.
Integration des analyses en ligne dans les operations du process Batch
Jean Vieille
Consultant
Strasbourg, France Philippe Fabre
Project Manager
Cray Valley
Drocourt, France
Mots cle
Controle du process Batch, Ordonnancement a capacite finie, Analyse
qualite, Ajustements matieres, Echantillonnage, Information procede
reduite, LIMS, MES, ERP, FCS, S95.01, S88.01
RESUME
Cet expose presente une solution developpee pour assister les processus
de gestion de l'assurance qualite en production d'une unite de
polymerisation. Cette solution vise a permettre :
Une gestion dynamique de l'analyse qualite synchronisee avec les donnees
de l'ERP et les activites de production
Une execution des procedes independante du facteur humain
Une information complete et precise sur le comportement du procede
Les analyses qualite peuvent etre executees par l'equipe du laboratoire
ou par les operateurs de fabrication eux-memes. Les analyses a effectuer
dependent du produit et de l'operation process courante. Elles sont
souvent iteratives, liees a des ajouts de matieres ou des ajustements
des points de consigne. Les specifications qualite sont attachees de
preference aux donnees client et produit fini de l'ERP. Les relations
entre le laboratoire et l'exploitation impliquent une gestion en temps
reel des ordres d'analyse et des rapports de leurs resultats.
La solution presentee propose une voie pour delivrer les specifications
qualite liees au plan de production de l'ERP et pour obtenir des
rapports d'analyse attaches au rapport d'execution de production renvoye
vers l'ERP. La specification qualite inclut la formule pour calculer les
ajustements matieres. Les echantillons sont consideres comme des
sous-operations dans le processus de fabrication, et comme des ordres de
travaux dans l'activite du laboratoire. Le systeme realise un couplage
etroit en temps reel entre les regles de fabrication, les transferts de
matieres et le controle qualite au niveau de l'exploitation, et un lien
asynchrone securise de l'information qualite entre l'ERP et le systeme
de production.
Le nouveau systeme n'a pas encore ete totalement implemente au moment de
la redaction de cet expose. L'integration des analyses qualite a ete
concue de facon a etre connectee aux fonctions de gestion des matieres
et des operations du nouveau systeme de supervision de la production.
Les benefices de ce projet seront indiques lors de la presentation.
Introduction
L'usine CRAY VALLEY de Drocourt produit des resines polymeres par
synthese et melange. Le renouvellement du systeme d'information de
l'entreprise base sur un nouveau systeme ERP imposait de reconsiderer le
pilotage de la production selon plusieurs points de vue :
Synchronisation des regles de production entre l'ERP et le systeme de
controle
Synchronisation de la production et du conditionnement
Optimisation de l'usage des ressources
Gestion des stocks matieres
Information detaillee de production
Gestion des analyses qualite
Le sujet de cette presentation concerne principalement le controle
qualite en production et son integration a travers la frontiere Gestion
/ Production. Bien qu'il ait ete specifie avant la publication de cette
norme, le modele de donnees utilise pourrait illustrer un exemple
d'application de la norme ISA S95.01.
L'integration n'est pas un but en soi. Pour ce qui concerne le controle
qualite, les veritables objectifs etaient de :
Proposer une gestion de la qualite flexible et coherente qui permette
les changements de derniere minute des exigences qualite vis-a-vis du
produit ou du client
Recuperer le savoir-faire des operateurs et capturer le comportement du
procede
Obtenir des performances reproductibles en atteignant les specifications
requises de la meme maniere quelle que soit l'equipe d'exploitation
Les considerations suivantes ont conduit a la solution exposee :
Le systeme d'information doit etre coherent entre les exigences de
qualite produit et client, le processus d'analyse et les resultats
qualite permettant d'automatiser le processus de gestion de l'assurance
qualite en production
Les specifications qualite sont attachees de preference aux donnees
produits et clients de l'ERP
Les analyses peuvent etre executees par le laboratoire ou par les
operateurs eux-memes
Les relations entre les equipes du laboratoire et de l'exploitation
impliquent une gestion en temps reel des ordres d'analyse et de leurs
resultats
Les analyses a effectuer dependent des exigences specifiques pour le
produit et le client et de l'operation process courante
Elles sont souvent iteratives, liees a des ajouts matieres ou des
ajustements de points de consigne pour obtenir la cible prevue ou suivre
l'evolution typique des specifications
Le systeme LIMS installe etait obsolete et devait etre renouvele.
Cette solution est caracterisee par les points suivants :
Les specifications qualite sont attachees au plan de production delivre
par l'ERP.
Les resultats qualite sont attaches aux donnees de production
transferees a l'ERP
Les formules d'ajustement matieres font partie des specifications
qualite
Les echantillons generent des sous-operations dans la fabrication du
produit et sont traites comme des ordres de travaux dans les activites
du laboratoire
Les informations sur les productions passees sont disponibles (resultats
d'analyse, ajustements matieres). Ceci permet un controle de
vraisemblance des suggestions du systeme.
Le systeme induit un couplage etroit entre les regles de production, les
transferts matieres et le controle qualite, et un couplage asynchrone
securise entre l'ERP et le systeme de production.
Analyses et Controle Qualite - Etendue de la presentation
Les activites de controle et d'analyse peuvent etre classees en
plusieurs domaines :
Controle de la reception et des stocks de matieres premieres
Controles en ligne et en fin de production
Controle au conditionnement et aux expeditions
Controle periodique et d'obsolescence des stocks de produits finis
Dans notre cas, les domaines 2 et 3 sont sujets a de fortes contraintes
de temps et agissent directement sur les processus qu'ils assistent. Les
domaines 1 et 2 sont generalement moins critiques.
Les controles de reception des matieres ont ete exclus du domaine du
projet, mais auraient pu etre geres de la meme facon sans difficultes
particulieres.
La production est livree en vrac ou emballee. L'expedition des produits
emballes est decouplee et ne necessite pas de controles complementaires,
tandis que la livraison vrac doit etre synchronisee avec la production
et exige des controles specifiques
Le controle du stock de produits finis a ete integre, mais ne sera pas
developpe ici.
Controle en ligne et en fin de production
Le controle qualite en ligne d'un produit durant sa fabrication, combine
avec les autres donnees procede permet de :
Maitriser ses caracteristiques aux differentes etapes de la fabrication
Atteindre les specifications finales
Ameliorer la connaissance du comportement du procede.
Nous remarquons que :
Les variations des caracteristiques des matieres en entree (matieres
brutes et produits semi-finis), les conditions d'exploitation et les
ecarts par rapport aux regles de fabrication conduisent a des deviations
des caracteristiques attendues du produit.
Ces deviations doivent etre corrigees de facon a atteindre les
specifications attendues du produit pour les etapes suivantes de la
fabrication ou les specifications du produit fini.
Les corrections sont principalement des compensations de matieres dans
notre cas
L'efficacite de la production requiert une optimisation de la duree des
operations ainsi que des actions rapides et adaptees pour compenser les
deviations
L'activite du laboratoire est supposee totalement reactive aux besoins
de la production, bien que ce departement doivent assumer des ordres
d'analyse venant d'autres unites et doivent arbitrer ses priorites
L'activite d'analyse peut etre assuree par un ou plusieurs laboratoires,
et parfois par les operateurs d'exploitation eux-memes. Le travail peut
etre partage entre differents acteurs : echantillonnage, analyse,
correction matieres, assignation du statut qualite
Apercu du procede
L'usine met en ?uvre 2 procedes principaux pour produire des polymeres :
Synthese a partir de matieres premieres
Melange de produits semi-finis et de matieres premieres
La methode adoptee et presentee ici etait bien adaptee pour les2 types
de procede, ainsi que pour les controles sur stock et les ajustements
consideres comme des ordres de production inclus dans le plan de
production de l'ERP. La figure ci-dessous montre un ordre d'expedition
ou de conditionnement lie a un ordre de production (il peut y avoir
plusieurs ordres de conditionnement lies a un meme ordre de production).
Procede par synthese :
Segment de production / Activites Qualite pour la production et
expedition synchronisee
Operations de Production Operations conditionnement
Segment de Production Chargement reacteur Reaction
+ Spec ajustement Transfert et chargement dilueuse Ajustement des
specifications Controle avant conditionnement Conditionnement
Activites AQ - Controles en ligne par les operateurs - Controles en
ligne par le laboratoire Controle
Par le laboratoire Controle
Par le laboratoire
Besoins Equipements Reacteur Reacteur Reacteur Dilueuse Dilueuse
Dilueuse
Conditionneur Conditionneur
Besoins personnels Operateur Operateur Operateur Operateur
Assistant labo Operateur
Assistant labo Operateur
Assistant labo
Besoins matieres Formule ERP Ajustements calcules d'apres les resultats
d'analyse Formule ERP Ajustements calcules d'apres les resultats
d'analyse - -
Architecture du systeme d'information
Le systeme d'information de production est construit autour de 3
sous-systemes : ERP, DCS et MES
L'ERP (Enterprise Resource Planning) assure la maitrise des procedes qui
definissent les segments de production incluant la formule de base, les
classes d'equipement et de personnel requises et les specifications
qualite. Du point de vue S88, le procede ERP peut etre considere comme
un intermediaire entre la recette maitre et la recette Site/Generale
tenant compte des besoins en ressources, mais simplifiant les elements
proceduraux.
Le DCS (Digital Control System) utilise un controleur de batch S88. Les
recettes maitres sont construites de facon a representer une vue
detaillee des procedes ERP. L'execution de la recette est synchronisee
par le DCS qui envoie des drapeaux a destination de la recette haut
niveau ERP/MES. De facon a respecter les contraintes actuelles de
securite du systeme de controle, aucune information de l'ERP n'est
transmise directement. Les ordres de production (10 par jour) sont
initialises et lances manuellement. Certaines unites sont conduites
manuellement.
Le "MES" (Manufacturing Execution System) est une plate-forme de
communication avec des applications complementaires. Il traite les
echanges de donnees et supervise les applications. Il a ete developpe
specialement par choix strategique plus que pour des raisons techniques.
Les applications sont generalement developpees specifiquement, a
l'exception du FCS (Finite Capacity Scheduling, logiciel
d'ordonnancement a capacite finie). Cette couche du systeme
d'information a ete concue pour etre totalement ``transparente'', ne
gerant que les configurations d'environnement et de securite d'acces.
Les donnees operationnelles sont toujours maitrisees par leur
proprietaire (application d'origine), qui est l'ERP dans la plupart des
cas. Ceci est indispensable pour assurer l'integrite du systeme et
reduire sa maintenance.
Le DCS ``pousse'' les donnees process dans la base de donnees de
production en temps reel ou a la fin de la production selon les besoins
du systeme.
Pilotage de la production
Plan de production initial de l'ERP
Le plan de production de l'ERP contient tous les ordres de production
valides. Un ordre de production est compose de :
L'information de planification de la production.
Elle inclut le plan de production (ce qui doit etre produit, quand et
comment) et les liens entre demandes de production, par exemple entre
ordres de conditionnement et de production.
Information de definition de production.
Elle inclut les regles de production, les exigences detaillees en
matieres, les exigences qualite, les exigences en classes d'equipements
et de personnel.
Elle est decoupee en Segments Produit selon les regles de production
(etapes et operations process). Les regles de production incluses dans
le plan de production sont interpretees par le FCS en utilisant des
etapes predefinies et parametrees.
L'information de capabilite de production est partagee entre l'ERP et le
FCS.
La capabilite matieres est geree directement par l'ERP. Il maintient la
liste des lots utilisables, leur emplacement, le mode de conditionnement
et les quantites pour chaque besoin elementaire.
La capabilite Equipement et Personnel est geree par le FCS
2 plans de production sont geres separement et contenus dans 2 bases de
donnees separees :
Le plan de production courant
Le plan de production simule utilise pour verifier la charge globale de
l'usine en regard de la capacite disponible pour le plan ferme et les
previsions court, moyen et long terme de l'ERP, en invoquant les
fonctions d'analyse de contrainte du FCS.
Ce modele ne correspond pas exactement au modele du projet actuel S95.01
(draft 11 June 1999):
Les exigences matieres sont supportees par un seul objet plutot que par
3 entites separees pour les matieres ``Produites'', ``Consommees'' et
``Consommables''.
Un objet separe supporte les exigences qualites au lieu de les
encapsuler dans le modele matieres. Cette conception a ete choisie parce
que plusieurs ordres de production pour le meme produit peuvent mettre
en ?uvre des exigences qualite differentes selon les exigences du
client. Le modele S95.01 model aurait pu etre applique, mais de facon
moins evidente.
Plan de production executable : complete par le Controle et le FCS
Le sujet de ce papier est presente ici. Les segments de production sont
decoupes en sous-segments generes pour chaque echantillon. Ceci permet
de gerer une information detaillee de production au niveau de
l'echantillon selon un schema tres simple.
L'echantillonnage est traite selon les exigences qualite. Les
ajustements matieres recommandes apres l'analyse de l'echantillon selon
les specifications des tests qualite sont introduits dans les exigences
matieres, automatiquement deployes au niveau de la ``sous-operation''
d'echantillonnage.
En plus de l'alteration des matieres par le controle qualite, ce modele
supporte les alterations de formule pour tenir compte des chargements
imprevus de matieres (dus aux ``sentiments'' de l'operateur, a un manque
des matieres requises, a une demande du service qualite...)
Le FCS traduit les exigences definies en classes d'equipements par l'ERP
en allocations specifiques (``Reacteur'' dans le plan de production
initial devient ``R151'' apres traitement par le FCS). Il definit les
exigences en personnel. Les ressources en equipement et personnel et
leur usage ainsi que La tracabilite des lots de matieres ne seront pas
davantage detaillees ici, etant exclu de la portee de cette
presentation.
Execution de la production et rapport vers l'ERP
L'information de production est enregistree dans la base de donnee de
l'Information de Production Courante pendant l'execution de la
production selon un model semblable au precedent.
A la fin de la production ou a la suite d'une demande particuliere,
l'information de production est transferee dans la base de donnee
separee de l'Information de Production Historique. Cette base de donnees
peut etre utilisee :
Comme reference en ligne du comportement actuel du procede par les
chimistes et les operateurs
Pour l'analyse hors ligne du comportement du procede, la recherche des
incoherences de transferts de matieres, les calculs d'utilisation des
equipements, l'analyse Pareto des defauts...
Au meme instant, le rapport d'execution de la production est envoye a
l'ERP. Il consiste en un jeu d'informations consolidees et validees a
partir de l'information detaillee de production. Cette information est
reduite pour correspondre aux besoins de l'ERP :
Activites des ressources : allocation des ressources, duree de chaque
segment de production (seule l'utilisation des equipements est renvoyee)
Transactions matieres. L'utilisation et la production des matieres est
reduite par lot, emplacement et categorie.
Resultats qualite : resultats d'analyse consolides pour le produit fini.
Ils comprennent les resultats des tests aussi bien que le statut qualite
pour la matiere produite.
On obtient ainsi une reponse concise a l'ordre de production de l'ERP,
tandis que l'information detaillee demeure disponible dans la base
d'information de production.
A nouveau, ce modele ne correspond pas exactement au modele S95.01 :
Les resultats qualite sont rapportes dans un objet separe (comme dans le
plan de production)
Les resultats qualite et les matieres sont rapportes a l'ordre de
production, et non au segment de production
Pilotage du controle qualite
Planification operationnelle du Controle Qualite
Les activites du laboratoire sont gerees de la meme facon que celles de
l'installation de production. Le laboratoire est traite comme une
Cellule Process et les echantillons sont consideres comme des ordres
d'analyse dans la planification des analyses. De cette maniere, le
laboratoire principal et les operateurs qui executent des analyses
particulieres d'auto-controle en ligne peuvent disposer de leur propre
planification independante.
La planification de la production, les segments de production et les
informations matieres sont cachees (mais disponibles) dans la
planification d'analyse, et l'on obtient une gestion integree, mais
independante de ces activites.
Les reponses d'analyse sont rapportees aux ordres d'analyse
correspondants (donnees courantes) et peuvent faire reference aux
resultats passes pour le meme produit et (optionnellement) le meme
equipement. Ceci permet une comparaison facile entre les resultats
actuels et les ajustements matieres avec les sessions de production
passees.
L'utilisation du FCS permettrait d'optimiser l'activite du laboratoire.
Conclusions
Le systeme presente offre un modele adapte tout en restant simple pour
integrer l'information de laboratoire dans l'information de production.
La solution developpee a partir de specifications controlees par
l'utilisateur correspond de pres aux besoins exprimes par le departement
de production tout en etant conforme aux besoins de l'ERP vis-a-vis de
l'information de production.
Une information complete et precise est disponible pour les formules
d'ajustement matieres. Chaque ajout matiere peut etre compare aux
proprietes physico-chimiques du produit obtenues pour les operations
process et l'echantillon qualite correspondant.
L'information necessaire reduite et validee est remontee a l'ERP tandis
que l'information detaillee est conservee au niveau du systeme de
production.
Le travail du laboratoire est gere efficacement, et pourrait etre
optimisee par un FCS
Le modele S95.01 n'est pas totalement implemente et respecte. Toutefois,
specifiee dans l'ignorance de ce standard, cette solution n'en est pas
si eloignee et aurait pu etre developpee en accord avec ses modeles
conceptuels.
Le principal benefice par rapport au precedent LIMS est un dialogue
efficace entre les unites de production et le laboratoire et la gestion
qualite centree sur l'ERP, ce qui simplifie enormement la gestion des
donnees de production.
Inversement, on peut mentionner quelques deficiences :
Principalement developpee a facon, l'architecture MES aurait pu etre
construite en utilisant des composants commerciaux disponibles. Ce choix
a conduit a des delais incontrolables, des incertitudes techniques et
des impasses en matieres de cout et de budget aussi bien pour
l'utilisateur final que le contractant. La societe qui a developpe les
composants du systeme a disparu avant la fin du projet. Le vendeur de
l'ERP a du prendre la responsabilite de terminer et supporter le
systeme.
Le systeme n'est pas un exemple d'integration totale, laissant le DCS
encore isole par rapport aux flux d'information descendants de l'ERP. Le
partage des responsabilites entre les systemes de Gestion et de Controle
n'a pas ete resolu : c'est un des principaux defis de la norme S95.01 !
Le systeme DCS a ete ecarte du projet. En raison d'une strategie floue
du vendeur du DCS ou d'incomprehensions, ses capacites de gestion de
Batch n'ont jamais ete prises en compte. Les operateurs doivent utiliser
2 logiciels differents et la synchronisation avec l'etat actuel du
process est encore geree manuellement.
Le standard S88 n'a jamais ete considere (hormis au niveau DCS). Le
modele physique est gere independamment dans 3 systemes (ERP, DCS, FCS)
Ainsi, le principal probleme de ce projet est son planning incontrole du
a une specification sans fin du systeme et un developpement a facon.
S'il devait etre repris, sa realisation pourrait etre consideree d'une
facon plus efficace :
Utiliser autant que possible des solutions commerciales developpee par
des editeurs fiables.
Il aurait ete preferable de considerer une utilisation extensive des
capacites de gestion batch du DCS, meme pour les unites conduites
manuellement.
Une equipe de projet plus consistante et un budget plus realiste
auraient probablement conduit a de meilleures options et assure un
controle de la planification du projet.
Nous esperons que les concepts de base exposes dans cette presentation
apporteront une contribution utile pour un bon nombre de projets
d'integration entre les mondes de la Gestion et de la Production.
Revised SAVEDATE \@ "MMM-yy" \* MERGEFORMAT Aug-99
Controle conditionnement Expeditions
Expeditions
Controle Stock Produits finis
Conditionnement
Production
Controle Reception et Stock
MP
Controle
en ligne et fin de production
Reception
Stock
Etendue de la presentation
LABO 1
Production unite A
Assurance Qualite
LABO 2
Production unite B
Echantillonnage, Specifications
Demande Statut qualite, Specifications
Affectation statut qualite
Auto-controle
Resultats, Corrections
Perturbations
Plan de production
Specifications Qualite
Prescriptions matieres
Prescriptions equipements
Execution de la production
Resultats et statut qualite
Matieres actuelles
Equipements actuels
Reacteur
Dilueuse
Matieres premieres
Chargement citernes
Production
Conditionnement
Expeditions
ERP : Gestion des donnees de l'Entreprise, Plan de Production
MES - Coordination entre unites
DCS - Systeme de controle avec controleur d'execution batch S88
Ordonnancement a capacite finie
Controle AQ
Controle Production (operations, matieres)
Pilote
Production et ordres d'analyse
Supervision des echanges de donnees
Base de donnees Information Production
Plan de Production
0..n
Demande ajustement matiere
Genere valeur pour
Correspond a
0..n
1..1
Ordre de Production
0..n
0..n
0..n
0..n
0..n
0..n
0..n
0..n
Ordre de Production
Exigence segment de production
Exigences Equipements (Classes)
Exigences matieres
Exigences Qualite
0..n
Peut etre lie a
0..n
0..n
0..n
Fourni les informations de calcul pour
0..n
0..n
Qualite Actuel
Matieres Actuel
Exigences matieres (actuel)
Ordres
d'analyse
Formules d'ajustement
Equipement Actuel
Exigences
Qualite
Exigences
matieres (initial)
Equipement et personnel
Exigence Segment de production
Ordre de Production
Plan de Production
Reponse segment
Reponse de Production
Production Executee
Correspond a
May refer to
0..n
Correspond a
Specification test qualite
1..1
Exigences matieres inattendues
1..1
1..1
0..n
Reponse de Production
0..n
Besoin matiere (initial)
0..n
May be reported on by
Specification test qualite
Reponse de
Production
Demande ajustement matiere
1..1
0..n
Demande analyse (echantillon)
Planification des analyses
Peut etre lie a
Peut faire l'objet d'un rapport par
1..1
Formule d'ajustement
Refers to
1..n
May contains
1..n
1..1
0..n
0..1
Resultat test qualite
Ordres Ajustements Matieres
Reponse analyse
Execution des analyses
0..n
Matieres premieres
Resultat
test qualite
Resultat test qualite
Reponse analyse
Historique des analyses
0..n
Peut correspondre a
Peut correspondre a
Matiere produite, Equipement utilise
1..1
0..n
Ajustement matiere (actuel)
0..n
Ajustement matiere (actuel)
May correspond to
May correspond to
Jean Vieille
Consultant
Strasbourg, France Philippe Fabre
Project Manager
Cray Valley
Drocourt, France
Mots cle
Controle du process Batch, Ordonnancement a capacite finie, Analyse
qualite, Ajustements matieres, Echantillonnage, Information procede
reduite, LIMS, MES, ERP, FCS, S95.01, S88.01
RESUME
Cet expose presente une solution developpee pour assister les processus
de gestion de l'assurance qualite en production d'une unite de
polymerisation. Cette solution vise a permettre :
Une gestion dynamique de l'analyse qualite synchronisee avec les donnees
de l'ERP et les activites de production
Une execution des procedes independante du facteur humain
Une information complete et precise sur le comportement du procede
Les analyses qualite peuvent etre executees par l'equipe du laboratoire
ou par les operateurs de fabrication eux-memes. Les analyses a effectuer
dependent du produit et de l'operation process courante. Elles sont
souvent iteratives, liees a des ajouts de matieres ou des ajustements
des points de consigne. Les specifications qualite sont attachees de
preference aux donnees client et produit fini de l'ERP. Les relations
entre le laboratoire et l'exploitation impliquent une gestion en temps
reel des ordres d'analyse et des rapports de leurs resultats.
La solution presentee propose une voie pour delivrer les specifications
qualite liees au plan de production de l'ERP et pour obtenir des
rapports d'analyse attaches au rapport d'execution de production renvoye
vers l'ERP. La specification qualite inclut la formule pour calculer les
ajustements matieres. Les echantillons sont consideres comme des
sous-operations dans le processus de fabrication, et comme des ordres de
travaux dans l'activite du laboratoire. Le systeme realise un couplage
etroit en temps reel entre les regles de fabrication, les transferts de
matieres et le controle qualite au niveau de l'exploitation, et un lien
asynchrone securise de l'information qualite entre l'ERP et le systeme
de production.
Le nouveau systeme n'a pas encore ete totalement implemente au moment de
la redaction de cet expose. L'integration des analyses qualite a ete
concue de facon a etre connectee aux fonctions de gestion des matieres
et des operations du nouveau systeme de supervision de la production.
Les benefices de ce projet seront indiques lors de la presentation.
Introduction
L'usine CRAY VALLEY de Drocourt produit des resines polymeres par
synthese et melange. Le renouvellement du systeme d'information de
l'entreprise base sur un nouveau systeme ERP imposait de reconsiderer le
pilotage de la production selon plusieurs points de vue :
Synchronisation des regles de production entre l'ERP et le systeme de
controle
Synchronisation de la production et du conditionnement
Optimisation de l'usage des ressources
Gestion des stocks matieres
Information detaillee de production
Gestion des analyses qualite
Le sujet de cette presentation concerne principalement le controle
qualite en production et son integration a travers la frontiere Gestion
/ Production. Bien qu'il ait ete specifie avant la publication de cette
norme, le modele de donnees utilise pourrait illustrer un exemple
d'application de la norme ISA S95.01.
L'integration n'est pas un but en soi. Pour ce qui concerne le controle
qualite, les veritables objectifs etaient de :
Proposer une gestion de la qualite flexible et coherente qui permette
les changements de derniere minute des exigences qualite vis-a-vis du
produit ou du client
Recuperer le savoir-faire des operateurs et capturer le comportement du
procede
Obtenir des performances reproductibles en atteignant les specifications
requises de la meme maniere quelle que soit l'equipe d'exploitation
Les considerations suivantes ont conduit a la solution exposee :
Le systeme d'information doit etre coherent entre les exigences de
qualite produit et client, le processus d'analyse et les resultats
qualite permettant d'automatiser le processus de gestion de l'assurance
qualite en production
Les specifications qualite sont attachees de preference aux donnees
produits et clients de l'ERP
Les analyses peuvent etre executees par le laboratoire ou par les
operateurs eux-memes
Les relations entre les equipes du laboratoire et de l'exploitation
impliquent une gestion en temps reel des ordres d'analyse et de leurs
resultats
Les analyses a effectuer dependent des exigences specifiques pour le
produit et le client et de l'operation process courante
Elles sont souvent iteratives, liees a des ajouts matieres ou des
ajustements de points de consigne pour obtenir la cible prevue ou suivre
l'evolution typique des specifications
Le systeme LIMS installe etait obsolete et devait etre renouvele.
Cette solution est caracterisee par les points suivants :
Les specifications qualite sont attachees au plan de production delivre
par l'ERP.
Les resultats qualite sont attaches aux donnees de production
transferees a l'ERP
Les formules d'ajustement matieres font partie des specifications
qualite
Les echantillons generent des sous-operations dans la fabrication du
produit et sont traites comme des ordres de travaux dans les activites
du laboratoire
Les informations sur les productions passees sont disponibles (resultats
d'analyse, ajustements matieres). Ceci permet un controle de
vraisemblance des suggestions du systeme.
Le systeme induit un couplage etroit entre les regles de production, les
transferts matieres et le controle qualite, et un couplage asynchrone
securise entre l'ERP et le systeme de production.
Analyses et Controle Qualite - Etendue de la presentation
Les activites de controle et d'analyse peuvent etre classees en
plusieurs domaines :
Controle de la reception et des stocks de matieres premieres
Controles en ligne et en fin de production
Controle au conditionnement et aux expeditions
Controle periodique et d'obsolescence des stocks de produits finis
Dans notre cas, les domaines 2 et 3 sont sujets a de fortes contraintes
de temps et agissent directement sur les processus qu'ils assistent. Les
domaines 1 et 2 sont generalement moins critiques.
Les controles de reception des matieres ont ete exclus du domaine du
projet, mais auraient pu etre geres de la meme facon sans difficultes
particulieres.
La production est livree en vrac ou emballee. L'expedition des produits
emballes est decouplee et ne necessite pas de controles complementaires,
tandis que la livraison vrac doit etre synchronisee avec la production
et exige des controles specifiques
Le controle du stock de produits finis a ete integre, mais ne sera pas
developpe ici.
Controle en ligne et en fin de production
Le controle qualite en ligne d'un produit durant sa fabrication, combine
avec les autres donnees procede permet de :
Maitriser ses caracteristiques aux differentes etapes de la fabrication
Atteindre les specifications finales
Ameliorer la connaissance du comportement du procede.
Nous remarquons que :
Les variations des caracteristiques des matieres en entree (matieres
brutes et produits semi-finis), les conditions d'exploitation et les
ecarts par rapport aux regles de fabrication conduisent a des deviations
des caracteristiques attendues du produit.
Ces deviations doivent etre corrigees de facon a atteindre les
specifications attendues du produit pour les etapes suivantes de la
fabrication ou les specifications du produit fini.
Les corrections sont principalement des compensations de matieres dans
notre cas
L'efficacite de la production requiert une optimisation de la duree des
operations ainsi que des actions rapides et adaptees pour compenser les
deviations
L'activite du laboratoire est supposee totalement reactive aux besoins
de la production, bien que ce departement doivent assumer des ordres
d'analyse venant d'autres unites et doivent arbitrer ses priorites
L'activite d'analyse peut etre assuree par un ou plusieurs laboratoires,
et parfois par les operateurs d'exploitation eux-memes. Le travail peut
etre partage entre differents acteurs : echantillonnage, analyse,
correction matieres, assignation du statut qualite
Apercu du procede
L'usine met en ?uvre 2 procedes principaux pour produire des polymeres :
Synthese a partir de matieres premieres
Melange de produits semi-finis et de matieres premieres
La methode adoptee et presentee ici etait bien adaptee pour les2 types
de procede, ainsi que pour les controles sur stock et les ajustements
consideres comme des ordres de production inclus dans le plan de
production de l'ERP. La figure ci-dessous montre un ordre d'expedition
ou de conditionnement lie a un ordre de production (il peut y avoir
plusieurs ordres de conditionnement lies a un meme ordre de production).
Procede par synthese :
Segment de production / Activites Qualite pour la production et
expedition synchronisee
Operations de Production Operations conditionnement
Segment de Production Chargement reacteur Reaction
+ Spec ajustement Transfert et chargement dilueuse Ajustement des
specifications Controle avant conditionnement Conditionnement
Activites AQ - Controles en ligne par les operateurs - Controles en
ligne par le laboratoire Controle
Par le laboratoire Controle
Par le laboratoire
Besoins Equipements Reacteur Reacteur Reacteur Dilueuse Dilueuse
Dilueuse
Conditionneur Conditionneur
Besoins personnels Operateur Operateur Operateur Operateur
Assistant labo Operateur
Assistant labo Operateur
Assistant labo
Besoins matieres Formule ERP Ajustements calcules d'apres les resultats
d'analyse Formule ERP Ajustements calcules d'apres les resultats
d'analyse - -
Architecture du systeme d'information
Le systeme d'information de production est construit autour de 3
sous-systemes : ERP, DCS et MES
L'ERP (Enterprise Resource Planning) assure la maitrise des procedes qui
definissent les segments de production incluant la formule de base, les
classes d'equipement et de personnel requises et les specifications
qualite. Du point de vue S88, le procede ERP peut etre considere comme
un intermediaire entre la recette maitre et la recette Site/Generale
tenant compte des besoins en ressources, mais simplifiant les elements
proceduraux.
Le DCS (Digital Control System) utilise un controleur de batch S88. Les
recettes maitres sont construites de facon a representer une vue
detaillee des procedes ERP. L'execution de la recette est synchronisee
par le DCS qui envoie des drapeaux a destination de la recette haut
niveau ERP/MES. De facon a respecter les contraintes actuelles de
securite du systeme de controle, aucune information de l'ERP n'est
transmise directement. Les ordres de production (10 par jour) sont
initialises et lances manuellement. Certaines unites sont conduites
manuellement.
Le "MES" (Manufacturing Execution System) est une plate-forme de
communication avec des applications complementaires. Il traite les
echanges de donnees et supervise les applications. Il a ete developpe
specialement par choix strategique plus que pour des raisons techniques.
Les applications sont generalement developpees specifiquement, a
l'exception du FCS (Finite Capacity Scheduling, logiciel
d'ordonnancement a capacite finie). Cette couche du systeme
d'information a ete concue pour etre totalement ``transparente'', ne
gerant que les configurations d'environnement et de securite d'acces.
Les donnees operationnelles sont toujours maitrisees par leur
proprietaire (application d'origine), qui est l'ERP dans la plupart des
cas. Ceci est indispensable pour assurer l'integrite du systeme et
reduire sa maintenance.
Le DCS ``pousse'' les donnees process dans la base de donnees de
production en temps reel ou a la fin de la production selon les besoins
du systeme.
Pilotage de la production
Plan de production initial de l'ERP
Le plan de production de l'ERP contient tous les ordres de production
valides. Un ordre de production est compose de :
L'information de planification de la production.
Elle inclut le plan de production (ce qui doit etre produit, quand et
comment) et les liens entre demandes de production, par exemple entre
ordres de conditionnement et de production.
Information de definition de production.
Elle inclut les regles de production, les exigences detaillees en
matieres, les exigences qualite, les exigences en classes d'equipements
et de personnel.
Elle est decoupee en Segments Produit selon les regles de production
(etapes et operations process). Les regles de production incluses dans
le plan de production sont interpretees par le FCS en utilisant des
etapes predefinies et parametrees.
L'information de capabilite de production est partagee entre l'ERP et le
FCS.
La capabilite matieres est geree directement par l'ERP. Il maintient la
liste des lots utilisables, leur emplacement, le mode de conditionnement
et les quantites pour chaque besoin elementaire.
La capabilite Equipement et Personnel est geree par le FCS
2 plans de production sont geres separement et contenus dans 2 bases de
donnees separees :
Le plan de production courant
Le plan de production simule utilise pour verifier la charge globale de
l'usine en regard de la capacite disponible pour le plan ferme et les
previsions court, moyen et long terme de l'ERP, en invoquant les
fonctions d'analyse de contrainte du FCS.
Ce modele ne correspond pas exactement au modele du projet actuel S95.01
(draft 11 June 1999):
Les exigences matieres sont supportees par un seul objet plutot que par
3 entites separees pour les matieres ``Produites'', ``Consommees'' et
``Consommables''.
Un objet separe supporte les exigences qualites au lieu de les
encapsuler dans le modele matieres. Cette conception a ete choisie parce
que plusieurs ordres de production pour le meme produit peuvent mettre
en ?uvre des exigences qualite differentes selon les exigences du
client. Le modele S95.01 model aurait pu etre applique, mais de facon
moins evidente.
Plan de production executable : complete par le Controle et le FCS
Le sujet de ce papier est presente ici. Les segments de production sont
decoupes en sous-segments generes pour chaque echantillon. Ceci permet
de gerer une information detaillee de production au niveau de
l'echantillon selon un schema tres simple.
L'echantillonnage est traite selon les exigences qualite. Les
ajustements matieres recommandes apres l'analyse de l'echantillon selon
les specifications des tests qualite sont introduits dans les exigences
matieres, automatiquement deployes au niveau de la ``sous-operation''
d'echantillonnage.
En plus de l'alteration des matieres par le controle qualite, ce modele
supporte les alterations de formule pour tenir compte des chargements
imprevus de matieres (dus aux ``sentiments'' de l'operateur, a un manque
des matieres requises, a une demande du service qualite...)
Le FCS traduit les exigences definies en classes d'equipements par l'ERP
en allocations specifiques (``Reacteur'' dans le plan de production
initial devient ``R151'' apres traitement par le FCS). Il definit les
exigences en personnel. Les ressources en equipement et personnel et
leur usage ainsi que La tracabilite des lots de matieres ne seront pas
davantage detaillees ici, etant exclu de la portee de cette
presentation.
Execution de la production et rapport vers l'ERP
L'information de production est enregistree dans la base de donnee de
l'Information de Production Courante pendant l'execution de la
production selon un model semblable au precedent.
A la fin de la production ou a la suite d'une demande particuliere,
l'information de production est transferee dans la base de donnee
separee de l'Information de Production Historique. Cette base de donnees
peut etre utilisee :
Comme reference en ligne du comportement actuel du procede par les
chimistes et les operateurs
Pour l'analyse hors ligne du comportement du procede, la recherche des
incoherences de transferts de matieres, les calculs d'utilisation des
equipements, l'analyse Pareto des defauts...
Au meme instant, le rapport d'execution de la production est envoye a
l'ERP. Il consiste en un jeu d'informations consolidees et validees a
partir de l'information detaillee de production. Cette information est
reduite pour correspondre aux besoins de l'ERP :
Activites des ressources : allocation des ressources, duree de chaque
segment de production (seule l'utilisation des equipements est renvoyee)
Transactions matieres. L'utilisation et la production des matieres est
reduite par lot, emplacement et categorie.
Resultats qualite : resultats d'analyse consolides pour le produit fini.
Ils comprennent les resultats des tests aussi bien que le statut qualite
pour la matiere produite.
On obtient ainsi une reponse concise a l'ordre de production de l'ERP,
tandis que l'information detaillee demeure disponible dans la base
d'information de production.
A nouveau, ce modele ne correspond pas exactement au modele S95.01 :
Les resultats qualite sont rapportes dans un objet separe (comme dans le
plan de production)
Les resultats qualite et les matieres sont rapportes a l'ordre de
production, et non au segment de production
Pilotage du controle qualite
Planification operationnelle du Controle Qualite
Les activites du laboratoire sont gerees de la meme facon que celles de
l'installation de production. Le laboratoire est traite comme une
Cellule Process et les echantillons sont consideres comme des ordres
d'analyse dans la planification des analyses. De cette maniere, le
laboratoire principal et les operateurs qui executent des analyses
particulieres d'auto-controle en ligne peuvent disposer de leur propre
planification independante.
La planification de la production, les segments de production et les
informations matieres sont cachees (mais disponibles) dans la
planification d'analyse, et l'on obtient une gestion integree, mais
independante de ces activites.
Les reponses d'analyse sont rapportees aux ordres d'analyse
correspondants (donnees courantes) et peuvent faire reference aux
resultats passes pour le meme produit et (optionnellement) le meme
equipement. Ceci permet une comparaison facile entre les resultats
actuels et les ajustements matieres avec les sessions de production
passees.
L'utilisation du FCS permettrait d'optimiser l'activite du laboratoire.
Conclusions
Le systeme presente offre un modele adapte tout en restant simple pour
integrer l'information de laboratoire dans l'information de production.
La solution developpee a partir de specifications controlees par
l'utilisateur correspond de pres aux besoins exprimes par le departement
de production tout en etant conforme aux besoins de l'ERP vis-a-vis de
l'information de production.
Une information complete et precise est disponible pour les formules
d'ajustement matieres. Chaque ajout matiere peut etre compare aux
proprietes physico-chimiques du produit obtenues pour les operations
process et l'echantillon qualite correspondant.
L'information necessaire reduite et validee est remontee a l'ERP tandis
que l'information detaillee est conservee au niveau du systeme de
production.
Le travail du laboratoire est gere efficacement, et pourrait etre
optimisee par un FCS
Le modele S95.01 n'est pas totalement implemente et respecte. Toutefois,
specifiee dans l'ignorance de ce standard, cette solution n'en est pas
si eloignee et aurait pu etre developpee en accord avec ses modeles
conceptuels.
Le principal benefice par rapport au precedent LIMS est un dialogue
efficace entre les unites de production et le laboratoire et la gestion
qualite centree sur l'ERP, ce qui simplifie enormement la gestion des
donnees de production.
Inversement, on peut mentionner quelques deficiences :
Principalement developpee a facon, l'architecture MES aurait pu etre
construite en utilisant des composants commerciaux disponibles. Ce choix
a conduit a des delais incontrolables, des incertitudes techniques et
des impasses en matieres de cout et de budget aussi bien pour
l'utilisateur final que le contractant. La societe qui a developpe les
composants du systeme a disparu avant la fin du projet. Le vendeur de
l'ERP a du prendre la responsabilite de terminer et supporter le
systeme.
Le systeme n'est pas un exemple d'integration totale, laissant le DCS
encore isole par rapport aux flux d'information descendants de l'ERP. Le
partage des responsabilites entre les systemes de Gestion et de Controle
n'a pas ete resolu : c'est un des principaux defis de la norme S95.01 !
Le systeme DCS a ete ecarte du projet. En raison d'une strategie floue
du vendeur du DCS ou d'incomprehensions, ses capacites de gestion de
Batch n'ont jamais ete prises en compte. Les operateurs doivent utiliser
2 logiciels differents et la synchronisation avec l'etat actuel du
process est encore geree manuellement.
Le standard S88 n'a jamais ete considere (hormis au niveau DCS). Le
modele physique est gere independamment dans 3 systemes (ERP, DCS, FCS)
Ainsi, le principal probleme de ce projet est son planning incontrole du
a une specification sans fin du systeme et un developpement a facon.
S'il devait etre repris, sa realisation pourrait etre consideree d'une
facon plus efficace :
Utiliser autant que possible des solutions commerciales developpee par
des editeurs fiables.
Il aurait ete preferable de considerer une utilisation extensive des
capacites de gestion batch du DCS, meme pour les unites conduites
manuellement.
Une equipe de projet plus consistante et un budget plus realiste
auraient probablement conduit a de meilleures options et assure un
controle de la planification du projet.
Nous esperons que les concepts de base exposes dans cette presentation
apporteront une contribution utile pour un bon nombre de projets
d'integration entre les mondes de la Gestion et de la Production.
Revised SAVEDATE \@ "MMM-yy" \* MERGEFORMAT Aug-99
Controle conditionnement Expeditions
Expeditions
Controle Stock Produits finis
Conditionnement
Production
Controle Reception et Stock
MP
Controle
en ligne et fin de production
Reception
Stock
Etendue de la presentation
LABO 1
Production unite A
Assurance Qualite
LABO 2
Production unite B
Echantillonnage, Specifications
Demande Statut qualite, Specifications
Affectation statut qualite
Auto-controle
Resultats, Corrections
Perturbations
Plan de production
Specifications Qualite
Prescriptions matieres
Prescriptions equipements
Execution de la production
Resultats et statut qualite
Matieres actuelles
Equipements actuels
Reacteur
Dilueuse
Matieres premieres
Chargement citernes
Production
Conditionnement
Expeditions
ERP : Gestion des donnees de l'Entreprise, Plan de Production
MES - Coordination entre unites
DCS - Systeme de controle avec controleur d'execution batch S88
Ordonnancement a capacite finie
Controle AQ
Controle Production (operations, matieres)
Pilote
Production et ordres d'analyse
Supervision des echanges de donnees
Base de donnees Information Production
Plan de Production
0..n
Demande ajustement matiere
Genere valeur pour
Correspond a
0..n
1..1
Ordre de Production
0..n
0..n
0..n
0..n
0..n
0..n
0..n
0..n
Ordre de Production
Exigence segment de production
Exigences Equipements (Classes)
Exigences matieres
Exigences Qualite
0..n
Peut etre lie a
0..n
0..n
0..n
Fourni les informations de calcul pour
0..n
0..n
Qualite Actuel
Matieres Actuel
Exigences matieres (actuel)
Ordres
d'analyse
Formules d'ajustement
Equipement Actuel
Exigences
Qualite
Exigences
matieres (initial)
Equipement et personnel
Exigence Segment de production
Ordre de Production
Plan de Production
Reponse segment
Reponse de Production
Production Executee
Correspond a
May refer to
0..n
Correspond a
Specification test qualite
1..1
Exigences matieres inattendues
1..1
1..1
0..n
Reponse de Production
0..n
Besoin matiere (initial)
0..n
May be reported on by
Specification test qualite
Reponse de
Production
Demande ajustement matiere
1..1
0..n
Demande analyse (echantillon)
Planification des analyses
Peut etre lie a
Peut faire l'objet d'un rapport par
1..1
Formule d'ajustement
Refers to
1..n
May contains
1..n
1..1
0..n
0..1
Resultat test qualite
Ordres Ajustements Matieres
Reponse analyse
Execution des analyses
0..n
Matieres premieres
Resultat
test qualite
Resultat test qualite
Reponse analyse
Historique des analyses
0..n
Peut correspondre a
Peut correspondre a
Matiere produite, Equipement utilise
1..1
0..n
Ajustement matiere (actuel)
0..n
Ajustement matiere (actuel)
May correspond to
May correspond to
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)