CN104699034A - 对制造执行系统中的设计更新进行管理 - Google Patents

对制造执行系统中的设计更新进行管理 Download PDF

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Abstract

在经由MES系统对制造过程的控制中的产品定义更新进行管理的方法和系统中，将设计信息实体下载至MES系统，每个实体针对特定产品定义了制造规格并且包括关于不同制造步骤的数据的集合。在第一次下载实体时，在MES系统中创建第一和第二实体，将它们存储在数据库中。第一实体具有关联的第二实体并且包括至关联的第二实体的链接，每个第二实体包括产品的制造步骤的数据。在每次更新实体时，将差异包和未改变的集合的标识下载至MES系统，差异包包含经历了改变的和新增加的集合的全部数据。创建与经历了改变的集合对应的第二实体的新版本和/或与增加的数据的集合对应的附加第二实体，将它们存储在数据库中。创建第一实体的新版本。

Description

对制造执行系统中的设计更新进行管理
技术领域
本发明涉及一种用于对制造过程控制中，尤其是采用计算机管理的制造执行系统(MES)的生产设备中的设计更新进行管理的方法和系统。
背景技术
正如制造企业解决方案国际联合会(MESA国际)定义的那样，MES系统是通过管理“从下单进入制造的点到产品交付成品的点的生产操作”并且通过“经由双向通信给遍及机构和供应链的其他部门提供关于生产活动的关键任务信息”来“驱动制造操作的有效执行的动态信息系统”。
为了改善制造工厂的质量和处理性能，MES系统通常包括的功能有：资源分配和状态、调度生产订单、数据采集/获取、质量管理、维护管理、性能分析、操作/详细调度、文档控制、劳务管理、过程管理以及产品跟踪。
例如，西门子公司在其产品系列下提供了广泛范围的MES产品。
通常，在工程时间，系统工程师使用MES客户端应用以根据特定的制造工厂需求来进行用户化。相反，在运行时间，由最终用户诸如工厂操作员或线负责人员利用MES客户端应用。
制造过程的准确建模对于调度和执行二者以及最终获得制造活动中的高水平操作性能来说是必不可少的。
在被称为ISA-S95的标准中发现了用于制造的模型的公知示例。标准ISA-S95是用于制造中的过程控制工程的ANSI/ISA-88标准的批量模式的扩展，标准ISA-S95适用于离散生产类型和连续生产类型。标准ISA-S95针对单个生产步骤定义方案，方案包含关于在制造执行系统中所需的不同生产阶段之间信息交换的规则。
ISA-S95标准是用于MES系统的发展的通用基础。ISA-S95包括若干个部分，其中每个部分都具有特定范围。特别地，ISA-S95标准的部分2[A]通过针对生产能力、过程段能力、人员、设备、材料、过程段、产品定义信息、产品调度和产品性能定义模型来处理表示在制造过程中涉及的实体的对象模型。这样的实体表示在执行生产请求或执行订单期间要使用的资源。
特别地，ISA-S95标准提出对不同MES实体之间的信息的交换进行定义的产品定义模型。在这样的实体之间，产品生产规则(“PPR”，也被称为“生产规则”)和产品段(“PS”，也被称为“生产阶段”)是本发明所关心的。下文报告ISA-S95标准的部分1[B]中所著述的相应的定义：
-“生产规则-用于指示制造操作如何生产产品的信息。”
-“产品段-针对特定产品的资源计划和生产规则之间的共享信息。产品段是实现生产步骤所需的人力资源、设备资源和材料规格的逻辑分组。”
在这样的产品定义模型中，例如在从外部工程或设计环境即企业资源计划(ERP)或产品生命周期管理(PLM)下载所谓的“配置(recipe)”时，创建PPR以便执行PPR。如ANSI/ISA-88标准的部分1[C]中定义的那样，配置是“唯一地定义生产需求的信息的必要集合”。
当外部工程环境改变已被发送到MES系统的配置时，产生保持相关PPR与这些修改一致的问题。
标准并没有针对该争论点的特别规定。通过使用标准机制，整个经更新的配置会被发送至MES系统，由此在MES侧定义新的PPR版本。结果是，具有除了可能考虑例如一些过程参数、一些原材料或一些附加步骤的信息的小子集以外在结构上几乎相同的若干个PPR版本。明显地，这并不是性能和数据复制尤其是配置步骤方面的最优方法，并且因此PPR步骤以及PS具有极大的信息内容。
另一可能的解决方案可以是仅将差异发送至MES系统。这意味着MES系统必须能够将改变施加至相关的PPR，首先根据现有的版本创建新版本并且然后用恰当的改变来更新每个PS。即使是该解决方案，在性能方面尤其是PPR具有极大数量的PS的情况下也可能具有一些缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种克服以上缺点的用于对MES系统中的设计更新进行管理的方法和系统。
通过经由MES系统对制造过程的控制中的产品定义更新进行管理的方法和系统来实现该目的，包括：
a)将设计信息实体从外部工程环境下载至MES系统，每个设计信息实体针对特定产品定义了制造规格并且包括关于不同制造步骤的数据的集合，设计信息实体和数据的集合每当相应产品的规格改变时被更新，并且在创建设计信息实体和数据的集合时以及在需要MES相关改变的每次更新时将设计信息实体和数据的集合下载至MES系统；
b)在第一次下载设计信息实体时，在MES系统中创建第一MES信息实体和第二MES信息实体(简称为第一实体和第二实体)，其中，每个第一实体具有关联的第二实体，每个第二实体包括用于该产品的制造步骤的数据，所述创建步骤包括：
b1)在每次下载经更新的对应的设计信息实体时，创建第二实体的新版本，并且将第二实体与第二实体的数据存储在第二实体的数据库中；
b2)在每次下载经更新的对应的设计信息实体时，通过针对与第一实体关联的每个第二实体将至所述数据库中的第二实体的链接包括在第一实体中来创建第一实体的新版本；以及
b3)将第一实体存储在第一实体的数据库中；
本发明还包括在每次下载经更新的设计信息实体时创建第二实体作为经改版的实体，以及：
c)下载差异包和未改变的集合的标识，该差异包包含经历了改变的集合的全部数据和新增加的集合的全部数据；
d)创建与经历了改变的集合对应的第二实体的新版本和/或与增加的数据的集合对应的附加第二实体，并且将第二实体的新版本和/或附加第二实体存储在第二实体的数据库中；以及
e)通过下述步骤创建第一实体的新版本：
e1)针对经更新的第二实体，用至该实体的新版本的链接来替换至该实体的现有版本的链接；
e2)增加至新创建的第二实体的链接；
e3)删除至与从设计信息实体删除的数据的集合对应的第二实体的链接。
EP 2639753 A1涉及数据复制的问题。就工程阶段(产品定义)而言，该文件涉及在产品定义中能够处理的附加资源，但是该文件未公开或建议关于将产品定义与从外部工程环境下载的更新进行同步的任何内容。
在本发明的实施方式中，在设计信息实体的分层结构的情况下，差异包还包括关于在经历了改变的数据的集合紧下方的分层的级的信息。
在本发明的实施方式中，所述第一实体和所述第二实体属于取自ISA-S95标准的产品定义模型，并且分别是产品生产规则实体和产品段实体。
此外，可以提供包括计算机程序代码的计算机程序元件，该计算机程序代码用于在被加载到计算装置的数字处理器时执行根据上文提及的方法的步骤。
此外，可以提供存储在计算机可用介质上的包括计算机可读程序代码的计算机程序产品，该计算机可读程序代码用于使得计算装置执行提及的方法。
由于PS目录中对PS版本化(PS versioning)的引入以及使用轻PPR来链接目录中适当的PS版本，所以本发明的实施方式防止了数据复制以及硬件资源和软件资源的效率低下的管理。
由于在目录中保持PS的原始版本和经更新的版本二者以及允许PS可以具有多个父本，所以本发明的实施方式允许对固定的生产步骤再循环、允许根据不同PPR或不同PPR版本对固定的生产步骤进行链接并且避免对同一数据的大量修改。事实上，工程师可以修改PS并且自动地传播通过PSTreeLink链接其的每个PPR中的改变。
该方法可以在MES系统和外部工程环境之间的交互方面带来重大改善，提高灵活性和可伸缩性以更好地在市场上竞争。
附图说明
现在参照附图以优选的但并非排他的实施方式来描述本发明，在附图中：
图1a至图1d：PPR队列的图；
图2：PPR再用的图；
图3：本发明的流程图。
具体实施方式
根据本发明，经由MES系统来控制工厂中的制造过程。MES系统设置有与ISA-S95标准的部分1[B]的图21中公开的产品定义模型类似的产品定义模型。在产品定义模型中存在有具有至少第一MES信息实体即产品生产规则(PPR)和第二MES信息实体即产品段(PS)的不同类型的MES信息实体。
如上所述，MES可以从外部工程环境接收针对特定产品定义了制造规格的信息(即配置)。因此，MES创建对应的PPR并且保持PPR与配置中可能发生的MES相关的改变一致。
参照附图，图1a示出了在时刻t1时的在外部系统中定义并且存储的配置(“原始配置”)。配置具有对许多制造阶段的规格进行定义的许多步骤(在图中为六个)。原始配置中的步骤被标记为“修订1”。当将原始配置下载到MES系统以用于执行时，创建PPR(图1b中的PPR v.1.0)并且将该PPR存储在PPR目录或数据库中。在传统方式中，PPR具有和配置中的步骤一样多的步骤。当下载原始配置时，将原始配置的步骤的全部数据内容发送至MES系统。在所有图中用黑点示出了连同配置步骤的所有数据下载的配置步骤。
按照资源单(材料、工具、设备和人员)、电子工作指令、过程参数等，将配置步骤的数据转换成对应的PS的数据，并且将这样的数据存储在PS目录或数据库(在其中数据仍被称为“步骤”)中，而不是包括在PPR中。
通常，给定PPR和PS之间的紧密关系，即使在不同表格(目录)中，也将这些实体存储在同一数据库中。
PPR步骤进而仅包括至目录中的对应PS的链接(“PSTreeLink”)：因此，PPR步骤可以被称为“轻”步骤并且PPR是小于标准PPR的“轻PPR”。根据产品系列已知了轻PPR的概念。
出于本发明的目的，还通过使用标准MES版本化来创建PS并且将其存储作为经改版的实体：所以在时刻t1时创建的PS是版本1.0。
图1c示出了在时刻t2时的经更新的配置。假定该更新具有发生下述改变的修改的步骤1、步骤3和步骤5：该改变是全部MES相关的并且需要在MES中创建PPR的新版本。用斜体撰写修改的步骤。经更新的配置因而包含修改的步骤1、步骤3和步骤5的修订2以及未改变的步骤2、步骤4和步骤6的修订1。
本发明考虑到外部工程环境当然了解配置的增量更新，所以可以将“差异包”下载至MES系统而不是如通过应用标准方法而发生的那样再次下载整个配置。
差异包包括：
-到由该改变影响的节点或步骤的每条路径的全部数据；
-对未被该改变影响的每个节点的引用或标识(图1b中示出为圆)；
-可选地，如果有的话，在改变的节点紧下方的分层的级；正如例如上述产品系列的情况一样，如果该步骤标识在相同PPR中是单意的，则不需要关于分层的级的信息。
如图1d所示，在接收到这样的差异包时，更新与经更新的配置步骤对应的PS(步骤)1、PS(步骤)3、PS(步骤)5并且用PS的经更新的版本(由阴影线点示出的v.2.0)来补充PS目录。因此创建新的PPR v.2.0并且将其存储在PPR目录中。PPR v.2.0在结构上是PPR v.1.0的复制，但是步骤1、步骤3、步骤5的PSTreeLink现在指向目录中的对应PS的版本2.0。PPR v.2.0被存储在PPR目录中，其中，为了溯源性，还维持之前版本1.0。
因为PPR仅包含至目录中的PS的链接，所以在数据库中PPR级处不存在数据复制。PS目录将包括原始步骤和经更新的步骤二者的数据，并且原始数据即使在更新后也总是可用的。因而，可以由相同PPR的不同版本或由不同的PPR来再用当发生各种引入时未改变的PS。
这意味着，可以如图2所示的由多个PSTreeLink来引用目录中的每个PS。特别地，PPR的版本1.0和版本2.0共享未改变的PS。特别地，两个版本仅针对下述三个链接的步骤不同：步骤1、步骤3和步骤5。针对这些步骤，在目录中创建新版本，以使保存PPR版本1.0的结构并且同时使MES系统与配置级处做出的改变一致。
已经描绘了保持与原始配置相同数量的步骤的更新。如果在配置中要引入新的步骤，会用对应的新的PS来补充PS目录并且用新的PSTreeLink补充经更新的PPR。如在改变的情况下那样，在删除步骤的情况下，从PPR中删除对应的PSTreeLink，但是将相关的PS保持在目录中以使得能够再用。
图3的流程图中总结了本发明的方法。在步骤100中，将原始配置下载至MES，在步骤101中，创建PS并且将其存储在PS目录中作为经改版的PS，创建具有至PS目录的链接的轻PPR并且将其存储在PPR目录中。当配置中出现需要更新PPR的更新时(步骤102)，准备并且下载差异包(步骤103)。在步骤104中，在维持现有的PS版本以供其他PPR再用时，用修改的PS的新版本以及可能地用新PS来补充PS目录。进而，通过使现有的PSTreeLink与至经更新的PS版本的更新链接相关、通过增加至新PS的PSTreeLink链接以及通过删除与已删除的PS对应的PSTreeLink来更新PPR。将经更新的PPR存储在目录中。
除以上描述的本发明的实施方式以外，本领域技术人员能够作出各种其他设置和步骤，即使并未在本文档中明确地描述这些其他设置和步骤，然而这些其他设置和步骤仍落入所附权利要求的范围内。
所引用的标准的列表
[A]ISA-S95标准的部分2
ISA-草案S95.00.02
企业-控制系统集成
部分2：对象模型属性
草案5，2000年8月
[B]ISA-S95标准的部分1
ISA-草案S95.00.01-2000
企业-控制系统集成
部分1：模型和术语
草案15，2000年1月
[C]ANSI/ISA-88标准的部分1
ANSI/ISA-88.01-1995
批量控制：模型和术语

Claims (5)

1.一种经由MES系统对制造过程的控制中的产品定义更新进行管理的方法，所述方法包括下述步骤：
a)将设计信息实体从外部工程环境下载至所述MES系统(100)，每个所述设计信息实体针对特定产品定义了制造规格并且包括关于不同制造步骤的数据的集合，所述设计信息实体和所述数据的集合每当相应产品的所述规格改变时被更新，并且在创建所述设计信息实体和所述数据的集合时以及在需要MES相关改变的每次更新时将所述设计信息实体和所述数据的集合下载至所述MES系统；
b)在第一次下载设计信息实体时，在所述MES系统中创建第一MES信息实体和第二MES信息实体(101)，所述第一MES信息实体和所述第二MES信息实体在下文中称为第一实体和第二实体，其中，每个所述第一实体具有关联的第二实体，每个所述第二实体包括用于所述产品的制造步骤的数据，所述创建步骤包括：
b1)在每次下载经更新的对应的设计信息实体时，创建所述第二实体的新版本，并且将所述第二实体与所述第二实体的数据存储在所述第二实体的数据库中；
b2)在每次下载经更新的对应的设计信息实体时，通过针对与所述第一实体关联的每个第二实体将至所述数据库中的所述第二实体的链接包括在所述第一实体中来创建所述第一实体的新版本；以及
b3)将所述第一实体存储在所述第一实体的数据库中；
所述方法的特征在于：创建所述第一实体和所述第二实体的所述步骤被设置成创建所述第二实体作为经改版的实体；以及所述方法还包括在对所述设计信息实体的每次所述更新时(102)执行的下述步骤：
c)下载差异包和未改变的集合的标识(103)，所述差异包包含经历了改变的集合的全部数据和新增加的集合的全部数据；
d)创建与经历了改变的集合对应的所述第二实体的新版本和/或与增加的数据的集合对应的附加第二实体，并且将所述第二实体的新版本和/或所述附加第二实体存储在所述数据库中(104)，同时维持所述第二实体的现有版本以供所述对应的第一实体的不同版本或不同的第一实体再用；以及
e)通过下述步骤创建所述第一实体的所述新版本(104)：
e1)针对经更新的第二实体，用至所述实体的所述新版本的链接来替换至所述实体的现有版本的所述链接；
e2)增加至新创建的第二实体的链接；
e3)删除至与从设计信息实体删除的数据的集合对应的第二实体的链接。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述设计信息实体的分层结构的情况下，所述差异包还包括关于在经历了改变的数据的集合紧下方的分层的级的信息。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一实体和所述第二实体属于取自ISA-S95标准的产品定义模型，并且分别是产品生产规则实体和产品段实体。
4.一种用于经由MES系统对制造过程的控制中的产品定义更新进行管理的系统，包括：
a)用于将设计信息实体从外部工程环境下载至所述MES系统(100)的装置，每个所述设计信息实体针对特定产品定义了制造规格并且包括关于不同制造步骤的数据的集合，所述设计信息实体和所述数据的集合每当相应产品的所述规格改变时被更新，并且在创建所述设计信息实体和所述数据的集合时以及在需要MES相关改变的每次更新时将所述设计信息实体和所述数据的集合下载至所述MES系统；
b)用于在第一次下载设计信息实体时在所述MES系统中创建第一MES信息实体和第二MES信息实体(101)的装置，所述第一MES信息实体和所述第二MES信息实体在下文中称为第一实体和第二实体，其中，每个所述第一实体具有关联的第二实体，每个所述第二实体包括用于所述产品的制造步骤的数据，用于创建的所述装置还包括：
b1)用于在每次下载经更新的对应的设计信息实体时，创建所述第二实体的新版本，并且将所述第二实体与所述第二实体的数据存储在所述第二实体的数据库中的装置；
b2)用于在每次下载经更新的对应的设计信息实体时，通过针对与所述第一实体关联的每个第二实体将至所述数据库中的所述第二实体的链接包括在所述第一实体中来创建所述第一实体的新版本的装置；以及
b3)用于将所述第一实体存储在所述第一实体的数据库中的装置；
所述系统的特征在于：用于创建所述第一实体和所述第二实体的所述项b)的装置被设置成创建所述第二实体作为经改版的实体；以及所述系统还包括在对所述设计信息实体的每次所述更新时(102)执行操作的下述装置：
c)用于下载差异包和未改变的集合的标识(103)的装置，所述差异包包含经历了改变的集合的全部数据和新增加的集合的全部数据；
d)用于执行下述操作的装置：创建与经历了改变的集合对应的所述第二实体的新版本和/或与增加的数据的集合对应的附加第二实体，并且将所述第二实体的新版本和/或所述附加第二实体存储在所述数据库中(104)，同时维持所述第二实体的现有版本以供所述对应的第一实体的不同版本或不同的第一实体再用；以及
e)用于使用下述装置创建所述第一实体的所述新版本(104)的装置：
e1)用于针对经更新的第二实体，用至所述实体的所述新版本的链接来替换至所述实体的现有版本的所述链接的装置；
e2)用于增加至新创建的第二实体的链接的装置；
e3)用于删除至与从设计信息实体删除的数据的集合对应的第二实体的链接的装置。
5.一种用于执行根据权利要求1至3中任一项所述的方法的步骤的计算机程序产品。
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