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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