SCADA 和 MES:金字塔的秘密

关于ERP和MES之间的分界线的争论，实际上根据流程甚至工业的选择而变化，几乎没有超出单位库存管理和产品制造配方的套利义务。

在80%的情况下，ERP将向MES提供制造订单清单，MES必须通过控制操作程序及其可追溯性来执行该清单，并将原材料消耗、生产绩效和制造质量反馈给ERP产品。

这项澄清工作很少针对SCADA 和 MES之间的分界线进行，原因是：这条分界线的存在本身就是一个谜。

金字塔的秘密

为了解开这个谜团，我们必须意识到自动化世界中一个非常一致的代表所施加的力量（并且仍然在施加），这就是 CIM 金字塔（见对面的图）

CIM（计算机集成制造）在八十年代已得到广泛传播。需要记住的是不同材料和软件层的金字塔表示，CIM 在公司的生产数字架构中暗示了这一点。

原始的 CIM 图没有提到 SCADA 的定位（这些程序在 CIM 到位时才刚刚出现）。将其添加为附加层并更精确地表征每个层可能很诱人，这给出了以下表示。



这种金字塔表示隐含地依赖于几个假设，即使这些假设从未被非常清楚地表达过。

第一个是功能层次结构，其效果通过表征得到加强。这意味着我们从最简单的函数（位于金字塔底部）到最复杂的函数（位于金字塔顶部）。第二个假设（更可能是最重要的）是，每个功能块只能与其正上方和正下方的功能块相邻。最后一个假设同时通过与传统管理结构的类比在历史上得到陈述，而且通过在每个级别上确实不同的物质通信类型的存在来陈述：在八十年代，传感器网络、自动机网络和计算网络是不同类型，无法共存于同一物理材料上。



如今，我们并不认为智能本质上集中在金字塔的顶部，尤其是以太网和 TCP/IP 已将自己确立为大多数网络的基本通用层，无论是传感器或执行器网络、自动机还是计算网络，还是甚至全球互联网连接。但是，在不肯定 CIM 金字塔分裂的情况下，至少可以说这种表现不如这一时期那么明显。

然而，金字塔的“秘密”是暗中传达一种划分，这种划分不一定符合功能现实，既不符合当前的技术限制，也不符合现场的现实（我们稍后会看到）。

但首先让我们看看 ISA（通过 ISA-95 标准进行 MES 分析工作的主要贡献者）是否定义了更好的 SCADA 和 MES 领域……
MES 和 SCADA 根据 ISA 的工作

首先，让我们记住 ISA-95 的首要目标是定义 MES 和 ERP 之间的交换模式。第一个积极的结果是它证明了这两个程序在整个生产架构中的存在。

在MES的功能定位上，ISA没有采取CIM的金字塔式表述；然而，他们保留了这些级别，将 4 级指定给 ERP，将 3 级指定给 MES，这与我们在图 2 中所做的表示很接近。

全局绘图在较低级别中高度区分过程类型，由图 n°3 表示。乍一看，尽管表示方式有所不同，但 CIM 金字塔似乎延伸到了 SCADA，即使过时了，仍然具有相关性。但是，事情真的是这样吗？



图 3 - ISA-95 / IEC 62264 的剪纸功能

通过进一步查看图中的细节，我们发现 ISA-95 并没有更清楚地识别 CIM 和 SCADA 定位的第一个版本。SCADA 字面上是“监督控制和数据采集”的缩写。如果监视控制和监督控制被视为属于第 2 级，那么数据采集（SCADA 的 DA）和配方控制（通常被视为 SCADA 功能）则与 ISA-95 中的第 3 级绑定。2 级更多地被认为是“自动化”级别。

另外，如果我们发现，特别是在标准的第2部分中，MES和SCADA之间的交换模式的建立经过了长期的发展，那么我们寻找MES和SCADA之间交换的定义将是徒劳的。如何解释这种缺失？
现实中的现实——平行生活

为了充分了解实际情况，必须考虑 CIM 金字塔的另一个前提：CIM 开发人员沉迷于完全自动化的工业设施的想法中，因此不会出现手动操作，即使手动操作数量众多并在该行业占据主导地位。然而，SCADA 自动机和程序尚未被设计用于管理手动操作。由于没有更好的办法，长期以来业界认为需要SCADA来实现人机界面（MMI），但实际上这个功能不属于任何软件。

因此在实践中，MES程序刚发布时，都会考虑直接手工操作，一般是通过数据录入接口。为了使信息收集和可追溯性更加容易，条形码阅读器和标签打印机等设备由 MES 软件直接或通过自动机进行管理，但大多数情况下不会通过监管软件进行管理。通过自动化将 SCADA 呈现为“地面”和 MES 之间的中间阶段并不真正符合现实。在实践中，监督和 MES 遵循完全不同的路径（平行生命）。此外，这些工具通常与不同的文化相关：监督的发展反映了生产的“自动化”愿景，真正面向“位和文字”，即“基本输入/输出系统”，而MES的发展反映了“操作性”愿景更加结构化，通常更加“计算”。因此，SCADA和MES之间并没有真正定义任何结构化交换，MES程序从根本上收集数据更简单。ISA-95 的功能图还强调了 MES 与 SCADA 的工作时间尺度相同，只有少数特殊例外。图4代表了SCADA和MES的真实定位。



图 4 - 组织功能自动化/SCADA/MES

该图表明 SCADA 和 MES 角色存在更大的混乱。金字塔代表法并没有预示这种混乱，它解释了工业界可能思考的关于这两个计划所扮演的角色的大部分问题。数据采集和部分操作控制直接在两个程序块之间重复，其屏幕分别呈现给相同的操作员。

有时，并行性甚至会持续到归档，这两种工具都在不同的系统中存储几乎相同的数据。在这种混乱中，可以找到合乎逻辑的要求监管解决方案的集成商将自己直接连接到ERP，这并不一定意味着像之前假设的那样，监管工具配备了MES功能！集成商被迫进行重要的具体开发，这些开发难以设置和维护，并且通常受到 ISA-95 良好实践软件的限制而转移。

为了避免这种混乱，最好将 SCADA 和 MES 集中在同一个软件平台中，至少共享这些软件之间的通用功能：与自动机通信、与生产外围设备通信、数据采集和归档、人机界面等。模块化方法将使工业企业能够根据自己的需求调整功能范围。这样的组织就是图 5 中的组织，更清晰、更高效。



图 5 - 自动化功能和 SCADA/MES 融合的组织结构

结论

SCADA 和 MES 通常在工业设施中共享角色，但其协作方式不太清晰且高效，而受 CIM 启发的金字塔表示方式则暗示了这一点。实际情况表明 MES 几乎不与监管工具相互作用。这两种工具的共存更多地符合历史发展，而不是两个程序之间的自然协作。相反，将这些工具合并到同一软件平台中，在简单性和部署成本、应用程序可维护性和运营商效率方面为工业带来了重要的好处。