Управления рецептурными (BATCH) производствами с использованием стандартов ISA-88 (IEC 61512)

1. Управления рецептурными
(BATCH) производствами с
использованием стандартов
ISA-88 (IEC 61512)
Александр Пупена (pupena_san@ukr.net)
1

2. Мы сегодня
Учебный центр
Шнейдер Электрик
"Модикон-Киев"
Работа над проектами
asu.in.ua
https://www.facebook.com/groups/asu.in.ua/
https://www.facebook.com/groups/MES.in.ua/

3. …до ISA88
• собственные «стандарты"
организации программ
• тонкие но очень
объектно-зависимые
вещи
• «велосипедная» стратегия
PLC/SCADA/HMI programmer Thezlobnyprepod
…до ISA88
• МЕКовские языки
основы построения
ПЛК, SCADA/HMI,
пром.сети
• как правильно
писать алгоритмы,
программы, строить
алгоритмы
SCADA/HMI?
ISAS88
Мы до ISA88

4. Наше поведение сейчас
05.07.2018 Про ТДА - pupena_san@ukr.net 4

5. Реакция интеграторов (может и ваша :-) ), но не
конечных заказчиков
05.07.2018 Про ТДА - pupena_san@ukr.net 5
- "это всё ваша "наука", она не
работает в реалиях"
- "мы делаем так, потому что
так видели у европейцев и
оно офигенно работает" (а
откуда взяли европейцы?)
- "это уровень MES а не
АСУТП, оно нам не надо"

6. Batch vs Continue
• менее продуктивные
• небольшие партии
• большее время
• меньшее количество оборудования
• возможность изменения технологии
путем изменения реецпта (напр. соки
и молоко на том. же оборудовании)
• технологические операции как
последовательности действий в том
же оборудовании: дозирование
порциями
• …
• большие партии
• непрерывные операции
• большая продуктивность
• оборудование = технология
• непрерывное дозирование –
соотношение расходов
• дополнительное оборудование
• рециркуляции
• трудные пуски, остановы,
нештаты
05.07.2018 Період виробн - pupena_san@ukr.net 6

7. Гибкость Batch производства
• большой ассортимент продукции
• много однотипного и немного различимого оборудования
• много путей, возможность/необходимость изменения пути
• необходимость планирования, координации действий
продукт рецепт оборудование05.07.2018 7

8. Двойная натура batch
- как непрерывные: наличие регулирования, идентификация сырья
только до пределов партии
- как дискретное: последовательности операций, синхронизация,
необходимость отслеживания сырья
- НЕ непрерывное (ограниченное время, ограниченная партия,
различное оборудование, необходимость планирования)
- НЕ дискретное (границы между партиями но не деталями)
+ =
05.07.2018 Період виробн - pupena_san@ukr.net 8

9. Вызовы: новые продукты по новой рецептуре
Тут, вобщем, технологи
вирішили новий рецепт у
виробництво пустити, ти
б не міг це ШВИДЕНЬКО в
програму внести?!
О це будуть
таблеточки!
05.07.2018 ISA-88 Intro - pupena_san@ukr.net 9

10. Вызовы: разное оборудование (путь)
… і треба щоб в любому танку і
фасувати на любу лінію, і щоб любі
продукти !
05.07.2018 ISA-88 Intro - pupena_san@ukr.net 10

11. Вызовы: отчеты по партиям
Зроби звіти по кожній
партії окремо!
05.07.2018 ISA-88 Intro - pupena_san@ukr.net 11

12. Вызовы : планирование
Ти нам ще шедулінг
забацаєш?!
05.07.2018 ISA-88 Intro - pupena_san@ukr.net 12

13. - Чебурашка, приборы!
- Двести!
- Чтодвести?!
- А чтоприборы?
- Какое состояние аппарата!
- Что такое «состояние» и что
такое … «аппарат»?
Вызовы:интеграция

14. Вызовы:интеграция-типичныйвариант
…та мы интегрируєм с MESлюбой
контроллер!
Нужно разрабатывать АСУТП уже с возможностью
интеграции!

15. Другие вызовы …
• разделение общих ресурсов между различными одновременными
процессами
• обработка ошибок в технологии (не в оборудовании) в зависимости от типа
продукта
• изменения технологической последовательности во время приготовления
продукта, внесение в историю, возможность повторного использования
• возможность отслеживания продукции
• возможность смешивания ручных и автоматических технологических
действий
05.07.2018 ISA-88 Intro - pupena_san@ukr.net 15

16. Ты ж автоматчик
ты ж программист!
05.07.2018 ISA-88 Intro - pupena_san@ukr.net 16

17. 05.07.2018 ISA-88 Intro - pupena_san@ukr.net 17

18. Стандарты ISA-88/IEC 61512
• ANSI/ISA–S88.01–1995 Batch Control Part 1: Models and Terminology. IEC 61512-1
• ANSI/ISA-S88.00.01 Batch Control Part 1: Models and Terminology (Update 2010)
• ANSI/ISA–88.00.02 Batch Control Part 2: Data Structures and Guidelines for Languages
(2001)
• ANSI-ISA-88.00.03 Batch Control Part 3: General and Site Recipe Models and
Representation (2004)
• ANSI/ISA-88.00.04 Batch Control Part 4: Batch Production Records (2006)
• ANSI/ISA-88.00.05 Batch Control Part 5: Implementation Models & Terminology for
Modular Equipment Control
• ISA-TR88.00.02 Machine and Unit States: An Implementation Example of ISA-88 (2008)
• ISA TR88-95.00.01 ISA-88/95 Technical Report Using ISA-88 and ISA-95 Together
05.07.2018 ISA-88 Intro - pupena_san@ukr.net 18

19.  инженеров различного уровня и предназначения, в
частности технологов, главных инженеров, других
производственников
 специалистов АСУТП, программистов ІТ управления
предприятием
Кому это надо
05.07.2018 Що таке ISA-88 (замальовки) 19

20. Принцип 1: RECIPE <> Equipment
технология –
последовательность и
технологические параметры
приготовления конкретного
типа продукта і конкретной
партии:
"нагреть до 50 °С" но не
"открыть клапан пары TV1
на 100%"
управление оборудованием
(конкретним):
"открыть клапан TV2" но
не "приготовить кефир"
RECIPE (рецепт) EQUIPMENT
(оборудование)
05.07.2018 ISA-88 Intro - pupena_san@ukr.net 20

21. Recipe (рецепт, рецептура, регламент…)
процедура + формула +
оборудование на котором
делать
05.07.2018 ISA-88 Intro - pupena_san@ukr.net 21
процедура –
технологическое действие
- не нужно вносить изменение в программу при добавлении нового
рецепта.
Оборудование делает все что умеет,
рецепт задает что делать оборудовании з того, что оно умеет
и в какой последовательности
и с какими параметрами.

22. Принцип 2: структурирование ресурсов и технологий
декомпозиция процессов –
иерархия процедур
декомпозиция оборудования –
иерархия оборудования
05.07.2018 ISA-88 Intro - pupena_san@ukr.net 22

23. Физическая модель оборудования
05.07.2018 ISA-88 Intro - pupena_san@ukr.net 23
- стандарт рекомендует как делать декомпозицию, распределять
обязанности и функции между оборудованием, и решать типовые сложные
задачи, исходя из лучших практик.

24. Recipe & Equipment
• рецептура – технологи, оборудование и управление – инженеры-конструкторы,
механики, автоматчики, программисты …
• ISA-88 – как разделить (для гибкости) и соединить технологию и оборудование
декомпозиция + агрегирование
05.07.2018 ISA-88 Intro - pupena_san@ukr.net 24

25. Принцип 3: любой уровень автоматизации
- полный автомат
- частично автоматизированный
- только ручные операции
05.07.2018 ISA-88 Intro - pupena_san@ukr.net 25
- один и тот же рецепт может работать на разном оборудовании с разной
степенью автоматизации.
- вопросы синхронизации прописаны в структуре (автоматы состояния
процедур)

26. Принцип 4: иерархия рецептур
05.07.2018 ISA-88 Intro - pupena_san@ukr.net 26

27. Принцип 4: иерархия рецептур
05.07.2018 ISA-88 Intro - pupena_san@ukr.net 27
- рецепты могут наследоваться от R&D до оборудования.
- исполняемые рецепты могут меняться на лету
- исполняемые рецепты могут стать прототипом для шаблонных мастер-
рецептов
- исполняемые рецепты привязаны к конкретной партии, могут быть
отслежены по ID партии

28. Принцип 5: рецептурные языки
05.07.2018 ISA-88 Intro - pupena_san@ukr.net 28

29. Принцип 5: рецептурные языки
05.07.2018 ISA-88 Intro - pupena_san@ukr.net 29
- рецептурные языки – технологические

30. Принцип 5: рецептурные языки
- хорошо отслеживается состояние процесса и оборудования
в работе

31. Принцип 6: управление на основе состояний
05.07.2018 ISA-88 Intro - pupena_san@ukr.net 31
Процедуры

32. Управление на основе состояний
05.07.2018 ISA-88 Intro - pupena_san@ukr.net 32
Процедуры
- единый язык для разработки технологии и системы управления –
точность описания, отсутствие недоговоренности и менее
непродуманности
- стандарт дает несколько шаблонов автоматов – бери и пользуйся

33. Управление на основе состояний (исполнение)
05.07.2018 ISA-88 Intro - pupena_san@ukr.net 33
- состояния дают представления о
выполнении рецепта
- состояния могут
распространяться вверх и вниз, и
это обговаривается при разработке

34. Принцип 7: Терминологическая определенность
ФормализациятерминологииISA-88
Режимы, состояния, шаги, этапы,
стадии …. – это не синонимы а разные
понятия!
- отсутствие путаницы в определении состояния и требуемого
поведения системы со стороны всех стейкхолдеров

35. Принцип 8: исполняемый рецепт для каждой
партии уникален и оставляет "след"
05.07.2018 ISA-88 Intro - pupena_san@ukr.net 35
- удобно делать отчеты по партиям
- можно отслеживать продукт
Control recipe
• происходит от мастер рецепта (как копия)
• меняется с потребностями конкретной партии:
• каждая партия имеет уникальный управляющий рецепт, могут отличаться
только ID
• вся информация о производстве партии сохраняется и архивируется с
привязкой к нему

36. Batch reports: пример
- используя Batch ID можна вытянуть всю информацию об оборудвании ->
любую информацию в истории, связанных к ним

37. Принцип 9: согласованность ISA 88/95/106
Level 4
Level 0
Level 1
Level 2
Level 3
Business Logistics
Plant Production Scheduling, Shipping,
Receiving, Inventory, etc
Manufacturing
Operations Management
Dispatching, Detailed Production
Scheduling, Production Tracking, ...
Batch
Production
Control
Discrete
Production
Control
Continuous
Production
Control
ISA – IEC/ISO
Interface
Standards
IEC, OPC, &
OMAC Interface
Standards
ISA
Functional
Model
The production processes
ISA-95 1,2
ISA-95 3,4
ISA
-88
ISA-
TR88
.02
ISA-
106
05.07.2018 ISA-88 Intro - pupena_san@ukr.net 37
ISA95 - IEC 62264,
ISA88 - IEC 61512
- стандарты ISA 88/95/106 согласованы – упрощение интеграции

38. Определение продукта
(операции): Как (работы), с
чего (материалы) на чём
(оборудование, другие ресурсы)
изготовить продукт?
3
8
Доступные ресурсы:
Что имеется для изготовление
продукта/операции (в т.ч.
оборудование)?
Производственный план:
Когда и с какими ресурсами (в т.ч.
оборудование) планируется
изготовить продукт?
Фактические показатели
производства:
Какпроисходит(происходило
изготовление продукта?
Производственные
операции
• Одинаковые идеи во всех стандартах группы SA-88/95/106
• ISA-88– рецептурное производство (АСУТП+частично АСУВ)
• ISA-95– базируется на идеях ISA-88,дляАСУТП-шниковпрощеначинатьс
ISA-88
• ISA-106 (в работе) – идеи ISA-88/95 …
Принцип 9: согласованность ISA 88/95/106 не только по оборудование

39. 3
9
GAMP/GMP
• Использование ISA-88 входит в GAMP http://www.gmpua.com/GAMP
https://appau.org.ua/news/obzor-praktyk-upravlenyya-proektamy-po-gamp/

40. Преимущества - итоги
• много-асортиментая продукция:
• новые рецепты аля "технологические программы" создаются технологами
и исполняются системой без перепрограммирования
• понятные для технологов способы конфигуриррования рецептов
• возможность изменения рецептуры на лету с регистрацией и
возможностью прототипирования
• формализация и стандартизация – единый взгляд на все производство
• формализация иерархии оборудования:
• упрощение декомпозиции,
• решение проблем подчиненности
• менее подвержен ошибкам,
• понятен по всей вертикали управления,
• с каждым последующим проектом уменьшение времени разработки
• формализация автоматов состояний
• координация ручных и автоматических процедур
• упрощение отслеживаемости продукта
• BATCH отчеты
• интеграция с верхним уровнем , ISA-88 & ISA-95
• продуманный механизм масштабирования партии
• разработка согласно GAMP/GMP
• …

41. Доступность реализации
• BATCH-модули в SCADA/DCS упрощают реализацию, но дорогие и часто
базируются на решениях для системы вцелом
• реализация без BATCH-модулей возможна!
• частично - без всяких проблем, это больше подход к построению ПО и
эксплуатации АСУТП (философия)
• полностью – требует значительных усилий в реализации
функциональности "построения" рецепта, особенно при использовании
PFC, табличные рецепты можно реализовать достаточно просто
• основные идеи реализовываем во всех проектах, полная реализация (все
функции) только в лабораторном практикуме

42. ISA 88 – философия инженера
• программисту АСУТП – полностью
• программисту MES, АСУП - полностью
• проектанту АСУТП - азы
• технологу - азы
• управляющие должности (главные инженеры, технологи, механики) - азы

43. ISA 88/95 в INDUSTRIE 4.0 (RAMI)
05.07.2018 ISA-88 Intro - pupena_san@ukr.net 43
IEC 62264 - ISA95, IEC 61512 - ISA88
RAMI - Reference Architecture Model Industrie 4.0

44. ISA 88 – не только для программиста АСУТП, философия
инженера
ISA88.asu.in.ua
05.07.2018 ISA-88 Intro - pupena_san@ukr.net 44
• программисту АСУТП – полностью
• программисту MES, АСУП - полностью
• проектанту АСУТП - азы
• технологу - азы
• управляющие должности (главные инженеры, технологи, механики) - азы

45. Бачи, шмачи … - зачем нам это, у
нас непрерывное производство!
05.07.2018 ISA-88 Intro - pupena_san@ukr.net 45

46. Концепції ISA 88 – в неперервні і дискретні процеси
“…У кінці вісімдесятих при розробці стандарту ISA-
88 для управління порційним виробництвом,
деякі члени нашого комітету вирішили перевірити
ефективність можливого застосування концепцій
керування періодичними процесами, покладених
в основу цього стандарту, у неперервному і
дискретному виробництві. Ми зійшлися на думці,
що ці концепції дуже добре підходять і можуть
бути використані і в інших галузях промисловості.
Том Фішер теж погодився, але зазначив, що якби
ми спробували розширити статут стандарту
за межі періодичного виробництва,
ймовірність закінчити коли-небудь цей
стандарт сильно б зменшилася. Том мав рацію!
Замість прогнозованих 2 років, перші дві частини
стандарту ISA-88, що задовольняли первинному
його статуту, фактично були випущені аж через 13
років. Добре, що ми зупинилися на порційному
виробництві, так як я не можу собі уявити, де ми
були б зараз, якби тоді розширили наш статут!..”
David A. Chappell
05.07.2018 ISA-88 Intro - pupena_san@ukr.net 46

47. Концепции ISA 88 – в стандарт для непрерывных
процессов
ISA 106 (в розробці) - Procedure Automation for Continuous Process Operations
http://www.slideshare.net/pupenasan/106-61724166

48. ISA 106
05.07.2018 ISA-88 Intro - pupena_san@ukr.net 48
https://youtu.be/eNEKOlV_JXM
https://youtu.be/T26m4dEepoA
https://youtu.be/-aUPobpSFCE

49. ISA 106 тоже на состояниях
05.07.2018 ISA-88 Intro - pupena_san@ukr.net 49

50. ISA 106 много синхронизации с ручными
операциями
05.07.2018 ISA-88 Intro - pupena_san@ukr.net 50

51. Концепции ISA 88 – для дискретных процессов
• ISA-TR88.00.02 Machine and Unit States: An Implementation Example of
ISA-88 (2008)
• ANSI/ISA-TR88.00.02-2015, Machine and Unit States: An implementation
example of ANSI/ISA-88.00.01
05.07.2018 ISA-88 Intro - pupena_san@ukr.net 51

52. Традиційні підходи
працюють
Тимне менше,концепції
ISA88 єкращими
Алетількиякщо ви знаєтеяк їхзастосовувати!
Для того чтобы это работало ISA 88 – нужно
понимать как это использовать
Applying ISA-88 inDiscreteand ContinuousManufacturing

53. Курсы
05.07.2018 ISA-88 Intro - pupena_san@ukr.net 53
Программа курса (базовый уровень):
https://drive.google.com/file/d/1cxW1QBNJDErv5gFeu5EW1VqQtJKouirL/view
Писать: pupena_san@ukr.net
Звонить: +38(050)-199-35-13
Управления рецептурными (BATCH) производствами с
использованием стандартов ISA-88 (IEC 61512).
Базовый уровень (для всех инженеров)
В курсе даются основные принципы разработки функциональных
требований и спецификаций к системам управления много-рецептурными
периодическими производствами с использованием моделей и
терминологии, определенных в стандартах ANSI/ISA-88 (IEC 61512).
Лабораторный практикум (для программистов АСУТП). На примерах
испытать максимум деятельностей ISA-88. Только после прохождения
базового уровня.

54. ТК 185 Промислова автоматизація
05.07.2018 ISA-88 Intro - pupena_san@ukr.net 54
https://sites.google.com/view/tc-185-ukraine/iec-61512-isa88

55. Спасибо!Вопросы?
Яне розумію чому він такийщасливий
зі своїми новими номернимизнаками.