La tracabilite en production au regard des normes ISA 88 et ISA 95 Jean Vieille* La Tracabilite Au-dela d'un simple rapprochement compose-composant, la Tracabilite va bien au-dela de la collecte et de l'historisation des flux matieres permettant une genealogie, aussi complexe soit-elle de chaque constituant identifie et permettre par exemple un rappel de produits defectueux partageant le meme composant suspect. Si le produit circulant dans la chaine logistique est bien le centre d'interet de la tracabilite, l'information utile qui ressort de sa mise en ?uvre repond a un certain nombre de questions importantes des processus decisionnels critiques de l'entreprise. L'application classique de la tracabilite pour identifier rapidement tous les lots defectueux lies a une meme cause n'est qu'un element de justification de l'adaptation necessaire des systemes d'information. La tracabilite consideree globalement vise a capturer toutes les conditions operatoires critiques et implique la mise a disposition d'une information structuree suffisamment precise et detaillee, etape essentielle pour la maitrise et l'amelioration des processus de fabrication, de l'utilisation et de la performance des ressources. Le role particulier du systeme de production dans la Tracabilite La Tracabilite concerne potentiellement l'ensemble des fonctions de l'entreprise : Gestion des actifs, Recherche et Developpement, Fabrication, Logistique, Assurance Qualite, Maintenance, Relation clients et fournisseurs... Le systeme de production occupe une place particuliere par son role cle d'interface pour la collecte des donnees relative a la mise en ?uvre des matieres et par les activites decisionnelles et operationnelles de transformation de la matiere qui impactent directement la nature des produits mis sur le marche. Tracabilite et systemes d'information S'agissant de donnees (valeurs factuelles, sans signification propre et d'informations (reponses aux questions posees), les systemes d'information sont naturellement fortement impliques dans la tracabilite, qu'il s'agisse de la collecte et de l'organisation des donnees ou du support des processus de creation d'informations. La decision d'elever le niveau de completude et de maturite de la tracabilite dans l'entreprise se traduira donc le plus souvent par des projets concernant les systemes d'information de l'entreprise, et plus surement encore, leur aptitude a cooperer en echangeant de l'information. Finalement, une demarche Tracabilite peut s'inscrire dans une approche plus globale de rationalisation du controle des operations (norme ISA88) et de cooperation des niveaux Gestion et Execution de l'entreprise (norme ISA95) qui visera de facon generale une meilleure visibilite du systeme de production et une plus grande agilite de la chaine logistique. 2 normes pour controler les processus de fabrication Lorsque l'on s'interesse au controle des systemes de production, les normes ISA88 et ISA95 sont citees spontanement par plupart des ingenieurs charges de specifier et concevoir les systemes d'information en charge du support des activites operationnelles du plancher de l'usine. La premiere traite de l'integration forte du systeme d'information dans les constituants physiques hierarchises de l'usine, par exemple d'une simple pompe jusqu'a l'atelier complet. Elle permet definir les services fonctionnels offerts par les " Entites d'Equipement " et leur orchestration pour obtenir le resultat souhaite (la mise en marche de la pompe au moment opportun, le deroulement du processus de fabrication complet d'un produit). La seconde traite des processus et taches de gestion des activites physiques de l'usine (planification detaillee et supervision du travail et des ressources) Les 2 normes offrent des modeles de structure des donnees pour gerer et echanger l'information relative a ces activites physiques entre les systemes d'informations concernes. Elles offrent un support naturel pour la tracabilite : au sein du systeme de production lui-meme dont l'agilite et la flexibilite deviennent pleinement compatibles avec les exigences de precision et de fiabilite de l'information a tous les niveaux de granularite requis dans la mise en ?uvre des processus collaboratifs exiges par la tracabilite qui concernent toujours des systemes d'information distincts aux cycles de vies independants. La presentation necessairement concise de ces 2 normes au contenu particulierement riche est orientee en regard du sujet de la tracabilite. Elle ne saurait constituer une reference pour leur comprehension et leur mise en ?uvre. La norme ISA88 Vue d'ensemble Presentation La norme ISA88 " Batch Control " a ete publie pour la premiere fois en 1995. Elle avait pour objectif de faciliter le controle des procedes discontinus flexibles " Batch ". Elle comprend actuellement 5 parties publiees ou en cours de developpement : Part 1: Modeles et Terminologies (1995) Part 2: Structures de donnees et Regles generales relatives aux langages (2001) Part 3: Recettes Generales et Sites - Modeles et Representation (2003) Part 4: Enregistrements de production Batch (2005) Part 5: Interface Recette Equipement ( ?) Cette norme est developpee par l'ISA, et certaines parties ont ete publiees en tant que normes internationales (voir les references normatives detaillees en fin d'article) Conception objet des applications d'automatisme La norme repose sur une approche conceptuelle orientee objet. En ce sens, elle traite de la reutilisation, de la Gestion de la connaissance et de la conception robuste des systemes automatises. Son originalite sur ce point reside dans l'abstraction progressive de ses modeles hierarchiques qui autorise un haut niveau de reutilisabilite des classes d'objets issues de et instanciees sur les systemes reels. Flexibilite du systeme C'est la flexibilite qui a suscite la creation de la norme. La flexibilite d'un systeme de production automatise recouvre plusieurs aptitudes telles que pouvoir : Fabriquer differents produits avec la meme installation physique, Fabriquer le meme produit en utilisant des ressources alternatives appartenant a la meme installation, Enchainer la fabrication de produits differents ou de produit identiques utilisant des modes operatoires differents sans autres contraintes que physico-chimiques, Prendre en compte tres rapidement des modifications de la configuration physique des installations ou des modes operatoires. Ouverture sur l'interoperabilite et Information de production Les modeles et la terminologie imposes par la norme facilite la comprehension et le dialogue entre les ingenieurs d'industrialisation, les fournisseurs de systemes, les concepteurs d'application, les operateurs. Elle propose egalement des structures de donnees standard qui permettent l'interoperabilite entre les systemes, et plus particulierement l'enregistrement des donnees de production en rapport direct avec la tracabilite (parties 2 et 4). Description et Industrialisation des procedes de fabrication La norme differencie la definition des processus regroupant les actions et transformations physico-chimiques a effectuer pour obtenir un produit de caracteristiques determinees de la definition des sequences operatoires d'animation de l'installation physique en charge de fabriquer le produit (partie 1). Elle definit 2 langages de specification des processus de fabrication correspondant a ces 2 aspects (parties 2 et 3) et propose une methode de conversion entre ces 2 modeles proceduraux (partie 3) Applications Initialement concue pour le Batch, son application s'est largement repandue pour s'appliquer globalement a toutes les typologies de fabrication de biens ou de production de fluides. Au-dela des applications initialement visees (reacteurs chimiques par exemple) elle traite avec succes le controle des chaudieres industrielles, la propulsion maritime, la fibre optique, la menuiserie... La norme reste distante de la technologie et n'implique pas necessairement l'utilisation de systemes d'information pour sa mise en ?uvre. Toutefois, de nombreux constructeurs de systeme et editeurs de logiciels tirent partie de cette norme pour offrir des solutions qui facilitent les developpements : outils de specification fonctionnelle, gestionnaires de recettes, bibliotheques logicielles d'automates et de controleurs de process, historiens des donnees de fabrication, gestionnaire de cycle de vie produit... Objectifs Les objectifs de la norme peuvent etre synthetises a l'extreme par la REF _Ref130376583 \r \h Figure 1 . - Les objectifs de la norme Toute mise en ?uvre de la norme devrait donc se traduire, pour une capabilite fonctionnelle donnee, par une complexite reduite et une flexibilite amelioree. Entites d'equipement et modele Physique La notion d'entite d'equipement est a la base de la norme. Elle suppose que chaque constituant physique de l'installation possede ses propres comportements et inclut donc l' " automatisme " correspondant. Cette approche, somme toute tres logique et intuitive, est en conflit direct avec les pratiques courantes issues de la centralisation des systemes et constitue l'une des principales difficultes que peut poser l'application de la norme. La REF _Ref130376842 \r \h Figure 2 montre la decomposition physique hierarchique des entites d'equipement - EEx - . Chaque entite d'equipement est une agregation d'entites d'equipement de niveau inferieur et integre des fonctions - Fy - assurees le cas echeant par du code informatique. Ces fonctions sont nommees Elements Proceduraux par la norme et interagissent avec les fonctions des entites d'equipement de niveau inferieur. - Hierarchie physique et Entite d'equipement La norme definit le modele physique hierarchique represente sur la REF _Ref130377513 \r \h Figure 3 . Ce modele est extensible et reductible, toutefois les 4 niveaux inferieurs ont une definition et un role precis qui doivent etre pris en compte dans la modelisation - Modele physique Modele Procedural Equipment Alors que le modele physique definit le perimetre de chaque constituant de l'installation de production, le modele procedural permet d'exprimer les fonctionnalites, ou plus exactement les " Services Process " offerts par l'entite d'equipement correspondante et accessibles par toute entite d'equipement de niveau superieur. La norme definit une hierarchie fonctionnelle en relation avec le niveau physique hierarchique comme le montre la REF _Ref130379759 \r \h Figure 4 - Modele procedural Le modele procedural definit la structure hierarchique des " Elements Proceduraux d'Equipement " utilisee pour definir des services fonctionnels de tout niveau. Decouplage et cooperation Recette et Equipement L'organisation physique et fonctionnelle d'un systeme de production telle que presentee ci-dessus permet de decrire et mettre a disposition des " Services Process " de tout niveau, y compris la production d'un service ou d'un produit determine. Arrives a ce point, la norme permet deja de prendre en compte les nombreuses installations industrielles " non flexibles ", dedies a un processus de fabrication unique. Cette infrastructure fonctionnelle articulee sur l'organisation physique appropriee de l'installation peut etre completee par la " Recette ", partie configurable du systeme de production pour repondre aux objectifs de flexibilite enonces precedemment. La recette (ou plus exactement la Recette Maitre) est elle-meme integree dans le modele physique au sein de l'entite d'equipement " Cellule Process ". Elle repose sur le meme modele procedural dont les elements fonctionnels s'appellent a present des " Elements Proceduraux de Recette ". Les elements proceduraux de recette sont assembles de la meme facon en sequences hierarchisees d'enchainement jusqu'a ce que l'activation d'un service process soit requise, etablissant un lien avec un element procedural d'equipement apte a rendre ce service. L'element procedural peut etre determine par le choix explicite de l'entite d'equipement cible, ou bien ouvert aux alternatives possibles offertes par le choix d'une categorie d'entite d'equipement ou de criteres de capabilite. La recette definit donc pour chaque " Element Procedural de Recette " des attributs qui permettront de caracteriser le mode operatoire et de guider l'execution du processus de fabrication, parmi lesquels la formule (parametres) et la specification de l'equipement cible. - Relation entre recette et equipement La REF _Ref130381529 \r \h Figure 5 montre la relation entre l'equipement (Services Process fixes par l'ingenierie) et la recette (mode operatoire de fabrication configurable) Le couplage entre la recette et l'equipement est definit en fonction des objectifs de flexibilite recherches. La REF _Ref130448089 \r \h Figure 6 montre differentes options possible de repartition du modele procedural. - Partage du modele procedural entre Recette et Equipement Le modele procedural sert donc a la fois a exprimer les capabilites fonctionnelles de l'equipement et l'enchainement operatoire pour l'elaboration du produit. La Recette Maitre definit le mode operatoire standard applicable pour obtenir un produit donne sur une installation specifique. La Recette de Controle definit l'instance de la Recette Maitre qui pilote l'execution d'une fabrication reelle. De la conception produit a l'automatisation du processus de fabrication La norme definit deux types de recettes : Dependante et Independante des equipements. La premiere partie de cette presentation traitait du premier type, qui recouvre les recettes Maitre et de Controle. La 3eme partie de la norme developpe le second type de recettes qui permettent de definir les specifications de fabrication d'un produit en termes de transformation physico-chimique et de contraintes sur le choix des equipements. Le " Modele Process " permet de decrire l'enchainement hierarchique des transformations a accomplir pour obtenir le produit specifie. Bien qu'assez ressemblant (4 niveaux nommes Process, Etape Process, Operation Process et Action Process) ce modele represente une approche radicalement differente du processus d'elaboration du produit, decrivant des flux d'evolution de la matiere au lieu d'enchainement temporels d'activites physiques. La REF _Ref130383282 \r \h Figure 7 montre le cycle general d'ingenierie du besoin client a l'animation de l'installation industrielle. Elle met en evidence 2 interfaces : entre la description du besoin independamment de l'equipement (Recette Generale / Site) et le mode operatoire applicable sur l'installation cible (Recette Maitre / Controle) - La transformation est decrite dans la partie 3 de la norme entre la recette Maitre / Controle et l'equipement proprement dit - l'interface devrait etre traitee dans la partie 5 de la norme. - De la conception produit a la fabrication Elle met egalement en regard les 3 entites " fonctionnelles " Elements Process / Elements Proceduraux de Recette / Elements Proceduraux d'Equipement les classes d'objets auxquelles elles doivent faire reference. Finalement, les 2 langages PPC et PFC de description des processus permettent la representation des 2 types de recettes. Langages PPC et PFC La norme definit 2 langages de description des recettes adaptes au modele Process utilise par les Recettes Generale et Site independantes des equipements (le PPC) et au modele Procedural applique aux recettes Maitre et de Controle liees a l'equipement (le PFC). Le Langage PPC Le PPC (Process Procedure Chart) est un diagramme de flux de transformation de la matiere. Chaque rectangle represente une etape de transformation, tandis que les fleches representent le passage des matieres transformees d'une etape a l'autre. - Representation Graphique PPC (extrait de la norme ANSI/ISA88.00.03) Le langage PFC Le langage PFC (Procedural Function Chart) permet la description de sequences operatoires hierarchisees. Il a ete concu en combinant plusieurs modes de representation deja utilises (Grafcet, Gantt) dans l'industrie pour repondre a ce besoin et apporte des dispositions particulieres pour offrir une representation naturelle aussi bien pour les ingenieurs charges de l'industrialisation des procedes que pour les operateurs en charge de l'exploitation des installations. La REF _Ref130454989 \r \h Figure 9 montre un exemple de representation PFC d'une recette. - Representation graphique PFC (extrait de la norme ANSI/ISA88.00.02) Structures d'echange de donnees La partie 2 de la norme definit l'ensemble des structures de donnees utiles pour echanger l'information correspondant aux modeles de la norme. La partie 4 nous interesse plus particulierement parce qu'elle decrit plus en detail l'information de production . La REF _Ref110226305 \r \h Figure 10 montre les objets de niveau superieur de l'enregistrement de production. - Modele d'enregistrement de production (tire de ANSI/ISA88.00.04) La norme ISA95 Vue d'ensemble Presentation La norme ISA95 " Enterprise - Control System Integration " a ete publiee pour la premiere fois en 2000. Elle traitait initialement les echanges d'information entre les domaines de la gestion et de la production dans les industries manufacturieres. Elle s'est ensuite etendue a l'ensemble des activites operationnelles du plancher de l'usine, en ajoutant la dimension fonctionnelle a celle purement informationnelle initiale. Elle comprend actuellement 6 parties publiees ou en cours de developpement : Part 1: Models and Terminology (2000) Part 2: Data Structures and Attributes (2001) Part 3: Activity Models of Manufacturing Operations Management (2005) Part 4: Object Models and Attributes of Manufacturing Operations Management (future) Part 5: Business to Manufacturing Transactions (2005) Part 6: Manufacturing Operations Management Transactions (future) Sans rapport apparent direct avec la norme ISA88, elle s'est toutefois construite dans sa continuite logique induite par l'historique et la composition des groupes de travail respectifs et les deux normes se recouvrent sur de plusieurs points. MES : Systemes d'information industriels L'acronyme MES (Manufacturing Execution System) cree en 1994 designe aujourd'hui les systemes d'information industriels en charge du support de la production. Ces systemes qui ne prenaient en charge que l'automatisation des processus de fabrication (traites en particulier par la norme ISA88) traitent a present l'ensemble des fonctions d'organisation, de suivi et d'optimisation du travail ainsi que la gestion des ressources. La norme etablit une infrastructure fonctionnelle multidimensionnelle dans le but de faciliter la definition fonctionnelle des systemes d'information industriels. B2M - Business To Manufacturing La norme traite en premier lieu des echanges d'information entre les domaines de la Gestion et de la Production. Elle offre pour cela des structures de donnees qui permettent une definition precise et mutuellement comprehensible par les acteurs concernes du contenu de l'information echangee. Completee par la definition des media et des protocoles d'echange, elle constitue une base indispensable pour l'interoperabilite des systemes d'information correspondants. D'autres efforts de normalisation complete cette norme pour supporter sa mise en ?uvre et permettre l'interoperabilite des solutions sur la base de la norme (exemple : B2MML, OAGIS) Applications La norme intervient dans les applications suivantes : Cahier des charges et specification fonctionnelle de systemes d'information industriels Cahier des charges et specification fonctionnelle d'interface entre les systemes d'information industriels et les systemes de gestion Realisation de connecteurs d'interface pour les logiciels et solutions informatiques concernees par la production industrielles Modeles des fonctions de gestion operationnelle de la production Modele generique de gestion des activites physiques La partie 3 de la norme definit le modele generique de gestion des activites operationnelles presente REF _Ref130459359 \r \h Figure 11 . - Modele generique des activites de gestion des operations de production (tire de ANSI/ISA95.00.03) La plupart de ces fonctions interviennent potentiellement dans la tracabilite. Infrastructure de definition fonctionnelle Ce modele peut s'appliquer a n'importe quel type d'activite, la norme definissant les suivantes : Production, Maintenance, Qualite, Stocks. En y ajoutant des fonctions supports non specifiques, la norme offre finalement une infrastructure de definition fonctionnelle tridimensionnelle presentee sur la REF _Ref130459326 \r \h Figure 12 . - Infrastructure de definition fonctionnelle Standardisation des echange de donnees de production Modeles physique ISA88 etendu La norme etend et generalise le modele physique de la norme ISA88. En effet, la terminologie relativement specifique de la norme dans les couches basses du modele devait etre amenagee pour offrir des alternatives plus acceptables dans les autres domaines manufacturiers. Il est interessant de noter que les nouveaux termes ne font que remplacer les noms existants sans en changer la signification, validant ainsi l'abstraction possible de la norme ISA88 et son application generaliste. Modele physique ISA95 (tire de ANSI/ISA95.00.03) Les modeles de donnees La norme definit 8 modeles de donnees pour traiter tous les besoins d'echange d'information : Personnel, Equipement, Matiere, Segment Process, Capacite de Production, Information Produit, Plan de Production, Rapport de Production. L'ensemble des modeles et leurs interrelations sont presentes de facon simplifiee et tres approximative sur la REF _Ref130463562 \r \h Figure 14 . - Vue d'ensemble des modeles de donnees (tire de ANSI/ISA95.00.01) A partant de la gauche de la figure, le modele Production Capability supporte l'information sur l'etat et la disponibilite des ressources independamment du contexte operatoire. Le modele Process Segment definit la capabilite operationnelle en termes d'aptitude a fournir un service oriente process (cf. modele procedural ISA88) et de mobilisation des ressources (Matieres, Equipements, Personnel). Le modele Product Definition etablit le lien entre la demande de production et les aptitudes de l'installation cible, assurant un decouplage et une abstraction entre la definition de la mission et son execution. La definition d'un produit est decomposee en Product Segment dont le perimetre et la granularite sont guides par des considerations independantes de l'installation reelle (gestion de production, planification logistique... cf. Recettes Generale / Site et Maitre / Controle d'ISA88) Le modele Production Schedule accueille les demandes de production en provenance generalement du systeme de gestion vers le systeme de production. Il se compose de demandes de production (Production Request) decomposees en Segments correles avec les Process Segments et Product Segment. Le modele Production Performance est presente plus en detail ci-dessous. Le modele " Production Performance " Pour rester dans le cadre de cet article, un seul modele sera presente ici. Il s'agit du modele " Rapport de Production " dans la mesure ou il concerne tres directement tracabilite. - Modele " Rapport de Production " (tire de ANSI/ISA95.00.02) Ce modele est destine a supporter les echanges d'information concernant une production realisee en tout ou partie. l'objet Production Performance regroupe l'ensemble des rapports de production individuels (Production Response) L'objet Production Response contient l'information relative a une session de production particuliere, en rapport avec les " regles de production " associees au processus de fabrication utilise L'objet Segment Response decompose la reponse de production selon les etapes de fabrication. La version actuellement publiee de la norme ne fait pas mention de la recursivite obligatoire du segment pour supporter des processus de fabrication a plusieurs niveaux (cf. le modele procedural ISA88 precedemment etudie). Les 3 objets qui viennent d'etre cites permettent donc de caracteriser le contexte specifique de l'information, et ceci au niveau de granularite desire Les objets Personnel Actual, Equipment Actual, Material Produced Actual, Material Consumed Actual, Consumable Actual rapportent les informations d'utilisation effective des ressources, information de base pour la tracabilite. A titre d'exemple, le REF _Ref130462495 \r \h Tableau 1 - decrit les attributs proposes par la norme pour l'objet Material Consumed Actual, similaires a ceux des autres objets. - Attributs de l'objet " Material consumed actual " (tire ANSI/ISA95.00.02) Attribute Name Description Example Material Class Identifies the associated material class or set of material classes actually used for a specific segment response. * Paint Material Definition Identifies the associated material definition or set of material definitions actually used for a specific segment response. * Red Paint Material Lot Identifies the associated material lot or set of material lots actually used for a specific segment response. * GP-RED-42 Material Sublot Identifies the associated material sublot or set of material sublots actually made for a specific segment response.* GP-RED-42-A Description Contains additional information and descriptions of the material consumed actual. ``Paint to be used to finish the widgets in the polishing segment'' Location Identifies location from which the material was consumed. Maintenance Crib Quantity Specifies the amount of material resources consumed by the parent segment, if applicable. Applies to each member of the material lot, material sublot, material definition, or material class sets. 12 Quantity Unit of Measure Identifies the unit of measure of the quantity, if applicable. 355 ml Cans La norme permet donc de rapporter l'utilisation des ressources structuree selon le modele d'elaboration du produit et au degre de granularite souhaites. Processus collaboratifs et transactions La partie 5 de la norme exploite les modeles de donnees pour offrir une base transactionnelle standardisee definissant des messages au contenu et a la signification specifiques. L'approche retenue par la norme reprend le concept general OAGIS, en associant pour chaque message un " nom " contenant l'information echangee et un " verbe " indiquant l'action portant sur ou precisee par cette information comme represente sur la REF _Ref130465720 \r \h Figure 16 - Structure generale d'un message (tire de ANSI/ISA 95.00.05) Les " noms " sont les differents elements d'information apparaissant dans les modeles de la norme. Par exemple, les noms associes au modele Production Performance decrit plus haut sont : Production Performance, Production Response, Product Production Rules, Segment Response, Production Data, Personnel Actual, Equipment Actual, Material Produced Actual, Material Consumed Actual, Consumable Actual, Personnel Actual Property, Equipment Actual Property, Material Produced Actual Property, Material Consumed Actual Property, Consumable Actual Property. Les verbes sont definis par la norme pour traiter 3 types de modeles transactionnels : Push : le possesseur de l'information initie l'echange a destination d'un consommateur specifique Pull : le consommateur de l'information initie l'echange Publish : le possesseur de l'information initie l'echange a destination de ceux qui y ont souscrit Le REF _Ref130466421 \r \h Tableau 2 indique les verbes applicables et la REF _Ref130466687 \r \h Figure 17 montre de l'exemple de transactions entre deux systemes. Verbes applicables aux transactions B2M (tire de ANSI/ISA 95.00.05) Verb Transaction model Description Cancel PUSH Request to a receiver to remove information. Change PUSH Request to a receiver to change information. Process PUSH Request to a receiver to process a new information Acknowledge PUSH Acknowledgement of a Process request. Get PULL Request to a receiver for information on one or more objects Show PULL Response to a GET. Sync Add/Change/Delete PUBLISH Request from the owner of the object to add, change, or delete information Confirm all Confirmation response to a request. Exemples de transactions Push et Pull ISA88 et ISA95 Une vision coherente du systeme de production A premiere vue, les 2 normes ISA88 et ISA95 semblent traiter des problemes tres differents. Dans la pratique egalement, les systemes d'information de production sont abordes de facon disjointe selon que l'on s'interesse a l'elaboration du produit ou bien a la supervision des activites operationnelles de l'usine. Enfin, les solutions techniques misent en ?uvre sont largement dissociees. Face a cette stratification des systemes d'information au sein meme de l'entite homogene que constitue le systeme de production, on peut s'interroger sur l'opportunite d'une vision plus globale de continuite des processus : processus de production partant de la decision de fabriquer une quantite determine de produit (reception d'un ordre de production) jusqu'a l'activation des ressources materielle (demarrage des moteurs, ouverture des vannes) et au marquage de l'etiquette sur l'emballage du produit fini processus de gestion des ressources (matieres, equipements, personnels) et de leur performance processus de gestion des referentiels (methodes de fabrication, capabilites de production La precision et la finesse de granularite de la tracabilite est directement conditionnee par une telle approche globale, capable de capter une etiquette RFID, un point de mesure, un commentaire operateur, un evenement materiel au sein d'un processus predefinit et controle, d'assurer la disponibilite de ces donnees totalement contextualisees et de les utiliser pour produire de l'information relatives a l'execution, la performance et l'amelioration des processus. Les 2 normes sont encore dissociees en raison de leur chronologie et de la prise de conscience encore inachevee de la veritable portee actuelle du controle de la production. Des travaux sont en cours pour harmoniser le positionnement de ces normes, mais en attendant, quelques pistes peuvent etre proposees pour offrir une infrastructure coherente des systemes d'information de production aptes a supporter les flux d'information requis pour assurer la tracabilite de facon simple, precise et fiable. Cycles de vies du systeme de production D'un point de vue operationnel, on peut considerer que le systeme de production depend de 3 cycles de vie : Le cycle produit qui part du besoin marche (marketing) pour aboutir a une specification du produit vendable (R&D) Le cycle d'ingenierie qui part du besoin de capabilites de traitement, guide par les specifications des produits a fabriquer ou de la demande du marche de sous-traitance Le cycle de vente qui part de la commande client jusqu'a sa livraison Au debut de l'ere industrielle, ces 3 cycles etaient pratiquement successifs et pris en charge par une meme societe, au service d'un marche excedant largement les capacites de production. Il est clair que les choses changent, et que les 3 cycles ont tendance a s'imbriquer et a se desynchroniser pour suivre une demande beaucoup plus volatile et servie par une concurrence accrue. Le delai pour construire l'usine lorsque l'on a termine l'etude du produit est tout simplement redhibitoire et la mobilisation de ressources de fabrication doit faire appel a l'offre de sous-traitance avide de rentabiliser ses investissements lourds en installations physiques de fabrication. Prise en compte de ces cycles de vie dans les 2 normes Les normes ISA88 et ISA95 prennent toutes deux en compte ces 3 cycles, et l'abstraction de cette vision montre des analogies remarquables derriere une terminologie et des approches a differentes. La similitude des concepts imagines dans des conditions et des epoques bien differentes prouve qu'une approche globale est possible. La REF _Ref130731765 \r \h Figure 18 montre l'homothetie des principaux elements conceptuels des 2 normes. En rouge, les elements ISA95 Production Request, Product Definition, Segment correspondent point a point aux elements ISA88 en bleu Batch Schedule Entry, Recipe, Equipment / Recipe Procedural Element (EPE/RPE). La notion de Resource et Production Capability n'existe que dans ISA95, tandis que le modele physique est commun aux deux normes. - ISA88 et ISA95 dans les cycles de vie du systeme de production Domaines d'application Considerees ensemble, les 2 normes vont permettre de construire l'ensemble du systeme d'information de production, du lecteur RFID ou de la sonde de temperature aux transactions de compte rendu de fabrication et de mouvement de stock en passant par la synchronisation des specifications du produit et du suivi de la performance La generalisation en cours des 2 normes au-dela de leur domaine initial (la production pour la norme ISA95, la fabrication par lot pour la norme ISA88) pourrait permettre a terme de traiter l'ensemble des activites operationnelles de la chaine logistique. Mais la largeur de vue necessaire pour mener a bien et evangeliser une telle approche laisse peut d'espoir pour une telle simplification des systemes d'information en l'absence d'une motivation forte des acteurs concernes. La tracabilite sous le regard des normes ISA88 et ISA95 La tracabilite, une fonction diffuse, une information repartie La Tracabilite n'est pas une fonction que l'on peut " cabler " sur un systeme existant. L'ensemble des systemes d'information est susceptible de contribuer a cet objectif. Les normes ISA88 et ISA95 ne vont pas non plus traiter le probleme a elles seules et par miracle. Elles vont seulement contribuer a organiser les donnees et a faciliter leur consolidation progressive de la capture de l'information brute jusqu'a production d'information utile pour la survie et le progres de l'entreprise Hierarchie et Granularite de la Tracabilite L'axe de reference de tout systeme d'information est la hierarchie decisionnelle de l'entreprise, et donc la capacite a offrir l'information, et donc la reponse appropriee a tous les niveaux de decision. Lorsqu'il s'agit de tracabilite, une question simple peut etre " Quelles sont les conditions nefastes qui ont entraine la defectuosite du produit " suivie de " quels sont les produits deja fabriques qui ont subis ces memes conditions nefastes ". Il est clair que la liste issue de la seconde question depend directement de la precision de la reponse a la premiere. Ceci implique une autre dimension hierarchique relative cette fois au detail de supervision des operations de production. La maille du decoupage operatoire en production discontinue ou le dimensionnement des lots en production discrete impactera inversement l'importance des entrepots de stockage de donnee et les difficultes de traitements d'un cote, et la precision de la reponse a la seconde question. Pour eviter le compromis et assurer la precision demandee sans penaliser les performances du systeme d'information, les normes offrent une hierarchie de traitement et de controle qui offre une vision telescopique du systeme de production qui offre a la fois la consolidation progressive de l'information lorsqu'elle s'eleve dans la hierarchie decisionnelle, et une granularite variable selon la precision requise. Les segments process / produit de la norme ISA95, les elements proceduraux / process de la norme ISA88 sont des concepts equivalents pour la tracabilite qui permettent une organisation structuree hierarchique des etapes de production auxquelles elles permettent d'attacher l'integralite de l'information relative aux ressources critique pour la tracabilite. Qualite de la collecte et de la validation des donnees Les donnees necessaires pour la tracabilite concernent une grande partie de l'information liee a la production, du point de vue fonctionnel (etat quantitatif, qualitatif, geographique des ressources (Voir REF _Ref133984932 \r \h 4.4 ), elaboration du produit, liens entre produit et ressources), et temporel (ce qui a ete prevu, ce qui s'est effectivement passe, la situation actuelle). Un point essentiel de la tracabilite est l'exactitude de ces donnees. Dans la pratique, les donnees proviennent de diverses origines et doivent etre integrees et restituees de facon homogene assorties de leur precision et dans leur contexte. Donnees dont le contexte est recueilli de facon synchrone et deterministe et dont la precision est connue Series chronologiques de donnees de tendance, qui concernent l'aspect physique de l'information (temperature, pression, debit...) les evenements captures automatiquement : debut et fin d'operations, alarmes... Donnees d'identification et quantitatives acquises automatiquement sans intervention manuelle (lecture en ligne de codes a barre ou d'etiquettes RFID, calcul des quantites introduites), Donnees qui ne sont pas acquises en temps reel et dont l'exactitude et le contexte peuvent etre suspectes : les commentaires saisis par l'operateur Donnees d'identification et quantitatives recueillies manuellement Evenements et donnees physico-chimiques saisies manuellement Il s'agit non seulement d'harmoniser ces donnees, mais de pouvoir les verifier et les corriger au besoin en conservant l'historique de validation des donnees telles que publiees. La norme ISA88 partie 4 offre un modele informationnel permettant d'harmoniser la collecte de l'ensemble des donnees de production, incluant l'audit-trail et la signature electronique pour suivre toutes les alterations et corrections des donnees collectees et publiees pour fournir une base d'information de tracabilite documentee et de precision connue. Utilisation de la tracabilite : Les angles de la tracabilite selon les normes Les normes induisent des angles de vue de la tracabilite guides par leurs modeles. La norme ISA88 assure une definition precise et le controle local du mode operatoire au niveau de granularite le plus fin. La norme ISA95 assure l'encadrement du suivi des ressources (personnel, equipements, matieres) au travers d'une vision plutot macroscopique du mode operatoire. Elle prend en charge les echanges d'information entre les niveaux operationnels et les couches superieurs du systeme d'information global de l'entreprise, et egalement dans une certaine mesure entre systemes operationnels et avec les partenaires (sous-traitance, fabrication sous contrat). Tracabilite matieres Les matieres consommees et produites sont definies et constatees a chaque etape discretisee des processus de fabrication et, d'une facon generale de tous les processus lies a la matiere tel que la gestion de la qualite et des stocks. Ces donnees permettront de deduire la genealogie ascendante (du composant au compose) et descendante (du compose au composant). L'organisation " a plat " de cette information (etape de fabrication totalement identifiee et contextualisee - numeros de lots mis en ?uvre et produits) permet toutes les requetes genealogiques. On mettra a profit la structuration procedurale du mode operatoire de la norme ISA88 et la segmentation telescopique du processus de fabrication de la norme ISA95 pour alimenter une base d'information de production multi-etagee, depuis la capture detaillee des mouvements de matieres jusqu'a la consolidation au niveau du lot. Tracabilite Equipment La norme ISA88 a mis en evidence la notion d'unite en tant qu'element de base pour la lotification. Les extensions de l'analyse des flux (approches ASTRID - DELTA Nodes - voir HYPERLINK "http://www.frenchbatchforum.org/" http://www.frenchbatchforum.org/ ou www.psynapses.net/fbf) proposent une modelisation specifique du niveau " Control Module " de la norme, confinant le produit dans des sous-ensemble d'equipement delimites par les organes de sectionnement, permettant ainsi une discretisation ultime et deterministe de la relation entre produit et equipement, La norme ISA95 traite les equipements de la meme facon que les matieres et organise ainsi les donnees relatives a la mobilisation des equipements au cours des processus de fabrication ou de maintenance et aux processus de qualification. Ces donnees seront donc disponibles pour preciser le contexte de l'information de tracabilite matiere, elles permettront egalement d'alimenter des processus d'optimisation et d'amelioration de l'utilisation des equipements. Tracabilite Personnel Le troisieme type de ressource defini par la norme ISA95 et egalement traite sur la base de modeles similaires avec les memes consequences. Tracabilite Segment Process L'organisation de la production en segments process hierarchique centres sur les ressources offre une interessante perspective pour offrir une vision consolidee de la tracabilite qui s'interesserait dans un premier temps a une etape particuliere des processus de fabrication plutot qu'aux ressources specifiques mise en ?uvre. Par exemple Les attributs qualite d'un segment specifique observes pour l'ensemble des produits auxquels il a contribue peuvent ainsi mettre en evidence une anomalie affectant globalement certaines etapes operatoires. Cette anomalie peut etre ensuite exploree plus finement pour en decouvrir l'origine et donc la portee : l'origine n'est pas necessairement un lot matiere particulier, il peut s'agir d'un equipement defectueux, d'une personne mal qualifiee, d'une execution operatoire mal definie ou mal appliquee. Cette approche est couramment utilisee sur une base continue pour l'analyse des processus en vue de leur amelioration, elle peut s'appliquer pour accelerer ou completer l'analyse des incidents. Conclusion Poussee par le durcissement des reglementations de securite dans nombre de secteurs industriels (agro-alimentaire, pharmaceutique, automobile...) la tracabilite trouve des applications dont les benefices pour l'entreprise industrielle vont bien au-dela des contraintes qu'elle impose. Les systemes d'information offrent une contribution essentielle a sa mise en ?uvre et peuvent prendre en charge tout ou partie des efforts de collecte de donnees et de traitement d'information qu'elle impose. Pragmatiques, centrees sur les ressources de fabrication et largement adoptees par les fournisseurs de systemes et les industriels, les normes ISA88 et ISA95 facilitent la conception des systemes d'information et permettent l'interoperabilite necessaire pour la tracabilite en traitant l'organisation fonctionnelle et informationnelle du systeme de production. Preuve de leur interet, mais egalement de leurs insuffisances, ces normes sont en chantier permanent et connaissent un developpement rapide sous la pression des industriels. Par exemple, les normes se recouvrent sur de nombreux points et revelent des discordances terminologiques et parfois conceptuelles. Un groupe de travail joint SP88/SP95 travaille sur l'harmonisation de ces normes et ses recommandations seront prises en compte dans le cycle de revision des normes. La norme ISA88 a ete developpee pour les procedes Batch flexibles qui sont les plus complexes a traiter du point de vue de l'automatisation, mais aussi les plus simples pour la tracabilite. Elle est deja largement adoptee pour d'autres types de procedes, et la generalisation formelle de ses concepts est a l'ordre du jour du comite SP88 La norme ISA95, initialement concentree sur les activites de transformation de la matiere, est en cours d'elargissement a tous les domaines de la production, integrant la gestion des stocks et la logistique, la qualite et la maintenance. Enfin, les besoins intenses des entreprises pour supporter des schemas de collaboration et des flux d'activite flexibles entrainent l'apparition d'une profusion de normes, et beaucoup de recouvrement et conflits apparaissent. Une clarification et une epuration sont necessaires, face aux conflits d'interets et aux querelles academiques, pour que la puissance des systemes d'information servent avec une efficacite correspondante leurs utilisateurs. Le rapprochement ISA95/OAGIS ( HYPERLINK "http://www.openapplications.org" www.openapplications.org ) est significatif de la prise de conscience et du pragmatisme dont font preuve nombre d'acteurs dans ces domaines. Pour en savoir plus Bibliographie Batch Control Systems - Design, Application, and Implementation, 2nd Edition, William M. Hawkins and Thomas Fisher (ISBN1-55617-967-7, ISA 2006) Applying S88: Batch Control from a User's Perspective, Jim Parshall and L.B. Lamb (ISBN 1-55617-703-8ISA 2000) S88 Implementation Guide (Darrin W. Fleming, Velumani A. Pillai (ISBN0070216975 McGraw-Hill 1998 Normes ANSI/ISA-95.00.01-2000 Enterprise-Control System Integration Part 1: Models and Terminology ISA 2000 ANSI/ISA-95.00.02-2001 Enterprise-Control System Integration Part 2: Object Model Attributes ISA 2001 ANSI/ISA-95.00.03-2005 Enterprise-Control System Integration, Part 3: Models of Manufacturing Operations Management ISA 2005 ANSI/ISA-88.01-1995 Batch Control Part 1: Models and Terminology ISA 1995 ANSI/ISA-88.00.02-2001 Batch Control Part 2: Data Structures and Guidelines for Languages ISA 2001 ANSI/ISA-88.00.03-2003 Batch Control Part 3: General and Site Recipe Models and Representation ISA 2003 HYPERLINK "http://webstore.iec.ch/webstore/webstore.nsf/artnum/022377?opendocument " \o "Click to consult abstract, publication date, technical committee, ICS code and other useful information" IEC 61512-1 Batch control - Part 1: Models and terminology IEC 1997 HYPERLINK "http://webstore.iec.ch/webstore/webstore.nsf/artnum/028242?opendocument " \o "Click to consult abstract, publication date, technical committee, ICS code and other useful information" IEC 61512-2 Batch control - Part 2: Data structures and guidelines for languages IEC 2001 IEC/PAS 61512-3 Batch control - Part 3: General and site recipe models and representation IEC 2004 HYPERLINK "javascript:pageURL('NRM_n_detail.asp?TYPESEARCH=NRM&fldLSTORI=NRM%5Fn%5 Fresult%5Flst%2Easp&fldTOTENR=7&fldENRNUM=2&fldCLEART=FA026711&fldTRAVEL =OK');" NF EN 61512-1 Controle-commande des processus de fabrication par lots - Partie 1 : modeles et terminologie 1999 HYPERLINK "javascript:pageURL('NRM_n_detail.asp?TYPESEARCH=NRM&fldLSTORI=NRM%5Fn%5 Fresult%5Flst%2Easp&fldTOTENR=7&fldENRNUM=3&fldCLEART=FA122321&fldTRAVEL =OK');" NF EN 61512-2 Controle-commande des processus de fabrication par lots (batch) - Partie 2 : structures de donnees et regles generales relatives aux langages 2003 Organismes Normalisation ISA HYPERLINK "http://www.isa.org" www.isa.org , HYPERLINK "http://www.isaeur.org" www.isaeur.org , HYPERLINK "http://www.isa-france.org" www.isa-france.org OAGIS HYPERLINK "http://www.openapplications.org" www.openapplications.org IEC HYPERLINK "http://www.iec.ch" www.iec.ch UTE HYPERLINK "http://www.ute-fr.com" http://www.ute-fr.com AFNOR HYPERLINK "http://www.afnor.fr" www.afnor.fr Groupes d'echange MESA HYPERLINK "http://www.mesa.org" www.mesa.org WBF HYPERLINK "http://www.wbf.org" www.wbf.org FBF HYPERLINK "http://www.frenchbatchforum.org" www.frenchbatchforum.org HYPERLINK "http://www.psynapses.net/fbf" www.psynapses.net/fbf Formation Psynapses HYPERLINK "http://www.psynapses.net" www.psynapses.net Portails ARC Advisory Group HYPERLINK "http://www.arcweb.com" www.arcweb.com ISA95.COM HYPERLINK "http://www.isa-95.com" www.isa-95.com ISA88.COM HYPERLINK "http://www.isa-88.com" www.isa-88.com ISA Fondee en 1945 et basee aux USA, l'ISA est une association a but non lucratif qui etablit les references de l'automation industrielle pour ses 30000 membres et toute la communaute professionnelle dans le monde entier. Organisee en 20 divisions techniques, 14 districts et 300 sections dans 110 pays, l'ISA developpe des normes, certifie des professionnels de l'industrie, delivre de la formation, publie des livres et articles techniques et organise des conferences et expositions majeures pour les professionnels de l'automation. Biographie Jean Vieille est consultant en systemes d'information industriels. Membre d'un groupe de conseil intternationale, il assiste les entreprises pour l'alignement de leurs schemas directeurs d'informatique industrielle avec leurs strategies et pour permettre l'exploitation des methodes de gestion industrielles telles que la Theorie des Contraintes, Lean Manufacturing, 6 Sigma.. Il est directeur des programmes pour l'organisme de transfert de competence Psynapses HYPERLINK "http://www.psynapses.net" www.psynapses.net HYPERLINK "mailto:j.vieille@psynaps.net" j.vieille@psynaps.net HYPERLINK "http://www.psynapses.net/vieille" www.psynapses.net/vieille