ISA-95 Ekipman Hiyerarşisi: Kuruluş, Saha, Alan, Hat, Hücre

ISA-95 ekipman hiyerarşisi; operasyon, mühendislik ve BT ekiplerinin bir makinenin nerede bulunduğu konusunda uzlaşmasını sağlayan ortak bir dildir: kuruluş (enterprise), saha (site), alan (area), iş merkezi (work center) ve iş birimi (work unit). Bu açıklayıcı yazıda her seviyenin ne anlama geldiğini, hiyerarşinin kesikli ve proses tesisleri arasında nasıl farklılaştığını, ekiplerin onu uygularken yaptığı hataları ve veri üreten canlı cihazları bir unified namespace için hiyerarşiye nasıl eşleyeceğinizi öğreneceksiniz.

ISA-95 Nedir?

Uluslararası alanda IEC 62264 olarak yayımlanan ISA-95, ERP gibi kurumsal sistemleri MES ve SCADA gibi üretim operasyon sistemleriyle entegre etmeye yönelik bir standarttır. Üretim, bakım, kalite ve envanter faaliyetleri için modeller ile iş tarafı ve üretim sahası arasında değiş tokuş edilen bilgileri tanımlar.

ISA-95'in birbirine kolayca karıştırılan iki bölümü vardır:

• Fonksiyonel hiyerarşi faaliyet seviyelerini tanımlar: Seviye 0'dan (fiziksel proses) başlayıp Seviye 1 (algılama ve müdahale), Seviye 2 (izleme ve kontrol), Seviye 3 (üretim operasyonları yönetimi) ve Seviye 4'e (iş planlama ve lojistik) kadar. "Burada ne tür bir iş yapılıyor?" sorusunu yanıtlar.
• Rol tabanlı ekipman hiyerarşisi fiziksel ve mantıksal varlıkları tanımlar: kuruluş, saha, alan, iş merkezleri ve iş birimleri. "Bu varlık organizasyonun neresinde?" sorusunu yanıtlar.

Bu yazı ikincisiyle ilgilidir. İnsanlar MQTT için "ISA-95 topic yapısı" dediğinde neredeyse her zaman ekipman hiyerarşisini kastederler. Fonksiyonel seviyeler daha çok Purdue modeliyle ilişkilidir; Purdue modeli ve ISA-95 karşılaştırmamız bu karışıklığı çözüyor.

ISA-95 Ekipman Hiyerarşisinin Seviyeleri

ISA-95, üretim tarzına bağlı olarak birkaç iş merkezi türünü birbirinden ayırır:

• Üretim hattı (production line): Şişeleme veya otomobil montajı gibi kesikli, tekrarlı üretim için.
• İş hücresi (work cell): Bir talaşlı imalat hücresi gibi, bir grup makinenin esnek biçimde çalıştığı kesikli üretim için.
• Proses hücresi (process cell): ISA-88 terminolojisini izleyen parti (batch) üretimi için.
• Üretim ünitesi (production unit): Bir damıtma kolonu veya kâğıt makinesi gibi sürekli prosesler için.
• Depolama bölgesi (storage zone): Tank sahası veya depo gibi malzeme tutan alanlar için.

Her iş merkezi türünün eşleşen bir iş birimi vardır: bir hat veya hücre içindeki istasyonlar ya da makineler, bir proses hücresi içindeki üniteler ve bir depolama bölgesi içindeki depolama birimleri.

İş Biriminin Altı

ISA-95 iş biriminde durur, çünkü iş ve operasyon sistemlerinin planlama için ihtiyaç duyduğu en alt nokta orasıdır. Pratikte çoğu zaman daha derine inmeniz gerekir. Parti kontrol standardı ISA-88, ekipman modülleri ve kontrol modülleriyle devam eder; örneğin bir tank içindeki ısıtıcı modülü ve ısıtıcı içindeki bir sıcaklık transmitteri. Pek çok tesis, sensör seviyesinde adreslemeye ihtiyaç duyduğunda hiyerarşiyi bu şekilde genişletir.

Uygulamalı Örnek: Bir Şişeleme Tesisi

Seviyeleri somutlaştırmak için, hiyerarşi üzerinden tarif edilen tek bir tesis:

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

Hat 2'deki bir dolum makinesinin artık net bir adresi var: acme/dallas/packaging/line-02/filler. Historian'dan bakım uygulamasına kadar her sistem bu adresi anahtar olarak kullanabilir.

Hiyerarşiyi Uygularken Yapılan Yaygın Hatalar

1. Organizasyonel ve fiziksel yapıyı karıştırmak. Departmanlar ve maliyet merkezleri, binalardan ve hatlardan daha sık değişir. Hiyerarşiyi fiziksel ekipmana dayandırın, organizasyonel veriyi öznitelik olarak tutun.
2. Tutarsız derinlik. Bazı makineler bir hattın altında, diğerleri doğrudan bir alanın altında yer alıyorsa joker karakterli sorgular bozulur. Bir seviyeyi atlamak yerine standalone gibi bir yer tutucu iş merkezi ekleyin.
3. Öznitelikleri adlara gömmek. filler-krones-2019, kimliği tedarikçi ve yılla karıştırır. Adları kısa tutun, öznitelikleri metadata'ya koyun.
4. Yardımcı tesisleri ve depolamayı göz ardı etmek. Kompresörler, kazanlar ve tanklar enerji ve kalite analizi için önemlidir. Onlara da alanlar ve iş merkezleri tanımlayın.
5. Tüm kuruluşu tek seferde tasarlamak. Bir sahayı ve bir alanı derinlemesine modelleyin, gerçek verilerle kanıtlayın, ardından deseni genişletin.
6. Sahip olmaması. Birinin yeni düğümleri onaylaması gerekir; aksi halde her proje kendi dallarını ekledikçe hiyerarşi dağılır.

Hiyerarşiden Canlı Veriye

Ekipman hiyerarşisi, bir MES içindeki diyagram olmaktan çıkıp gerçek zamanlı verinizin yapısı haline geldiğinde gerçekten işe yarar. Unified namespace'in temel fikri de budur: cihazlar hiyerarşiyi izleyen MQTT topic'lerine yayın yapar, böylece topic yolu varlığın adresi olur. ISA-95 MQTT topic'leri rehberimiz seviyelerin topic'lere tam olarak nasıl kodlanacağını gösteriyor; UNS topic yapısı ise kesikli ve proses tesisleri için eksiksiz ağaçlar sunuyor.

Bunu ücretsiz herkese açık MQTT broker üzerinde bir dakikada deneyebilirsiniz. Herkese açık alan herkes tarafından okunabilir ve 8 topic seviyesine izin verir; bu nedenle benzersiz bir önek ve yalnızca simüle değerler kullanın:

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

Burada herkese açık broker'ın seviye sınırında kalmak için kuruluş seviyesinin yerini demo öneki alıyor; özel bir broker'da topic'e kuruluş adıyla başlarsınız.

Hiyerarşiyi ConnectMQ'da Görmek

ConnectMQ, ISA-95 ve unified namespace topic'lerini algılar; portalı da ISA-95 seviyelerine göre düzenlenmiş bir cihazlar görünümü içerir. Cihazlar yayın yaptıkça kendi kuruluş, saha, alan, hat ve ekipmanlarının altında görünür; bu da yanlış alanın altında yayın yapan bir gateway'i veya adı standarda uymayan bir makineyi fark etmeyi kolaylaştırır. Sparkplug B edge node'ları için ConnectMQ payload'ları çözer ve ISA-95 topic'lerine yeniden yayınlar; örneğin spBv1.0/factory1/DDATA/line1/cnc1 verisini connectmq/factory1/production/line1/cnc1/telemetry altına. Böylece Sparkplug cihazları da diğer her şeyle aynı hiyerarşiye yerleşir.

Hiyerarşiyi Topic'lerin Ötesinde Kullanmak

Aynı adresler sistemler genelinde fayda sağlar:

• Historian'lar ve veri gölleri saha, alan, hat ve ekipmanı sütun veya etiket olarak saklayabilir; bu da eşleme tabloları olmadan "vardiya başına hat bazında enerji" gibi sorguları mümkün kılar.
• Alarmlar dallara göre kapsamlandırılabilir; böylece yardımcı tesisler ekibi yalnızca kendi alarmlarını alır.
• Dijital ikizler hiyerarşiyi birebir yansıtabilir; bkz. ISA-95 ve dijital ikizler.
• Erişim tasarımı dalları izleyebilir; her gateway veya uygulama için hizmet verdiği alanı kapsayan kimlik bilgileri verilir.

Bunun eksiksiz bir tesis mimarisinde nereye oturduğunu görmek için endüstriyel IoT MQTT rehberimiz gateway'leri, protokolleri ve broker'ları uçtan uca ele alıyor.

ISA-95 Hiyerarşinizi ConnectMQ ile Eşleyin

Bir hiyerarşiyi doğrulamanın en hızlı yolu, ona gerçek veri yayınlayıp sonuca bakmaktır. ConnectMQ; portalında ISA-95 cihazlar görünümü, ISA-95 topic algılama ve Sparkplug B yeniden yayınlama yerleşik olarak bulunan bir bulut MQTT broker hizmetidir. app.connectmq.com adresinde kredi kartı gerektirmeden ücretsiz Serverless planla bir broker oluşturun ve cihazlarınızın seviye seviye yerine oturmasını izleyin. Broker'lara yeniyseniz bir MQTT broker'ın ne yaptığı ile başlayın.

Sık Sorulan Sorular

ISA-95 ekipman hiyerarşisinin seviyeleri nelerdir?

Kuruluş, saha, alan, iş merkezi ve iş birimi. İş merkezleri; üretim hatlarını, iş hücrelerini, proses hücrelerini, üretim ünitelerini ve depolama bölgelerini kapsar ve her birinin eşleşen iş birimleri vardır.

ISA-95'te hat ile hücre aynı şey mi?

Her ikisi de iş merkezidir. Üretim hattı tekrarlı kesikli üretime, iş hücresi ise makinelerin esnek gruplanmasına uygundur. Ekipmanın gerçekte nasıl çalıştığına uyanı kullanın.

Hiyerarşi ne kadar derine inmeli?

ISA-95 iş biriminde durur. Bunun altına yalnızca sensör seviyesinde adreslemeye ihtiyaç duyduğunuzda ISA-88 tarzı ekipman ve kontrol modülleriyle inin.

ISA-95 ile Purdue modeli aynı şey mi?

Hayır. ISA-95 kuruluştan kontrole entegrasyonu ve ekipman rollerini modeller; Purdue modeli ise bir ağ referans mimarisidir. Aynı seviye numaralandırmasını paylaşmaları karışıklığa yol açar.