Vue d'ensemble des concepts de la norme ANSI/ISA88 ­ IEC61512 (Partie 1) extraits du cours ISA IC40C V3 Journée technique ISA88 CETIM ­ 30/09/2004 Jean Vieille www.psynapses.net/vieille jean.vieille@isa-france.org +33 6 11 62 52 61 With credits to Tom Fisher, Lynn Craig,, James Parshall, Dave Emerson, Dennis Brandl, Lou Pillai, Darin Flemming, Bernard Cubizolles for their inputs 1 Présentateur Expérience Contrôle de procédé, intégration Production/ERP, ordonnancement, MES, LIMS, historians. Industries : Papier, textile, bois, métallurgie, chimie, pharmacie, agro-alimentaire, électronique... Conseil auprès des utilisateurs finaux,des éditeurs de logiciel, des intégrateurs et universitaires Engagements dans la normalisation et les associations professionnelles Membre des comités ISA SP88 "Batch Control Systems" et SP95 "Enterprise-Control System Integration" Vice président ISA District 12 2003-2004, Président ISA section France 2000-2001, Animateur du GT "Flow Analysis" World Batch Forum Fondateur du Forum Batch Francophone ISA88 overview © 2004 Jean Vieille Conseil 2 Qu'est ce que l'ISA ? The Instrumentation, Systems and Automation Society autrefois « The Instrumentation Society of America » Une association fondée en 1945 38 000 membres individuels 14 districts 110 pays 300 sections 20 divisions techniques Traite De l'Instrumentation et de l'Automation Dans toues les industries ISA88 overview © 2004 Jean Vieille Conseil 3 Services / activités de l'ISA Un réseau professionnel De l'information technique Conférences Sites WEB Magazines Publications Lettres d'information Répertoire de l'Instrumentation Normes et Guides Formation continue et Enseignement Expositions : ISA Show Sections locale étudiants et régulières ISA88 overview © 2004 Jean Vieille Conseil 4 ISA88 parmi > 100 normes Qu'est ce que la norme ISA 88? La norme US et Internationale "Contrôle Batch" US Le comité ISA SP88 développe la norme depuis 1988 Norme US ANSI/ISA88.00.01: 1995 ANSI/ISA88.00.02: 2001 ANSI/ISA88.00.03: 2003 ISA draft 88.00.04: D5 03/2004 ISA draft 95.00.05: D1 03/2004 ISA88 overview Norme INTL IEC 61512-1: 1997 IEC 61512 -2: 2001 - Sous-titre Part 1: Models and Terminology" Part 2: Data structures and guidelines for languages Part 3: General and Site Recipe - Models and Representation Part 4: Production Records Part 5: Recipe Equipment Interface ­ Procedural Elements © 2004 Jean Vieille Conseil 5 Autres groupes WBF www.wbf.org Assure la promotion des travaux SP88 et associés et montre comment les appliquer (également SP95) Conférences · Prochaine à Mechelen (Belgique) 10-13 octobre Groupes de travail · XML appliqué à ISA88 et ISA95 · Analyse des flux FBF www.frenchbatchforum.org « Imitation » française du World Batch Forum www.wbf.org Cercle thématique N°3 du Club 18 « Automatique et Automatismes Industriels » de la SEE, « Société de l'Électricité, de l'Électronique et des Technologies de l'Information et de la Communication » ISA88 overview © 2004 Jean Vieille Conseil 6 Flexibilité Le défi de l'automation Automation idéale ISA88 Conduite manuelle Capabilité Automation traditionnelle ISA88 overview Complexité © 2004 Jean Vieille Conseil 7 Typologie des Processus de fabrication Continu Discret Batch ISA88 overview © 2004 Jean Vieille Conseil 8 Comment transformer... Introduire le linge sale Ajouter l'eau et Agiter et chauffer vidanger Le La lessive ss iv e H C T A B Sortir le linge propre Essorer vidanger Rincer ISA88 overview © 2004 Jean Vieille Conseil 9 Une machine à laver... Allouer (Cuve avec agitation et chauffage) Charger (Linge Sale) Charger (Eau) Charger (Lessive, Q) Agiter (Basse vitesse, Alternatif, 20') Chauffer (45°C') Transférer (à l'égoût) 88 SA I DésAllo uer Transférer (au séchoir) Agiter (Grde vitesse, Continu, 5') Transférer Charger (à `égoût) (Eau) Rinsing © 2004 Jean Vieille Conseil 10 ISA88 overview En machine à café ! Allouer (Cuve avec agitation et chauffage) Charger Chauffer Charger Agiter Transférer (Eau) (40°C') (CaféSoluble, Q) (Basse vitesse, (vers tasses) Continu, 1') 88 SA I DésAllo uer Transférer Charger (vers égoût) (Eau) Cleaning © 2004 Jean Vieille Conseil 11 ISA88 overview Ou autre chose ISA88 overview © 2004 Jean Vieille Conseil 12 Exécuter le programme de production Fabrique un Batch de QR6 ! Liste de batch Exécution Historique Batch Entités équipement Recette ISA88 overview QR6 Batch © 2004 Jean Vieille Conseil 13 Concepts clés de l'ISA88 Concept 1: spécification orientée objet Concept 2: Entité d'équipement Concept 3: Modèles et terminologie Concept 4: Séparation Équipement / Process ISA88 overview © 2004 Jean Vieille Conseil 14 Concept 1: Spécification OO Appliquer les techniques de réutilisation du logiciel doit aider à: Améliorer la fiabilité et la maintenabiltié à long terme Diminuer le coût initial La conception orienté objet n'est pas spécifique à la norme ISA88 La spécification orientée objet assure: Productivité et cohérence des développements Gestion de la connaissance Les modèle ISA88 sont une bonne base pour assurer un haut niveau de réutilisabilité Toutefois, les spécifications objet ne sont pas directement implémentables dans la plupart des systèmes de contrôle disponibles © 2004 Jean Vieille Conseil 15 ISA88 overview C1. Exemple d'un objet: Module de contrôle Commandes Circuler Pomper vers Process Arrêt Déclenchement Pump FO Etats Circulation Pompage vers Process Arrêté Déclenché FC ISA88 overview © 2004 Jean Vieille Conseil 16 Concept 2: Entité d'équipement L'automatisme fait partie de l'équipement Intégration forte : L'automatisme fait partie intégrante de l'équipement, ce n'est pas une fonction externe séparée La hiérarchie physique détermine l'ossature de l'application d'automatisme Equipment Control (or SOP Definitions) V1 V2 SP OUT ADD MV PID CV Equipement physique + Capabilités manuelles ou automatisées de l'équipement ·Instruments ·Contrôle de base ·Contrôle de Coordination ·Contrôle Procédural © 2004 Jean Vieille Conseil 17 Equipment Entity ISA88 overview Concept 3: Modèles et terminologie Permet d'exprimer de façon cohérente les exigence du système Compréhension mutuelle Utilisateur / Concepteurs Comprend 4 modèles conceptuels hiérarchiques: 1. Modèle Physique 2. Modèle de contrôle Procédural 3. Modèle Process 4. Modèle Recette Également 5. Modèle des activités de Contrôle Fournit une terminologie précise (65 définitions) ISA88 overview © 2004 Jean Vieille Conseil 18 C3.1 Modèle Physique 7 niveaux sont définis : Niveaux supérieurs organisationnels · Entreprise, Site, Zone ENTERPRISE SITE AREA Niveaux inférieurs techniques · Cellule Process, Unité, Module Équipement, Module de Contrôle · Assurent la flexibilité PROCESS CELL UNIT Le module de contrôle correspond à l'équipement réel · Les autres niveaux sont des compositions des niveaux inférieurs ISA88 overview EQUIPMENT MODULE CONTROL MODULE Nota : Ce modèle a été étendu par la norme ISA95 © 2004 Jean Vieille Conseil 19 C3.1 Exemple de modélisation des niveaux supérieurs Zone de stockage Zone de stockage Mat. premières Produits finis Cellule process Cellule process Cellule process Préparation Zones Production 1 Cellule process Emballage Production 2 N2 Vapeur Eau Electricité ISA88 overview Cellule process Utilités Effluents gazeux Condensats Eaux usées Chaleur © 2004 Jean Vieille Conseil 20 C3.1 Modèle physique inférieur Cellule process Unités Groupement logique d'équipement nécessaires Pour la production d'un ou plusieurs batchs Un groupe de modules de contrôle et/ou de modules équipement qui peuvent exécuter une ou plusieurs activités orientées process (contient des EPE*) Un groupe de modules de contrôle et/ou de modules équipement qui peuvent exécuter un nombre limité d'activités spécifiques orientées process (contient des EPE*) Une entité élémentaire d'équipement, pouvant inclure des instruments, qui se comporte comme un simple dispositif © 2004 Jean Vieille Conseil 21 Modules Équipement Modules de contrôle ISA88 overview C3.2 Relation modèles Procédural / physique Modèle de contrôle procédural Éléments procéduraux Modèle Physique Entités Équipement Cellule Process Unité Procédure Procédure Unité Opération Phase Module Équipement Module de Contrôle ISA88 overview © 2004 Jean Vieille Conseil 22 C3.3 Modèle process : Exigences de fabrication non liées aux équipements réels Modèle Process Eléments Process Process Étape Process Un Process est constitué d'un ensemble ordonné d'une ou plusieurs étapes Process : Transformation majeures du produit Une étape process est constituée d'un ensemble ordonné d'une ou plusieurs opérations process: Transformation mineures du produit Une opération process est constituée d'un ensemble ordonné d'une ou plusieurs actions process: Comment transformer Action Process Opération Process Une action process représente une activité élémentaire de process qui peut être classifiée et généralisée au sein d'une entreprise ou d'un secteur industriel © 2004 Jean Vieille Conseil 23 ISA88 overview C3.4 Modèle/Types de recettes Recette: Information qui définit spécifiquement les exigences de fabrication pour un produit déterminé Recettes indépendantes de l'équipement (EIR): Basée sur le modèle Process Recette Générale: Information globale Entreprise Recette Site: Information spécifique Usine, · peut être dérivée de la recette générale Recettes dépendantes de l'Équipement (EDR): Basées sur le modèle de contrôle procédural Recette Maître: Information spécifique Cellule Process Recette de Contrôle: Information spécifique Batch · Est dérivée de la recette maître ISA88 overview © 2004 Jean Vieille Conseil · Peut être dérivée de la recette générale ou site 24 C3.4 De l'EIR à l'EDR: industrialisation process Besoin client Exigences Process Utilisateur R&D Recette générale/site PPC ISA88.00.03 Bibliothèque Classes d'objets Algorithme de transformation automatique inclus dans ISA88.00.03 Modélisation physique et fonctionnelle Spécif. Conception process basée sur RPE PFC ISA88.00.02 Recette maître exécutable ISA88 overview © 2004 Jean Vieille Conseil 25 C3.4 Structure des recettes (appliquée à RM et RC) Procédure Définit le séquencement fonctionnel Faite de RPEs, est un RPE Chaque RPE comprend En-tête Formule: · Identification, version · Entrées process · Sorties process · Paramètres process (RPE) Procédure Procédure (RPEs) (pour chaque RPEs) En-tête En-tête Formule Formule Exigences Exigences équipement équipement Autres Autres Information Information Unit Unit Procédures Procedures Procédures Procedures Unité Unité (RPEs) Unit Unit Procedures Opérations Procedures Opérations (RPEs) Besoins équipement Autres information ISA88 overview Unit Unit Procedures Phases Procedures Phases © 2004 Jean Vieille Conseil 26 C3.5 Modèle des activités de contrôle Modèle physique Enterprise Site Zone Cellule Process Unité Module Equipement Module De Contrôle Contrôle des éléments finaux (Capteurs, actionneurs) ISA88 overview Control Activity Model Planification & Ordonnancement De la production Gestion Process Supervision unité Control équipement Gestion de l'information de production Gestion des recettes Sécurité et protection © 2004 Jean Vieille Conseil 27 Concept 4: Séparation Équipement / Process ISA88.01 sépare Capabilités de l'équipement = automatisme d'équipement qui fournit des services d'usage général, indépendant du process, qui peuvent être utilisé pour la production Savoir-faire produit = Recettes = Contrôle Process qui utilise les capabilités de l'équipement pour accomplir l'objectif du système (fabriquer un produit, assurer un service) en exécutant des règles prédéfinies et paramétrées Les 2 doivent être indépendants (couplage faible) Résultats Le développement des recettes doit être possible sans intervention des automaticiens · La maintenabilité à long terme est améliorée · Les recettes sont plus simples et plus réutilisables · L'automatisme d'équipement est plus flexible et réutilisable · Portabilité des recettes d'un système à l'autre · Validation simplifiée ISA88 overview © 2004 Jean Vieille Conseil 2 domaines de responsabilité bien différenciés 28 C4. Recettes et Équipements Recette Information requise Pour fabriquer un produit Procédu re Procédu re Unité Opératio n RPE Phas e S'exécute sur Procédu re Procédu re Unité EPE ISA88 overview Opératio n Fournit les Capabilités pour Phas e Equipement Capabilités process disponibles pour fabriquer les produits © 2004 Jean Vieille Conseil 29 C4. Un lien doit exister à un niveau donné Procédure recette Séquenceur batch (sur PC ou dans un automate) Au niveau Procédure Procédure Automates(s) Equipement Procédure Unité equip. Les instructions de recette résident ici Opération Equipement Phase Equipement Les automatismes équipement résident ici RPEs ISA88 overview EPEs © 2004 Jean Vieille Conseil 30 C4. La liaison classique avec les logiciels batch Batch Engine on PC Séquenceur batch (sur PC ou dans un automate) Procédure Recette Automates(s) Procédure Unité Recette Opération Recette AU niveau phase Phase Recette Phase Equipement RPEs ISA88 overview EPEs © 2004 Jean Vieille Conseil 31 Ingénierie du produit et des ressources de production R&D Ingénierie produit Comment fabriquer? Modèle Process, recettes Générale/Site Ingénierie Process Comment fabriquer avec les ressources disponibles? Modèle de contrôle Procédural (RPEs) / Recette maître Rendre utilisables les capabilités des ressources Automatisme Modèle de contrôle Procédural (EPEs) / automatisme d'équipement ISA88 overview © 2004 Jean Vieille Conseil 32 Cycles de vie de la production Demande marché / Clients Programme de production Ingénierie produit Ingénierie Ressources ISA88 overview © 2004 Jean Vieille Conseil 33 ISA88 et les cycles de vie de la production Programme de production (Ce qu'il faut faire) ISA88 List batchs ISA88 Recette ISA88 modèle Procédural ISA88 modèle Physique Ingénierie produit (comment faire) ISA88 overview Ingénierie ressources (moyens disponibles) © 2004 Jean Vieille Conseil 34 En résumé ISA88 n'est pas seulement une norme pour les logiciels, C'est une philosophie de conception du contrôle-commande La séparation de la connaissance produit et des capabilités des équipement est la clé pour concevoir des systèmes flexibles Une bonne compréhension de la norme permet de mieux concevoir les process et mieux fabriquer La norme définit une architecture extensibles et réductibles qui s'applique Aux problèmes simples et complexes À tous les niveaux d'automatisation A tous les type d'équipements d'automatisme A toutes les typologies de fabrication Les bénéfices de l'application de la norme sont réels et prouvés Elle définit De bonnes pratiques d'ingénierie pour la conception fonctionnelle de l'ensemble des éléments d'un système de production ISA88 overview © 2004 Jean Vieille Conseil 35 MERCI jean.vieille@isa-france.org 36