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norme ANSI/ISA88.00.01 : controle- commande des procedes batch Aout
2003 - pour I&S
)
Origine de la norme
La norme IEC61512-1 " Batch Control - Models and Terminology " est plus
connue sous son appellation d'origine ISA " S88 ". (SP88 est le nom du
comite en charge de son developpement). Elle comprend actuellement 3
parties, une 4eme est en cours de developpement. Cette fiche presente un
apercu de la premiere partie.
Cette norme a pour objectif de definir une approche standard du
controle-commande des process " Batch " caracterises par leur
flexibilite (fabrication de produits differents a l'aide des meme
ressources, utilisation de ressources differentes pour fabriquer un meme
produit)
Les difficultes propres a l'automatisation de ces procedes imposent une
methode rigoureuse pour la specification et la conception des systemes
de controle.
Domaines d'application
Les procedes Batchs, " permettent la fabrication de quantites finies de
materiaux (lots) en soumettant des quantites de materiaux entrants a une
suite definie d'actions de traitement a l'aide d'un ou plusieurs
equipements" (extrait IEC61512)
En fait, la typologie des procedes n'est pas toujours evidente, et les
concepts de la norme, simples, ouverts et pertinents, ne limitent pas
son application. Elle constitue ainsi une base methodologique sans
concurrence pour l'automatisation homogene de l'ensemble des elements
d'un systeme de production.
Specification / Conception Objet
Comme la plupart des methodes en matiere de controle-commande, elle
definit une approche modulaire faisant appel a des bibliotheques de
composants standards reutilisables. Ce qui distingue la norme ISA88,
c'est l'approche deterministe de la definition des modules, reposant sur
une modelisation bi-dimensionnelle (physique et fonctionnelle) : en
traitant la flexibilite, la norme livre les cles de la reutilisabilite.
Entite d'equipement
Le succes de la norme tient peut-etre dans sa facon d'aborder le
probleme de l'automatisation de la facon tres concrete. L'entite
d'equipement est d'abord un equipement, dans lequel l'automatisme est
integre. Ceci est vrai a tous les niveaux du modele physique. Par
contraste, l'automatisation traditionnelle tend a definir un systeme de
controle ayant sa propre existence, raccorde au systeme physique de
facon globale.
Modeles et terminologie
Le sous-titre de la premiere partie de la norme met en evidence son
contenu : une terminologie indispensable pour se comprendre, et des
modeles qui supportent les concepts de maniere formelle. La terminologie
comporte 63 definitions, leur traduction francaise est disponible sur
les sites WBF et FBF. HYPERLINK "http://www.wbf.org" www.wbf.org ,
HYPERLINK "http://www.frenchbatchforum.org" www.frenchbatchforum.org
La norme propose 4 modeles : Physique, procedural, process, activites.
Seuls les 2 premiers sont decrits ici. Le modele process est exploite
dans la partie 3 de la norme. Tous ces modeles sont extensibles et
reductibles pour s'adapter aux besoins reels.
Modele physique
Le modele physique definit l'architecture generale de l'automatisme a
tous les niveaux de l'entreprise. Il correspond globalement a une
hierarchie decisionnelle du pilotage strategique jusqu'a l'activation
des actionneurs elementaires.
Ce modele constitue l'ossature generale de l'automatisme (voir ci-dessus
le concept d'entite d'equipement).
Nota : norme ISA95 a etendu ce modele pour une couverture plus naturelle
des autres types de procedes.
Cette decomposition est simple a mettre en ?uvre. Les niveaux superieurs
(Entreprise, Site et Zone) sont des entites organisationnelles qui ne
sont pas traitees en detail. Les autres niveaux ont une definition
precise et influencent directement la conception fonctionnelle. La norme
laisse une certaine liberte dans le perimetre de ces entites selon les
objectifs recherches (simplicite / flexibilite)
3 types de controle
La norme distingue 3 types de controle :
Le controle de base traite les asservissements, calculs, et regulations.
Le controle procedural, base sur le modele procedural produit des
services orientes process.
Le controle de coordination assure la collaboration entre composants de
l'application et des services divers (allocation des equipements,
propagation des etats...)
Recette
Le concept de la recette est correspond strictement a la recette de
cuisine : la recette decrit tout ce qui est necessaire pour fabriquer un
produit donne. Elle est constituee de 5 elements d'information :
La procedure est basee sur le modele procedural, qui defini des
l'enchainement operatoire. Pour chacune des etapes de la procedure :
L'entete definit les informations administratives
La formule definit les parametres (entree, sorties ,process)
applicables
Les besoins en equipements permettent l'association du materiel
approprie pour l'execution de l'element procedural
Les " autres informations " peuvent fournir des documents
complementaires, pour l'exploitation, definir des variables a
enregistrer...
4 types de recettes sont definis :
La recette generale specifie la methode d'obtention du produit
independamment des equipements utilises
La recette site est une localisation de la recette generale
La recette maitre est le document de reference pour la fabrication d'un
produit donne sur une installation (cellule process) donnee.
La recette de controle est executee pour la fabrication d'un batch en
particulier.
Les recettes generale et site sont traitees en detail dans la 3eme
partie de la norme.
La seconde partie de la norme definit le langage PFC pour la
representation des recettes maitres et de controle.
Modele procedural
Le modele procedural definit l'automatisme en terme de services
fonctionnels orientes process d'un niveau plus ou moins eleve. Ils sont
lies au modele physique de facon generique (cote process) ou a une
entite d'equipement specifique (cote equipement)
La procedure est le plus haut niveau fonctionnel, elle s `applique a la
cellule process.
Tous les niveaux inferieurs s'appliquent a l'unite : la procedure
d'unite alloue l'equipement cible (l'unite) et les elements operatoires
(operation, phase) seront confines dans le perimetre de cet equipement.
Le module equipement permet, le cas echeant de limiter le perimetre
materiel au niveau de la phase.
Separation Process / Equipement
Pour qu'une installation fonctionne et fabrique le produit attendu, la
recette doit etre mise en relation avec l'equipement.
La recette ordonnance l'execution d'elements proceduraux de recette qui,
a un certain point, vont activer des elements proceduraux d'equipement.
Ce concept generique a ete souvent reduit a une vision " orientee
recette " du modele procedural, dans laquelle un gestionnaire de batch
deroule le mode operatoire complet alors que l'automatisme d'equipement
n'execute que de simples phases. Comme si, pour faire un confit d'oie,
la recette devait specifier les instructions detaillees (ingredients,
ustensiles et appareils a utiliser, operations a realiser...), alors
qu'il peut suffire d'acheter une boite de conserves et de la rechauffer
a feux doux....
Autres elements
La norme conseille d'utiliser des graphes d'etats pour les objets
applicatifs. Elle suggere en particulier un automate d'etats pour les
elements proceduraux. Une prochaine partie de la norme concernant
l'interface entre la recette et l'equipement devrait traiter ce point en
detail.
La gestion des exceptions comprend la detection et le traitement des
anomalies representent un travail important dans la mise en oeuvre d'un
automatisme. La norme n'apporte pas de reponse directe, mais ses
concepts et modeles ont inspire differentes tactiques efficaces.
La norme passe en revue le probleme de l'historisation, qui sera traite
en detail dans la 4eme partie de la norme.
La norme presente enfin un modele des activites mises en oeuvre pour le
traitement d'un batch, le " Cactus ".
La norme beneficie de nombreux retours d'experience qui prouvent la
validite de ses concepts. 8 ans apres sa publication, son developpement
actuel en France est lie aux nouvelles exigences de qualite et de
maitrise des couts des systemes de controle.
Jean Vieille, consultant MES, B2M, Batch control, Membre des comites ISA
SP88 et SP95
HYPERLINK "mailto:Jean.vieille@isa-france.org"
Jean.vieille@isa-france.org
Formations ISA sur la norme ISA88 HYPERLINK "http://www.psynaps.net"
www.psynaps.net
2003 - pour I&S
)
Origine de la norme
La norme IEC61512-1 " Batch Control - Models and Terminology " est plus
connue sous son appellation d'origine ISA " S88 ". (SP88 est le nom du
comite en charge de son developpement). Elle comprend actuellement 3
parties, une 4eme est en cours de developpement. Cette fiche presente un
apercu de la premiere partie.
Cette norme a pour objectif de definir une approche standard du
controle-commande des process " Batch " caracterises par leur
flexibilite (fabrication de produits differents a l'aide des meme
ressources, utilisation de ressources differentes pour fabriquer un meme
produit)
Les difficultes propres a l'automatisation de ces procedes imposent une
methode rigoureuse pour la specification et la conception des systemes
de controle.
Domaines d'application
Les procedes Batchs, " permettent la fabrication de quantites finies de
materiaux (lots) en soumettant des quantites de materiaux entrants a une
suite definie d'actions de traitement a l'aide d'un ou plusieurs
equipements" (extrait IEC61512)
En fait, la typologie des procedes n'est pas toujours evidente, et les
concepts de la norme, simples, ouverts et pertinents, ne limitent pas
son application. Elle constitue ainsi une base methodologique sans
concurrence pour l'automatisation homogene de l'ensemble des elements
d'un systeme de production.
Specification / Conception Objet
Comme la plupart des methodes en matiere de controle-commande, elle
definit une approche modulaire faisant appel a des bibliotheques de
composants standards reutilisables. Ce qui distingue la norme ISA88,
c'est l'approche deterministe de la definition des modules, reposant sur
une modelisation bi-dimensionnelle (physique et fonctionnelle) : en
traitant la flexibilite, la norme livre les cles de la reutilisabilite.
Entite d'equipement
Le succes de la norme tient peut-etre dans sa facon d'aborder le
probleme de l'automatisation de la facon tres concrete. L'entite
d'equipement est d'abord un equipement, dans lequel l'automatisme est
integre. Ceci est vrai a tous les niveaux du modele physique. Par
contraste, l'automatisation traditionnelle tend a definir un systeme de
controle ayant sa propre existence, raccorde au systeme physique de
facon globale.
Modeles et terminologie
Le sous-titre de la premiere partie de la norme met en evidence son
contenu : une terminologie indispensable pour se comprendre, et des
modeles qui supportent les concepts de maniere formelle. La terminologie
comporte 63 definitions, leur traduction francaise est disponible sur
les sites WBF et FBF. HYPERLINK "http://www.wbf.org" www.wbf.org ,
HYPERLINK "http://www.frenchbatchforum.org" www.frenchbatchforum.org
La norme propose 4 modeles : Physique, procedural, process, activites.
Seuls les 2 premiers sont decrits ici. Le modele process est exploite
dans la partie 3 de la norme. Tous ces modeles sont extensibles et
reductibles pour s'adapter aux besoins reels.
Modele physique
Le modele physique definit l'architecture generale de l'automatisme a
tous les niveaux de l'entreprise. Il correspond globalement a une
hierarchie decisionnelle du pilotage strategique jusqu'a l'activation
des actionneurs elementaires.
Ce modele constitue l'ossature generale de l'automatisme (voir ci-dessus
le concept d'entite d'equipement).
Nota : norme ISA95 a etendu ce modele pour une couverture plus naturelle
des autres types de procedes.
Cette decomposition est simple a mettre en ?uvre. Les niveaux superieurs
(Entreprise, Site et Zone) sont des entites organisationnelles qui ne
sont pas traitees en detail. Les autres niveaux ont une definition
precise et influencent directement la conception fonctionnelle. La norme
laisse une certaine liberte dans le perimetre de ces entites selon les
objectifs recherches (simplicite / flexibilite)
3 types de controle
La norme distingue 3 types de controle :
Le controle de base traite les asservissements, calculs, et regulations.
Le controle procedural, base sur le modele procedural produit des
services orientes process.
Le controle de coordination assure la collaboration entre composants de
l'application et des services divers (allocation des equipements,
propagation des etats...)
Recette
Le concept de la recette est correspond strictement a la recette de
cuisine : la recette decrit tout ce qui est necessaire pour fabriquer un
produit donne. Elle est constituee de 5 elements d'information :
La procedure est basee sur le modele procedural, qui defini des
l'enchainement operatoire. Pour chacune des etapes de la procedure :
L'entete definit les informations administratives
La formule definit les parametres (entree, sorties ,process)
applicables
Les besoins en equipements permettent l'association du materiel
approprie pour l'execution de l'element procedural
Les " autres informations " peuvent fournir des documents
complementaires, pour l'exploitation, definir des variables a
enregistrer...
4 types de recettes sont definis :
La recette generale specifie la methode d'obtention du produit
independamment des equipements utilises
La recette site est une localisation de la recette generale
La recette maitre est le document de reference pour la fabrication d'un
produit donne sur une installation (cellule process) donnee.
La recette de controle est executee pour la fabrication d'un batch en
particulier.
Les recettes generale et site sont traitees en detail dans la 3eme
partie de la norme.
La seconde partie de la norme definit le langage PFC pour la
representation des recettes maitres et de controle.
Modele procedural
Le modele procedural definit l'automatisme en terme de services
fonctionnels orientes process d'un niveau plus ou moins eleve. Ils sont
lies au modele physique de facon generique (cote process) ou a une
entite d'equipement specifique (cote equipement)
La procedure est le plus haut niveau fonctionnel, elle s `applique a la
cellule process.
Tous les niveaux inferieurs s'appliquent a l'unite : la procedure
d'unite alloue l'equipement cible (l'unite) et les elements operatoires
(operation, phase) seront confines dans le perimetre de cet equipement.
Le module equipement permet, le cas echeant de limiter le perimetre
materiel au niveau de la phase.
Separation Process / Equipement
Pour qu'une installation fonctionne et fabrique le produit attendu, la
recette doit etre mise en relation avec l'equipement.
La recette ordonnance l'execution d'elements proceduraux de recette qui,
a un certain point, vont activer des elements proceduraux d'equipement.
Ce concept generique a ete souvent reduit a une vision " orientee
recette " du modele procedural, dans laquelle un gestionnaire de batch
deroule le mode operatoire complet alors que l'automatisme d'equipement
n'execute que de simples phases. Comme si, pour faire un confit d'oie,
la recette devait specifier les instructions detaillees (ingredients,
ustensiles et appareils a utiliser, operations a realiser...), alors
qu'il peut suffire d'acheter une boite de conserves et de la rechauffer
a feux doux....
Autres elements
La norme conseille d'utiliser des graphes d'etats pour les objets
applicatifs. Elle suggere en particulier un automate d'etats pour les
elements proceduraux. Une prochaine partie de la norme concernant
l'interface entre la recette et l'equipement devrait traiter ce point en
detail.
La gestion des exceptions comprend la detection et le traitement des
anomalies representent un travail important dans la mise en oeuvre d'un
automatisme. La norme n'apporte pas de reponse directe, mais ses
concepts et modeles ont inspire differentes tactiques efficaces.
La norme passe en revue le probleme de l'historisation, qui sera traite
en detail dans la 4eme partie de la norme.
La norme presente enfin un modele des activites mises en oeuvre pour le
traitement d'un batch, le " Cactus ".
La norme beneficie de nombreux retours d'experience qui prouvent la
validite de ses concepts. 8 ans apres sa publication, son developpement
actuel en France est lie aux nouvelles exigences de qualite et de
maitrise des couts des systemes de controle.
Jean Vieille, consultant MES, B2M, Batch control, Membre des comites ISA
SP88 et SP95
HYPERLINK "mailto:Jean.vieille@isa-france.org"
Jean.vieille@isa-france.org
Formations ISA sur la norme ISA88 HYPERLINK "http://www.psynaps.net"
www.psynaps.net
Johann Sebastian Bach. the music closest to silence, closest, in spite of its being so highly organized, to pure, one-hundred-degree proof Spirit" (Aldous Huxley, Island)