変電プラントでの ISA-95 アプリケーションを使用した統合のスケジュール設定

導入

工業用バッチおよび連続的な生産/運用環境では、スケジューリングには、タンク、リアクター、その他のプロセス機器などのリソースを生産/運用タスクに割り当てることが含まれます。レベル 4 の生産/運用計画では、何を、どれだけ、いつ作るかを決定します。設備、資材、人員、シフトの利用可能性に基づいて、時間の経過とともにリソースを割り当てます。詳細なスケジューリング最適化ソリューションは、ヒューリスティックモデルを使用して生産/運用プロセスを記述し、特定のタスクとリソースを割り当てる最適な方法を見つけます。詳細なスケジューリングは生産の中心であり、生産管理、注文処理、材料とエネルギーの管理、およびメンテナンスに密接に関連しています。

ISA-95 標準は、エンタープライズリソースプランニング (ERP、ISA-95 レイヤ 4) および制御 (レイヤ 3) レベルでサプライチェーンを接続するために作成されました。この規格は一般的な実稼働環境と密接に関連しており、スケジューリングとスケジューリングに必要なすべての主要な要素が含まれています。この規格では、スケジューリングは製造オペレーション管理 (MOM) の中心であり、生産管理と密接に関連しています。ISA-95 では、詳細な生産/運用計画は通常、レベル 3 で行われます。詳細な生産/運用計画は、レベル 4 で取得した生産/運用計画を改良したものです。

ISA-95 の Extensible Markup Language (XML) 実装は、WBF-Production Technology Group の Business-to-Manufacturing Markup Language (B2MML) です。B2MML は、さまざまな生産設備や製品の側面を含む、いくつかの複雑な要素で構成されています。スケジューリングの観点から見ると、BLMML の中核となる要素は「生産スケジューリング」です。

ISA-95 標準と B2MML を実装するには、いくつかの方法があります。ISA-95 は、その柔軟性と拡張へのオープン性により、注文および生産/運用関連の情報が ERP レベルから受け継がれ、初期の生産/運用計画自体が MOM (Tier 3) システムに含まれる状況にも適しています。埋め込む。

場合によっては、ロジックベースの決定に必要なすべての情報を提供できるようにするために、ISA-95 標準でサポートされていないデータ転送を実装する必要があります。規格に含まれていないデータ (生産/運用パラメータ) の例としては、製品の発売日と使用期限 (出荷日または顧客の所在地への到着日) があります。発売日は、製品が製造できる正確な時期です。材料や機材の在庫状況により、発売日が制限される場合がございます。同様に重要な点として、期日は、通常は顧客の要求により、製品が利用可能になる必要がある日付です。

ここでは、ISA-95 標準を使用したスケジューリングソリューションの企業間 (B2M) 統合について説明します。このアプリケーションは、既存の要素を活用し、提供されたメソッドを使用して BZMML ファイルを拡張する方法を示します。最適化は MOM レベルで別個のモジュールとして実行されるため、生成された入力データには、ISA-95 が当初設計したものよりもはるかに多くの情報が含まれています。したがって、すべての入出力情報は ISA-95 経由で提供される必要があります。一方、出力ファイルは ISA-95 環境に完全に適しています。このケーススタディでは、多くの現実世界のアプリケーションでは、提供される要素の小さなサブセットを実装するだけで済み、これを実現するには常に複数のオプションがあることも示しています。

この文書は、MESA/ISA-95 の実践の一部として、また ISA-95 MOM 標準に基づいた製造システム開発の実践の説明として書かれました。

生産・稼働計画システムのご紹介

生産/稼働スケジューリングシステムは、多くの場合、バッチ生産/稼働に適用されます。バッチ生産/運用では、各バッチまたは製品が生産/運用の連続段階で処理されます。各ステージでは、1 つ以上の並列装置ユニットを使用してバッチを処理します。発送システムはバッチ注文のリストを取得し、どのバッチをどの装置でいつ生産するかを指定する詳細なスケジュールを生成します。詳細なスケジュールを生成する際には、追加の制限されたリソースまたは同時リソースを考慮する必要がある場合があります。したがって、詳細なスケジュール設定で行われる最も一般的な決定は次のとおりです。

リソースの割り当て:どこで、どのバッチを、誰が、どのくらいの量生産するか
バッチソート:バッチを生成する順序
バッチのタイミング:割り当てられたリソースでバッチが生成される正確なタイミング

したがって、詳細なスケジュール計画では、プラントの関連マテリアルフローを考慮し、すべての生産設備品目とその現在の状態を考慮し、場合によってはエネルギーやその他の限られたリソースの使用も管理できなければなりません。

スケジューリングは通常、時間の経過に伴う設備へのロットの割り当てを示すガントチャートで表されます。ガントチャートの簡単な図を図 6-1 に示します。ここでは、6 つのロットが 3 つの交換用機器ユニットに割り当てられました。バッチを順序付けし、各バッチの生産の開始時期と終了時期を決定します。

図 6-1: 3 台の並列装置ユニットに時間の経過とともに分散された 6 つのバッチのガントチャート表示

スケジューリングのもう 1 つの重要な側面は、特に並列機器ユニットを備えた複数レベルの工場では、工場のバッチルーティングによるバッチスケジューリングです。図 6-2 は、3 つの連続した処理ステップを備え、各ステップに 3 つの並列装置ユニットが装備されているプラントの例を示しています。ここで、バッチ 1 は最初にステージ 1 のデバイス 1 で処理されてから、ステージ 2 のデバイス 5 とステージ 3 のデバイス 8 に移動します。この単純な例は可能性の 1 つにすぎず、工場内を通過する可能性のある多数の代替ルートを示唆しています。

図 6-2: マルチレベルバッチプラント内の連続ステージおよび並列装置ユニットを通るバッチ 1 のルーティング

詳細なスケジュール設定は、生産/運用のロジスティクスの重要な部分です。ISA-95 標準のパート 3 に記載されている詳細な生産/運用スケジューリングの主なタスクには、次のものが含まれます。

詳細な生産/運用計画を作成および維持する
実際の生産/稼働と計画された生産/稼働を比較する
what-if シミュレーションを実行してボトルネックを特定し、生産流量とワークフローを推定します。

詳細なスケジューリングソリューションを制御システムにリンクすると、スケジューリングに必要な現在の状態データのほとんどに自動的にアクセスできるため、これらの利点を活用できます。さらに、ソリューションは制御システムインフラストラクチャの機能部分となり、使用されるデータを常に最新の状態に保つことができます。

他のシステムにもっと簡単に接続するには、API を明確に定義する必要があります。焦点は、詳細なスケジューリングソリューションでどのような情報が必要か、またソリューションによってどのような情報が返される必要があるか (たとえば、レベル 4 の企業計画や物流など) にあります。

詳細なスケジューリングアクティビティは、通常、数分から数時間の時間がかかるため、実行タクトと調整されません。ソリューションに入力された重要な入力データは、スケジュール設定アクティビティが完了して運用環境にリリースされた時点でも有効である必要があります。アクティビティの開始後にリアルタイムのステータスデータが変化した場合は、詳細な計画を再計算する必要があります。

優れた詳細な生産/運用計画は、通常、短い生産期間、つまり限定的で特定のバッチ生産の開始から終了までの時間に関する計画です。詳細な生産/運用計画は、次の方法の 1 つまたは組み合わせによって導き出すことができます。

手動:計画チームは、プラントの制約について議論および検討した後、Excel などの標準化されたオフィスツールや専用の計画支援ソフトウェアを使用して詳細なスケジュールを作成します。これらのソフトウェアツールは生産/運用計画を視覚化しますが、生成はしません。すべての決定はユーザーによって行われます。多くの場合、詳細なスケジュールは紙と鉛筆で書かれた単なるスケジュールです。手動で生成されたスケジュールは一般に優れたスケジュールとみなされますが、多大な労力が必要であり、スケジューラのスキルに非常に左右されます。経験豊富なプランナーがいないと、スケジュールの品質が低下します。通常、手動で生成された詳細計画は、利用可能なリソースの現在の状態に基づいて製造現場で調整され、計画担当者が定期的に計画上の指標を手動で更新します。
ルールベース:このアプローチは手動アプローチに非常に近く、計画プロセスはチームのドメイン知識や経験に基づいた一連の厳格なルールに従っています。ルールベースのスケジューリングの主な利点は、単にコンピュータープログラムによって人間の行動が加速されることかもしれません。ルールベースのスケジューリングでは、通常、ルールは標準または特定のビジネスルールパッケージに実装され、短期間で適切な実行可能なスケジュールを生成します。たとえば、最初に装置 1 をできるだけ多くの生産に使用し、次に装置 2 を使用するというルールが考えられます。これらのルールは通常、決定が行われる順序を決定し、競合を解決するためのルールが存在する場合もあります。最適化が含まれることはほとんどなく、スケジューリングの最適性は主にルールの正確さと、生産現場のリソースと注文ステータスのほぼリアルタイムの更新頻度に依存します。ルールベースのシステムの典型的な例は、ドメイン固有のエキスパートシステムです。ルールベースのスケジューリングの計算時間は、通常、非常に短時間です。
ヒューリスティック:ヒューリスティックでは、最良の答えまたは「最良のソリューション」に近いと予想されるスケジュールを迅速に策定できますが、通常は最適性の保証や尺度はありません。ヒューリスティックとは、「経験則」、経験に基づいた推測、直感的な判断、または単純な常識であり、「盲目的な」試行錯誤手順が含まれる場合があります。ルールベースのヒューリスティックもありますが、これは厳密なルール (上記を参照) と直感を組み合わせたものであり、メソッドの分類は主観的なものであるため、必ずしも簡単ではありません。ヒューリスティックは、多くの場合、適切な最初の計画を生み出したり、より複雑な問題の解決策を含む、または交差する単純な問題を解決したりします。数学的手法や検索ツリーも含まれる場合があります。ヒューリスティックの欠点は、通常、最適性が保証も測定もされないことです。問題を解決するのに必要な時間は、問題のサイズと選択したツリー検索戦略によって大きく異なります。
モデルベース:プラントのレイアウトと物理的な生産/操作ルール (およびレシピ) を記述する代数モデルを導き出します。前に説明したルールとは対照的に、基礎となる生産/運用ルールは、生産/運用フェーズの順序、または機器 1 の生産時間は 20 分、機器 2 の生産時間は 40 分であることを指示する場合があります。数学モデルには次の式が含まれています。

'生産時間 (デバイス 1) = 20' および '生産時間 (デバイス 2) = 40'

「開始時間 (フェーズ 2) > 終了時間 (フェーズ 1)」のバッチ。

モデルベースの方法は、数学的に最適な解決策を見つける際に、手動、ルールベース、およびヒューリスティックな方法よりも優れたパフォーマンスを発揮する可能性があります。欠点は、モデルが不完全になる可能性と計算時間が長いことです。

数学モデルは通常、次のように解決されます。

数学的最適化。最適化を達成することを目的とした分析的で堅牢な方法を提供します。または、最適な結果が得られない可能性があるが、計算時間を短縮する最適化アルゴリズムの使用を提供します。

これらのアプローチのいずれにおいても、オペレーティングシステムの人間のスケジューラは、実行前または実行中に、生成された詳細なスケジュールを独自の理由で変更したい場合があります。製造とプロセス管理を統合する企業は、計画の潜在的な変更に備える必要があります。

詳細スケジュールの更新頻度は、生産管理システムへのスケジュールの統合要件の重要な側面です。この頻度は主に、生産要件、リソースのステータス、および仕掛品 (WIP) オーダーのステータスが変更される頻度によって決まります。これにより、データ交換の頻度と、生産およびサポート業務を最適化するためにスケジュールと生産管理をどの程度密接にリンクする必要があるかが決まります。

使用される方法 (手動、ルールベース、ヒューリスティック、またはモデルベース) も更新頻度に影響します。手動スケジュールは通常、コンピュータで生成されたスケジュールよりも更新頻度が低くなります。コンピュータで生成された更新の場合、スケジュールをほぼ即座に作成して実装できます。レイヤ 2 プロセス制御の統合は曖昧になり、プロセス制御と詳細なスケジューリングの間の境界線がなくなる可能性があります。

スケジュールシステムへのインターフェース

詳細な生産/運用スケジューリングは、あらゆるプロセス自動化システムに不可欠な部分であり、物流と生産/運用の間の重要なリンクを表します。より高い業務効率が求められる世界的な経済的課題の増大に伴い、その重要性は高まり続けています。現代の工場では、詳細なスケジュール設定は、たとえば (前述したように) 制御システムなどの周囲の環境に直接関係しています。制御システムと統合された生産/動作スケジューリングは、生産を直接スケジュールおよび計画し、関連する処理情報を第 2 レベルの制御システムにフィードバックします。たとえば、詳細なスケジューリングシステムは、さまざまな制御システムコンポーネントを通じてプラントの現在のステータスに関する情報を収集できます。計画が生成された後、詳細計画システムは目標生産計画を達成するための新しい設定点を提供します。これには、レイヤー 2 とレイヤー 3 のリアルタイム統合を通じて関連データに高速にアクセスする必要があり、システムアーキテクチャに課題が生じます。

ISA-95 のパート 3 では、詳細な生産/運用スケジュール設定アクティビティについて説明します。主な入力はレイヤー 4 システムからの生産/運用計画であり、限られた能力やリソースを考慮せずに、詳細な計画機能の生産目標のみを定義できます。セクション 3 で説明するその他の入力としては、製品定義またはレシピ、リソースの可用性、および進行中の作業を報告するための生産追跡情報があります。

ISA-95 標準のパート 1 およびパート 2 で説明されているインターフェイス機能のリストには、注文処理、生産管理、材料およびエネルギー管理機能が含まれています。これらのスケジュールは、図 6-3 に示す機能モデルで表されます。機能モデルで指定されたインターフェイスに加えて、詳細な生産スケジュール機能と保守管理機能の間で情報が交換されることがよくあります。特に、特定の機器の計画されたメンテナンス活動の日付、時刻、期間をブロックすることは、効果的な計画を作成するために重要です。

図 6-3: 機能モデル

製品管理

生産管理システムと詳細計画システム間でデータのやり取りが可能です。このデータ交換の動機の 1 つは、プラントの状況、つまり現在の生産/稼働能力を精緻化することです。生産/運用能力には、生産/運用の現在のステータス、遅延の可能性や実際の機器のパフォーマンスに関する情報、詳細な計画を作成する際に考慮すべき中断の可能性に関する情報が含まれます。さらに、計画された注文のすべてが実際に生産されるわけではないという現実を反映して、計画生産に関する情報がスケジューリングシステムに供給されます。機器ユニットが急に閉鎖されたり、注文の生産に予想よりも時間がかかったりすることにより、遅延やキャンセルが発生する可能性があります。逆方向の生産・稼働スケジューリングから生産管理システムへのデータ交換では、通常、スケジュールはスケジューリングシステムに転送されます。送信には、順序割り当て、順序、時間などの主なスケジューリング決定情報が含まれます。

注文処理

注文処理システムから発送システムへの更新入力は、生産/作業オーダーです。生産/作業指示情報には通常、材料の定義、数量、レシピ関連のデータ要素、および計画に影響を与える可能性のある関連属性が含まれます。注文情報には、期日、製造/作業オーダーのバッチまたは製品の数量、製品グレード、品質要件、注文の優先順位も含まれます。

詳細な生産/作業スケジューリングシステムから注文処理システムへの戻り入力は、正確な生産時間、利用可能な生産能力、または生産のためにさらに注文を提出できるかどうかを示す可用性です。ほとんどの場合、製造/作業オーダーはオーダー管理システムですでに選択されており、すべてのスケジュール済みオーダーを計画する必要があります。そうでない場合、スケジューリングシステムは、どのオーダーがスケジュールされた時間枠内に生成されるか、どのオーダーが生成されないかに関する情報も返します。さらに、その他の品質関連の規則に従う必要がある場合があります。たとえば、2 つの異なる製品を同じ装置で直接連続して製造できないという制限がある場合があります。これらのルールの一部に従えない場合、一部の注文が遅れる可能性があります。

物質とエネルギーの制御

スケジューリングシステムのタスクは、生産/作業オーダーを利用可能なリソースに割り当て、時間を設定することです。通常、これらのリソースには設備が含まれますが、特にこれらのリソースが制約されている場合、または現在の生産/運用計画にボトルネックが生じている場合には、材料、人員、エネルギーも含まれることがよくあります。したがって、スケジューリングは材料とエネルギーの制御と密接に関係しています。材料とエネルギーの制御は通常、短期または中期的に考慮されるため、スケジューリングシステムは長期的な材料とエネルギーの要件を入力として提供できます。物質とエネルギーの管理の役割は、必要なリソースを必要なときに確実に利用できるようにすることです。

リソースが限られている場合、スケジューリングシステムは材料とエネルギーの制約に関する情報を受信する必要があります。優れた詳細な計画では、特定の材料が特定の時期に生産に利用できないこと、および必要に応じて、その材料を必要とする製品の製造が遅れることを考慮に入れています。エネルギー制約も考慮されます。たとえば、鉄鋼生産では、工場のエネルギー消費が主要なコスト要因となります。最もエネルギーを消費するジョブは、非常に高価なピークエネルギー需要を最小限に抑えるために、異なる時間にスケジュールされる場合があります。他の場合には、エネルギー集約的な生産が、エネルギーが安価な夜間にシフトされる可能性があります。同時に、一部の注文は非常に重要であるため、エネルギーコストが重要な役割を果たさない場合もあります。これらの問題はすべて、2 つのシステム間で情報を効率的に交換することで解決できます。

保守管理

メンテナンス作業により個々の機械、さらには生産ライン全体がブロックされる可能性があるため、詳細なスケジュール設定とメンテナンス管理を密接に連携させることが必要です。適切で詳細な計画には、生産の停止、部分的なシャットダウン、または生産能力の低下につながる計画的なメンテナンス作業が考慮されています。この情報は通常、保守管理システムで入手でき、スケジュールシステムへの入力として機能します。

通常、計画されたメンテナンス操作のタイミングにはある程度の余裕があります。定期的な検査、清掃、改修が特定の日にスケジュールされる場合もありますが、多くの場合、活動を午前に行うか午後に行うかを柔軟に選択できます。避けられない中断と生産性への影響を最小限に抑えるために、生産/操作オーダーのタイミングに加えて、一部のスケジューリングシステムでは、メンテナンス活動の正確なタイミングを最適化し、それに応じて生産/操作計画全体を調整することもできます。その後、メンテナンス活動をいつ実行すべきか、メンテナンスの可用性に関する情報がスケジューリングシステムからメンテナンス管理システムに供給され、メンテナンス担当者に通知されます。

変圧器工場に適用

このセクションでは、変電所における配電システムの応用について説明します。ここでの計画は、未分類の生産/運用リクエストから始まり、完全な詳細計画で終わります。したがって、提案手法は実際には、レイヤ 4 の基本的なマスタスケジューリングアクティビティとレイヤ 3 の詳細なスケジューリングアクティビティを組み合わせます。

変圧器工場では、ケイ素鋼コイルがさまざまな加工ステップで処理され、さまざまな形状やサイズの鉄片が生成されます。最終処理ステップは、最終形状の積層体を積み重ねることです。通常、準備と処理には何時間もかかります。したがって、これは変圧器工場でのバッチプロセスです。

ほとんどの変圧器プラントには、各処理ステップごとに複数の交換機器ユニットがあります。このため、24 時間または 36 時間の時間枠内で加工をスケジュールする作業が複雑になります。製品ポートフォリオが大規模になると、適切なスケジュールを策定することがさらに困難になります。

たとえば、磁気絶縁体セクションには 3 つの代替巻線機があります。製品によっては、すべてのデバイスが利用できるわけではありません。例えば、巻線機 1 は油入変圧器の製造時のみ使用でき、巻線機 2 はリアクトルの製造時のみ使用できます。

B2MML コンポーネント

このセクションでは、変電所のディスパッチングソリューションで使用される B2MML コンポーネントについて説明します。これらは、前述した他のシステムとインターフェイスします。2 つの B2MML ファイルが他のシステムと交換されます。まず、入力ファイルには、スケジュールされる生産/操作リクエストのリストと、生産/操作ルールが詳細に記載されています。次に、出力ファイルはスケジュール、つまりどの生産/操作リクエストがどの時点でどのデバイスに割り当てられるかを指定します。この情報から、図 6-1 に示すガントチャートを生成して、スケジューリングソリューションを適用した主な結果を表示できます。

ここで説明するソリューションでは、入力ファイルと出力ファイルの構造は同じですが、唯一の違いは、入力ファイル内の一部の要素が空のままであることです。冗長なデータの転送を避けるために、他の要素は出力ファイルから省略されます。入力と出力の構造を同じに保つことの利点は、B2MML ファイルを 1 つだけ定義する必要があり、他のすべてのシステムへのリンクを 1 つだけ作成する必要があることです。構造が繰り返されると、IT 管理者やシステム管理者とのディスカッションが容易になります。

生産/運用ルールやレシピ情報もレベル 4 ERP システムに保存されることがよくあります。変電所アプリケーションにおける詳細なスケジュール最適化ソリューションは、ISA-95 Part 3 に記載されている MOM モジュールです。プランの生成にはルールとレシピが必要なため、B2MML コンポーネントとしてインポートする必要があります。

次の段落では、アプリケーションで使用されるモデルについて詳しく説明します。

プロセス/オペレーションセグメントモデル、プラントレイアウトを定義
生産・稼働計画モデル、生産・稼働要求を定義
メンテナンスモデル、メンテナンスリクエストの定義

一部の B2MML コンポーネントはこのアプリケーションには必要ないため、含まれていません。関連する重要な情報項目の多くは注文または設備に固有であり、生産/作業要求および設備要件のエントリを通じて提供できます。

プロセス/オペレーションモデル

プロセス/オペレーションセグメントモデルは、プロセス/オペレーションレイアウトを記述し、さまざまなプロセス/オペレーションセグメントを設備、人員、材料要件と関連付けます (図 6-4 を参照)。これには、プロセス/操作セグメントの依存関係、ルーティング、材料の依存関係などの詳細が含まれる場合があります。たとえば、中間体の生産と消費が含まれる場合があります。プラントレイアウトはスケジューリングに必要な入力であり、スケジューリングソリューションが正しい生産/操作シーケンスでジョブを設備ユニットに割り当てることができます。出力ファイルには必須ではありませんが、計画を生成するときにプラントの状態を再構築するためにそこに残しておくことができます。

プラントスケジューリングアプリケーションのコンテキストでは、図 6-4 で強調表示されているコンポーネントが最も関連性の高いコンポーネントです。その他のコンポーネントについては、ISA-95 標準ドキュメントを参照してください。プロセス/オペレーションセグメントモデルは、主に処理ステップと装置を表すために使用されます。前述したように、「プロセス/運用セグメント」とは処理ステップを指します。各デバイスユニットは、個別のデバイスセグメント仕様によって表されます。この情報はプラント全体のレイアウトを定義するものであり、詳細な生産/運用計画を作成する際に考慮する必要があります。

さらに、ソリューションをスケジュールするための入力ファイルには、生産/運用ルールを定義する必要があります。B2MML とは、一般的な作成/操作ルールと、作成/操作リクエストに固有のルールを区別することを意味します。一般的な生産/操作ルールはすべての生産/操作リクエストに適用され、プロセス/操作セグメントモデルで定義されます。説明されているアプリケーションでは、すべての共通の生産/運用ルールが機器セグメント仕様属性として機器によって定義されます。

図 6-4: パート 1: プロセスセグメントモデル

図 6-4: パート 2: 製品定義モデル

作成/運用ルールには次のものが含まれます。

クリーンアップ時間:デバイス上で実稼働/運用リクエストが処理された後にデバイスをクリーンアップする時間。
期間:デバイス上で生産/操作リクエストが処理されるまでのデバイスの期間を設定します。
輸送距離: 生産/運用要件を、ある装置ユニットから次の可能な装置ユニットに輸送する時間。輸送距離は、図 6-4 に示すように、工場内のルートに基づいています。
機器の利用可能性:機器ユニットが最初に利用可能になった時刻。機器の部品は、前の加熱によって占有されていたため、またはメンテナンスが進行中のため、スケジュールされた時間の開始時にブロックされる場合があります。

経験則として、機器の生産/運用ルールをプロセス/運用セグメントのパラメータとしてではなく、機器セグメント仕様属性として定義する方が有利なことがよくあります。これにより、エントリ数が増える可能性がありますが、デバイスごとに異なる値を入力できるため、柔軟性が高まります。

生産・運用計画モデル

図 6-5 の生産/運用スケジューリングモデルは、スケジューリングタスクを実行するために必要な情報のほとんどが含まれる重要なコンポーネントです。これには、すべての生産/オペレーションのリクエストとステップ、および注文の特定の生産/オペレーションステップを実行するために必要な人員、設備、資材が含まれます。さらに、オーダーおよびフェーズ固有の生産/操業パラメータ、生産される中間品と完成品の量、および原材料と中間材料の消費量も提供できます。

図 6-5: 生産/運用スケジューリングモデル

変電プラントアプリケーションでは、生産/運用計画モデルがスケジューリングシステムの入力および出力として使用されます。入力は、スケジューリングの最適化を実行するために必要なすべての関連情報を含む、注文処理システムからの生産/操作リクエストのリストで構成されます。出力には、各設備ユニットの各生産/操作要求に対するスケジュールと設備の割り当てが含まれます。

必要な情報はすべて、複数のセグメントの要件、それぞれの機器要件、生産/運用パラメータと属性から得られます。同様に、関連する要素が強調表示されます。この情報には次のものが含まれます。

発行と注文締め切り
鋼種や品質などの一般的な注文パラメータ
正しい順序でのセグメンテーションが必要
各セグメントの設備要件
処理時間。スケジュールする前に修正される場合があります。
最適化のための注文の優先順位またはペナルティ情報

ステップには複数のデバイスから選択できる場合があり、これらのステップごとに処理時間を指定する必要があります。処理時間は可能な限り柔軟であるべきであることに注意してください。したがって、最小および最大の処理時間と標準の処理時間が提供されます。この期間は、結果として得られる製品属性が引き続き要件を満たしていることを確認しながら、スケジュールの柔軟性を指定します。この柔軟性は、連続的な生産シーケンスが中断されないように処理時間を調整するために必要な場合があります。

メンテナンスモデル

変電所アプリケーションで使用される 3 番目で最後の B2MML コンポーネントは、メンテナンスモデルです。一般に、メンテナンス要求は特定のデバイスに対して行われ、メンテナンス要求によってメンテナンス作業指示が生成され、それによってメンテナンス応答が生成されます。

ここで説明した変電プラントの派遣システムでは、作業指示のみが派遣され、保守対応は派遣されません。B2MML エントリは、メンテナンスが実行される時間枠、メンテナンス対象の機器および予想されるメンテナンス期間を指定するために使用されます。時間枠が予想される期間よりも長い場合、スケジュール最適化ソフトウェアはその枠内でメンテナンスタスクを実行するのに最適な時間を決定します。

図 6-6: メンテナンスモデルの B2MML コンポーネント: Transformer Scheduling アプリケーションで使用されるコンポーネントを強調表示

保守作業の指示と生産/運用スケジュールを同時に処理して、計画された保守運用と生産を調整します。これにより、機器のダウンタイムによる生産性への影響が最小限に抑えられます。

ISA-95規格を超えるサプリメント

ISA-95 B2MML 実装標準は、ディスパッチシステムにすべての情報を提供するために必要なすべての要素を直接提供するわけではありません。ただし、B2MML 拡張ガイドラインに従うことで、欠落している要素を埋め込むときに、標準の構造フレームワーク内にほぼ完全に留まることが可能になります。

このセクションでは、変電所のスケジュール設定アプリケーションを実装するために必要な拡張機能のいくつかについて説明します。これらの拡張は、変電所のスケジューリングソリューションのこの特定の例に適用されますが、同様の拡張を他のスケジューリングソリューションにも適用する必要があることが示唆されています。

標準を超える主要な追加は、生産/作業オーダーの順序依存性により発生します。これらの順序の依存関係は、生産/作業オーダーごとに表現する必要があるため、標準の製品セグメントの依存関係には適合しません。シーケンスに依存した遷移時間を提供することは、機器、順序、および場合によっては次の順序に依存する要素がなければ面倒になる可能性があります。

ここでは、プロセス/操作セクションの標準の生産/操作パラメーターを使用して実装が行われます。

処理時間を選択してください

ISA-95 標準では、生成/操作リクエストのセグメントには期間フィールドを含める必要があります。ただし、問題のケースでは、固定された期間ではなく、期間の範囲が必要です。これは、最小、最大、および標準の処理時間に関する個々のデバイス要件の属性を通じて、属性を通じて実現されます。これらの時間は、生産/作業オーダーごと、および設備単位ごとに指定できます。

2台の機器間の距離

スケジューリングソリューションで詳細なスケジュールを生成するには、各セグメントの処理時間を把握しておく必要があります。さらに、機器ユニット間の輸送時間は長いことが多いため、考慮する必要があります。たとえば、絶縁作業場からコイル作業場までは 20 分かかりますが、コイル作業場から炉まではわずか 5 分です。スケジューリングソリューションでは、プラント内の優先ルートをたどるためにこの情報が必要です。説明したソリューションでは、輸送時間はサイトのルートとは独立しており、セグメント需要要素に埋め込むことができます。

ISA-95 によれば、デバイス ID を属性に含めることはできません。これには、description 要素を使用するか、この目的のためにタイプ「Any」の要素を定義するという 2 つの選択肢が必要です。実装によっては、このタイプの情報がデバイスセグメント仕様属性として提供される場合もあります。

メンテナンス時間

メンテナンス部分は、明確に提供できないメンテナンスリクエストの要求期間を除いて、ほぼ完了しています。

保守作業指示は、ISA-95 の定義とは若干異なる方法で使用されます。スケジュールされた開始時刻と終了時刻は、必要なメンテナンス時間枠の開始時刻と終了時刻を定義します。期間フィールドは、実際に必要なメンテナンス時間に対応する「Any」タイプの要素として実装されます。この拡張機能は、B2MML モデルを変更することなく簡単に実装できます。

標準拡張子

以下の関数は現在 ISA-95 でサポートされていないため、B2MML には含まれていませんが、アプリケーションのスケジューリングモジュールに関連情報を提供するために必要です。

注文価格/金額:注文の価格/金額は、生産/操作リクエストの直下に配置する必要があります。たとえば、計画の生成時にターゲットメソッドで使用できます。ただし、このレベルでは生産/運用パラメータのエントリはなく、代わりに優先順位が使用されます。あるいは、各生産/作業リクエストの原価計算セグメントの下に価格または金額を挿入することもでき、これにより、生産/作業オーダーの利益に関する逆情報が提供されます。
シーケンス依存の移行時間:これはスケジュールシステムへの非常に一般的な入力であり、並べ替えオプションを並べ替えることができます。シーケンス依存の遷移時間を含めるには 2 つのオーダーと、場合によってはセグメントまたはデバイスへの参照が必要となるため、これを直接的な方法で行うための要素が欠落しています。
制作/運用リクエストのリリースと期限:これは非常に単純な質問であり、ラベル以外の変更は必要ありません。現在の要素「開始時刻」と「終了時刻」はこの目的に使用されますが、特に期日は生産/運用計画要素の標準要素として期待できます。

変圧器プラントスケジューリングソリューションでは、これらの機能は現在実装されておらず、代わりに ISA-95 への準拠を保証するための回避策が使用されています。この場合、標準の運用/運用パラメータとタイプ「Any」の要素を使用して実装できます。B2MML 拡張機能を使用すると回避策も可能になります。

システム導入

説明した変電プラントのスケジューリングアプリケーションでは、ヒューリスティックを組み込んだモデルベースの最適化手法が開発されています。これにより、信頼性の高い高速な計算と、最適または最適に近いスケジュールが保証されます。ソフトウェアアーキテクチャには、専用の数学的最適化ソルバーへの呼び出しが含まれています。図 6-7 はソリューションのコンポーネントを示しており、ISA-95 インターフェイスがソリューション内のモジュールとして実装されていることがわかります。これにより、たとえば、標準の新しいバージョンに移行する場合や、入出力ルーチンにいくつかの要素を追加する場合に、最大限の柔軟性が提供されます。

図 6-7: スケジューリングシステムコンポーネントの概要

結論は

この例では、標準が、発生する可能性のあるすべての特定のデータ統合ニーズに直接対応したり、ガイダンスを提供したりできないことは明らかです。ただし、ISA-95 標準は、拡張可能な標準化されたデータ形式と構造、および準拠システムで読み取り可能な明確に定義されたインターフェイスを提供することにより、統合の労力を大幅に削減できます。

ISA-95 標準を使用する主な利点はソフトウェア開発から直接得られるものではありませんが、標準に準拠すると、可能な代替手段の数が制限されるため、データ交換構造の設計が高速化されます。また、標準に精通した専門家は関連情報を簡単に見つけることができるため、他のアプリケーションでの再利用性が高まります。標準には十分に文書化されているため、これをやり直す必要もありません。最後に、中立的な標準を使用することで、企業の境界を越えたソリューションの統合も可能になります。これは、さまざまな専門ソリューションプロバイダー間の協力が必要なため、今日の重要な問題となっています。B2MML の主な欠点は、ファイルサイズが比較的大きいことですが、上記の標準に必要な拡張機能はすべて比較的簡単な方法で実装できます。