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normes_production

[ guide liens normalisation ] [introduction] [ normalisation guide et liens ][liste ICS de manutention] [ normes production ISA ] [rayonnage_rack_normes.htm] machines sécurité normes 29/05/2003

guide_securite_machines et aide_directive_securite_machines 21/06/2003

normes production ISA documents téléchargement page de choix de tous les documents é télécharger

Qualité démarches

[TQM aperéu du Total Quality Management]  Plan Assurance qualité [indicateurs de la Qualité]

[ production

[ Kaézen ]

Petit saut chez les collégues de la prod. IoI Quelques exemples. 

Présentation ISA.

Enter the world of automation and control at ISA EXPO 2004

http://www.appcluster05.com/App/homepage.cfm?moduleid=651&appname=353 

ISA EXPO 2004 offers the most complete automation and control experience in todayés marketplace. http://www.isa.org/template.cfm?section=Professionals_and_Practitioners   En ligne le 15/07/2004

 

S88.02 : une nouvelle avancée dans le contréle flexible des procédés de fabrication par lots

Quelques exemples de document ci dessous et exemplaires é télécharger dans la colonne de droite.

 

ISA aide des individus autour du globe, avec des carriéres dans la technologie, de R & D, de technologie, d'instrumentation, d'automation, et de ventes. Ils fonctionnent dans un choix divers d'industries, bétiment, actionnant et maintenant les processus qui font tout de la qualité d'air de moniteur pour construire des avions. 

Instrumentation, systémes, et automation (i.s.a.) les professionnels sont essentiels é chaque processus de fabrication. Tous les efforts industriels sont le résultat d'une série d'opérations complexes - systémes. Et les systémes complexes doivent étre réglés utilisant de divers dispositifs de mesure et de commande - instrumentation. Et souvent ces systémes et instruments utilisent les dispositifs programmables de réponse et d'action - automation. 

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Article S88.02 pour MESURES Né714 AVRIL 1999

LéISA

Instrumentation Society of America est une association multinationale déorigine américaine sans équivalent par sa taille (500000 membres, mais seulement une centaine en France) et par son influence dans tous les domaines du contréle de procédé, des techniques de mesure et déaction sur le process jusquéé léintégration des ressources de production dans la é supply chain é en passant par les réseaux de terrain, le graphisme des boucles de régulationé

Léorigine culturelle de léISA fait de cette association le lieu privilégié de rencontre des spécialistes du contréle des procédés. Léindustrie manufacturiére séy reconnaét moins, mais léISA tend é devenir un élément fédérateur de la couche é exécutive é du systéme déinformation.

LéISA est une organisation complexe, et on peut noter parmi ses principales activités :

22 divisions technologiques et scientifiques correspondant aux nombreux domaines déintervention de léISA

Un programme de formation élaboré, mais supporté essentiellement aux USA

La revue mensuelle INTECH

De nombreuses publications techniques

Le site web www.isa.org

Animation déexpositions et de conférences.

La conférence technique ISA TECH (se déroulera cette année é Désseldorf é léoccasion déINTERKAMA du 18 au 20 octobre)

Les comités é SP é (Standards and Practices) qui élaborent les standards (plus de 100 publications)

Les sections locales qui gérent les structures é léextérieur des Etats-Unis.

La section ISA France est dirigée par Rolland COLLAY, de léécole des Mines de Saint-Etienne (collay@emse.fr).

Les comités SP de léISA

Il existe une vingtaine de comités SP actifs é léISA. Le but de ces comités est de produire des documents de standardisation visant é matérialiser, formaliser, mettre en valeur un savoir-faire ou une technique. Il séagit de faciliter léapplication de ces techniques et déen assurer la diffusion.

LéISA est agrée ANSI de telle sorte que ces standards sont des normes de fait aux Etats-Unis. Les standards sont généralement soumis é léIEC qui les approuve et les publie en tant que norme internationale ISO.

La création de ces comités est issue déinitiatives diverses aprés enquéte déutilité et de non-recouvrement avec les travaux déautres organisations. Les spécialistes de toutes nationalités concernés par léobjet du comité sont invités é y participer. Chaque comité est dirigé par un président et nomme ses membres votants parmi les plus assidus selon des régles définies par le comité lui-méme selon ses buts (Par exemple, la communauté des utilisateurs doit représenter un ratio déterminé).

Les comités utilisent généralement 2 moyens de communication :

Réunions périodiques é physique é

Internet (répertoire sur le site FTP de léISA, liste de diffusion)

Tous les documents produits par léactivité du comité sont mis é disposition des membres (Brouillons successifs du standard, études des groupes de travail, comptes-rendus des rencontres)

Léactivité peut se dérouler selon plusieurs axes :

Réunions de travail

Rédaction des documents conformément aux décisions prises lors des réunions

Commentaire des documents par tous les membres

Création de groupes de travail ou délégation de téches pour traiter des aspects particuliers

Développement de maquettes pour valider les travaux.

On peut citer parmi les SP actifs la participation de léISA dans la é Fieldbus Fundation é pour les bus de terrain (SP50), le pilotage des procédés par lots (SP88) et léintégration systéme exécutif / entreprise (SP95).

 

Intégration des analyses en ligne dans les opérations du process Batch

Intégration des analyses en ligne dans les opérations du process Batch

Mots clé

Contréle du process Batch, Ordonnancement é capacité finie, Analyse qualité, Ajustements matiéres, Echantillonnage, Information procédé réduite, LIMS, MES, ERP, FCS, S95.01, S88.01

RESUME

Cet exposé présente une solution développée pour assister les processus de gestion de léassurance qualité en production déune unité de polymérisation. Cette solution vise é permettre :

Une gestion dynamique de léanalyse qualité synchronisée avec les données de léERP et les activités de production

Une exécution des procédés indépendante du facteur humain

Une information compléte et précise sur le comportement du procédé

Les analyses qualité peuvent étre exécutées par lééquipe du laboratoire ou par les opérateurs de fabrication eux-mémes. Les analyses é effectuer dépendent du produit et de léopération process courante. Elles sont souvent itératives, liées é des ajouts de matiéres ou des ajustements des points de consigne. Les spécifications qualité sont attachées de préférence aux données client et produit fini de léERP. Les relations entre le laboratoire et léexploitation impliquent une gestion en temps réel des ordres déanalyse et des rapports de leurs résultats.

La solution présentée propose une voie pour délivrer les spécifications qualité liées au plan de production de léERP et pour obtenir des rapports déanalyse attachés au rapport déexécution de production renvoyé vers léERP. La spécification qualité inclut la formule pour calculer les ajustements matiéres. Les échantillons sont considérés comme des sous-opérations dans le processus de fabrication, et comme des ordres de travaux dans léactivité du laboratoire. Le systéme réalise un couplage étroit en temps réel entre les régles de fabrication, les transferts de matiéres et le contréle qualité au niveau de léexploitation, et un lien asynchrone sécurisé de léinformation qualité entre léERP et le systéme de production.

Le nouveau systéme néa pas encore été totalement implémenté au moment de la rédaction de cet exposé. Léintégration des analyses qualité a été conéue de faéon é étre connectée aux fonctions de gestion des matiéres et des opérations du nouveau systéme de supervision de la production. Les bénéfices de ce projet seront indiqués lors de la présentation.

Introduction

Léusine CRAY VALLEY de Drocourt produit des résines polyméres par synthése et mélange. Le renouvellement du systéme déinformation de léentreprise basé sur un nouveau systéme ERP imposait de reconsidérer le pilotage de la production selon plusieurs points de vue :

Synchronisation des régles de production entre léERP et le systéme de contréle

Synchronisation de la production et du conditionnement

Optimisation de léusage des ressources

Gestion des stocks matiéres

Information détaillée de production

Gestion des analyses qualité

Le sujet de cette présentation concerne principalement le contréle qualité en production et son intégration é travers la frontiére Gestion / Production. Bien quéil ait été spécifié avant la publication de cette norme, le modéle de données utilisé pourrait illustrer un exemple déapplication de la norme ISA S95.01.

Léintégration néest pas un but en soi. Pour ce qui concerne le contréle qualité, les véritables objectifs étaient de :

Proposer une gestion de la qualité flexible et cohérente qui permette les changements de derniére minute des exigences qualité vis-é-vis du produit ou du client

Récupérer le savoir-faire des opérateurs et capturer le comportement du procédé

Obtenir des performances reproductibles en atteignant les spécifications requises de la méme maniére quelle que soit lééquipe déexploitation

Les considérations suivantes ont conduit é la solution exposée :

Le systéme déinformation doit étre cohérent entre les exigences de qualité produit et client, le processus déanalyse et les résultats qualité permettant déautomatiser le processus de gestion de léassurance qualité en production

Les spécifications qualité sont attachées de préférence aux données produits et clients de léERP

Les analyses peuvent étre exécutées par le laboratoire ou par les opérateurs eux-mémes

Les relations entre les équipes du laboratoire et de léexploitation impliquent une gestion en temps réel des ordres déanalyse et de leurs résultats

Les analyses é effectuer dépendent des exigences spécifiques pour le produit et le client et de léopération process courante

Elles sont souvent itératives, liées é des ajouts matiéres ou des ajustements de points de consigne pour obtenir la cible prévue ou suivre léévolution typique des spécifications

Le systéme LIMS installé était obsoléte et devait étre renouvelé.

Cette solution est caractérisée par les points suivants :

Les spécifications qualité sont attachées au plan de production délivré par léERP.

Les résultats qualité sont attachés aux données de production transférées é léERP

Les formules déajustement matiéres font partie des spécifications qualité

Les échantillons générent des sous-opérations dans la fabrication du produit et sont traités comme des ordres de travaux dans les activités du laboratoire

Les informations sur les productions passées sont disponibles (résultats déanalyse, ajustements matiéres). Ceci permet un contréle de vraisemblance des suggestions du systéme.

Le systéme induit un couplage étroit entre les régles de production, les transferts matiéres et le contréle qualité, et un couplage asynchrone sécurisé entre léERP et le systéme de production.

Analyses et Contréle Qualité é Etendue de la présentation

Les activités de contréle et déanalyse peuvent étre classées en plusieurs domaines :

Contréle de la réception et des stocks de matiéres premiéres

Contréles en ligne et en fin de production

Contréle au conditionnement et aux expéditions

Contréle périodique et déobsolescence des stocks de produits finis

Dans notre cas, les domaines 2 et 3 sont sujets é de fortes contraintes de temps et agissent directement sur les processus quéils assistent. Les domaines 1 et 2 sont généralement moins critiques.

Les contréles de réception des matiéres ont été exclus du domaine du projet, mais auraient pu étre gérés de la méme faéon sans difficultés particuliéres.

La production est livrée en vrac ou emballée. Léexpédition des produits emballés est découplée et ne nécessite pas de contréles complémentaires, tandis que la livraison vrac doit étre synchronisée avec la production et exige des contréles spécifiques

Le contréle du stock de produits finis a été intégré, mais ne sera pas développé ici.

Contréle en ligne et en fin de production

Le contréle qualité en ligne déun produit durant sa fabrication, combiné avec les autres données procédé permet de :

Maétriser ses caractéristiques aux différentes étapes de la fabrication

Atteindre les spécifications finales

Améliorer la connaissance du comportement du procédé.

Nous remarquons que :

Les variations des caractéristiques des matiéres en entrée (matiéres brutes et produits semi-finis), les conditions déexploitation et les écarts par rapport aux régles de fabrication conduisent é des déviations des caractéristiques attendues du produit.

Ces déviations doivent étre corrigées de faéon é atteindre les spécifications attendues du produit pour les étapes suivantes de la fabrication ou les spécifications du produit fini.

Les corrections sont principalement des compensations de matiéres dans notre cas

Léefficacité de la production requiert une optimisation de la durée des opérations ainsi que des actions rapides et adaptées pour compenser les déviations

Léactivité du laboratoire est supposée totalement réactive aux besoins de la production, bien que ce département doivent assumer des ordres déanalyse venant déautres unités et doivent arbitrer ses priorités

Léactivité déanalyse peut étre assurée par un ou plusieurs laboratoires, et parfois par les opérateurs déexploitation eux-mémes. Le travail peut étre partagé entre différents acteurs : échantillonnage, analyse, correction matiéres, assignation du statut qualité

Aperéu du procédé

Léusine met en éuvre 2 procédés principaux pour produire des polyméres :

Synthése é partir de matiéres premiéres

Mélange de produits semi-finis et de matiéres premiéres

La méthode adoptée et présentée ici était bien adaptée pour les2 types de procédé, ainsi que pour les contréles sur stock et les ajustements considérés comme des ordres de production inclus dans le plan de production de léERP. La figure ci-dessous montre un ordre déexpédition ou de conditionnement lié é un ordre de production (il peut y avoir plusieurs ordres de conditionnement liés é un méme ordre de production).

Procédé par synthése :

Segment de production / Activités Qualité pour la production et expédition synchronisée

 

Opérations de Production

Opérations conditionnement

Segment de Production

Chargement réacteur

Réaction

+ Spec ajustement

Transfert et chargement dilueuse

Ajustement des spécifications

Contréle avant conditionnement

Conditionnement

Activités AQ

-

Contréles en ligne par les opérateurs

-

Contréles en ligne par le laboratoire

Contréle

Par le laboratoire

Contréle

Par le laboratoire

Besoins Equipements

Réacteur

Réacteur

Réacteur Dilueuse

Dilueuse

Dilueuse

Conditionneur

Conditionneur

Besoins personnels

Opérateur

Opérateur

Opérateur

Opérateur

Assistant labo

Opérateur

Assistant labo

Opérateur

Assistant labo

Besoins matiéres

Formule ERP

Ajustements calculés déaprés les résultats déanalyse

Formule ERP

Ajustements calculés déaprés les résultats déanalyse

-

-

 

Architecture du systéme déinformation

Le systéme déinformation de production est construit autour de 3 sous-systémes : ERP, DCS et MES

LéERP (Enterprise Resource Planning) assure la maétrise des procédés qui définissent les segments de production incluant la formule de base, les classes dééquipement et de personnel requises et les spécifications qualité. Du point de vue S88, le procédé ERP peut étre considéré comme un intermédiaire entre la recette maétre et la recette Site/Générale tenant compte des besoins en ressources, mais simplifiant les éléments procéduraux.

Le DCS (Digital Control System) utilise un contréleur de batch S88. Les recettes maétres sont construites de faéon é représenter une vue détaillée des procédés ERP. Léexécution de la recette est synchronisée par le DCS qui envoie des drapeaux é destination de la recette haut niveau ERP/MES. De faéon é respecter les contraintes actuelles de sécurité du systéme de contréle, aucune information de léERP néest transmise directement. Les ordres de production (10 par jour) sont initialisés et lancés manuellement. Certaines unités sont conduites manuellement.

Le "MES" (Manufacturing Execution System) est une plate-forme de communication avec des applications complémentaires. Il traite les échanges de données et supervise les applications. Il a été développé spécialement par choix stratégique plus que pour des raisons techniques. Les applications sont généralement développées spécifiquement, é léexception du FCS (Finite Capacity Scheduling, logiciel déordonnancement é capacité finie). Cette couche du systéme déinformation a été conéue pour étre totalement "transparente", ne gérant que les configurations déenvironnement et de sécurité déaccés. Les données opérationnelles sont toujours maétrisées par leur propriétaire (application déorigine), qui est léERP dans la plupart des cas. Ceci est indispensable pour assurer léintégrité du systéme et réduire sa maintenance.

Le DCS "pousse" les données process dans la base de données de production en temps réel ou é la fin de la production selon les besoins du systéme.

Pilotage de la production

Plan de production initial de léERP

Le plan de production de léERP contient tous les ordres de production validés. Un ordre de production est composé de :

Léinformation de planification de la production.

Elle inclut le plan de production (ce qui doit étre produit, quand et comment) et les liens entre demandes de production, par exemple entre ordres de conditionnement et de production.

Information de définition de production.

Elle inclut les régles de production, les exigences détaillées en matiéres, les exigences qualité, les exigences en classes dééquipements et de personnel.

Elle est découpée en Segments Produit selon les régles de production (étapes et opérations process). Les régles de production incluses dans le plan de production sont interprétées par le FCS en utilisant des étapes prédéfinies et paramétrées.

Léinformation de capabilité de production est partagée entre léERP et le FCS.

La capabilité matiéres est gérée directement par léERP. Il maintient la liste des lots utilisables, leur emplacement, le mode de conditionnement et les quantités pour chaque besoin élémentaire.

La capabilité Equipement et Personnel est gérée par le FCS

2 plans de production sont gérés séparément et contenus dans 2 bases de données séparées :

Le plan de production courant

Le plan de production simulé utilisé pour vérifier la charge globale de léusine en regard de la capacité disponible pour le plan ferme et les prévisions court, moyen et long terme de léERP, en invoquant les fonctions déanalyse de contrainte du FCS.

 

Ce modéle ne correspond pas exactement au modéle du projet actuel S95.01 (draft 11 June 1999):

Les exigences matiéres sont supportées par un seul objet plutét que par 3 entités séparées pour les matiéres "Produites", "Consommées" et "Consommables".

Un objet séparé supporte les exigences qualités au lieu de les encapsuler dans le modéle matiéres. Cette conception a été choisie parce que plusieurs ordres de production pour le méme produit peuvent mettre en éuvre des exigences qualité différentes selon les exigences du client. Le modéle S95.01 model aurait pu étre appliqué, mais de faéon moins évidente.

Plan de production exécutable : complété par le Contréle et le FCS

Le sujet de ce papier est présenté ici. Les segments de production sont découpés en sous-segments générés pour chaque échantillon. Ceci permet de gérer une information détaillée de production au niveau de lééchantillon selon un schéma trés simple.

Lééchantillonnage est traité selon les exigences qualité. Les ajustements matiéres recommandés aprés léanalyse de lééchantillon selon les spécifications des tests qualité sont introduits dans les exigences matiéres, automatiquement déployés au niveau de la "sous-opération" dééchantillonnage.

En plus de léaltération des matiéres par le contréle qualité, ce modéle supporte les altérations de formule pour tenir compte des chargements imprévus de matiéres (dus aux "sentiments" de léopérateur, é un manque des matiéres requises, é une demande du service qualité)

Le FCS traduit les exigences définies en classes dééquipements par léERP en allocations spécifiques ("Réacteur" dans le plan de production initial devient "R151" aprés traitement par le FCS). Il définit les exigences en personnel. Les ressources en équipement et personnel et leur usage ainsi que La traéabilité des lots de matiéres ne seront pas davantage détaillées ici, étant exclu de la portée de cette présentation.

 

Exécution de la production et rapport vers léERP

Léinformation de production est enregistrée dans la base de donnée de léInformation de Production Courante pendant léexécution de la production selon un model semblable au précédent.

A la fin de la production ou é la suite déune demande particuliére, léinformation de production est transférée dans la base de donnée séparée de léInformation de Production Historique. Cette base de données peut étre utilisée :

Comme référence en ligne du comportement actuel du procédé par les chimistes et les opérateurs

Pour léanalyse hors ligne du comportement du procédé, la recherche des incohérences de transferts de matiéres, les calculs déutilisation des équipements, léanalyse Pareto des défautsé

Au méme instant, le rapport déexécution de la production est envoyé é léERP. Il consiste en un jeu déinformations consolidées et validées é partir de léinformation détaillée de production. Cette information est réduite pour correspondre aux besoins de léERP :

Activités des ressources : allocation des ressources, durée de chaque segment de production (seule léutilisation des équipements est renvoyée)

Transactions matiéres. Léutilisation et la production des matiéres est réduite par lot, emplacement et catégorie.

Résultats qualité : résultats déanalyse consolidés pour le produit fini. Ils comprennent les résultats des tests aussi bien que le statut qualité pour la matiére produite.

On obtient ainsi une réponse concise é léordre de production de léERP, tandis que léinformation détaillée demeure disponible dans la base déinformation de production.

A nouveau, ce modéle ne correspond pas exactement au modéle S95.01 :

Les résultats qualité sont rapportés dans un objet séparé (comme dans le plan de production)

Les résultats qualité et les matiéres sont rapportés é léordre de production, et non au segment de production

Pilotage du contréle qualité

Planification opérationnelle du Contréle Qualité

LA NORME S88.02 : UN LANGAGE POUR LE CONTROLE DES PROCEDES BATCH Word

La norme S88.02 : un langage pour le contréle des procédés Batchs PPT

Les activités du laboratoire sont gérées de la méme faéon que celles de léinstallation de production. Le laboratoire est traité comme une Cellule Process et les échantillons sont considérés comme des ordres déanalyse dans la planification des analyses. De cette maniére, le laboratoire principal et les opérateurs qui exécutent des analyses particuliéres déauto-contréle en ligne peuvent disposer de leur propre planification indépendante.

La planification de la production, les segments de production et les informations matiéres sont cachées (mais disponibles) dans la planification déanalyse, et léon obtient une gestion intégrée, mais indépendante de ces activités.

Les réponses déanalyse sont rapportées aux ordres déanalyse correspondants (données courantes) et peuvent faire référence aux résultats passés pour le méme produit et (optionnellement) le méme équipement. Ceci permet une comparaison facile entre les résultats actuels et les ajustements matiéres avec les sessions de production passées.

Léutilisation du FCS permettrait déoptimiser léactivité du laboratoire.

Conclusions

Le systéme présenté offre un modéle adapté tout en restant simple pour intégrer léinformation de laboratoire dans léinformation de production. La solution développée é partir de spécifications contrélées par léutilisateur correspond de prés aux besoins exprimés par le département de production tout en étant conforme aux besoins de léERP vis-é-vis de léinformation de production.

Une information compléte et précise est disponible pour les formules déajustement matiéres. Chaque ajout matiére peut étre comparé aux propriétés physico-chimiques du produit obtenues pour les opérations process et lééchantillon qualité correspondant.

Léinformation nécessaire réduite et validée est remontée é léERP tandis que léinformation détaillée est conservée au niveau du systéme de production.

Le travail du laboratoire est géré efficacement, et pourrait étre optimisée par un FCS

Le modéle S95.01 néest pas totalement implémenté et respecté. Toutefois, spécifiée dans léignorance de ce standard, cette solution néen est pas si éloignée et aurait pu étre développée en accord avec ses modéles conceptuels.

Le principal bénéfice par rapport au précédent LIMS est un dialogue efficace entre les unités de production et le laboratoire et la gestion qualité centrée sur léERP, ce qui simplifie énormément la gestion des données de production.

Inversement, on peut mentionner quelques déficiences :

Principalement développée é faéon, léarchitecture MES aurait pu étre construite en utilisant des composants commerciaux disponibles. Ce choix a conduit é des délais incontrélables, des incertitudes techniques et des impasses en matiéres de coét et de budget aussi bien pour léutilisateur final que le contractant. La société qui a développé les composants du systéme a disparu avant la fin du projet. Le vendeur de léERP a du prendre la responsabilité de terminer et supporter le systéme.

Le systéme néest pas un exemple déintégration totale, laissant le DCS encore isolé par rapport aux flux déinformation descendants de léERP. Le partage des responsabilités entre les systémes de Gestion et de Contréle néa pas été résolu : céest un des principaux défis de la norme S95.01 !

Le systéme DCS a été écarté du projet. En raison déune stratégie floue du vendeur du DCS ou déincompréhensions, ses capacités de gestion de Batch néont jamais été prises en compte. Les opérateurs doivent utiliser 2 logiciels différents et la synchronisation avec léétat actuel du process est encore gérée manuellement.

Le standard S88 néa jamais été considéré (hormis au niveau DCS). Le modéle physique est géré indépendamment dans 3 systémes (ERP, DCS, FCS)

Ainsi, le principal probléme de ce projet est son planning incontrélé du é une spécification sans fin du systéme et un développement é faéon. Séil devait étre repris, sa réalisation pourrait étre considérée déune faéon plus efficace :

Utiliser autant que possible des solutions commerciales développée par des éditeurs fiables.

Il aurait été préférable de considérer une utilisation extensive des capacités de gestion batch du DCS, méme pour les unités conduites manuellement.

Une équipe de projet plus consistante et un budget plus réaliste auraient probablement conduit é de meilleures options et assuré un contréle de la planification du projet.

 

Nous espérons que les concepts de base exposés dans cette présentation apporteront une contribution utile pour un bon nombre de projets déintégration entre les mondes de la Gestion et de la Production.

                                                                                     Résumé

Dans la foulée de la norme S88.01 traitant du contréle des procédés discontinus, le projet de norme S88.02 propose un modéle de données pour interfacer les applications et échanger les recettes et un langage de description de la Recette, le PFC (pour é Procedure Function Charts é) qui repose sur le modéle de données. Ce langage vise la réduction de la courbe déapprentissage des nouveaux systémes et léamélioration de la communication entre léHomme et le Systéme. Cette présentation présente un aperéu du développement et des régles déutilisation du PFC ainsi que les bénéfices attendus par leur adoption dans léindustrie.

La spécificité des procédés discontinus

Par opposition aux procédés de type Discret (manufacturier) et continus (énergie, pétrochimieé), on distingue les procédés de type Discontinu ou Batch par les caractéristiques suivantes :

Ils opérent selon un cycle au cours duquel des quantités déterminées de matiére sont transformées en produit fini,

La taille des équipements détermine directement la production du cycle,

Le produit fabriqué dépend de la Procédure exécutée par le cycle appuyé par les fonctions élémentaires de chaque équipement.

Il séagit souvent déateliers é flexibles é ou multi-produits.

La chimie, léagroalimentaire et la pharmacie représentent léessentiel de ces procédés. La derniére contrainte de flexibilité ajoutée é la complexité relative du contréle de base des équipements a amené le développement déune réflexion particuliére sur la stratégie de contréle de ces ateliers : la norme S88.01

La norme S88.01

La norme IEC 61131-3 définit des langages de programmation adaptés au contréle de base des équipements du procédé. Essentiellement conceptuelle, la norme ANSI/ISA S88.01 / IEC 61512-1 (que nous appellerons é S88 é dans la suite de léexposé) apporte un niveau supérieur au contréle de procédé : la flexibilité de l'allocation des ressources et de la stratégie de contréle. Elle découple les domaines et les responsabilités du contréle de base des équipements vis-é-vis de la spécification du procédé de fabrication et de l'allocation des ressources (la Recette). Elle peut également séappliquer é déautres types de procédés (voir les travaux EBF WG3).

Equipements et Recette

La norme S88.01 sépare le contréle en deux domaines de responsabilité :

Le contréle des équipements

La Recette

Le premier domaine est celui de léAutomatique. Le contréle de lééquipement est par définition indépendant du produit é fabriquer. Il fournit les ressources fonctionnelles de base pour construire la stratégie de fabrication (transformations, transferts déénergie et de matiéres).

Le second domaine est celui du Procédé. Il utilise les ressources fonctionnelles des équipements pour accomplir la stratégie de fabrication du produit.

La frontiére entre ces domaines définit directement le degré de flexibilité de léatelier et attribue les responsabilités correspondantes é léAutomaticien déun cété, au gestionnaire et é léingénieur procédé de léautre.

La Recette est composée de 5 éléments :

Entéte

Procédure

Formule (Paramétres, Entrées et Sorties Procédé)

Exigences Equipements

Autres Informations

Hiérarchie de la Procédure

Le contréle procédural de la norme S88.01 repose sur 4 niveaux hiérarchiques :

Procédure

Procédure Unité

Opération

Phase

Une Procédure est composée de Procédures Unité elles-mémes composées déOpérationsé Des niveaux peuvent étre omis, des niveaux complémentaires peuvent étre ajoutés. Ces éléments procéduraux sont appelés de faéon générique :

Elément Procédural Recette ou RPE pour la stratégie de fabrication

Elément Procédural Equipement ou EPE pour le contréle des équipements

On pourra définir des Procédures Recette, Procédure Equipement, Procédures Unité Recette, Procédures Unité Equipement, Opérations Recette, Opérations Equipement, Phases Recette et Phases Equipement.

La séparation entre le domaine de la Recette et le domaine de léEquipement est du ressort de léimplémentation. Toutefois, la plupart des systémes de pilotage de Recettes imposent un couplage au niveau de la Phase. (Figure 1)

Figure 1 é Distribution du contréle procédural entre Recette et Equipement (ISA S88.01 1995)

Types de Recettes

La norme S88.01 propose 3 types de Recettes selon le niveau de détail et léutilisation :

Recette Générale

Recette Site

Recette Maétre

Seule la derniére peut donner naissance é une Recette exécutable, la Recette Contréle. Les autres Recettes ont déautres objectifs liés é la création des produits et é la planification. Le rapport ISA TR88.0.03 préconisait le développement déun langage adapté aux trois types de Recettes, mais cet objectif a été abandonné entre temps. La situation au niveau des Recettes de niveau supérieur est loin déétre claire, et ce probléme est placé dans les priorités déaction du groupe SP88 pour les prochains projets de norme.

Contexte général

La norme S88.01 définit le terme Procédure comme é la stratégie pour exécuter un procédé é, mais les régles pour spécifier cette Procédure ne sont pas définies. Céest une lacune importante de la premiére partie de la norme : elle était intentionnelle du fait des opinions variées au sein du comité é cette époque. Le comité SP88 reconnaissait quéil séagissait déun probléme important et adopta les 2 résolutions suivantes :

Etablissement déun rapport sur les formats possibles de représentation des Procédures,

Définition déune méthode pour la description de la Recette dans la seconde partie de la norme.

Le rapport technique ISA-TR88.0.03 fut publié en 1997. Le travail sur la seconde partie se poursuivit aprés la publication de ce rapport, et une méthode normalisée pour décrire la logique procédurale des Recettes est exposée dans la section 6 du projet de norme S88.02[1] é Procedure Function Charts é.

La notation PFC a été développée en utilisant des éléments des trois formats discutés dans le rapport technique : Liste, Gantt et SFC (Sequencial Function Charts). A premiére vue, la notation PFC est proche du SFC, mais plusieurs aménagements ont été développés pour tenir compte des spécificités déexécution et de documentation du contréle procédural vis-é-vis du contréle séquentiel.

La méthode choisie pour la description de la Recette ne prend en compte que la Procédure : Léen-téte, les Exigences Equipements, la formule et les autres informations ne sont pas traités. Par définition, la Procédure supporte la structure de la Recette é laquelle se rattachent obligatoirement les autres catégories déinformation. Ces informations ne sont pas normalisées au-delé de la nécessité dé é indiquer clairement et de faéon consistante pour une application donnée leur relation avec la Procédure é.

Les bénéfices attendus déune méthode normalisée de description de la Procédure sont :

Permettre lééchange des Recettes entre systémes (en validant les structures de données proposées dans la norme S88.02)

Réduire la courbe déapprentissage des utilisateurs déun systéme é léautre

Fournir une base commune de dialogue entre les utilisateurs et les fournisseurs

Léaspect normatif de la notation PFC néimpose pas son utilisation exclusive. Il est reconnu que des méthodes alternatives pourront étre préférées en fonction des caractéristiques de la Procédure (taille, complexité, exigences particuliéres de léutilisateuré).

Les objectifs

Un langage est un ensemble de symboles et de régles utilisés pour communiquer. Dans le cas des systémes déinformation, ils permettent é léhomme de dialoguer avec la machine pour décrire la téche que la machine doit exécuter et en contréler son exécution.

La définition précise des objectifs et des contraintes est essentielle pour guider le développement. La liste suivante est partiellement mentionnée en annexe du projet ISA-dS88.02  :

Simple é suivre : il séagit déun langage de spécification destiné é étre utilisé par des non-informaticiens et non-automaticiens

Facile é construire : peu déexigences de syntaxe et de symboles é apprendre

Limites clairement définies : symboles graphiques normalisés de Début et de Fin

Description de léordre déexécution non ambigué : séquence, parallélisme, sélection, convergenceé

Expression des relations de coordination : transfert de matiéres et synchronisations

Support des Niveaux hiérarchiques : symboles uniques, mais différenciés pour tous les niveaux de la Procédure

Support multi-niveaux : mise en évidence de la décomposition possible déun élément de Procédure

Applicable aux Recettes Maétre et Contréle. Le traitement des Recettes de haut niveau néest pas retenu pour le PFC.

Indépendant du média : utilisable aussi bien pour une implémentation é papier-crayon é quéavec un ordinateur capable déanimations graphiques colorées.

Le langage doit permettre de fournir tous les détails nécessaires pour décrire de faéon non ambigué la stratégie de fabrication. A ce titre, il doit donc supporter le modéle dééchange de données défini dans les sections 4 et 5 de la norme S88.02.

La capacité déextension est induite par léexigence déune description non ambigué. Dans les cas les plus simples, la Procédure peut ne comporter quéun seul Elément Procédural Recette (RPE) ou une simple liste exécutée séquentiellement. Dans les cas complexes, des logiques conditionnelles et des contraintes de temps peuvent intervenir.

Comparaison des méthodes existantes et proposées

Sur la base des objectifs et contraintes ci-dessus, le comité reconnu que le rapport technique fournissait une analyse précise des options possibles, incluant la plupart des méthodes utilisées par les systémes de contréle batch du marché. Ces méthodes sont les suivantes :

Liste déinstruction

Céest la forme la plus simple pour la représentation déune séquence linéaire (Figure 2). La liste présente léavantage déétre facile é visualiser.

Paramétres de Phase

Paramétre

Valeur

Type

1

Remplir

Eau

1000 kg

Entrée

2

Ajouter

Sel

50 kg

Entrée

3

Chauffer

Vapeur

50 é C

Process

4

Ajouter

Sucre

30 kg

Entrée

Figure 2 - Liste d'instruction

Historiquement, la plupart des Procédures Recettes ont été décrites de cette faéon. Ces Recettes présentaient é léopérateur une liste numérotée déétapes é exécuter. Séil est convenable pour des situations simples, ce format néest pas utilisable dans des cas plus complexes : les parallélismes et séquences complexes avec logique conditionnelle sont trés difficiles é décrire clairement avec ce format. Léexemple de la Figure 3 montre é quoi pourrait ressembler une approche textuelle. Il séagit déune proposition de langage dééchange é BxL é pour lééchange de données de Recette (non retenu é ce jour). Cette forme évoluée bien adaptée pour la communication entre ordinateurs néest é léévidence pas utilisable pour un dialogue efficace avec un étre humainé [2]

Figure 3 - Langage Littéral

 

Diagramme de Gantt (modifié)

Figure 4 - Diagramme de Gantt modifié

Les diagrammes de Gantt sont trés utiles pour décrire la progression des activités dans le temps. Ils peuvent également montrer de niveaux multiples déactivités. Outils de base de la planification, ils sont relativement bien adaptés pour la description de Procédures Recettes qui consistent en une ou plusieurs Procédures Unité opérent de faéon plus ou moins indépendante avec des points de coordination.

Le diagramme de la Figure 4 présente quelques particularités :

Le déroulement vertical qui se préte mieux é un nombre déactivités successives plus important que les activités paralléles et qui suit la logique du format liste ou du SFC

Les liens de coordination entre Procédures Unité

Le découpage des Procédures Unité en Opérations

Une base de temps relative et non absolue du fait que léinstant de lancement des activités et leur durée ne sont pas connus de maniére déterministe avant leur exécution

Toutefois, lorsquéune logique conditionnelle complexe doit étre introduite, le diagramme de Gantt perd son efficacité. Les systémes de planification utilisent alors les diagrammes de Pert pour traiter ce type déinformation et gérer les situations complexes avec des prédécesseurs et des successeurs multiples. Si les diagrammes de Pert sont efficaces pour les systémes de planification sophistiqués, ils ne sont guére adaptés é la conduite déune unité de fabrication.

 

SFC

La troisiéme méthode discutée dans le rapport technique est le Sequential Function Chart (SFC) défini par la norme IEC 61131-3 et basé sur la norme IEC 60848 (GRAFCET). Céest un langage largement répandu et bien accepté. Il offre des moyens puissants pour spécifier la logique conditionnelle, ce qui manque aux précédentes méthodes de type Liste ou Gantt. On note que la plupart des systémes batch actuels utilisent le SFC pour décrire les Procédures. La Figure 5 montre léexemple déune Opération qui active des Phases.

Figure 5 - Représentation SFC d'une Opération

Le graphe SFC décrit bien la logique conditionnelle souvent nécessaire au niveau de léOpération. Au niveau supérieur de la Procédure toutefois, cette capacité a peu déintérét. La Figure 6 montre deux Procédures Unité actives simultanément. Dans ce cas, on ne dispose pas déinformation concernant les flux matiéres, la synchronisation entre les Procédures Unité et leur déroulement général relatif dans le temps. Par exemple, la Procédure Unité Réaction néest pas supposée démarrer avant que la Procédure Unité Préparation néait atteint une certaine situation. Le graphe ne montre pas cela parce quéil doit placer toutes les Procédures Unité dans la méme structure séquentielle paralléle.

Figure 6 é Représentation SFC déune Procédure Unité

 

En conclusion

Chaque approche présente des avantages et des inconvénients, et le rapport ne conclut pas sur une recommandation. Deux autres problémes néont pas été mentionnés par le rapport, bien quéils soient critiques pour la description de la Recette : léutilisation de niveaux multiples dans la hiérarchie et la séparation entre les Eléments Procéduraux Equipement et Recette.

Autres apports

Chaque constructeur de systéme ou éditeur de solutions pour le contréle batch a développé son propre langage. Cette diversité des approches qui provoque la confusion des utilisateurs a été un élément moteur pour le développement du PFC. Les acteurs majeurs ont participé é léélaboration de ce langage. Chacun séest battu pour conserver les atouts de sa propre solution dans la norme.

Pendant cette évaluation, déautres travaux ont été étudiés. On doit signaler par exemple les travaux remarquables de Karl-Erik Arzen et Charlotta Johnsson sur le é High Level Grafchart é. Ils proposent une évolution sans compromis du Grafcet vers une forme objet et démontrent son application dans le contréle discontinu [3] [4] [5] [6].

Les travaux de révision de la norme IEC 60848-1988 pour permettre de spécifier de multiples niveaux de graphe offraient également un champ de réflexion intéressant [7] [8] [9]

La notation résultante du Procedure Function Chart séest inspirée du High-Level Grafchart et des modifications proposées pour la norme IEC 60848.

Développement des é Procedure Function Charts é

Cette évaluation concluait donc quéaucune méthode existante ne convenait pour répondre é tous les objectifs et contraintes énoncés é tous les niveaux et pour tous les degrés de complexité des Procédures. Par contre, il était reconnu que chacune des méthodes discutées dans le rapport technique avait des caractéristiques intéressantes qui, combinées entre elles, pouvaient contribuer é définir une nouvelle méthode efficace. Il était également reconnu quéune méthode similaire é celle proposée par la révision des macro-étapes de la norme IEC60848 permettrait de supporter les niveaux multiples dans la Recette.

La notation PFC a été développée et révisée sur une période de 4 années marquées par des faux départs et des marches arriéres. Chaque fois que de nouveaux membres se joignaient au comité, de nouvelles discussions et de nouvelles alternatives surgissaient. Il séavéra impossible de développer une méthode satisfaisante dans léesprit de chacun. Compromis et concessions ont été le terrain du consensus sur la méthode de description retenue.

En guise de parcours simplifié du processus de développement de la notation PFC, il peut étre utile de considérer quelques éléments qui ont guidé sa genése :

Léinfluence du format Liste est visible dans le principe des Transitions Implicites (discutées plus loin) qui permet de décrire une simple liste déEléments Procéduraux.

La capacité du diagramme de Gantt é représenter la notion de durée et la synchronisation apparaét dans la possibilité de dessiner des éléments procéduraux de longueur fonction de leur durée relative.

Léinfluence du SFC est évidente : Utilisation de sélections de séquences et de séquences simultanées, alternance Transition é Etape é Transition.

Bien que le terme "Macro Etape" ne soit pas utilisé, le concept mis en avant par le projet de révision de la norme IEC60848 est reflété dans la notation PFC.

La séparation entre la logique de la Recette et celle de léEquipement a conduit é définir une spécification particuliére pour léactivation et léévaluation des Transitions.

Il existe une différence fondamentale entre la logique procédurale de la Recette et la logique séquentielle de léentité dééquipement. La logique dééquipement, quel que soit le langage, doit toujours étre responsable de la conclusion de son traitement. La décision de léentité dééquipement peut étre basée sur des signaux externes sans filtrage interne, par contre, la capacité de la logique dééquipement é traiter ses téches ménagéres ou déautres activités lors déune demande de fin déexécution est critique. Céest la ligne de raisonnement qui é conduit é définir un comportement différent de la relation RPE-Transition du PFC de la relation Etape-Transition du SFC.

Les spécificités Process telles que léallocation des ressources, les transferts de matiéres, la synchronisation et les activités asynchrones sont prises en compte par la notation PFC.

La Procédure Recette doit montrer léorchestration de Procédures Unité relativement indépendantes méme lorsquéelles se décomposent en éléments de niveau inférieur (Opérations, Phase).

 

 

Notation du é Procedure Function Chart é

La notation présentée ici est définie dans le projet de norme ISA-dS88.02 dans son état au moment oé ce papier est rédigé. Il est possible que cette notation soit modifiée avant que ce projet ne soit confirmé comme norme ANSI/ISA et IEC é léissue du processus déapprobation actuellement en cours. Les indications fournies devront donc étre confrontées é la publication officielle en cas de référence future.

Léobjectif de cette présentation néest pas de proposer une référence compléte du langage PFC qui devrait fait léobjet de publications ultérieures. Il séagit déune bréve vue déensemble de la notation au travers de quelques exemples.

Les symboles utilisés dans la notation PFC sont les suivants :

Figure 7 é Symboles PFC

PFC é Procédure Opération é

Le plus bas niveau hiérarchique de la Procédure Recette est la Procédure Opération qui décrit les enchaénements des Phases Recette, elle-méme couplées (au besoin) aux Phases Equipement. Ce cas limite oé la Recette détermine les enchaénements procéduraux au plus bas niveau de la hiérarchie S88 correspond au niveau de couplage exclusif de la plupart des moteurs déexécution batch.

La Figure 8 montre comment décrire une Opération simple de 2 Phases en utilisant les symboles PFC. Les symboles de Début et Fin indiquent oé commence et oé se termine léexécution du PFC. Le diagramme est développé verticalement du début é la fin. Les liens directs connectent les différents symboles et déterminent léordre déexécution du diagramme.

Figure 8 é Procédure Opération PFC

Les Phases Recette correspondent é des Phases Equipement qui peuvent étre implémentées en logique programmée dans un contréleur de procédé (processeur SNCC ou Automate). Ces 2 Phases sont représentées différemment pour mettre en évidence léutilisation des Transitions Implicites et Explicites.

Transition Implicite

La Phase Remplir utilise une Transition Implicite. Elle est programmée de telle sorte quéelle passe é léétat é Terminé é lorsquéelle atteint son objectif (dans ce cas : atteindre le niveau de 4 métres). Cet objectif a été défini en utilisant un paramétre transmis é la Phase au lieu déune condition de Transition. La Phase suivante Purger doit démarrer dés que la Phase Remplir atteint son objectif. On considére dans ce cas quéil néest pas nécessaire de représenter une Transition entre ces 2 Phases : les Phases séenchaénent naturellement par le seul jeu de leur exécution. Lorsquéune Transition néest pas décrite parce quéelle correspond é la fin de léélément procédural précédent sans aucune autre condition, elle est appelée Transition Implicite. La notion de Transition est maintenue dans le but de respecter la régle Etape-Transition-Etape de la norme IEC 61131-3.

Figure 9 éTransition Implicite

La Figure 9 développe le concept de Transition Implicite. Par définition, la Transition Implicite est une convention qui autorise é ne pas représenter dans le PFC la condition é Elément Procédural Equipement Terminé é. Dans la plupart des applications batch, les Eléments Procéduraux Equipement sont programmés par léautomaticien pour étre lancés par la Procédure Recette et poursuivent leur exécution en utilisant les paramétres de formule appropriés chargés avant léexécution. Ceci est un probléme critique du contréle batch : léElément Procédural Equipement contréle toujours lui-méme sa fin déexécution, méme si une Transition Explicite du PFC la requiert. Ce mécanisme est naturel pour léauteur de la Recette.

Il séagit déune différence majeure avec le SFC : lorsquéune Transition est évaluée vraie, les étapes précédentes sont immédiatement terminées, et il néexiste aucune opportunité pour poursuivre les é téches ménagéres é. Une interruption soudaine des Eléments Procéduraux Equipement néest pas adaptée aux applications batch, et on remarquera que beaucoup de systémes utilisent une forme altérée du SFC pour contourner ce probléme.

Transition Explicite

Dans le cas de léexemple précédent, on aurait pu représenter une condition é Vraie é ou é Niveau atteint é ou é Phase de remplissage terminée é. Si une telle information est ressentie comme nécessaire, elle pourra étre décrite é léaide déune Transition Explicite.

Figure 10 éTransition Explicite

Une Transition Explicite suit la Phase Recette Purger. Cette Phase est programmée dans lééquipement pour vider le réacteur. Aprés que cette Phase ait été lancée, la logique de la Phase Equipement ne fermera la vanne de purge que lorsque léordre lui en aura été donné par léexécution du PFC lorsque la Transition é Niveau <= 1 métre é sera devenue vraie. La Phase ferme la vanne, effectue les actions nécessaires et passe é léétat é Terminé é. Le PFC franchit alors la Transition, atteint le symbole Fin, et conclut léexécution de léOpération

On voit que dans ce cas (enchaénement simple entre 2 éléments procéduraux) léutilisateur a le choix déutiliser une Transition Explicite ou Implicite avec les mémes effets. La possibilité de choisir le type de Transitions implique une coordination entre léautomaticien qui développe la logique des Eléments Procéduraux Equipement et léingénieur qui décrit le procédé de fabrication.

La description des conditions attachées aux Transitions Explicites néest pas imposée par la norme. Les applications peuvent utiliser des notations particuliéres ou faire référence é la norme IEC 61131-3.

Régles de représentation et paramétres

La norme néimpose pas de couleurs pour le diagramme ni de faéon de représenter les paramétres. Ils doivent simplement étre accessibles é partir de léélément procédural correspondant.

Début et fin

Les premiers projets imposaient léutilisation déun seul symbole de départ et déarrivée par graphe. Léutilisation de graphes é entrées et sorties multiples est désormais permise pour décrire des Procédures paralléles asynchrones avec évolutions multiples. Céest une nouvelle différence importante avec le SFC.

A la différence du SFC, il néy a pas déétape initiale. Celle-ci est unique dans le cas du SFC, alors que la notation PFC autorise léexécution simultanée de plusieurs éléments procéduraux au lancement de la Procédure. Ceci est possible gréce au symbole de Début.

Ces symboles ne sont pas exécutés et ne supportent pas déinformations. Ils représentent seulement des positions.

PFC é Procédure Unité é

La Figure 11 représente une Procédure Unité qui détermine les enchaénements des Opérations. A ce niveau, léélément procédural peut contenir un PFC de niveau inférieur (Opération Recette manipulant des Phases ) ou référencer directement une Opération Equipement.

Figure 11 é Procédure Unité PFC

Le signe é + é placé dans le coin supérieur droit de léélément procédural indique léencapsulation déun PFC de niveau inférieur. Par exemple, léOpération Initialise référence une Opération Equipement, il ne contient donc pas de Phases Recette. Toutes les autres Opérations encapsulent des PFCs, et donc des Phases.

Léutilisation de Transitions Implicites aprés les Opérations Initialise et Charge permet une représentation concise : la premiére partie du graphe se lit comme une liste.

Les Transitions Explicites sous le symbole de sélection (barre horizontale) sont évidement obligatoires.

PFC é Procédure Recette é

Les besoins de descriptions de la Procédure Unité et de la Procédure Opération ne sont pas trés différents. Par contre, la représentation de la Procédure Recette différe sensiblement des 2 précédentes.

La Procédure Recette orchestre léexécution déactivités asynchrones (par exemple les Procédures Unité) qui ont des points de synchronisation, des transferts de matiéres et des Exigences Equipements.

En tant que plus haut niveau de la Procédure, il est nécessaire de fournir le maximum déinformation au plus au niveau déabstraction possible. La Figure 12 présente un exemple déune Procédure Recette simple.

Figure 12 é Procédure Recette PFC

Allocation des ressources

Le symbole déallocation de ressources représente un élément procédural qui contient les Exigences Equipements (et autres ressources telles que personnel, matiéres, énergie) pour la Procédure Unité qui le suit. Il séagit des régles déallocation constituées par exemple déune liste des équipements utilisables pour léexécution de cette Procédure Unité. Léexécution de léélément doit entraéner léallocation des ressources nécessaires (en particulier les Modules Equipement) par un arbitrage manuel ou calculé par un systéme déordonnancement. La forme du symbole et son objectif sont normalisés, par contre le contenu est laissé é léappréciation de léimplémentation.

Lorsquéune Transition Explicite suit le symbole déallocation, elle représente les conditions de lancement de la Procédure Unité. Dans notre exemple, la Procédure Unité Préparation démarre dés que léélément déallocation est exécuté, tandis que la Procédure Unité Réaction exige un acquittement de léopérateur pour démarrer.

Lorsque les 2 Procédures Unité sont terminées, le symbole de fin de séquences simultanées (convergence ET) permet au graphe déatteindre le symbole Fin et léexécution de la Recette se termine.

Une représentation incompléte

La Figure 12 semble indiquer que les 2 Procédures Unité fonctionnent simultanément. Cette représentation est incompléte : en généralisant, toutes les Procédures Unité devraient étre placées dans le méme jeu de séquences paralléles. De plus, les points de synchronisation et les mouvements de matiéres ne sont pas représentés. La premiére solution qui vient é léesprit pour tenter de résoudre ce probléme serait de décrire les Procédures Unités en série comme dans une liste (Figure 13). Cette méthode ne convient pas, car elle impose des points de synchronisation tels que la premiére Procédure Unité soit terminée avant que la seconde puisse démarrer. Elle ne résout pas non plus le probléme de la description des transferts de matiéres.

Figure 13- Procédure Recette "Série"

Durée relative et Synchronisations

Le défi consistait donc é trouver une méthode capable de représenter une large structure de séquences simultanées. Léapplication des diagrammes de Gantt sur un axe vertical avec une échelle de temps relative le permettait.

On a tout simplement allongé les éléments procéduraux comme sur un diagramme de Gantt. La Figure 14 montre la méme Procédure Recette é étirée é pour montrer les relations et points de synchronisation.

On peut noter que ni léinstant absolu de léexécution déun élément procédural ni sa durée ne sont connus dans la Recette (des informations statistiques de durée pour la planification et les calculs de coét prévisionnels pourraient éventuellement étre récupérées). La longueur de léélément procédural est donc purement relative et néa pas de réle fonctionnel.

La taille des 2 Procédures Unité est telle quéelle permet de montrer que la Procédure Unité Préparation est déabord lancée et quéé un moment donné de son exécution, le processus déallocation de la Procédure Unité Réaction est exécuté. Ensuite, lorsque léopérateur a validé les conditions de démarrage, la Procédure Unité Réaction est démarrée. Plus tard, un peu avant la fin de la Préparation et un peu aprés le démarrage de la Réaction, un transfert matiéres séeffectue entre la cuve et le réacteur respectivement alloués é la Préparation et é la Réaction. Le transfert se poursuit pendant quelque temps et la Réaction se poursuit. Lorsque les 2 Procédures sont terminées, la Recette se termine.

Figure 14 é Extension des Eléments Procéduraux et synchronisation

Une représentation multi-niveaux plus précise

Bien que relativement vague sur les événements, la Figure 14 fournit plus déinformation que la Figure 12. On peut aller plus loin en montrant plusieurs niveaux sur le méme PFC comme sur la Figure 15. Les symboles des Procédures Unité ont été dilatés et les PFC quéelles encapsulent sont représentées é léintérieur. On voit é présent que les 2 Procédures Unité Préparation et Réaction ont chacune 4 Opérations. On peut observer que le point de synchronisation S1 concerne le prélévement dééchantillon dans la cuve de préparation tandis que le transfert de matiére T1 est effectué par les Opérations Transfert du Réacteur (Procédure Unité Préparation) et Transfert de Préparation (Procédure Unité Réaction)

Figure 15 é Détail de léencapsulation

Autres régles du PFC

La notation PFC a pour objet de favoriser lééchange des données de Recette entre systémes et de rendre plus facile léapprentissage déun nouveau systéme batch. Toutefois, il est reconnu quéaucun paradigme néest définitif et que léévolution et léinnovation se poursuivront. Par conséquent, la norme permet déétendre la notation PFC. La seule exigence est que les extensions soient clairement définies.

La Procédure est le ciment qui unit les différentes catégories déinformation de la Recette au sein de chaque élément procédural. La norme néimpose pas la représentation de ces informations. Les exemples ont montré une représentation possible des paramétres de la formule et des conditions des transitions. La description de léen-téte de Recette et des é Autres Informations é peuvent faire léobjet de larges divergences dans léimplémentation.

 

En résumé

La notation Procedure Function Chart propose une méthode normalisée et indépendante du fournisseur pour la description de la Procédure de la Recette. Cette indépendance est assurée par le fait que la méthode a été développée sur la base de multiples méthodes et normes connues ou utilisées et en différe suffisamment de telle sorte quéaucun fournisseur néest avantagé. Un panel large et diversifié de fournisseurs et déutilisateurs a conduit son développement et cette notation représente un consensus accepté par toutes les parties. Il est attendu de la notation PFC quéelle

Supporte une méthode normalisée pour les échanges de données entre systémes

Permette une communication efficace entre les acteurs pendant toutes les phases des projets

Raccourcisse la courbe déapprentissage des auteurs de Recettes, et des opérateurs lorsquéils ont é mettre en éuvre différents systémes

Cette présentation a été réalisée é partir de larges extraits déune présentation de David Emerson[10].

 

Regard S88/S95 sur le(s) cycle(s) de vie du systéme de PRODUCTION

Jean Vieille

Consultant

4, rue des Ecrivains BP46 - 67061 Strasbourg cedex (France)

jean-vieille@usa.net http://www.jvieille.homepage.com

 

 

Résumé

Au delé des aspects purement techniques de leur mise en oeuvre, léapplication des normes S88 et S95 facilite une vision globale et proactive de la gestion du cycle de vie du systéme de production des entreprises manufacturiéres.

Ce cycle de vie séaccorde sur 3 rythmes fondamentaux : léingénierie des ressources de production, léingénierie des produits et le programme de fabrication. Le découplage des contraintes de ces 3 cycles est une condition essentielle pour la réactivité du systéme de production de léentreprise.

Cette présentation propose une vision coordonnée de ces cycles sous lééclairage des normes ISA.

Introduction

Si léamélioration de la productivité demeure un objectif incontournable (pour combien de temps encore ?) pour la justification du capital investi, la prise en compte des besoins du consommateur en tant quéélément de la valeur ajoutée arrive é présent au devant de toutes les préoccupations de léEntreprise. Le principal moteur de cette évolution est la croissance exponentielle du commerce électronique qui libére totalement la liberté de choix du consommateur.

La survie et la performance de léEntreprise reposent maintenant pour léessentiel sur sa capacité de réaction aux besoins du marché et du client.

Il en résulte une concentration de léEntreprise sur son céur de métier pour répondre de la maniére la plus appropriée possible é ces besoins ou ces attentes. Les logiques de gestion des stocks et déinvestissement prévisionnel en ressources de production séeffacent au profit déune politique du Juste-é-Temps dans laquelle la mobilisation des ressources néest plus une contrainte, mais une téche logistique au méme titre que léapprovisionnement des matiéres ou la livraison des produits.

Idéalement, léEntreprise qui veut introduire un nouveau produit (ou adapter un produit existant) doit développer ce produit é é capacité infinie é et mobiliser le moment venu les ressources nécessaires dans son propre systéme de production ou sur un marché en pleine ouverture déexternalisation (outsourcing) des ressources de production. Si la situation ne semble pas idéale du point de vue des coéts, elle est justifiée par le fait que le client est prét é payer plus cher le produit qui arrive le plus vite pour satisfaire ses attentes et parce que le raccourcissement de la durée de vie du produit ne permet plus de justifier les investissements nécessaires en capital. Pour reprendre le discours de Michael Saucier, Le cas limite est lé é Entreprise de Produit é en contact avec le consommateur qui paiera la totalité de la valeur ajoutée. Elle conéoit les produits et organise leur fabrication pour les délivrer dans les conditions de délais, coét et qualité attendues par le marché et les clients, mais elle ne é posséde é aucune des ressources nécessaires pour produire.

Déun autre cété, les Entreprises pourront réorienter léexploitation de leur ressources de production pour les mettre é la disposition déun marché dans lequel puiseront les é Entreprises de Produit é. Ces é Entreprises de Production é vont intervenir dans les processus de fabrication selon les é fonctions processus é quéelle peuvent offrir, leur capacité et leur disponibilité. Ce schéma, qui pousse é léextréme le principe de la sous-traitance, est déjé classique dans certaines industries (Internet, Semi conducteurs, electro-ménageré)

Dans ces conditions, le systéme de production est un maillon essentiel déune é Entreprise virtuelle é composée déentités multiples é Produits é et é Production é. Pas seulement parce quéil génére une part importante de la valeur ajoutée (méme si elle tend é diminuer), mais surtout parce quéil se trouve sur le chemin critique des processus fondamentaux déactivité de la chaéne logistique. Ce découplage des fonctions de production impose un pilotage efficace :

 

Sur le plan tactique (traitement des ordres de production)

Comme sur le plan stratégique (amélioration et mise sur le marché de nouveaux produits)

 

Léingénierie traditionnelle, enfermée dans une dépendance planifiée des cycles de conception du produit, de léoutil de production et de la planification opérationnelle de la production, doit évoluer pour séadapter é ces nouvelles exigences.

Nous examinerons les apports des normes ISA S88 et S95 dans la mise en éuvre de léEntreprise ainsi remodelée.

Ces réflexions séadressent déabord aux industries de processus et séappuient sur les idées qui prévalent au sein des groupes ISA SP88 et SP95, partagées par déautres auteurs.

 

Ingénierie traditionnelle du systéme de production

 

 

En observant léexemple déun cycle en é V é représentatif de léingénierie traditionnelle, on observe que :

Les spécifications du processus sont un préalable nécessaire pour développer le systéme de production qui ne peut étre qualifié quéen fin de projet é one-shot é

Léensemble du systéme de production doit étre préalablement conéu pour répondre au design initial du processus : toute variation du processus peut entraéner une remise en cause du systéme. En généralisant, si le systéme de production est conéu pour plusieurs processus, tous les éléments de cette flexibilité doivent étre définis préalablement é léimplantation.

Mise é part une précédence chronologique, il néexiste aucune interactivité avec la phase opérationnelle de la vie de léinstallation : on ne peut démarrer la production que lorsque toutes les fonctions nécessaires ont été implémentées, le procédé est conéu é pour durer é, sa remise en cause est coéteuse et passe par un cycle de complet déingénierie.

La sous-traitance représente un premier pas vers le concept évoqué dans léintroduction. Mais elle est définie de faéon statique lors de léingénierie globale Produit+Ressource : elle intervient souvent dans les processus secondaires oé elle est traitée é é capacité infinie é.

 

Les trois cycles de vie du systéme de production

Dans cette étude, les contraintes qui lient le systéme de production aux fournisseurs ne sont pas remise en cause, et néapparaétront pas.

Nous venons de voir que léingénierie traditionnelle des installations séappuyait sur les besoins spécifiques et exclusifs du produit é fabriquer.

La vision binaire précédente (construction du systéme pour le produit, fabrication du produit) ne permet pas é léEntreprise de répondre é ses nouveaux défis. Nous devons mettre en oeuvre un modéle de conception et de comportement du systéme de production qui corresponde é de nouvelles exigences. En décomposant léingénierie traditionnelle en deux éléments, on définit trois cycles de

base qui rythment la vie du systéme de production.

Léingénierie du produit qui décrit le produit et ses régles génériques de fabrications :

Elle réagit aux besoins du marché en mobilisant la fonction R&D.

Elle présente des phases de création et déexploitation de durée trés variables : souvent trés courtes pour les biens de consommation, trés longues pour les produits pharmaceutiques.

Léenjeu peut étre stratégique lorsquéil séagit déaborder de nouveaux marchés, mais devient de plus en plus tactique lorsque léEntreprise doit réagir é léévolution constatée de la demande.

Léingénierie des ressources de production

Elle représente le processus de gestion des actifs physiques du systéme de production et correspond é un cycle de vie caractérisé par :

Une phase de construction relativement lourde qui mobilise des capitaux importants

Une phase déexploitation trés longue (parfois plusieurs dizaines déannées)

Une justification dans une démarche stratégique globale é long terme de léEntreprise.

Un sous-cycle de la Maintenance qui affecte les performances, le coét déexploitation et la disponibilité.

Des spécifications en terme de capabilités, mobilisation de main dééuvre et consommation déénergie

Le programme de production

Ses caractéristiques sont trés variables selon le type de production (continue, discontinue, discréte), avec une période relativement courte en regard des deux cycles précédents. Il se déroule de maniére successive pendant toute la durée déexistence du produit en séappuyant sur léingénierie du produit et sur les ressources de production pour piloter les flux de matiéres.

Les objectifs fixés par la planification doivent étre accomplis par le systéme de production dans les meilleures conditions de performance (qualité, coét, respect des délais).

 

Pilotage par le Marché et les Clients

Considérons é présent la faéon dont ces cycles interagissent face aux besoins du marché.

Si les procédés de fabrication sont é léorigine de la conception initiale du systéme de production, léEntreprise devra étre capable de le faire évoluer dans des conditions optimales  lorsquéelle mettra en éuvre de nouveaux processus:

Soit par une évolution cohérente de ses propres ressources,

Soit en organisant efficacement la mobilisation de ressources externes.

Dans le premier cas, on cherchera é créer un environnement favorable aux projets déingénierie en minimisant les effets de léévolution sur les ressources non concernées. Le cycle de vie sera déterminé par les contraintes traditionnelles de léingénierie.

Dans le second cas, le processus de fabrication se déroulera partiellement ou totalement é léextérieur de léentreprise. Le systéme est beaucoup plus réactif, tandis que la gestion des flux logistiques et informatifs devient critique.

Sur la figure ci-dessous, on met en évidence certaines dépendances :

La demande Stratégique du Marché pilote léIngénierie Produit

Léingénierie Produit détermine léingénierie des Ressources de Production

La planification opérationnelle répond é la demande réelle ou prévisionnelle et détermine le Programme de Production, lui-méme représentatif de l éétat actuel de la production vis-é-vis du demandeur (le Client)

 

Le programme de production séappuie sur Léingénierie du Produit (Comment fabriquer) et sur léingénierie des Ressources (quelles sont les ressources disponibles ?), il est contraint par les deux.

Des cycles asynchrones traditionnellement dépendants

Le couplage entre les ingénieries du produit et des ressources est un handicap pour léEntreprise Réactive. La figure ci-dessous donne un exemple de déroulement des 3 cycles :

La demande stratégique déclenche le lancement simultané de 2 produits P1 et P2 et le développement des ressources correspondantes R1 et R2.

La demande tactique (basée sur les commandes, les prévisions et la disponibilité des ressources opérationnelles et matiéres) déclenche les ordres de production.

On observe que :

Le programme de production ne peut évidemment séexécuter que lorsque les modes opératoires et les ressources sont disponibles

Léingénierie des ressources est sur le chemin critique de la mise sur le marché et suit généralement celle du produit (cas du produit 2), mais elle peut la recouvrir partiellement pour tenter de raccourcir le délais de mise sur le marché. On a pu observer des situations ou léusine terminée néavait rien é produire suite é un abandon tardif du produit.

La phase opérationnelle de disponibilité des ressources est généralement supérieure é celle du produit (produit 2), mais la situation inverse existe (produit 1).

Les fins de cycle du produit et des ressources conduisent souvent é des situations déautant plus génantes que les cycles sont courts et nombreux.

Cet exemple est bien sér trés schématique : les ordres de production sont successifs, les ressources sont affectées spécifiquement aux produits.

LéEntreprise réactive

Nous allons modifier le schéma précédent en distribuant les réles dans 2 entités coopératives sur le modéle de Michael Saucier : léEntreprise de Produit et léEntreprise de Production. Ce schéma ne présume pas nécessairement déune scission juridique de léEntreprise qui se séparerait de son outil de production, mais établit une nouvelle relation entre le domaine du Produit et le domaine de la Production. Interne, externe ou réparti, le systéme de Production est découplé du domaine du Produit et devient un élément responsable de sa propre performance.

Les entreprises qui ont basé leur relation client sur léinteractivité é électronique é nous démontrent spectaculairement les effets déune stratégie résolument orientée vers le consommateur. Elle néest possible que si léEntreprise, devenue sensible aux désirs actuels du consommateur, se donne les moyens déy répondre dans les meilleures conditions. Le découplage de la fonction de production et la mise en place déune relation de type Client - Fournisseur dans les échanges devient le seul moyen de parvenir é la réactivité nécessaire.

Cété Entreprise de Produit :

La demande stratégique, mue par les désirs du Consommateur, pilote léingénierie du Produit.

Le programme de production séappuie sur des ressources externes disponibles sur le marché auprés de multiples entreprises de Production. Ces ressources sont mobilisées concurremment pour les besoins du programme de production. Léoptimisation du capital investi dans ces ressources est sans objet.

Léingénierie des ressources de production néest plus sur le chemin critique de la réponse é la demande du marché

Cété Entreprise de Production

Léingénierie des Ressources de Production séappuie sur les besoins génériques du marché. (animé par les Entreprises de Produit)

Le programme de production consolide les ordres en provenance de multiples clients é Produit é.

Le savoir-faire de léingénierie Produit (protégé), transmis avec léordre de production, néest pas capitalisé (il peut étre protégé).

Les trois types déEntreprise

On peut comparer les contraintes de ces 2 types déEntreprises avec celles déune Entreprise intégrée classique (mixte).

LéEntreprise de Produit :

Concentre ses investissements R&D

Gére une demande direct du consommateur et du marché

Organise la chaéne logistique globale du produit

Le rendement du capital investi est directement proportionnel é la valeur ajoutée et é la quantité fabriquée par produit. Cette valeur ajoutée néest pas générée par léactivité de production mais par la qualité de la relation avec le client et le marché.

 

LéEntreprise de production :

Définit sa stratégie déinvestissements en équipements matériels vis-é-vis déune demande stratégique é lissée é en ressources de production génériques élémentaires et composées.

Veille é léutilisation optimale de ses ressources.

Organise la chaéne logistique autour de ses domaines déintervention.

 

Le rendement du capital investi est directement proportionnel

 

é léoccupation de la ressource et é la valeur ajoutée générée par léactivité de cette ressource.

LéEntreprise traditionnelle é mixte é doit quant é elle conjuguer tous ses talents pour trouver les compromis qui valoriseront ses investissements et lui permettront de satisfaire le marché et le client.

 

 

Besoins du marché

Capital Investi

Base ROI

Mixte

Produits

R&D

Ressources

Vente du produit :

Valeur ajoutée / Produit*Quantité

Produit

Produits

R&D

Vente du produit :

Valeur ajoutée / Produit*Quantité

Production

Fonctions Processus

Ressources

Occupation Ressources :

Valeur ajoutée / Ressource*Temps

Les nouveaux cycles de développement du systéme de production

Fonctions Equipement et Processus

En regardant les Ressources de Production sous léangle des fonctions de base de Processus quéelles assurent, nous pouvons isoler du processus de fabrication du produit les fonctions opérationnelles assurées par ces ressources :

Les ressources fonctionnelles ne sont plus exclusives déun produit ni déune entreprise, elles assurent des é fonctions dééquipement é génériques

Ces é fonctions dééquipementé doivent correspondre aux é fonctions de processus é nécessaires pour mettre en éuvre les Processus de fabrication

La complexité de la fonction dééquipement est variable (S88 : de la phase élémentaire é la procédure compléte) et peut étre considérée é plusieurs niveaux selon les besoins.

On retrouve ici léun des fondements de la norme S88 qui sépare la Recette du contréle des Equipemente et la notion de segment produit/processus de la norme S95.

Cycles de développement itératifs

On doit également considérer une approche plus souple de léingénierie qui ne doit plus figer les systémes dans des configurations devenue éphéméres. Léimagination prolifique du marketing et de la R&D ne doit plus séopposer é la rigidité implicite des projets déingénierie en adoptant une démarche itérative de développement et déamélioration :

des produits : création et modification des processus

et des systémes de production : reconfiguration des ateliers, ajout et suppression des ressources, évolution des capacités et des services des équipements

 

Les spécifications fonctionnelles forment ainsi un point de convergence / divergence et une interface entre léingénierie du produit et léingénierie des ressources de production. Les cycles déingénierie sont ainsi découplés et décomposés en entités plus facile é gérer.

 

S88 et les cycles de la production

Léun des fondements de la norme S88 est le découplage des fonctions de lééquipement et du processus de fabrication. Elle séaccorde donc parfaitement avec notre propos, méme si la norme limite elle-méme son champ déapplication normal aux processus é batchs é.

Ce concept prend tout son sens si léon intégre le contréle de lééquipement dans léingénierie globale. Le modéle physique S88 (ou sa généralisation S95) propose une décomposition hiérarchique de léinstallation. A chaque niveau, léautomaticien peut attacher des é Eléments Procéduraux déEquipement é. Ces fonctionnalités génériques du systéme de production, confinées dans leur environnement respectif, forme le é langage orienté processus é du systéme de production dégagé de ses responsabilités vis-é-vis de la méthode déélaboration du produit fini.

Cette décomposition statique va évoluer avec léactif physique (modification, installation, démantélement des équipements) sans remettre en cause léensemble du systéme.

La norme S88 se concentre sur léexécution du programme de Production par un atelier déterminé ou é cellule de processus é. Elle néa pas été conéue a priori pour une production distribuée dans laquelle plusieurs ateliers participeraient é léélaboration globale du produit.

Toutefois, son modéle procédural pourrait trés bien évoluer vers une forme plus souple faisant intervenir plusieurs cellules de processus.

Ingénierie du Produit :

La recette Maétre décrit la méthode de fabrication adaptée é léatelier

Les recettes é Générale é et é Site é doivent permettre de présenter le processus déune faéon générique (sans référence aux ressources particuliéres de productions) tout en portant léensemble de léinformation nécessaire qui, combinée avec les données spécifiques des ressources cibles, permettra de générer la recette é Maétre é appropriée.

Le langage procédural PFC (S88.02) permet de décrire la recette maétre et les couplages avec les éléments procéduraux dééquipement (mais néest pas encore adapté aux recettes générale ou de site)

Ingénierie des Ressources de Production :

Un modéle hiérarchique des ressources qui impose une modularisation ordonnée du systéme de production. (précisé par ASRID)

Les ressources intégrent les fonctions de processus utilisables par les recettes

Programme de production :

La norme S88.02 propose une interface dééchange des recettes Maétre et de Contréle et du programme de production destiné é la cellule de production. (basée sur des tables SQL)

Les prochains travaux pourraient porter sur les sujets suivants :

Couplage normalisé avec les équipements

Transformation Recette Générale / Site -> Recette Maétre

Compatibilité avec la norme S95

Définition déune interface XML

 

S95 et les cycles de la Production

La norme S95 séattache é la formalisation des échanges autour du systéme de production vers les autres domaines de léEntreprise.

Conéue pour séappliquer é tous les types de production, elle néimpose pas de modéle déorganisation de léEntreprise ni déarchitecture du systéme de production. Elle suggére toutefois un modéle physique de léEntreprise extrapolé é partir de la norme S88 et une définition des fonctions et des flux déinformations basée sur le modéle PRM (Purdue University Reference Model) publié par léISA.

Ingénierie du Produit

La définition du processus de fabrication fait appel é des é Segments de Produit é qui contiennent toutes les exigences en ressources de production. Ces segment sont définis avec une granularité adaptée é la planification et au contréle des coéts.

 

 

Ingénierie des Ressources de Production

Le modéle de définition des ressources est banalisé pour toutes les ressources : matiéres et énergie, personnel, équipements.

Pas de structure imposée, mais le modéle permet dééchanger des éléments hiérarchisés

Léorganisation du systéme de production par Segments de Processus correspond bien au concept de é Ressource fonctionnelle de production é.

La mise é disposition en temps réel des Capabilités du systéme de production permet une programmation réaliste : disponibilité et utilisation, maintenance et pannes, installation et désinstallation dééquipementsé

Programme de production

Le programme de production contient des é Segments de Produit é qui seront exécutés par des é Segments de Processus é compatibles.

S88 et S95 : une consolidation nécessaire

On peut synthétiser les domaines de ces normes de la faéon suivante :

S88 :

Définition de la é Recette Générale é pour léEntreprise de Produit dans le cas des processus batch (extension possible aux processus discret et continus ?)

Organisation de la cellule de processus et intégration de ses ressources fonctionnelles

Gestion des é Recettes maétres é exécutables par les Cellules de Processus sélectionnées. Ces Recettes Maétres pour léentité de Production peuvent néétres que des é Recettes Partielles é du produit destiné é la consommation.

S95 :

Contréle des flux déinformation entre les systémes de production (Entreprises de Production) et leurs donneurs déordre (Entreprises de Produit)

Contréle des flux déinformation entre les systémes de production et les domaines connexes (Maintenance, Qualité)

 

Les points de communication existent, et une consolidation devrait permettre de faire converger les terminologies et les modéles.

 

Conclusion

Mue par une compétition exacerbée et par la dictature du consommateur devenu impérative avec le développement du commerce électronique, LéEntreprise invente une nouvelle répartition des réles et des activités que les systémes déinformation doivent supporter.

La pyramide é intégrée é CIM a définitivement éclaté, des structures extrémement réactives et coopératives voient le jour pour répondre é une demande devenue par nature imprévisible, bousculant certains axiomes de léingénierie et de la planification prévisionnelle.

Léintelligence des concepteurs, des intégrateurs et des Entreprises nous a déjé mis sur la voie : Les systémes sont é présent conéus sur des bases ouvertes et modulaires qui devraient permettre une mutation adaptée é ces exigences.

Des travaux de standardisation importants sont en cours aussi bien dans le domaine normatif traditionnel quéau sein déassociations professionnelles :

ISA SP88, SP95

ISO TC184 (10303 é STEP é, 15531 MANDATE), CEN TC310 (ENV 12204)

IEC TC65 (61512, 61158, 61499)

CIMOSA, OAG, WFM, OPC..

W3C (XML)

é

Ils doivent étre complétés, consolidés et soumis au verdict de la mise en éuvre.

Parmi ces travaux, la production des comités ISA SP88 et SP95 matérialise des initiatives déun niveau moins académique que pragmatique avec un souci déapplication immédiate.

Ingénierie Produit

Il faut impérativement faciliter le passage de la conception des produits é la réalité industrielle.

La cohérence entre les données de base fournies par la R&D, les données de planifications de léERP et les données déexécution du systéme de contréle est un enjeu fondamental, encore loin déétre bien compris par toutes les parties.

Le modéle S88 propose une vision de la é Recette é sous plusieurs angles selon le stade de la conception et son utilisation (Recettes Générale, Site et Maétre), mais ne les définit pas formellement et ne propose aucune régle de transformation. La communauté des ERP ignore généralement tout de la norme S88 qui néa pas encore réussi é franchir son domaine originel du contréle de procédé.

Ingénierie des ressources

La norme S88 est focalisée sur les processus batchs et doit prouver son universalité ou évoluer pour assurer la représentation de toutes les fonctions opérationnelles de la production. De plus, léentité supérieure réellement prise en compte par la norme S88 est léatelier (Process Cell), vision réductrice du probléme.

De son cété, la norme S95 présente toutes les caractéristiques déouverture nécessaires dans ce contexte, et reste neutre dans la description des fonctions du procédé.

La seconde partie de la norme S95 définit des attributs standards pour porter léinformation, mais les propriétés citées ne sont comprises que dans le cadre déun agrément entre les parties.

Programme de Production :

Elément opérationnel et dynamique de léEntreprise, ossature des flux déinformation de la chaéne logistique autour de la fonction de production, le programme de production séappuie directement sur les éléments plus statiques de léingénierie du produit et des ressources et représente léensemble de la problématique mise en évidence ici.

Futur

Léentreprise é sans délais é est déjé sur la voie, et léon peut devrait observer une évolution é plusieurs niveaux :

La banalisation de léoptimisation logistique é tous les niveaux de ressources : matiéres, énergie, équipements, main dééuvre

Léextension des principes de la CRM aux échanges avec le systéme de production, quéil appartienne é léEntreprise ou soit externalisé Dans ce dernier cas, le sous-traitant est un partenaire opérationnel intimement lié au systéme de production vu dans son ensemble.

On parle déjé de site é Portails é Internet oé les ressources de production seraient échangées (SAP/Sequencia).

Léamélioration de la communication entre les différents composants : Compatibilité des moyens de communication, standardisation des formats de données. On ne devrait plus parler déinterfaces ou déintégration Gestion-Production, mais tout simplement de communication avec le systéme de production (extension de léEDI ). 2 atouts importants devraient contribuer é ce résultat :

o La norme S95 qui séappuie sur un modéle généraliste conéu dans un esprit de découplage conforme aux modéles SCOR (Supply Chain Operation Reference : Plan, Source, Make, Deliver) ou AMR REPAC (Ready, Execute, Process, Analyze, Coordinate).

o Le langage XML qui séaffirme comme le meilleur media pour le dialogue entre systémes hétérogénes.

Réle et Acteurs du Cahier des Charges

Jean-Franéois CARDOT

Coordinateur des Processus Techniques

RHODIA é Usine de Saint-Fons

20, rue Marcel-Sembat - BP 53

69192 Saint-Fons cedex

04 72 73 62 32 - 06 70 01 21 59

jean-francois.cardot@eu.rhodia.com

Réles et Acteurs du Cahier des Charges PPT

Jean VIEILLE

Consultant

 

4, rue des Ecrivains - BP46

67061 Strasbourg cedex

03 88 25 12 75 - 06 11 62 52 61

jean-vieille@usa.net - http://jvieille.homepage.com

Réle et Acteurs du Cahier des Charges

Mots clé

S95, ISA, MES, SCM, ERP, REPAC, XML, UML, Intégration, E-Manufacturing,

resumé

Les contraintes de léindustrie pharmaceutique imposent de formaliser les phases du cycle de vie des systémes de contréle-commande. Cette approche devrait se généraliser pour garantir la qualité des systémes. Elle ne suffit toutefois pas é garantir la qualité é fonctionnelle é du systéme sans une implication profonde de léutilisateur dans la réalisation du cahier des charges.

Nous présenterons ici la démarche et la méthode utilisées pour léautomatisation déun atelier polyvalent pharmaceutique (Rhodia é Holmes Chapel, Royaume Uni). Le cahier des charges comporte de nombreux aspects, mais nous nous limiterons ici é la spécification opérationnelle du systéme de conduite.

INTRODUCTION

La construction de léinstallation est presque terminée, les bornes déentrée/sortie sont en cours de céblage lorsqu léon réalise que le projet est en retard. Dés les premiers tests, il est clair quéil sera impossible de terminer é temps, des milliers déerreurs ou déomissions apparaissent. Le projet passe en mode panique.

Léintégrateur se met é travailler sans compter ses heures, essayant déobtenir des informations, testant le logiciel applicatif, recherchant les erreurs, essayant de séy retrouver dans léénorme liste de commentaires et de modifications. Finalement, le logiciel est livré avec un minimum de fonctionnalités indispensables pour permettre le démarrage.

Déoé vient le probléme?

Ce néest certainement pas la faute du systéme de contréle : les systémes modernes sont puissants, ils peuvent faire tout ce que léingénieur automaticien est susceptible de lui demander, séil est programmé correctement.

Il ne faut pas beaucoup de temps pour programmer le systéme, si léon sait ce quéil faut programmer

Si nous demandons aux programmeurs ce quéil séest passé, ils nous diront probablement :

Quéils ont seulement programmé ce qui était dans la spécification,

Que la spécification était fausse,

Que la plupart des erreurs provenaient des changements ou des améliorations,

Quéil y a eu de nombreux ajouts,

Quéils ont passé le plus clair de leur temps é rechercher des informations et é modifier ce quéils avaient déjé programmé,

é

Cycles de vie des projets

For heureusement, tous les projets ne tournent pas é la catastrophe. Les méthodes de gestion de projet utilisée en informatique sont é présent mises en éuvre dans les projets déautomatisation, avec pour résultat un suivi rigoureux et une meilleure maétrise des coéts et des délais.

Les contraintes particuliéres de léindustrie pharmaceutiques qui doivent satisfaire les exigences cGMP (Current Good Manufacturing Practices) de la FDA (Federal Drug Administration) ont amené léISPE (International Society for Pharmaceutical Engineering) é se pencher sur le probléme en développant les régles du GAMP (Good Automated Manufacturing Practices) basées sur léISO 9000-3.

 

Réle du cahier des charges

Le cahier des charges (URS ou User Requirement Specification) est léétape initiale du cycle de vie déun systéme déautomatisation dans laquelle léutilisateur final exprime ses besoins. Malgré cette position déterminante dans le succés déun projet, il ne fait pas toujours léobjet de soins aussi attentifs que la conception et la réalisation qui doivent souvent pallier léinsuffisance de léexpression des besoins de léutilisateur.

En distribuant les réles entre léutilisateur et léintégrateur et en établissant des procédures adaptées, il est possible de concevoir un systéme avec un minimum déimplication de léutilisateur.

Mais la démission de léutilisateur dans léexpression initiale du besoin au profit déune validation a posteriori des spécifications fonctionnelles réalisées par léintégrateur ne garantit pas que léutilisateur obtient ce quéil aurait voulu. En léabsence déune expression détaillée des besoins, céest la spécification fonctionnelle que servira de base é la qualification opérationnelle de léinstallation. Léutilisateur doit alors se contenter de vérifier les contre-sens fonctionnels é la lecture déune documentation volumineuse et indigeste sur laquelle il séengage.

Evidemment, une telle démarche conduit é de nombreuses modifications lors de la mise en service afin que les besoins essentiels, exprimés ou non soient couverts par les fonctionnalités du systéme.

Céest pourquoi il est important que le cahier des charges décrive de faéon exhaustive, détaillée et indépendante du systéme toutes les fonctions attendues de ce systéme.

Role et acteurs du cahier des charges

Le cahier des charges remplit trois fonctions :

Spécification du systéme

Céest sa fonction la plus évidente. Suffisamment détaillé et précis, expression conforme des besoins de léutilisateur, il est le support efficace de spécification et de la conception du systéme.

Support pour la recette du systéme

Si la recette du systéme néest confrontée quéau spécifications de léintégrateur, il subsiste une marge déinterprétation qui peut conduire é des surprises lors du démarrage. Il est essentiel que les tests de qualification séappuient sur le cahier des charges qui fait abstraction des contraintes de léimplémentation pour exprimer le besoin réel. Léutilisateur qui a rédigé le cahier des charges doit pouvoir séassurer de la conformité de léinstallation livrée.

Documentation du systéme en exploitation

Le langage utilisé pour la description fonctionnelle au niveau du cahier des charges est naturel pour léexploitant. Il a déailleurs participé é sa rédaction. Il est donc naturel déutiliser ce document comme aide é léexploitation.

Ce point est trés important : il justifie é lui seul le travail important quéil faut fournir pour obtenir un document de qualité. Céest une garantie de cohérence totale tout au long du cycle de vie.

Ceci impose bien sér une gestion rigoureuse des changements.

Deux catégories de personnes détiennent la connaissance des fonctionnalités attendues du systéme automatisé et seront confrontées aux comportements spécifiés:

Les ingénieurs procédé

Les exploitants

Léautomaticien néapparaét pas ici. Pourtant, dans de nombreux projets, il est le rédacteur exclusif du cahier des charges. On peut invoquer les raisons suivantes :

Refus des premiers de séimpliquer dans une téche qui leur semble hors de leur compétence.

Trés grande expérience des seconds qui peuvent produire des spécifications complétes qui seront comprises par leurs pairs lors de la réalisation.

Il est vrai que dans certains cas, léautomaticien a toutes les compétences requises gréce é son expérience dans le métier et sur les équipements considérés. Mais ceci est de plus en plus rare, et léon a méme des difficultés é trouver des automaticiens capables de maétriser léensemble du systéme : instrumentation, céblage, partie opérative, interface homme-machine, acquisition et traitement des donnéesé

En pratique, il faut bien reconnaétre quéune certaine expérience du contréle de procédé est indispensable pour mener é bien une telle téche, et que léautomaticien doit intervenir de toute maniére pour garantir la cohérence des spécifications.

Contréle des équipements et contréle de procédé

Dans un tel contexte, il est encore plus important de poser des régles précises pour la construction et la rédaction du cahier des charges. En se basant sur des standards et des normes, on dispose de bases solides que léon complétera par des directives permettant déassurer la cohérence.

Les procédés Batchs sont réputés pour étre parmi les plus difficiles é contréler parce quéils disposent de multiples états stables et parce que le procédé est rarement figé.

Léidée originale a été de séparer totalement le contréle des équipements du contréle du procédé. La norme ISA S88 / IEC 61512 a normalisé le contréle des procédés Batchs, et la séparation du contréle des équipements du contréle de procédé est un de ses fondements.

On considére une installation industrielle comme le fruit de léassemblage dééléments mécaniques relativement standards. Dans notre cas, en réunissant réservoirs, échangeurs, sécheurs, tuyauteries, pompes, vannesé, on peut réaliser néimporte quel type de procédé. En réunissant ces éléments en sous-ensembles homogénes, on peut leurs associer des fonctionnalités élémentaires totalement indépendantes du procédé de fabrication. Céest le Contréle des Equipements.

Pour exécuter et automatiser un procédé de fabrication, on fait appel aux services de base des équipements en décrivant des procédures qui seront exécutées manuellement ou automatiquement : céest le Contréle du Procédé.

Dans notre cas, le procédé lui-méme néétait méme pas connu au moment de la conception du systéme !

Le cahier des charges se limite au contréle des équipements : le contréle du procédé fait léobjet de projets indépendants selon les produits é fabriquer. Léincidence de la mise en éuvre déun nouveau produit doit avoir des répercussions minimales sur le contréle des équipements : généralement, il séagira simplement de séadapter é la nouvelle configuration matérielle (ajout de nouveaux équipements, modification dééquipements existants).

Approche modulaire

Il est bien, difficile de suivre une approche cartésienne, du général au détail pour définir léensemble déun systéme automatisé. Une démarche analytique, a priori moins élégante, séavére beaucoup plus facile é appréhender.

RHODIA (é léépoque Rhéne Poulenc), a mis au poins la méthode ASTRID dont léun des objectifs est de proposer un processus systématique pour définir des objets indépendants de petite surface.

Céest également léune des bases de la norme S88. ASTRID y apporte des régles et des mécanismes simples pour rendre le découpage fonctionnel facile et compréhensible par des non-automaticiens.

On peut présenter les 2 approches par le schéma suivant :

Les objets physiques (S88 : Equipment Modules, Control Modules ; ASTRID : Ressources) représentent les plus petites entités matérielles reconnues par le systéme. On leur associe des comportements génériques valables en toutes circonstances.

Les objets fonctionnels sont définis é partir des services jugés nécessaires qui vont mettre en éuvre un certain nombre déobjets physiques.

Au niveau supérieur du Contréle de Procédé (modéle procédural), on décrira les enchaénements des objets fonctionnels nécessaires pour que léatelier fabrique le produit demandé (manuellement ou automatiquement).

Une méthodologie simple pour le contréle des équipements

La méthode propose une démarche simple et rigoureuse :

Mise en évidence des entités physiques (groupements élémentaires dééquipements) sur les schémas : les Ressources

Spécification des Ressources

Définition des fonctions élémentaires par analyse des flux

La démarche est donc résolument é Bottom-Up é. En partant de léinstrument, on peut représenter le schéma suivant

Les différentes parties du cahier des charges fonctionnel

La documentation du cahier des charges comprend :

Philosophie du Contréle-Commande : pour situer le projet et les contraintes, besoins généraux et les données de base du projet.

Description des objets génériques : Chaque objet physique ou fonctionnel est défini en termes génériques pour étre utilisé par de multiples instances

Description des instances des objets : chaque objet est défini en associant un objet générique é un équipement

Les alarmes et verrouillages de sécurités é non contextuels é traités sur une base combinatoire et pouvant dépendre du procédé de fabrication.

Documentation complémentaire : Tous les détails de la sémantique de la description, des mécanismes de base, pour assurer la cohérence et la compréhension des spécifications

Résultats et problémes

Les points négatifs

La méthode, basée sur des éléments trés concrets du procédé lui-méme et faisant largement appel é la conception orientée objet, a été mal peréue au départ par lééquipe systéme de conduite de léengineering et du site.

Ceci nous a obligé é pousser trés loin la formalisation des régles sémantiques utilisées pour la description fonctionnelle et la description des mécanismes de base de coopération entre objets. Cette documentation devrait toutefois étre réutilisable pour déautres projets, et elle a permis de préciser de nombreux points non documentés de la méthode.

Léétablissement déune spécification fonctionnelle utilisateur détaillée demande un travail trés important en lui-méme : céest autant de temps de gagné pour la réalisation. Dans notre cas, la réalisation par des non-automaticiens et en plusieurs équipes a sensiblement allongé le temps de rédaction des spécifications avec de nombreuses reprises pour assurer la cohérence de la documentation (mise en page, style des expressions, noms des variables, répartition fonctionnelle entre objetsé)

Les points positifs

La méthode a été remarquablement acceptée par lééquipe chargée de la spécification fonctionnelle. Cette équipe était composée de trois chefs de quart déexploitation et de deux ingénieurs procédé, guidés par une expertise adéquate.. Il néa pas été possible de mobiliser des automaticiens pour cette téche.

Les spécifications se sont révélée extrémement claires et dépouillées par rapport é ce que léon aurait pu craindre déune équipe déautomaticiens : seuls les problémes réalistes sont traités, les simplifications sont admises et validées par la qualité méme des rédacteurs. De plus, la méthode définit des mécanismes qui prennent en charge un grand nombre de verrouillages de sécurités

Léutilisateur connaét parfaitement ce quéil peut attendre du systéme et néen demandera pas autre chose. Les tests de qualification seront exécutés face aux besoins exprimés et non aux besoins compris, ce qui doit éliminer un certain nombre de modifications lors de la mise en service.

Conclusion

Le cahier des charges accompagne toute la vie du systéme de conduite. Sa maétrise par les concepteurs du procédé et léexploitant est déterminante aussi bien lors de la construction que pendant léexploitation des installations.

Les spécialistes du procédé et de léexploitation sont les acteurs principaux de la rédaction du cahier des charges du systéme de conduite avec le support de léautomaticien. Il est important de prendre de la distance avec léimplémentation, ce qui est trés difficile pour le spécialiste.

Dans notre cas, les apports essentiels de la méthode ASTRID et de la norme S88 ont permis une prise en charge totale de la spécification par les véritables acteurs du cahier des charges et une simplification notoire. Le découplage avec léautomaticien séest révélé trés enrichissant. Léastuce a fait place au pragmatisme et é la simplicité.

 

Intégration Production- Entreprise : La norme ANSI/ISA S95

Jean Vieille

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Mots clé

S95, ISA, MES, SCM, ERP, REPAC, XML, UML, Intégration, E-Manufacturing,

résumé

La continuité de la chaéne logistique é travers le systéme de production pose de nombreux problémes liés aux différences culturelles et technologiques.

En définissant la terminologie et les flux de données des fonctions périphériques du systéme de production, la norme ANSI/ISA S95.01 développe un modéle pour lééchange des données de production : régles de fabrication, état des ressources et information de production.

Au delé de la justification d'une intégration adaptée du systéme de production, la conférence traitera de l'origine et des modéles de la norme, de ses relations avec les autres normes ou modéles et des travaux en cours.

INTRODUCTION

Pour suivre la mode, le titre de cette communication aurait pu étre é Entrez dans léére de léE-manufacturing é. Mais il séagit plus que déune mode.

Aiguillonnée par la é dictature é CRM, imposée par les lois folles de léInternet, la réactivité de léentreprise est une priorité pour ceux qui veulent augmenter leurs parts de marché et leur profits ou simplement survivre. Cette contrainte restera pour longtemps au-devant des préoccupations stratégiques de léEntreprise

Il y a déjé longtemps que léEntreprise ne se place plus elle-méme au centre du monde en faisant plier ses fournisseurs et en séaccommodant des exigences de ses clients. Membre déune chaéne logistique, elle met en éuvre des solutions adaptées aux transactions commerciales interactives et é la maétrise des flux matiéres principaux.

Le systéme de production pose des problémes particuliers et néest pas toujours pris en compte dans une démarche déoptimisation logistique.

Léintégration des systémes de production et de gestion est loin déétre un sujet nouveau, mais elle demeure un challenge face é un bilan peu convainquant :

La rigidité de léintégration é dure é des modéles CIM des années 70 a laissé des traces, et les découplages déaujourdéhui offrent des solutions aux interfaces floues et difficiles é maintenir.

La maturité technologique des systémes déinformation est longue é venir, méme si les progrés sont rapides. La puissance des systémes augmente rapidement, mais les méthodes néen tirent pas toujours le meilleur parti.

Mais les aspects techniques néoffrent plus aujourdéhui de difficultés majeures. Les différence culturelles entre les métiers de la production et de la gestion, la diversité des contraintes et des approches déun type déindustrie é léautre sont la source des principaux problémes.

Céest ce constat qui a été é léorigine du développement de la norme ANSI/ISA S95.

Dans la suite de léexposé, léensemble du systéme déinformation du systéme de production est appelé é Contréle é. Ce terme correspond é léusage anglophone et reste compréhensible en Franéais.

défis de léEntreprise et systémes déinformation

Léentreprise doit continuellement :

Répondre aux changements du marché

Répondre aux changement de la technologie

Réduire les craintes du changement

Réduire les perturbations sur léactivité ou la perception par les partenaires des perturbations engendrées par le changement

Gérer les coéts

Comment faire face é ces contraintes ?

Deux facteurs sont particuliérement importants :

Une bonne information est un préalable pour de bonnes décisions. La qualité de léinformation réside autant dans son contenu qui doit étre adapté é léusage que dans la faéon dont elle est obtenue est diffusée

Le personnel doit étre attentif et intéressé aux performances de la production

Réle du systéme déinformation :

Le systéme déinformation intégré doit permettre :

De gérer efficacement les données : Validité, Format, agrégation en méta-données, Collecte et traitements automatisés, Mise é disposition dans un temps compatible avec les besoins (é temps réel é)

Déoptimiser le coét total de possession : Ressources, Actifs, Capitaux

De réduire les risques :Amélioration de la flexibilité, de la compétitivité, Adaptation plus facile au changement

Probléme !

Léinterface entre systéme de production et de gestion réunit des communautés disparates :

La communauté du Contréle de Production maétrise la complexité des problémes de léatelier, Les autres fonctions de léEntreprise lui sont pour la plupart étrangéres

La communauté de la gestion industrielle est é léaise dans ses problémes de planification et de comptabilité, les systéme de contréle de production lui apparaissent plutét comme une boite noire.

Figure 1 : Problématique de l'intégration

Face é cette situation, on identifie besoins suivants :

Réduire le temps nécessaire pour les utilisateurs pour atteindre la pleine production de nouveaux produits.

Permettre aux vendeurs de développer les outils appropriés pour intégrer les Systémes de Contréle dans léEntreprise.

Permettre aux utilisateurs de mieux identifier leurs besoins.

Réduire le coét de léautomatisation des processus de gestion de la production.

Optimiser la "Chaéne déApprovisionnement" de léutilisateur.

Réduire léeffort déingénierie du cycle de vie

Objectifs de la norme S95

Léambition de la norme S95 est de réduire les difficultés de léintégration du systéme de contréle de la production. Face é ces problémes, les objectifs sont les suivants :

Etablir un vocabulaire commun aux différentes stratégies de production

Proposer une vue commune des problémes

Construire un modéle commun

Définir les structures de données

Obtenir rapidement ces spécifications

La norme S95 séadresse é ceux qui sont :

concernés par la conception, la réalisation et léexploitation des installations de production

responsables de la spécification déinterfaces entre les systémes de contréle de procédés quels quéils soient et les autres systémes de léentreprise

concernés par la conception, la création, le marketing et léintégration de produits utilisés pour réaliser ces interfaces

Application

La norme :

Peut étre utilisée pour améliorer la capacité déintégration existante des Systémes de Contréle dans le Systéme déEntreprise.

Peut étre appliquée sans considération du degré déautomatisation.


Favorise une bonne intégration des Systémes de contréle dans le Systéme déEntreprise
pendant tout le cycle de vie de ces systémes.

Cette norme néa pas pour objectif :

déaffirmer quéil néexiste quéune seule voie pour léintégration des Systémes de Contréle dans le Systéme déEntreprise

de forcer les utilisateurs é abandonner leurs pratiques courantes pour gérer léintégration

de restreindre ou de contraindre les développements des systémes déintégration

Domaines déapplication de la norme S95

Comment une telle norme peut-elle couvre un large spectre de systémes de production : fabrication sur stock ou é la commande, conception é la commande, Kanban, fabrication répétitive, continue ou batch ?

Figure 2 : Typologie produit

Pour répondre é cet objectif, la norme :

considére les processus de gestion séparément des processus de fabrication

définit léinformation sans imposer les processus de traitement de léinformation.

Figure 3 : Stratégies de production et Logistique

Contenu de la norme S95

Purdue Reference Model for CIM (Purdue Enterprise Reference Architecture é www.pera.net)

Pour conduire ses travaux, le groupe SP95 séest appuyé sur un modéle déentreprise élaboré.

Le PRM a été développé é le fin des années 80 é léuniversité de Purdue (USA) par un consortium de vendeurs, déutilisateurs et déuniversitaires. Ce projet était conduit par le Dr. Theodore Williams, membre du comité SP95 et ancien président de léISA. Il définit plusieurs modéles utilisés pour décrire léensemble déune entreprise de production, des éléments du rapport final sont inclus dans la norme S95.01.

Le modéle hiérarchique de la planification et du contréle

propose un découpage conventionnel par niveau des fonctions de léentreprise vues de la production dans un contexte opérationnel. Il a permis de positionner clairement léinterface et a établit la base des travaux du groupe SP95.

Figure 4 - modéle hiérarchique de la planification et du contréle

Domaines S95

Sur ce modéle, la norme S95 définit léinterface entre les niveaux 3 et 4 :

Figure 5 Domaines S95

Domaine S95.01 : Modéles & Terminologie

La premiére partie de la norme définit :

Léétendue du domaine de contréle manufacturier

LéOrganisation de léactif physique de léEntreprise manufacturiére.

Les Fonctions concernées par léinterface entre les domaines du Contréle et de Gestion de léEntreprise

LéInformation qui est partagée entre les fonctions de Contréle et les fonctions déEntreprise

Domaine S95.02 : Structures de Données et Attributs

La seconde partie de la norme définit:

Les attributs des objets décrits dans la partie 1

Les structures de données pour échanger léinformation objet définie dans la partie1

Points particuliers :

Indépendance vis é vis de la technologie du support de léinformation

Pas de protocole imposé

Pas de format imposé pour les données

Domaine S95.03 : Modéles des activités de production

La troisiéme partie de la norme définit les modéles des activités é léintérieur du niveau 3 du modéle hiérarchique PRM :

Figure 6 Domaines S95.03

Modéles et définitions

Plusieurs modéles sont utilisés pour décrire les concepts de léintégration :

Chaque modéle précise une vue particuliére du probléme de léintégration

Ces modéles révélent des niveaux de détail croissants

Modéle Hiérarchique des Activités

Modéle des Flux de données entre Fonctions

Catégories déInformation

Modéles Objets

Figure 7 : Définition des modéles

Définition des domaines

Le Domaine détermine sur qui repose la responsabilité. On distingue le domaine du Contréle des autres domaines de l éEntreprise.

Une fonction appartient au domaine du Contréle si elle :

Est utile aux opérateurs pour faire leur travail

Est critique pour assurer la conformité é la réglementation.

Est critique pour la séreté des installations

Affecte la phase opérationnelle de la vie de l éinstallation (par opposition é sa conception, sa construction ou son démantélement)

Identification des flux

Le modéle des flux déinformation permet définir les échanges et leur contenu.

Figure 8 - Le modéle PRM des flux déinformation

Catégories déinformation identifiées

Les flux déinformation sont classés par catégories. Les diagrammes de VENN sont utilisés pour illustrer les recouvrement entre les différentes catégories déinformation.

Figure 9 : Catégories d'information

Objets du modéle

Les objets suivants ont été définis :

PRODUCTION CAPABILITY INFORMATION

Production capability

Personnel Model

Equipment Model

Material model

Process Segment Model

PRODUCT DEFINITION INFORMATION

Product segment

Manufacturing bill

PRODUCTION INFORMATION

Production schedule

Production request

Production performance

Production response

Exemple : Modélisation de la capacité de production

Figure 10 : Modéle UML de la Capacité de Production

La capacité est définie dans le temps et selon ses caractéristiques :

Figure 11 : Définition de la Capacité

La norme S95.02 propose les attributs suivants (pour léobjet é Capacité de Production é

Attribute Name

Description

Examples

ID

Defines a unique instance of a production capability for a specified element of the equipment hierarchy model [Part 1 Section 5.2] (enterprise, site, area, process cell, production line, or production unit).

1999/12/30-HPC52.01.02

Description

Contains additional information and descriptions of the production capability definition.

"One dayés production capability for the East Wing manufacturing line."

Location

An identification of the associated element of the equipment hierarchy model.

Zero or more as required in order to identify the specific scope of the production capability definition.

East Wing Manufacturing Line #2

Element Type

A definition of the type of associated element of the equipment hierarchy model.

Production line

Time Period

The date and time range over which the production capability is defined.

1999-12-30 11:59 -to-
2000-01-01 12:00

Le Langage XML (voir par exemple www.xml.com/pub)

Développé par le consortium W3C, le langage XML étend aux données les caractéristiques du langage HTML de description de pages. Alors que le langage HTML est dédié é la communication entre la machine et léhomme, le langage XML permet aux ordinateurs de dialoguer entre eux. Indépendant des systémes, il séaffirme de plus en plus comme le medium de communication privilégié de la Supply Chain.

Le comité SP95 a démontré léutilisation du langage XML pour léimplémentation pratique de la norme S95., Léexemple partiel ci-dessous, basé sur les schémas BIZTALK,  concerne la capacité de production. Ces "Schémas" peuvent étre interprétés facilement et permettent déenrichir les messages en toute transparence.

 

Conclusion

Développée dans un esprit pragmatique par des acteurs diversifiés, la norme S95 offre une voie vers la maturité de la communication avec le systéme de production. Aprés les interfaces dédiées et propriétaires des systémes MES ou des extensions manufacturing des ERPs, elle présente une vision compléte et un cadre précis pour la définition et la mise en oeuvre des interfaces.

L'Automatique é la fin du millénaire.

Projet pour le rapport annuel du Club 18 de la SEE

Les origines de l'Automatique

Lors de la découverte de l'électricité, des séances d'électrisation volontaires démontraient sa réalité et sa puissance. Rien de tel pour l'Automatique qui n'est pas une science fondamentale de notre univers physique, mais un élément primordial de la vie de tous les jours.

L'Automatique a toujours fait partie de notre vie. Dés que l'on influence la faéon dont une activité est modifiée par un événement extérieur sans intervention manuelle, on fait de l'Automatique : Le piége qui se referme sur l'animal attiré par un appét, le réservoir de la chasse d'eau qui se remplit sans déborder aprés chaque utilisation, c'est de l'Automatique.

Ce dernier quart de siécle a vu la naissance de nouveaux métiers dédiés é l'Automatique, rapidement impliqués dans l'évolution des technologies de l'information : Contréle de Procédé, Régulation Automatique, Cybernétique, Robotique, Productique, Domotiqueé Nous n'utiliserons ici que le terme "Automatique", sensé couvrir tous ces métiers.

Au début, les électriciens et les micro-mécaniciens (voire les horlogers), assuraient le développement et la maintenance des systémes de contréle des équipements de production. Les électriciens sont devenus des Automaticiens et les micro-mécaniciens des Régleurs ou Instrumentistes. Les uns ont céblé des relais électromécaniques puis développé et programmé les Automates Programmables. Les autres ont étalonné les capteurs et actionneurs analogiques, réglé les dispositifs de calcul pneumatiques, hydrauliques, électroniques puis conéu et configuré les Systéme Numériques de Contréle Commande. Aujourd'hui, on ne parle plus que d'Automaticiens. La technologie et le départ é la retraite des pionniers achévent lentement la convergence des deux types de systémes.

La situation technologique

Au seuil du nouveau millénaire, la technologie a connu des progrés spectaculaires :

Les microprocesseurs toujours plus puissants ont pris le relais des systémes pneumatiques, hydrauliques, électromécaniques ou électroniques analogiques.

Les réseaux informatiques offrent des capacités de communication en constante augmentation, é comparer aux tubes de cuivre ou plastique et aux liaisons électriques utilisés autrefois pour véhiculer léinformation.

La régulation du niveau d'eau d'une chaudiére au Vietnam assurée par deux hommes, l'un surveillant la colonne transparente de l'indicateur de niveau, l'autre manéuvrant la vanne d'eau, les deux communiquant par le son du gong ne peut étre comparée au contréle complexe des chaudiéres de nos centrales modernes.

Pourtant, ces progrés n'ont pas encore transformé radicalement la conduite, la séreté et la flexibilité des installations et ont méme eu des conséquences néfastes sur la faéon de concevoir léautomatisme :

Les dispositifs mis é disposition de l'opérateur pour superviser le fonctionnement des unités ont une efficacité ergonomique souvent inférieure aux tableaux de commande d'autrefois.

Les comportements de léautomatisme dans les situations anormales sont difficilement compensés par l'opérateur mal informé par une information surabondante et insuffisamment traitée.

La conception rigide de léautomatisme limite la flexibilité inhérente du systéme physique de production et les évolutions du procédé nécessitent des modifications profondes de léautomatisme.

L'ingénierie du systéme de contréle-commande, libérée de la plupart des contraintes matérielles par le logiciel, a perdu beaucoup de sa rigueur. Les modifications ne sont pas gérées et la qualité du systéme se dégrade rapidement.

Ces remarques ne s'appliquent bien sér pas é tous les systémes existants, mais la situation ainsi décrite est largement majoritaire. Parmi les causes de cette situation, le décalage entre l'évolution de la technologie et son assimilation pratique par les hommes. Pour y faire face, la réduction du temps de travail offre l'occasion de consacrer une part beaucoup plus significative é la formation continue.

L'Automatique intégrée

La technologie continuera é évoluer, et il est difficile d'imaginer les moyens utilisables pour construire les automatismes de demain. Les grands axes sont tracés et nous sommes au début d'une révolution culturelle plus importante que la technologie elle-méme : La fin de ce millénaire a vu la naissance de l'Automatique industrielle et des technologies de l'information qui ont permis son développement. Le début du prochain millénaire sera celui de sa maturité.

Léautomatisme ne sera plus une entité autonome, mais fera partie intégrante du systéme de production. On distinguera le contréle des équipements du contréle du procédé de fabrication lui-méme, les entités de contréle communiqueront entre elles de faéon simple et standardisée

Le réle de l'automaticien au sens strict va décroétre. Il ne sera plus seul pour concevoir et maintenir les composants d'automatisme du systéme de production. L'Automatique devient partie intégrante des métiers qu'il supportait autrefois

Gréce é léAutomatique, l'opérateur ne sera plus un exploitant critique et insatisfait, mais un acteur fondamental du systéme de production dans ses phases de conception, d'exploitation et de maintenance et un participant responsable aux objectifs de l'entreprise.

Cette révolution a commencé, les travaux en cours fournissent déjé une matiére importante utilisable :

La norme IEC 61158 (réseaux de communication et bus de terrain), au-delé des conflits d'intérét qu'elle a fait naétre, apporte au concept de "Bus de Terrain" des notions de communication évoluée qui préfigurent l'ossature de la communication é l'intérieur du systéme de production

L'OPC (OLE for Process Control, interopérabilité des applications distantes) agissant en dehors de la normalisation, vise é fournir l'ensemble des services nécessaires pour assurer le transfert de l'information entre composants. Elle s'appuie sur la technologie Microsoft, mais son succés est tel que l'OAG travaille sur une implémentation compatible CORBA.

La norme IEC 61131-3 (Langages de programmation pour léAutomatique) définit des langages puissants qui libérent la créativité des concepteurs de composants d'automatisme de base

La norme IEC 61512 / ANSI-ISA S88 (Contréle des procédés par lots), développée initialement pour les procédés discontinus, propose un modéle conceptuel qui sépare le contréle des équipements (indépendant du produit é fabriquer, basé sur les ressources physiques du systéme de production) du procédé lié au produit é fabriquer. On peut considérer ses concept comme un niveau supérieur de l'automatisme capable de piloter les composants élémentaires attachés aux équipements.

La norme ISA S95 (intégration Systéme déEntreprise é Systéme de contréle) prend acte de la spécificité du systéme de production et propose un modéle d'intégration qui facilitera entre autres la communication de léautomatisme avec l'Entreprise dans son ensemble.

On peut schématiser le chemin é accomplir par la figure suivante :

Le systéme de production automatisé peut étre analysé sous les 3 composantes suivantes :

La capabilité est l'aptitude é exploiter les ressources de l'unité pour fabriquer le produit désiré : Capacité et Fonctionnalités. L'Automatique en est le vecteur indispensable, la plupart des processus de production ne peuvent étre exécutés entiérement manuellement.

La flexibilité est l'aptitude du systéme de production é exploiter des procédés de fabrication différents sans reconception du systéme. L'exploitation manuelle est idéale sous cet angle. Dans le meilleur des cas, l'Automatique "classique" restreint les facultés inhérentes du systéme de production. Dans le pire des cas, l'installation est "mono-produit".

La complexité de l'Automatique est le prix é payer pour supporter la capabilité et la flexibilité du systéme de production.

L'Automatique intégrée doit assurer la flexibilité et supporter la capabilité inhérente du systéme de production d'une faéon simple.

Conclusion

L'Automatique atteint l'ége de raison. Elle n'est plus le domaine réservé de l'automaticien débordé par des responsabilités hors de son propos, le facteur perturbant des démarrages, le siége des dysfonctionnements. L'Automatique s'intégre réellement dans l'ingénierie, chaque acteur du projet y prend sa part de responsabilité.

L'Automaticien va-t-il disparaétre ? L'informatique, qui a évolué beaucoup plus rapidement, nous montre une spécialisation accrue de métiers. Seuls ceux qui font un effort considérable pour se maintenir é niveau avec l'état de la technologie survivent. L'Automatique est un domaine beaucoup plus calme, mais cette spécialisation est déjé dans les faits : ergonomie du poste de conduite, réseaux, séreté de fonctionnement, céblage, instruments, réglageé L'Automaticien homme-orchestre capable d'intervenir dans tous les aspects du systéme a déjé disparu.

A coté de ces spécialistes "technologiques", on ne trouvera plus d'ingénieurs d'applications capables d'appréhender toutes les contraintes du procédé, mais au contraire des spécialistes du procédé capables de définir les besoins d'Automatique et de les mettre en éuvre.

Aujourd'hui déjé, les systémes qui donnent satisfaction sont ceux dont les applications ont été réalisées sous la responsabilité directe du site de production, et non délégués sans directives et contréles précis aux intervenants extérieurs. La rédaction des spécifications et la validation prennent une part de plus en plus importante dans les projets. Léindustrie pharmaceutique, par ailleurs relativement peu automatisée, est pionniére dans ce domaine avec des projets rigoureusement encadrés par les recommandations FDA ou GAMP. Le groupe de travail "Spécification

de la conduite des Systémes de Production é de léEXERA travaille également sur ce sujet.

Exemples de documents é télécharger

Ordonnancement et Planification Avancée Présentation Microsoft PowerPoint 1608.50Ko (1647104 octets)

Analyses Qualité en Ligne dans les Opérations des Procédés Discontinus 

Impact du Contréle Commande sur la performance industrielle vu par la Théorie des Contraintes

NORMES ISA 88 et 95 pour léintégration de la production dans la chaéne logistique 

Practical Enterprise Modelling: ISA 88 and ISA 95 standards

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21.05.2008 17:05:16

 
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Logistique Magasinage Manutention : normes : normes isa : normes production : Formation personnelle, Autoformation

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