A hierarquia de equipamentos ISA-95 é o vocabulário comum que permite à operação, à engenharia e à TI concordarem sobre onde uma máquina está: empresa, site, área, centro de trabalho e unidade de trabalho. Neste artigo você vai entender o que cada nível significa, como a hierarquia difere entre plantas discretas e de processo, os erros que as equipes cometem ao aplicá-la e como mapear nela dispositivos ao vivo, que produzem dados, para um Unified Namespace.
O que é a ISA-95
A ISA-95, publicada internacionalmente como IEC 62264, é uma norma para integrar sistemas corporativos, como o ERP, a sistemas de operações de manufatura, como MES e SCADA. Ela define modelos para as atividades de produção, manutenção, qualidade e estoque, e para as informações trocadas entre a área de negócios e o chão de fábrica.
Duas partes da ISA-95 são fáceis de confundir:
- A hierarquia funcional descreve níveis de atividade, do Nível 0 (o processo físico), passando pelo Nível 1 (sensoriamento e atuação), Nível 2 (monitoramento e controle), Nível 3 (gestão das operações de manufatura) até o Nível 4 (planejamento de negócios e logística). Ela responde "que tipo de trabalho acontece aqui?".
- A hierarquia de equipamentos baseada em papéis descreve ativos físicos e lógicos: empresa, site, área, centros de trabalho e unidades de trabalho. Ela responde "onde este ativo está na organização?".
Este artigo trata da segunda. Quando se fala em "estrutura de topics ISA-95" para MQTT, quase sempre se quer dizer a hierarquia de equipamentos. Os níveis funcionais se relacionam mais ao modelo Purdue, que nossa comparação modelo Purdue vs ISA-95 esclarece.
Os níveis da hierarquia de equipamentos ISA-95
| Nível | Definição | Exemplo discreto | Exemplo de processo |
|---|---|---|---|
| Empresa | A companhia, o topo da hierarquia | Acme Manufacturing | Acme Beverages |
| Site | Um local físico e geográfico | Planta de Dallas | Cervejaria de Izmir |
| Área | Um agrupamento dentro do site, geralmente por função ou produto | Usinagem, Montagem | Brassagem, Envase, Utilidades |
| Centro de trabalho | Um agrupamento de equipamentos que executa uma etapa de produção | Linha de produção, célula de trabalho | Célula de processo, unidade de produção |
| Unidade de trabalho | O nível mais baixo que a ISA-95 modela para programação | Estação, máquina | Unidade, como um vaso ou reator |
A ISA-95 distingue vários tipos de centro de trabalho, conforme o estilo de manufatura:
- Linha de produção para manufatura discreta e repetitiva, como envase de garrafas ou montagem de veículos.
- Célula de trabalho para manufatura discreta em que um grupo de máquinas trabalha de forma flexível, como uma célula de usinagem.
- Célula de processo para manufatura em batelada, seguindo a terminologia da ISA-88.
- Unidade de produção para processos contínuos, como uma coluna de destilação ou uma máquina de papel.
- Zona de armazenagem para áreas que guardam material, como um parque de tanques ou um armazém.
Cada tipo de centro de trabalho tem uma unidade de trabalho correspondente: estações ou máquinas em uma linha ou célula, unidades em uma célula de processo e unidades de armazenagem em uma zona de armazenagem.
Abaixo da unidade de trabalho
A ISA-95 para na unidade de trabalho porque é até aí que os sistemas de negócios e de operações precisam programar. Na prática, muitas vezes é preciso ir mais fundo. A ISA-88, a norma de controle de bateladas, continua com módulos de equipamento e módulos de controle, por exemplo um módulo de aquecimento dentro de um vaso e um transmissor de temperatura dentro do aquecedor. Muitas plantas estendem a hierarquia dessa forma quando precisam de endereçamento no nível do sensor.
Exemplo prático: uma planta de envase
Para tornar os níveis concretos, aqui está uma única planta descrita pela hierarquia:
Enterprise acme
Site dallas
Area packaging
Work center line-02 (production line)
Work units depalletizer, rinser, filler, capper, labeler, case-packer
Area utilities
Work center compressed-air (production unit)
Work units comp-01, comp-02, dryer-01
Area warehouse
Work center finished-goods (storage zone)
Work units rack-a, rack-b
A envasadora da Linha 2 agora tem um endereço inequívoco: acme/dallas/packaging/line-02/filler. Qualquer sistema, do historiador ao aplicativo de manutenção, pode usar esse endereço como chave.
Erros comuns ao aplicar a hierarquia
- Misturar estrutura organizacional e física. Departamentos e centros de custo mudam com mais frequência que prédios e linhas. Baseie a hierarquia nos equipamentos físicos e mantenha os dados organizacionais como atributos.
- Profundidade inconsistente. Se algumas máquinas ficam sob uma linha e outras diretamente sob uma área, as consultas com curinga quebram. Introduza um centro de trabalho de preenchimento, como
standalone, em vez de pular um nível. - Codificar atributos nos nomes.
filler-krones-2019mistura identidade com fabricante e ano. Mantenha os nomes curtos e coloque os atributos nos metadados. - Ignorar utilidades e armazenagem. Compressores, caldeiras e tanques importam para análises de energia e qualidade. Dê a eles áreas e centros de trabalho também.
- Projetar a empresa inteira de uma vez. Modele um site e uma área em profundidade, comprove com dados reais e depois estenda o padrão.
- Ninguém responsável. Alguém precisa aprovar novos nós, ou a hierarquia se desvia à medida que cada projeto adiciona seus próprios ramos.
Da hierarquia aos dados ao vivo
A hierarquia de equipamentos se torna realmente útil quando é a estrutura dos seus dados em tempo real, e não apenas um diagrama no MES. Essa é a ideia central de um Unified Namespace: os dispositivos publicam em topics MQTT que seguem a hierarquia, de modo que o caminho do topic é o endereço do ativo. Nosso guia de topics MQTT ISA-95 mostra exatamente como codificar os níveis em topics, e a estrutura de topics UNS traz árvores completas para plantas discretas e de processo.
Você pode testar isso em um minuto no servidor MQTT público (gratuito). A área pública pode ser lida por qualquer pessoa e permite 8 níveis de topic, então use um prefixo único e apenas valores simulados:
mosquitto_pub -h broker.connectmq.com -p 1883 -i isa95-demo-pub-m3 -r \
-t "connectmq/demo/m3x8/dallas/packaging/line-02/filler/state" -m "running"
mosquitto_sub -h broker.connectmq.com -p 1883 -i isa95-demo-sub-m3 \
-t "connectmq/demo/m3x8/dallas/packaging/#" -v
Aqui o nível da empresa é substituído pelo prefixo de demonstração para respeitar o limite de níveis do servidor MQTT público; em um broker MQTT gerenciado privado, você começaria o topic pelo nome da empresa.
Vendo a hierarquia no ConnectMQ
O ConnectMQ detecta topics ISA-95 e de Unified Namespace, e seu portal inclui uma visão de dispositivos organizada pelos níveis ISA-95. À medida que os dispositivos publicam, eles aparecem sob sua empresa, site, área, linha e equipamento, o que facilita identificar um gateway que publicou na área errada ou uma máquina cujo nome não segue o padrão. Para edge nodes Sparkplug B, o ConnectMQ decodifica os payloads e os republica em topics ISA-95, por exemplo de spBv1.0/factory1/DDATA/line1/cnc1 para connectmq/factory1/production/line1/cnc1/telemetry, de modo que os dispositivos Sparkplug caem na mesma hierarquia que todo o resto.
Usando a hierarquia além dos topics
Os mesmos endereços trazem retorno em vários sistemas:
- Historiadores e data lakes podem armazenar site, área, linha e equipamento como colunas ou tags, permitindo consultas como "energia por linha por turno" sem tabelas de consulta.
- Alertas podem ser delimitados por ramo, para que a equipe de utilidades receba apenas os alertas de utilidades.
- Gêmeos digitais podem espelhar a hierarquia um para um; veja ISA-95 e gêmeos digitais e o guia de tecnologia de gêmeo digital.
- O desenho de acessos pode seguir os ramos, com credenciais emitidas por gateway ou aplicação cobrindo a área que atendem.
Para ver onde isso se encaixa em uma arquitetura de planta completa, nosso guia de MQTT para IoT industrial cobre gateways, protocolos e brokers de ponta a ponta.
Mapeie sua hierarquia ISA-95 com o ConnectMQ
A forma mais rápida de validar uma hierarquia é publicar dados reais nela e observar. O ConnectMQ é um broker MQTT na nuvem com visão de dispositivos ISA-95, detecção de topics ISA-95 e republicação de Sparkplug B integradas ao portal. Crie um broker no plano Serverless (Free) em app.connectmq.com, sem cartão de crédito, e veja seus dispositivos se encaixarem nível por nível. Se você é novo em brokers, comece por o que faz um broker MQTT.
Perguntas frequentes
Quais são os níveis da hierarquia de equipamentos ISA-95?
Empresa, site, área, centro de trabalho e unidade de trabalho. Os centros de trabalho incluem linhas de produção, células de trabalho, células de processo, unidades de produção e zonas de armazenagem, cada um com suas unidades de trabalho correspondentes.
Uma linha é o mesmo que uma célula na ISA-95?
Ambas são centros de trabalho. Uma linha de produção serve para a produção discreta repetitiva, enquanto uma célula de trabalho serve para agrupamentos flexíveis de máquinas. Use a que corresponde à forma como os equipamentos realmente operam.
Até que profundidade a hierarquia deve ir?
A ISA-95 para na unidade de trabalho. Estenda abaixo dela com módulos de equipamento e de controle no estilo ISA-88 somente quando precisar de endereçamento no nível do sensor.
A ISA-95 é o mesmo que o modelo Purdue?
Não. A ISA-95 modela a integração entre empresa e controle e os papéis dos equipamentos, enquanto o modelo Purdue é uma arquitetura de referência de rede. Eles compartilham a numeração dos níveis, o que gera a confusão.
