JP2013140583A - リアルタイムで生産制御システムにおけるバッチのライフサイクルを管理するシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リアルタイムで生産制御システムにおけるバッチのライフサイクルを管理するためのシステムおよび方法を提供すること。
【解決手段】このシステムは、企業管理システム、製造実行システム(MES)、タスク実行支援(TEA)システムおよび生産制御システムを含む。TEAシステムは、生産依頼を実行するために、MESと生産制御システムの間にインターフェイスで接続されている。企業管理システムが発生するバッチ生産依頼を、MESが受け取り、MESはバッチ生産依頼をTEAシステムに転送する。TEAシステムは、生産制御システムから、バッチ生産依頼を実行するのに必要な情報を取得する。この情報を取得すると、TEAシステムは、オペレータに、生産制御システムにおいてバッチを作成するように指示を与える。生産制御システムは、バッチの作成を確認して、TEAシステムに対してバッチのリアルタイム状態を更新する。
【選択図】図1

Description

本開示は、自動化された産業におけるバッチ生産工程の分野に関する。より具体的には、本開示の実施形態は、リアルタイムで生産制御システムにおけるバッチのライフサイクルを管理するためのシステムおよび方法に関する。

バッチ生産は、製造業界において使用される技法であり、この技法においては、生産制御システムにおける一連の作業ステーションにわたって、段階ごとに対象物が製作される。製造組織において使用される企業アプリケーションは、製作しようとする対象物のそれぞれに対する生産依頼を発生させる。製造実行システム(MES)は、生産制御システムと協調することによって、生産依頼のそれぞれの実行を管理する。

現在、企業アプリケーションからMESまで、およびMESから生産制御システムまでのすべてのアプリケーションを統合しようとする、多くの構想が生まれつつある。しかしながら、バッチ生産シナリオにおいて、ERP−MES統合は実現しているものの、MESとリアルタイムバッチ生産制御システム間の統合は困難な課題である。これまでに、OPC(Object Linking and Embedding for Process Control)インターフェイスを通してリアルタイム生産制御システムを統合する努力が行われている。バッチの全体ライフサイクルを管理するためにバッチ生産制御システムを統合することはまだ達成されていない。

したがって、リアルタイムで生産制御システムにおけるバッチの全体ライフサイクルを管理し、産業生産の柔軟性、効率および透明性を増大させるために、MES層とバッチ生産制御システム層の間のギャップを埋めることに対するニーズがある。

本開示の方法およびシステムの提供によって、従来技術の短所が克服されて、さらなる利点が提供される。

本開示は、リアルタイムで生産制御システムにおいてバッチの全体ライフサイクルを管理するために、MES層とバッチ生産制御システム層の間のギャップを埋めることによって、既存の技法の制限を解消する。

一実施形態においては、本開示は、バッチの生産工程の効率的なモニタリングと制御を可能にする。

一実施形態においては、本開示は、分散制御システム(DCS)操業とその他のプラント操業の間の協調の改善を図ることによって、生産性の改善を図る。

一実施形態においては、本開示は、製造実行システム(MES)と生産制御システムを統合して、ターンアラウンド時間を低減するとともに、協調を改善する。

本開示の技法によって、さらなる特徴および利点が実現される。本開示のその他の実施形態および態様について本明細書において詳細に説明するが、これらは特許請求される開示の一部とみなされる。

一実施形態において、本開示は、リアルタイムで生産制御システムにおけるバッチのライフサイクルを管理するシステムを提供する。このシステムは、企業管理システム、製造実行システム(MES)、タスク実行支援(TEA)システムおよび生産制御システムを含む。TEAシステムは、MESと生産制御システムの間にインターフェイスで接続されている。企業管理システムは、バッチ生産依頼を発生させる。MESは、発生されたバッチ生産依頼を受け取り、対応するバッチ生産依頼に対して、1つまたは複数のバッチコマンドを発生させる。

一実施形態においては、TEAシステムは、バッチ生産依頼を実行するための、コマンド受取りインターフェイス、コマンド実行エンジン(CEE)、および1つまたは複数のアダプタインターフェイスを含む、複数のインターフェイスとして構成される。

一実施形態においては、TEAのコマンド受取りインターフェイスは、MESから、発生された1つまたは複数のバッチコマンドを受け取る。コマンド実行エンジン(CEE)は、受け取られた1つまたは複数のバッチコマンドに対して順番に実施される1つまたは複数の行為をリストし、実行して、モニタリングするように構成される。1つまたは複数のアダプタは、CEEから、リストされた1つまたは複数の実施すべき行為の1つを受け取り、それを、生産制御システム上に設けられた対応するインターフェイスに転送する。生産制御システムは、1つまたは複数の実施すべき行為に対する必要情報を、その1つまたは複数の行為を完了させるために、対応するインターフェイスを介してCEEに提供する。必要情報をCEEに提供した後に、CEEは、オペレータに、生産制御システムにおいて1つまたは複数のバッチコマンドを実行するように指示を与える。生産制御システムは、そのバッチコマンドを実行して、対応するアダプタインターフェイスを介して、コマンド受取りインターフェイスに対してバッチの状態を更新する。

一実施形態においては、本開示は、リアルタイムで生産制御システムにおけるバッチのライフサイクルを管理する方法を提供する。この方法は、企業システムによる、バッチ生産依頼を発生させる行為を含む。発生されたバッチ生産依頼は、製造実行システム(MES)が受け取り、MESは、受け取ったバッチ生産依頼に対して、1つまたは複数のバッチコマンドを発生させる。発生された1つまたは複数のバッチコマンドは、タスク実行支援(TEA)システムのコマンド受取りインターフェイスが受け取る。

一実施形態においては、TEAシステムのコマンド実行エンジン(CEE)は、1つまたは複数のバッチコマンドに対して順番に実施される1つまたは複数の行為をリストする。リストされた1つまたは複数の行為を、TEAシステムの対応するアダプタインターフェイスが受け取る。次いで、この対応するアダプタインターフェイスは、受け取った1つまたは複数の行為を、生産制御システム上に設けられた対応するインターフェイスに転送する。対応するインターフェイスが、1つまたは複数の行為を受け取ると、生産制御システムは、1つまたは複数の行為を完了させるために、1つまたは複数の実施すべき行為に必要な情報を、対応するインターフェイスを介してCEEに提供する。1つまたは複数の行為を完了させた後に、CEEは、オペレータに、生産制御システムにおいてバッチコマンドを実行するように指示を与える。生産制御システムは、オペレータからの指示を受け取るとバッチコマンドを実行し、OPC AEアダプタインターフェイスを介して、コマンド受取りインターフェイスに対してバッチの状態を更新する。

前記の概要は、説明だけを目的とするものであり、いかなる限定も意図するものではない。上記の説明目的の態様、実施形態および特徴に加えて、さらなる態様、実施形態および特徴が、図面と以下の詳細な説明を参照することによって明白になるであろう。

本開示の新規の特徴および特性が、添付の特許請求の範囲に記載されている。しかしながら、本開示自体の実施形態、ならびに本開示の好ましい使用モード、さらなる目的および利点は、以下の説明用の実施形態についての詳細な説明を参照し、添付の図面と合わせ読めば、最もよく理解されるであろう。次に、1つまたは複数の実施形態を、例示としてのみ、添付の図面を参照して説明する。

生産制御システムにおけるバッチのライフサイクルを管理するためのシステムアーキテクチャを図解する、例示的ブロック図である。 本開示の一実施形態による全体的バッチ生産工程を示す。 本開示の一実施形態による全体的バッチ生産工程を示す。

これらの図は、説明目的でのみ本開示の実施形態を表わすものである。当業者であれば、以下の説明から、本明細書に記載する開示の原理から逸脱することなく、本明細書に示される構造および方法の代替実施形態を利用できることを、容易に理解するであろう。

上記では、以下に示す本開示の詳細な説明を理解しやすくするために、本開示の特徴および技術的利点をややおおまかに概説した。本開示のさらなる特徴および利点を以下に説明するが、これらは本開示の特許請求の範囲の主題を形成するものである。本開示に特有であると考える新規の特徴は、その組織および動作方法の両方について、添付の図を合わせて考察すれば、さらなる目的および利点と共に、以下の説明からより詳細に理解されるであろう。しかしながら、図のそれぞれは例証と説明の目的のみで提供されるものであり、本開示の限定の定義として意図するものではないことを明白に理解されたい。

本開示の一実施形態は、リアルタイムで生産制御システムにおけるバッチのライフサイクルを管理するシステムおよび方法を提供する。

図1は、生産制御システムにおけるバッチのライフサイクルを管理するためのシステムアーキテクチャを図示する、例示的なブロック図である。

このシステムは、企業管理システム101、製造実行システム(MES)103、タスク実行支援(TEA)システム105および生産制御システム113を含む。TEAシステム105は、MES103と生産制御システム113の間にインターフェイスで接続されている。TEAシステム105は、コマンド受取りインターフェイス107、コマンド実行エンジン109および1つまたは複数のアダプタインターフェイス111を含む、複数のインターフェイスとして構成されている。上記1つまたは複数のアダプタインターフェイス111は、OPC(Object Linking and Embedding for Process Control)バッチ、OPCデータアクセス(DA)、操業効率改善(OEI)クライアント、OPCアラーム・イベント(AE)およびファイルシステムである。生産制御システム113は、アダプタインターフェイス111と通信するために、複数の対応するインターフェイス115が備えられている。対応するインターフェイス113は、OPCバッチ、OPC DA、OEI、およびOPC AEおよびファイルシステムである。

OPCは、インダストリアルオートメーションにおけるオープン生産性および接続性、ならびに産業を支援する企業管理システムのすべてに関する。OPCバッチは、バッチを作成するのに必要な情報を、バッチ工程の特定ニーズに伝える。OPCバッチは、機器状況および現行動作状況を交換するためのインターフェイスを提供する。OPC DAは、リアルタイムデータを生産制御システム113からヒューマン-マシンインターフェイス(HMI)およびその他のディスプレイクライアントへ移動させるのに使用される。OPC AEは、オンデマンドでアラーム・イベント通知を提供する。これらには、プロセスアラーム、オペレータアクション、情報メッセージ、および追跡/監査(tracking/auditing)メッセージが含まれる。

企業管理システム101は、大規模統合型アプリケーションソフトウエアパッケージであって、現代情報技術の計算、データ記憶、およびデータ通信の能力を使用して、自動化された産業の内部およびその間の、ビジネスプロセス、情報フロー、報告、およびデータ分析を支援する。企業管理システム101は、自動化された産業において、1つまたは複数の製品に対して顧客から任意の購入注文を受け取るように構成されている。企業管理システム101は、その1つまたは複数の製品を顧客に配送するとともに、顧客に配送された製品についてのインボイスを送付するのにも使用される。

企業管理システム101は、生産設備に対する生産依頼の源として動作する。企業管理システム101は、顧客注文のそれぞれに対するバッチ生産依頼を発生させる。MES103は、企業管理システム101から、発生されたバッチ生産依頼を受け取る。MES103は、企業管理システム101と生産制御システム113の間の統合層として動作して、生産依頼の実行を調整、管理する。MES103は、オンライン情報を用いて、企業管理システム101と生産制御システム113の間のギャップを埋め、人、機器および在庫などの製造資源の現在の適用を管理する。MES103内に構成されたワークフローエンジンは、受け取った生産依頼に対して、1つまたは複数のバッチコマンドを発生させる。この1つまたは複数のバッチコマンドは、「バッチを作成」、「バッチを開始」、「バッチを中断」、および「バッチを完了」である。コマンド受取りインターフェイス107は、ワークフローエンジンが発生させた1つまたは複数のバッチコマンドを受け取り、この1つまたは複数のバッチコマンドを、実行のためにコマンド実行エンジン109へと送付する。このコマンド実行エンジン109は、1つまたは複数の実施すべき行為をリストして、この1つまたは複数のバッチコマンドを実行する。

一実施形態においては、「バッチ作成」コマンドを実行するために、コマンド実行エンジン109は、製法(formula)データの収集、適用可能機器データの収集、およびスケジューラファイルの作成などの1つまたは複数の行為をリストする。コマンド実行エンジン109は、生産制御システム113上に設けられたOPCバッチインターフェイスと、コマンド実行エンジン109内に構成されたOPCバッチアダプタインターフェイスを介して連絡し、バッチを作成するのに必要な製法データを収集する。また、コマンド実行エンジン109は、生産制御システム113上に設けられたOPC DAインターフェイスと、OPC DAアダプタインターフェイスを介して連絡して、バッチを作成するのに必要な機器データを収集する。生産制御システム113から必要な情報を取得した後に、コマンド実行エンジン109は、スケジューラファイルを作成して、このスケジューラファイルを生産制御システム113に記憶させる。生産システム113は、バッチを作成するためにスケジューラファイルを実行する。スケジューラファイルを実行した後に、コマンド実行エンジン109は、OEIクライアントアダプタインターフェイスを介して、オペレータに、生産制御システム113においてバッチを手動で作成するように指示する。生産制御システム113は、オペレータから指示を受け取ると、バッチを作成して、OPC AEアダプタインターフェイスを介してバッチの作成を確認する。

一実施形態においては、コマンド実行エンジン109は、バッチが作成されると、OEIアダプタインターフェイスを介して、バッチを開始するようにオペレータに知らせる。バッチが開始された後に、生産制御システム113は、OPC AEアダプタインターフェイスを介して、コマンド実行エンジン109に対してバッチのリアルタイム状態を更新する。代替的な一実施形態においては、オペレータは、生産管理システムに照会して現在のバッチ状態を入手することができる。一実施形態においては、コマンド実行エンジン109は、バッチを完了させるか、または中断する必要が生じるときには、OEIアダプタインターフェイスを介してオペレータに知らせる。

図2Ａおよび２Ｂは、本開示の一実施形態による、全体バッチ生産プロセスを示す。

企業管理システム101は、1つまたは複数の製品に対する1社または複数の顧客からの購入注文を受け取る。受け取った注文のそれぞれに対して、企業管理システム101は、顧客販売注文を作成して、その注文に対して、請求可能な量が在庫にあるかどうかを調べる。請求可能な量があれば、企業管理システム101は、製品を顧客に配送するとともに、インボイスを顧客に送付する。請求可能な量が、在庫にない場合には、企業管理システム101は、企業管理システム101と生産制御システム113の間にインターフェイスで接続されている、製造実行システム(MES)103に、注文の実行を依頼する。

MES103は、上記の1つまたは複数の製品の生産に伴う制約を分析し、次いで生産依頼のスケジュールを設定する。MES103は、すべての注文をまとめ、それらの注文を優先順位付けし、製品のそれぞれを生産するためのバッチIDを発生させる。一実施形態においては、特定の製品の生産に対して、1つまたは複数のバッチが使用される。MES103は、バッチIDおよび販売注文番号をマッピングして、シフトごとまたは日ごとに生産のスケジュールを設定する。生産のスケジュールを設定すると、MES103は、品質管理ユニットに対して、生産に使用される材料の品質の検査を依頼する。MES103は、品質管理ユニットから品質検査の結果を受け取り、タスク実行支援システム(TEA)105に、生産依頼を実行することを依頼する。TEAシステム105は、MES103と生産制御システム113の間にインターフェイスで接続されている統合層である。

TEAシステム105は、生産依頼を実行するための1つまたは複数の行為を実施する。この1つまたは複数の行為とは、製法データおよび適用可能な機器ユニットデータを、生産制御システム113から収集すること、およびスケジューラファイルの作成である。TEAシステム105は、OPCインターフェイスを介して生産制御システム113に対して、生産制御システム113におけるバッチを作成するのに必要な製法データおよび適用可能な機器ユニットデータの提供を依頼する。生産制御システム113から必要なデータを取得した後に、TEAシステム105は、スケジューラファイルを作成して、そのスケジューラファイルを生産制御システム113に記憶させる。生産制御システム113はバッチを作成するとともに、バッチを作成したことをTEAシステム105にOPCインターフェイスを介して通知する。次いで、TEAシステム105が、バッチを作成したことを、MES103のワークフローエンジンに通知する。

バッチが作成されると、TEAシステム105は、操業効率改善(OEI)インターフェイスを介して、生産制御システム113にバッチを開始することを依頼する。指示を受け取ると、生産制御システム113はバッチを開始するとともに、バッチの状態を、OPCインターフェイスを介して、TEAシステム105に送付する。次いで、TEAシステム105が、MES103のワークフローエンジンに、バッチの状態を通知する。ワークフローエンジンは、バッチにおいて製造された製品が、スケジュール設定された仕様通りに製造されたかどうかを検査する。製造された製品がスケジュール設定された仕様通りである場合には、ワークフローエンジンは、実際の生産を開始し、そうでない場合には、ワークフローエンジンは、仕様外品(offspec)を在庫に割り当てる。ワークフローエンジンはまた、顧客が注文した量がバッチで生産された実際の量と合致するかどうかを調べる。顧客が注文した量が、バッチにおいて生産された実際の量と同じである場合には、TEAシステム105は、OEIインターフェイスを介して、生産制御システム113にバッチを完了させることを依頼する。

生産制御システム113はバッチを完了させるとともに、OPCインターフェイスを介して、バッチ完了状態をTEAシステム105に対して更新する。一実施形態においては、TEAシステム105は、OEIインターフェイスを介して、生産制御システム113にバッチレポートを提供することを依頼する。生産制御システム113は、バッチレポートを発生させるとともに、このバッチレポートをワークフローエンジンにアップロードする。バッチレポートを受け取ると、ワークフローエンジンは、バッチ生産工程の動作をクリーンアップし、品質レポートを発生させて、企業管理システム101を介して、顧客に製品を配送する。

一実施形態においては、TEAシステム105は、OEIインターフェイスを介して、生産制御システム113に対して、バッチを中断させることを依頼する。バッチを中断させた後に、生産制御システムは、OPCインターフェイスを介して、TEAシステム105に対してバッチの中断を確認する。

最後に、本明細書において使用される言語は、主として可読性と教示目的で選択されており、本発明の主題を詳述し、境界を明確にするためには選択されていないことがある。したがって、本発明の範囲は、この詳細な説明によって限定されるのではなく、これに基づく出願となる、いずれかの特許請求の範囲によって限定されることを意図するものである。したがって、本発明に実施形態の開示は、以下の請求の範囲には記載されている本発明の範囲を、限定するものではなく、例証することを意図するものである。

本明細書における実質的に任意の複数および/または単数の用語の使用について、当業者は、文脈および/または用途に応じて、複数から単数へ、および/または多数から複数へと変換することができる。様々な単数/複数の順列を、分かり易くするために、本明細では明確に記載されることがある。

さらに、本開示の特徴または態様は、マーカッシュグループによって記述されているが、当業者は、本開示はまた、マーカッシュグループの任意の個々のメンバー、またはメンバーのサブグループによって記述されることを認識するであろう。

本明細書において様々な態様および実施形態を開示したが、その他の態様および実施形態が当業者には明白であろう。本明細書において開示された様々な態様および実施形態は、説明を目的とするものであり、限定を意図するものではなく、真の範囲および趣旨は以下の特許請求の範囲に示されている。

101 企業管理システム
103 製造実行システム(MES)
105 タスク実行支援(TEA)システム
107 コマンド受取りインターフェイス
109 コマンド実行エンジン
111 アダプタインターフェイス
113 生産制御システム
115 対応するインターフェイス
MES 製造実行システム
TEA タスク実行支援
CEE コマンド実行エンジン
OEI 操業効率改善
DA データアクセス
AE アラーム・インベント

Claims (13)

1. リアルタイムで生産制御システムにおけるバッチのライフサイクルを管理するシステムであって、
   バッチ生産依頼を発生させるように構成された企業管理システムと、
   発生されたバッチ生産依頼を受け取り、前記バッチ生産依頼に対応する1つまたは複数のバッチコマンドを発生させるように構成された製造実行システム(MES)と、
   前記MESと前記生産制御システムの間にインターフェイスで接続されたタスク実行支援(TEA)システムであって、
   前記MESから前記発生された1つまたは複数のバッチコマンドを受け取るとともに、前記MESに対して状態を更新するように構成されたコマンド受取りインターフェイス、
   前記受け取った1つまたは複数のバッチコマンドに対して順番に実施される1つまたは複数の行為を、リストし、実行し、かつモニタリングするように構成されたコマンド実行エンジン(CEE)、および
   前記リストされた実施すべき1つまたは複数の行為の1つを前記CEEから受け取り、その行為を前記生産制御システムに設けられた対応するインターフェイスに転送する、1つまたは複数のアダプタインターフェイス
   を含む、複数のインターフェイスとして構成されているタスク実行支援(TEA)システムとを含み、
   前記生産制御システムが、実施すべき1つまたは複数の行為に対して必要な情報を、前記1つまたは複数の行為を完了させるために、前記対応するインターフェイスを介して前記CEEに供給するように構成されている、システム。
2. 前記バッチコマンドが、「バッチを作成」、「バッチを開始」、「バッチを中断」、および「バッチを完了」を含む群から選択される、請求項1に記載のシステム。
3. 前記TEAにおける前記1つまたは複数のアダプタインターフェイスおよび生産制御システムにおける対応するインターフェイスが、OPC(Object Linking and Embedding for Process Control)バッチ、OPCデータアクセス(DA)、操業効率改善(OEI)、OPCアラーム・イベント(AE)、ならびにファイルシステムを含む群から選択される、請求項1に記載のシステム。
4. 前記1つまたは複数の行為が、製法データの収集、適用可能機器ユニットデータの収集、スケジューラファイルの作成、オペレータへのバッチコマンドの実行の報知、およびバッチの追跡である、請求項1に記載のシステム。
5. 前記CEEが、スケジューラファイルを作成し、作成されたスケジューラファイルを、ファイルシステムアダプタインターフェイスを介して生産制御システムに記憶させる、請求項1に記載のシステム。
6. 前記生産制御システムが、前記バッチを作成するために記憶されたスケジューラファイルを実行する、請求項5に記載のシステム。
7. 前記生産制御システムは、OEIアダプタインターフェイスを介してオペレータから指示を受け取ると、前記1つまたは複数のバッチコマンドを実行する、請求項1に記載のシステム。
8. 前記生産制御システムは、前記1つまたは複数のバッチコマンドの実行を確認し、OPC AEアダプタインターフェイスを介してTEAのコマンド受取りインターフェイスに対してバッチの状態を更新する、請求項7に記載のシステム。
9. リアルタイムで生産制御システムにおけるバッチのライフサイクルを管理する方法であって、
   企業システムによってバッチ生産依頼を発生させる行為と、
   製造実行システム(MES)によって、前記発生されたバッチ生産依頼を受け取り、前記受け取ったバッチ生産依頼に対して1つまたは複数のバッチコマンドを発生させる行為と、
   タスク実行支援(TEA)システムのコマンド受取りインターフェイスによって、前記発生された1つまたは複数のバッチコマンドを受け取る行為と、
   前記TEAシステムのコマンド実行エンジン(CEE)によって、前記1つまたは複数のバッチコマンドに対して順番に実施される1つまたは複数の行為をリストする行為と、
   前記TEAシステムの対応するアダプタインターフェイスによって、前記1つまたは複数の行為を受け取り、前記受け取った1つまたは複数の行為を、前記生産制御システムに設けられた対応するインターフェイスに転送する行為と、
   前記1つまたは複数の行為を完了させるために、前記生産制御システムによって、実施すべき1つまたは複数の行為に対して必要な情報を、対応するインターフェイスを介して前記CEEに提供する行為と、
   前記1つまたは複数の行為が完了すると、前記CEEによって、OEIアダプタインターフェイスを介して生産制御システムにおいて1つまたは複数のバッチコマンドを実行する指示をオペレータに与える行為と、
   前記バッチのライフサイクルを管理するために、前記生産制御システムによって、前記1つまたは複数のバッチコマンドを実行するとともに、前記バッチの状態を前記コマンド受取りインターフェイスに報告する行為と
   を含む、方法。
10. 前記1つまたは複数のバッチコマンドが、「バッチを作成」、「バッチを開始」、「バッチを中断」、および「バッチを完了」を含む群から選択される、請求項9に記載の方法。
11. 前記1つまたは複数の行為が、製法データの収集、適用可能機器ユニットデータの収集、スケジューラファイルの作成、オペレータへのバッチコマンドの実行の報知、およびバッチの追跡である、請求項9に記載の方法。
12. 前記1つまたは複数のバッチコマンドに対して順番に実施される前記1つまたは複数の行為は、前記TEAシステムの前記CEEによって実行される、請求項9に記載の方法。
13. 前記1つまたは複数のバッチコマンドに対して、前記TEAシステムの前記CEEによって実施される前記1つまたは複数の行為の状態が、前記MESに報告される、請求項9に記載の方法。