、人员、设备、能源以及消耗品。BoM是用于生产产品所需要的所有材料 的清单，其表明了所需要的每种材料的量：材料可以是原材料、中间材料、组件、零件及消耗 品。PPR是用于指导如何生产产品的制造操作的信息。PPR与相关联的BoR/BoM的交叠部 分（图1中的阴影部分）形成产品段（PS)。在下文中，PPR和BoR/BoM还将分别称作"与 生产相关的信息实体"和"与资源相关的信息实体"。在本说明书中，"信息实体"还简称为 "实体"。
[0010] 目前，如ISA-S95中所限定的，产品定义和产品生产规则仅预见到PPR生产单个产 品，而即使对于其生产共享大多数制造步骤和大多数材料的很相似的产品也需要不同的产 品定义。
[0011] 该方法（针对每种产品有一个产品定义，而与该产品无关）在MES系统中明显导 致了通常具有很小差别的产品定义的增殖，并且因此增加了 MES系统的复杂度。较高复杂 度使得错误更容易发生，引入较低的效率并且导致较差的性能和较高的维护成本。
[0012] 产品定义的激增可能发生之处是例如制药行业或食品和饮料行业。例如，考虑制 成品"维生素 C药丸"和"维生素 D药丸":除了一些材料（有效成分不同）和一些工艺参数 (例如不同的混合时间）之外，它们具有类似的工艺和类似的配料。类似地，在食品行业中， 在生产香草冰淇淋和巧克力冰淇淋方面，除了确定口味的配料（香草或巧克力）和有可能 使得能够生产相同冰淇淋的一些变体的一些可选配料之外，基本上所有事物均被共享。
[0013] 为了在上面所提到的情况下避免产品定义（以及从而产品生产规则）的增殖，已 经引入"PPR多种最终材料"的理念。根据该理念，为MES系统提供用于制造多个产品的单 个PPR，多个产品的制造工艺共享大多数工艺工作流和大多数资源（特别是材料）。单个 PPR针对非共享资源而包括将所述非共享资源限定为通用资源（或者"别名"）的标签，并 且通用资源通过在创建针对特定产品的生产订单时创建至BOR/BoM的链接而被解析成实 际资源。
[0014] 然而，特定商品可能需要在涉及非共享资源的工艺阶段（特别是在PS中）中使用 特定工艺参数。例如，香草/巧克力冰淇淋可以被包装在诸如桶或罐的不同种类和不同容 量的容器中。容器仍然可以作为"别名"资源而在单个PPR中被建模，但是包装段可能需要 针对每种容器特定的关闭压力或填充速度。同样，不同的包装机可以可用于填充不同的容 器，并且每种包装机可以需要不同的设定。先前的提案没有用于将与针对不同制成品的不 同参数有关的信息纳入单个PPR中的条款：在这些条件下，MES系统没有用于获悉哪个参数 要被用于特定商品的手段，从而不能利用"PPR多种最终材料"的理念。
【发明内容】
[0015] 本发明的目的是提供一种用于控制制造工艺的方法，该方法以上述理念为基础并 且使得能够应对在涉及非共享资源的工艺阶段中存在针对特定制成品的特定工艺参数。
[0016] 前述目的通过一种方法和系统来实现，其包括用于为MES系统提供产品定义信息 的步骤，其中产品定义信息包括与生产相关的信息实体和与资源相关的信息实体，与生产 相关的信息实体包括与如何制造产品有关的信息，与资源相关的信息实体包括与要用于制 造该产品的资源有关的信息。用于为MES系统提供产品定义信息的步骤包括：为MES系统 提供单个与生产相关的信息实体以用于制造其制造工艺共享大多数工艺工作流和大多数 资源的多种产品，并且还包括：
[0017] -针对涉及非共享资源并且根据特定于所述多种产品中的每种产品的参数来执行 的工艺阶段，将与要被用于所述多种产品中的每种产品的参数有关的信息纳入单个与生产 相关的信息实体中；以及
[0018] -在创建特定产品的生产订单时，从单个与生产相关的信息实体中仅读取特定于 该产品的参数并且仅将特定于该产品的参数包含到订单中。
[0019] 在本发明的实施方式中，产品定义信息可以优选地取自ISA-S95标准，并且与参 数有关的信息与产品段相关联。
[0020] 在本发明的实施方式中，将与参数有关的信息纳入单个与生产相关的信息实体中 的步骤包括：针对所涉及的每个工艺阶段来创建表格，该表格具有与参数和特定产品同样 多的行。
[0021] 此外，可以提供一种计算机程序元件，其包括用于当被载入计算装置的数字处理 器中时执行根据上述方法的步骤的计算机程序代码。
[0022] 此外，可以提供一种存储在计算机可用介质中的计算机程序产品，其包括用于使 计算装置执行上述方法的计算机可读程序代码。
[0023] 因此，本发明的实施方式针对要生产的多种制成品而提供了单个产品生产规则， 并且所述单个生产规则将在创建特定生产订单时参考特定的材料清单，并且将考虑到针对 不同制成品的不同工艺参数的存在。
【附图说明】
[0024] 参照附图，现在将以优选但不唯一的实施方式描述本发明，其中：
[0025] 图1示出了根据ISA-S95标准的产品定义信息；
[0026] 图2是利用PPR多种最终材料的理念的方法的流程图；
[0027] 图3示出了图2的方法的示例性应用的单个PPR和BoM ;
[0028] 图4是本发明的方法的流程图；
[0029] 图5示出了本发明的示例性应用的PPR和BoM ;以及
[0030] 图6示出了在利用本发明时创建的生产订单的示例。
【具体实施方式】
[0031] 根据本发明，工厂的制造工艺经由MES系统来控制。为MES系统提供如图1所示 的产品定义信息。产品定义信息包括与生产相关的信息实体和与资源相关的信息实体，与 生产相关的信息实体特别是具有与其关联的一个或更多个PS的至少一个PPR，资源相关的 信息实体特别是PPR参考的每种产品的BoM。
[0032] 如之前所提到的，在符合ISA-S95标准的MES系统中，在产品定义与产品之间存在 一一对应关系。为了解决该方法中固有的上述问题，根据本发明，引入PPR多种最终材料的 理念，即，PPR可以限定工艺和资源以生产一组制成品（例如维生素 C或维生素 D ;香草冰淇 淋或巧克力冰淇淋......）而不是单个商品。
[0033] 因此，参考图2,利用该理念的方法的第一步骤10创建针对多种制成品的单个 PPR〇
[0034] 与使相同PPR工作以生产不同制成品的问题有关的主要问题在于：资源中的一些 资源是不同的。参考上面提到的示例维生素 C/维生素 D，香草冰淇淋/巧克力冰淇淋，相 应的传统产品定义在要执行的步骤方面共享大多数工艺，并且还共享所涉及的大多数原材 料。然而，它们不共享PPR中限定的每一种资源：实际上，在维生素的情况下，需要不同的有 效成分；在冰淇淋的情况下，至少要使用不同的香料。
[0035] 为了实现针对不同制成品的单个PPR，称作"别名"的通用材料被存储在PPR资源 之中（步骤11)。然后，当生产定义必须被用于真正地生产用户所期望的制成品时，即当PPR 成为特定制成品的生产订单时，则通过将它们与BoM绑定（步骤12)来将"别名"解析成真 正的材料。
[0036] 在图3中示出了用于生产香草冰淇淋和巧克力冰淇淋的单个PPR的示例性应用。
[0037] 在左侧示出了单个PPR 100,其包括通用冰淇淋的生产信息。在右侧示出了分别用 于生产香草冰淇淋和巧克力冰淇淋的两个不同的BoM 200、300。
[0038] PPR 100包括若干个产品段，例如定量给料101、混合102、冷冻103以及包装104。 定量给料101涉及使用一些固定的材料，例如糖、牛奶、蛋类以及着色剂（例如胭脂树红色 素），无论要生产哪种冰淇淋，所有材料均使用相同的量。此外，所述段涉及使用其它材料 (上面所限定的别名），所述其它材料对于特定冰淇淋种类是特定的并且在PPR中将不被预 先限定。在该示例中，在定量给料段101中的别名是香料和可能的可选配料，其称作额外 项目（在该示例中是用于巧克力冰淇淋的巧克力块）。接着，在包装段104中，不同的容器 (例如，2升的桶和0. 2升的罐）被用于不同的冰淇淋：因此在该段中的"容器"是另一个别 名。
[0039] PPR别名以虚线方框来示出。
[0040] 相应地，BoM 200、300二者具有被用在两种产品中的固定材料，以及用于特定产品 的特定材