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ISA95, la norme du MES
26 janvier 2006, publie dans la revue MESURES
1. Pourquoi le MES ?
" Le MES " est ne de la volonte d'une association d'editeurs de
logiciels, le MESA ( HYPERLINK "http://www.mesa.org" www.mesa.org )
Les fonctionnalites presentees a travers ce concept n'ont toutefois pas
vu le jour spontanement a l'issue d'une demarche scientifique. Les
systemes d'information supportent depuis longtemps la gestion et
l'execution du travail dans les ateliers. Pour completer les capabilites
d'analyse, de reporting et d'extension fonctionnelle des superviseurs,
nous developpions des applications ad hoc avec Excel ou Access, ou bien
nous faisions appel a des solutions metier elaborees a couverture tres
specifique. Les " gestionnaires de batch " S88 ont traite assez
largement ces fonctions depuis une dizaine d'annee.
Ce qui etait nouveau, c'etait l'idee de faire d'un patchwork
d'applications diverses un " systeme " autonome a part entiere qu'on
vient " glisser " entre un systeme d'automatisme ringard et une ERP
dedaigneux.
Il y avait matiere a servir un marche qui semblait prometteur, autant
pour les editeurs que pour les integrateurs : combler les lacunes
apparentes des systemes existants pour mieux gerer l'execution
operationnelle de la mission de l'entreprise.
Depuis, les objectifs marketing ont ete atteints ou ont marque leurs
limites. Le MESA a abandonne sa mission d'evangelisation d'un tel
concept et se consacre dorenavant de facon plus generale a la promotion
des bonnes pratiques de gestion des operations de fabrication.
Penetration timide et tardive
En fait, le developpement du marche des solutions sur etageres MES n'a
pas connu l'explosion esperee lors du lancement du concept il y a plus
de 10 ans. Aujourd'hui encore, la majorite des applications font l'objet
de developpements specifiques cibles, menes de facon opportuniste sans
vision globale d'un systeme dont elles feraient partie. On peut citer
quelques-uns des obstacles rencontres par les industriels qui peuvent
expliquer leur reticence et les echecs (dans certaines entreprises,
l'acronyme MES est banni !) :
La persistance de la confusion liee au positionnement independant des
systemes proposes par les editeurs specialises entre les systemes de
controle et les ERPs, incompatible avec le partage reel des
responsabilites
la difficulte a generaliser des produits souvent issus de solutions
developpees pour des besoins verticaux, et a trouver un compromis
acceptable entre flexibilite et complexite
Les problemes et couts d'integration et de maintenance lies a la
multiplication des referentiels
Les difficultes a traiter des projets qui impactent des directions de
l'entreprise differentes dont le partage des roles et responsabilites
est rendu delicat du fait du recouvrement potentiel de nombreuses
fonctions
La necessite d'une vision globale depuis les aspects les plus
operationnels de transformation de la matiere jusqu'aux processus de
developpement des produits, de planification et de pilotage decisionnel
multi-niveaux
Le positionnement souvent exclusif des projets sur un angle operationnel
(sponsorises par les responsables de fabrication) ou strategique
(sponsorises par la direction de l'entreprise)
Une justification economique delicate, controversee pour les projets a
dominante operationnelle (le gain reel lie a l'augmentation de cadence
d'une ligne de fabrication) ou difficile a mesurer pour les projets a
dominante strategique (l'augmentation des ventes liee a l'amelioration
de la satisfaction client, pour la part correspondant a l'amelioration
de la planification)
Les performances parfois redhibitoires des systemes concus sur des
hypotheses irrealistes et mal justifiees, ou sur des bases
d'urbanisation inadaptees
...
Regain d'interet
Sans pouvoir donner de chiffres pour etayer une observation subjective,
les entreprises sont plus attentives aujourd'hui, et on parle du MES
aujourd'hui plus que jamais. Bien entendu, ce sont les offreurs et non
les clients qui en parlent le plus, mais les entreprises ont de vraies
et bonnes raisons de s'y interesser. Certains arguments sont rabaches,
mais ils sont plus que de simples accroches marketing.
Voici quelques un des mots qui reviennent le plus souvent chez les
sponsors strategiques :
Anticipation
Repondre a la demande de nouveaux produits en permettant un
developpement plus facile et plus rapide
Adaptabilite
Evoluer avec les besoins et les contraintes du marche en adaptant le
modele operationnel le plus efficace pour repondre a la demande
Flexibilite
Repondre a la variabilite de la demande et en tirer profit face a la
concurrence
Reactivite
Maitriser la loi de Murphy pour traiter les aleas des flux interne et
externe (cote fournisseurs et clients)
Collaboration
Assurer un fonctionnement harmonieux de tous les composants du systeme
industriel
Gestion
Assurer le relais de la strategie commerciale de l'entreprise a tous ses
niveaux pour un profit maximal
Du cote des sponsors operationnels, on entend :
Economie
Reduction des charges operationnelles, des couts matieres, des
immobilisations
Productivite
Augmenter les regimes de production d'une installation existante pour
pouvoir differer un investissement ou desinvestir
Tracabilite
Etablir un historique precis de l'elaboration des produits incluant la
contribution des ressources aux fins d'amelioration des process, de la
qualite et de la reponse aux exigences reglementaires
Rationalisation
Mettre de l'ordre dans les systemes d'information (certaines grandes
entreprises ont recense plusieurs centaines d'applications actives dont
la maintenance s'avere couteuse et complexe)
Dans la plupart des cas, la veritable justification susceptible de
liberer des credits suffisants concerne les aspects de la dynamique de
planification multi-etagee cites par les responsables strategiques
(Anticipation / Adaptabilite / Flexibilite / Reactivite).
De l'autre cote, les niveaux de performance statique (economie /
productivite) deja atteints par l'industrie sont depuis longtemps
proches de l'asymptote et la contribution des systemes informatiques est
plus difficile a percevoir objectivement sur ce point surtout face a un
marche plus sensible a l'innovation et a la qualite qu'a l'abondance.
Ceci contraste avec la mode actuelle de l'OEE - Overall Equipment
Effectiveness (TRS " Taux de Rendement Synthetique en Francais), mais
ceci est un autre debat...
2. La Reponse MES
Definition Fonctionnelle et Plate-forme technique
Face a ces objectifs, un projet " MES " propose de definir le role des
systemes d'information pour assister le niveau operationnel de
l'activite de l'entreprise manufacturiere. La definition fonctionnelle
du MES doit concilier de facon classique :
l'aptitude a capter les besoins et leurs evolutions dans un cadre
comprehensible et coherent
L'independance vis-a-vis de la solution : ne pas contraindre la
reflexion avec des a priori technologiques
La faisabilite vis-a-vis de la solution : ne pas fixer des directives
impossibles a prendre en compte par la solution
Dans ce contexte, on parle de " Projet MES " dont la mise en ?uvre
repose bien souvent sur plusieurs systemes ou applications, existants ou
a construire, et non de " systeme MES " qui supposerait qu'une solution
integree pourrait couvrir les besoins. Sans nier la pertinence de
solutions concues pour adresser plus particulierement ce domaine,
l'urbanisation des fonctionnalites du projet doit faire l'objet d'un
debat serein en tenant compte des systemes existants et en ayant a
l'esprit l'ensemble du cycle de vie des systemes d'information de
l'entreprise.
Un decouplage fort entre la definition fonctionnelle et la plateforme
technique s'avere essentiel, avec des responsabilites bien
differenciees.
Relations avec le Controle Commande
A titre d'exemple, de nombreux projets MES se positionnent " au-dessus "
et independamment du controle-commande malgre l'interaction etroite
entre l'animation du systeme de production et les processus de gestion
qui le pilotent. On en arrive parfois a des situations etranges ou
l'animation automatisee du systeme de production repose sur un systeme
de controle traditionnel (SNCC, automates+SCADA) et ou l'interaction
avec l'operateur devant effectuer la saisie manuelle d'un composant est
elle traitee dans un autre systeme dit " MES ". Il va sans dire que la
stabilite, l'integrite, l'exploitation et la maintenance d'une telle
construction qui disperse une entite fonctionnelle a l'origine coherente
est delicate...
Specificites des projets MES
La comparaison d'un projet MES avec d'autres projets d'informatique
industrielle tels que la mise en ?uvre d'un ERP et celle d'un systeme de
controle est interessante :
Un systeme de controle est une boite vide dans laquelle on " fait
rentrer " l'application, concue de facon totalement specifique. Le
systeme contraint peu la reflexion, et le concepteur doit developper
tous les aspects de la solution, au mieux en s'appuyant sur des
standards (ISA88, methodes internes et classes d'objets logiciels
correspondants )
Un ERP est un logiciel configurable offrant une large couverture
fonctionnelle limitant les developpements specifiques au profit du
parametrage.
Le positionnement ambigu des solutions MES sur etagere ne donne pas de
reponse definitive : certains ont tendance a se positionner comme des
ERPs, c'est a dire a fournir une application parametrable pouvant etre
rapidement mise en ?uvre dans un contexte bien determine. D'autres
offrent des solutions flexibles, ressemblant davantage a des boites a
outils ou des L4G qu'a des solutions pretes a l'emploi.
Si l'on considere les types d'industries adresses, on trouvera des
solutions metier abouties qui seront parametrees pour s'adapter a
l'entreprise qui se conformera tres etroitement a leurs directives
d'integration aussi bien que des developpements totalement specifiques.
Bien qu'il soit possible pour un industriel de definir une approche
strategique stable pour piloter les developpements informatiques autour
du systeme de production, le niveau general de maturite dans ce domaine
ne permet pas encore d'etre assure d'une convergence de l'offre et des
pratiques d'integration meme si la norme ISA95 apporte quelques elements
de reference pour clarifier la situation (voir notre conclusion en fin
d'article).
Angles de vue fonctionnels
La definition fonctionnelle MES peut etre envisagee a partir de
differents angles de vue tels que ceux cites ci-dessous. On se rend
ainsi mieux compte de la portee et des enjeux veritables et de
l'importance d'une reflexion globale, sachant qu'une vision etroite et
polarisee est une cause majeure d'echec.
Ces angles de vue ne correspondent pas necessairement une structure de
definition, et de nombreuses fonctions ou processus ne peuvent s'inclure
exclusivement dans une dimension citee.
Par contre, ils sont tres utiles pour orienter le processus de recueil
du besoin en tenant compte des roles des interlocuteurs.
Responsabilite globale
Selon le cote de la frontiere B2M : Gestion ou Execution
Selon le domaine d'exploitation : Production, Maintenance, Qualite,
Stocks, Logistique...
Hierarchie decisionnelle
Niveau de responsabilite specifique, base sur l'organisation physique de
l'entreprise : poste de travail, atelier, zone, site, groupe...
Niveau de maturite
On considere generalement la progression suivante vers l'excellence
industrielle, correspondant generalement a des besoins fonctionnels
specifiques :
Visualiser : offrir une visibilite du systeme de production aux
differents utilisateurs (rapports, bilans, indicateurs de performance)
(de bas en haut)
Piloter : integrer les processus decisionnels (de haut en bas)
Optimiser : tirer parti de l'information pour ameliorer les performances
Definition temporelle
S'agissant de gerer l'execution des missions confiees par le systeme de
gestion, on pourra considerer les fonctions selon qu'elles sont
Statiques, concernant les referentiels tels que
Les donnees techniques
Les informations partagees sur les ressources
Dynamiques, intervenant :
Avant (ordonnancer...)
Pendant (realiser le travail, collecter l'information...)
Apres (etablir des rapports, construire et presenter des indicateurs...)
l'accomplissement du travail
3. La Norme ISA 95
Bien que l'acronyme ne soit pas pratiquement pas mentionne, la norme
ISA95 est la seule a traiter reellement du MES. Elle est devenue
rapidement une reference essentielle pour les systemes d'information
pour l'execution de la production. Elle traite 2 sujets principaux,
positionnes de facon differentes :
les echanges d'information entre gestion et execution et au sein du
systeme de production. Cet aspect est traite sous l'angle normatif dans
le sens ou l'on vise un certain niveau d'interoperabilite entre les
applications conformes a la norme nativement ou par l'intermediaire d'un
adaptateur. Il represente l'essentiel de la norme.
La definition fonctionnelle de la gestion de l'execution des activites
liees a la production. Cet aspect represente davantage un effort de
vulgarisation d'un modele de conception fonctionnel dont le cadre est
adapte a la definition de besoin pour faciliter la comprehension entre
les parties concernee plus qu'a la construction d'un systeme " conforme
". Il ne concerne que la partie 3 qui pourrait d'ailleurs servir
d'introduction a l'ensemble de la norme.
La norme s'est organisee autour d'une " frontiere " entre 2 mondes de
l'entreprise : la Gestion et l'Execution (B2M : Business To
Manufacturing).
Ainsi, on ne parle pas d'un systeme plus ou moins integre charge de
prendre en compte un maximum de fonctionnalites predefinies, mais plutot
de fonctions diverses grossierement localisees dans la partie 1 et
longuement explicitees dans la partie 3, dont certaines sont tres
complexes (optimisation de l'ordonnancement), d'autres totalement liees
au metier (definition des produits et execution), d'autres encore assez
generiques (planification du travail, gestion des ressources,
reporting). Ces fonctions, qui peuvent s'adresser aux responsables de
part et d'autre de la frontiere B2M (et dont l'interoperabilite peut
necessiter des echanges d'information) sont a couvrir en fonction des
besoins et deployees dans des systemes existants (SNCC, ERP, SNCC, GMAO,
GED, PDM...) des applications specifiques ou dans des solutions
packagees telles que les offres " MES " du marche.
La norme comprend actuellement 6 parties, dont les 3 dernieres sont en
cours de developpement, auxquelles il faut ajouter la specification
B2MML. Nous nous bornerons ici a resumer la portee de chacun de ces
documents.
Les parties publiees par l'ISO/IEC6264 sont citees sans etre precisees,
leur contenu est identique pour l'essentiel. Moins connues, elles
apportent la reconnaissance des instances de normalisation
internationale a un effort sanctionne par la normalisation americaine
(ANSI) mais mene par un panel largement mondial d'experts au sein de
l'ISA HYPERLINK "http://www.isa.org" www.isa.org (section France
HYPERLINK "http://www.isa-france.org" www.isa-france.org )
ANSI/ISA95.00.01: 2000 Enterprise - Control System Integration Part 1:
Models and Terminology
Egalement IEC/ISO 62264-1: 2003
Sur la base d'une modelisation rigoureuse, cette partie de la norme
decrit les structures de donnees capables de supporter les echanges
d'information entre un systeme operationnel mobilisant des ressources
physiques (personnes, equipements, matieres) et un systeme de
planification. La figure ci-dessous montre comment ces structures
interviennent dans les 3 cycles de vie du produit, des installations de
production et de planification operationnelle de la fabrication.
ISA95 et les 3 cycles de vie d'un systeme de production industrielle. La
norme traite l'information sur ces 3 cycles, la notion de segment de
production apparait comme l'element d'integration essentiel.
ANSI/ISA95.00.02: 2001 Enterprise - Control System Integration Part 2:
Data Structures and Attributes
Egalement IEC/ISO 62264-2: 2004
Cette partie de la norme complete les modeles de la partie 1 en
definissant les attributs essentiels de chaque objet de donnees.
ANSI/ISA95.00.03: 2005 Enterprise - Control System Integration Part 3:
Activity Models of Manufacturing Operations Management
Focalisee a l'origine sur les besoins de communication entre production
et gestion, la norme ISA95 a du s'interesser de pres aux aspects
fonctionnels du pilotage de la production industrielle au-dela de la
seule transformation de la matiere. Le modele MESA s'est revele
insuffisant, et la norme a du elaborer un nouveau modele global des
operations de production, publie recemment dans la troisieme partie de
la norme. Ce modele a beneficie d'une large base d'experience pour
aboutir a une structuration tridimensionnelle des fonctions d'execution
:
Les domaines d'exploitation : production, maintenance, qualite,
stocks...
Les activites de gestion de l'exploitation : gestion des ressources, des
definitions du travail, ordonnancement et dispatching, execution du
travail, collecte des donnees, analyse du travail, suivi et reporting
Les fonctions support : gestion de l'information, des configurations, de
la documentation, de la securite...
Meta-modele des activites defini dans l'ISA95 partie 3, applicable quel
que soit le domaine d'exploitation (production, maintenance, qualite,
stocks...). Les activites sont placees dans l'espace temporel
(avant/pendant/apres le travail + Donnees de Reference) dans lequel elle
interviennent principalement
ISA draft 95.00.04 Enterprise - Control System Integration Part 4:
Object Models and Attributes of Manufacturing Operations Management
(en developpement)
Le nouveau perimetre de la norme ouvert par la partie 3 a mis en
evidence l'incompletude des modeles de la partie 1. Cette norme va
completer les modeles de donnees pour traiter :
les echanges d'information verticaux entre gestion et execution pour les
operations de maintenance, qualite, stocks en plus de la production
(definie dans la partie 1)
les echanges d'information horizontaux entre les domaines d'exploitation
de la production, maintenance, qualite, stocks
Quelques exemples de flux d'information entre domaines d'exploitation
(tire du draft de la norme en cours de redaction).
ISA draft 95.00.05 Enterprise - Control System Integration Part 5:
Business to Manufacturing Transactions
(en cours de publication)
Cette partie de la norme definit un modele transactionnel pour les
echanges d'information entre gestion et execution. Elle complete les
parties 1 et 2 pour definir des messages d'information bases sur les
structures de ces normes.
La figure ci-dessous montre un scenario mettant en ?uvre des echanges
d'information bases sur ce modele.
Exemple de transactions B2M tire de la norme en cours d'approbation. Le
systeme ERP envoie un programme de production, le MOM " Manufacturing
Operation Management " rapporte le travail effectue. Le verbe ISA95 "
PROCESS " permet de traiter des transactions " PUSH " qui place le
possesseur de l'information en maitre du processus d'echange.. (Les
modeles PULL et PUBLISH sont egalement supportes)
ISA draft 95.00.06 Enterprise - Control System Integration Part 6:
Manufacturing Operations Management Transactions
(en developpement)
Cette derniere partie de la norme completera la partie 5, basee sur la
partie 1 de la norme pour prendre en compte les extensions des
structures de donnees definies dans la partie 4 et donc traiter les
transactions relatives a la maintenance, a la qualite et aux stocks
B2MML - Business to Manufacturing Markup Language
Un groupe de travail specifique s'est forme au sein du comite SP95,
(mais sous la responsabilite du World Batch Forum HYPERLINK
"http://www.wbf.org" www.wbf.org ) pour creer un ensemble de schemas
XML conformes a la norme ISA95 partie 2. Ces schemas permettent de creer
et valider des fichiers de donnees XML dont la forme et le contenu
pourra etre facilement reconnu et interprete par des systemes
collaboratifs.
Implementation XML/B2MML du modele ISA95 " Personnel ". On voit ici la
representation graphique XMLSpy (un logiciel de conception XML) du
fichier de definition (Schema) XML (niveau superieur de la structure de
donnees)
4. Adoption de la norme
Avec un certain retard, le MES semble reellement decoller en France, en
meme temps que la connaissance de l'existence de la norme ISA95. Cette
norme se presente opportunement pour faciliter le partage d'une vision
commune et coherente du MES (un ensemble de fonctions, pas un systeme)
et offrir une base pour un premier niveau d'interoperabilite entre les
systemes charges de realiser ces fonctions.
La position prospective vis-a-vis de la norme des differents acteurs
concernes est resumee ci-dessous. Ces informations sont extrapolees a
partir des observations recueillies en participant a des projets ou
pendant l'animation de stages de formation. Au-dela des perspectives
enoncees, quelle que soit la position de l'interlocuteur, chacun
s'accorde a reconnaitre l'interet de la norme.
Les editeurs
Acteurs essentiels du developpement de la norme, les editeurs ont pour
la plupart attendu l'eveil du marche pour commencer a fournir de
veritables interfaces basees sur la norme. L'engagement de SAP, premier
editeur ERP a offrir une interface B2MML, et l'engagement de grands
industriels (NESTLE, P&G, ARLA Foods...) a precipite les choses, et il
ne fait aucun doute que la norme s'installe durablement pour aider a
faire communiquer les ERPs avec l'usine.
Ceci concerne en premier lieu l'aspect echange d'information. Le modele
des activites de la partie 3 quand a lui remplace le modele MESA pour
expliciter la couverture fonctionnelle des solutions du marche.
Les integrateurs
La norme est beaucoup moins connue du cote des integrateurs qui la
decouvrent souvent par leur clients industriels. Lorsque la connaissance
de ces derniers ne vas pas au-dela de la lecture de quelques articles,
le debat s'arrete la, car le cout et le risque lies aux changements de
pratiques de sont pas neutres. L'integrateur moins experimente peut etre
tente de s'appuyer sur la norme pour accelerer sa courbe d'apprentissage
Les industriels
La norme est veritablement poussee par les industriels qui sont les
premiers beneficiaires potentiels de la reduction des difficultes
d'integration et du cout de possession des systemes. A ce jour, seuls
les grands groupes qui traitent ce probleme plus globalement se sont
veritablement engages. Le surcout apparent de la construction d'un
systeme prenant appui sur la norme est moins souvent place en regard du
cout reel du systeme deploye et de sa maintenance par les societes de
taille moyenne ou petite. La maturite progressant du cote des grands
industriels et des editeurs, le reste du marche devrait suivre en
profitant de la reduction du risque et des couts.
5. Conclusion
Ou va le MES ?
Dans la foulee de l'essor de l'Internet, l'informatique a pris un virage
important vers les " Architectures Orientees Service " c'est-a-dire
l'independance totale des composants applicatif d'un systeme assemble a
la demande lors de l'integration, et meme dynamiquement en fonction des
besoins. L'orchestration des services permettra de definir de facon
reproductible les meilleures pratiques de collaboration elaborees sans
contraintes par l'intelligence des hommes alimentee par une information
ajustee au profil du decisionnaire quelque soit son niveau.
L'informatique industrielle n'a aucune raison de demeurer en reste, et
le systeme de production ira meme jusqu'a offrir des " Service Process "
assembles a la demande pour generer la sequence d'automatisme
d'elaboration du produit de la meme facon.
Utopie ? C'est exactement ce que permet deja la convergence des normes
ISA95 (pour les ressources) et ISA88 (pour le fonctionnel). Il nous
reste a attendre qu'une pression suffisante s'exerce sur les entreprises
pour qu'elles realisent le potentiel considerable de progres que ces
normes representent. Il est rare que la technique soit en avance sur les
besoins... Les T-Shirt chinois sont encore trop chers.
En attendant
Si la machine a permis de soulager l'homme physiquement, l'informatique
bien au contraire lui fournit de la matiere a reflechir pour agir
toujours plus efficacement. Effectivement, contrairement a certaines
idees recues, la mise en place ou l'amelioration d'un systeme
d'information se traduit par une augmentation des ressources humaines
necessaires pour l'exploiter. Si certaines de ces ressources, liees a la
maintenance ordinaire n'apportent pas de valeur directe, l'utilisation
des systemes d'information entraine un accroissement sensible de
l'activite decisionnelle et doit logiquement correspondre a un gisement
de valeur considerable. Mais attention aux elements de motivation des
decisionnaires et a la pertinence des informations fournies qui peuvent
conduire a un resultat inverse.
Plus que jamais, on doit s'appuyer sur l'intelligence, la maitrise de la
connaissance et la motivation pour determiner les meilleures pratiques
que les systemes d'information (systeme nerveux de l'entreprise, mais
pas squelette, ni muscles, ni cerveau) devront contribuer a supporter.
Une vision claire et ambitieuse permettra d'alimenter la motivation
necessaire pour catalyser cette intelligence et definir la feuille de
route des systemes d'information sur une trajectoire de progres
permanent tirant parti de la technologie disponible.
Jean Vieille
Conseiller en systemes d'information de production
Membres de comites SP88, SP95 et B2MML
HYPERLINK "http://www.psynapses.net" www.psynapses.net HYPERLINK
"mailto:jean.vieille@isa-france.org" jean.vieille@isa-france.org
S95 : Exigences Segment
S95 : Schedule
Programme de Production
S95 : Segments Process
S95: Ressources
Ingenierie Ressources
S95 : Capabilites de Production
S95 : Segments Produit
S95 : Definition produit
Ingenierie Produit
26 janvier 2006, publie dans la revue MESURES
1. Pourquoi le MES ?
" Le MES " est ne de la volonte d'une association d'editeurs de
logiciels, le MESA ( HYPERLINK "http://www.mesa.org" www.mesa.org )
Les fonctionnalites presentees a travers ce concept n'ont toutefois pas
vu le jour spontanement a l'issue d'une demarche scientifique. Les
systemes d'information supportent depuis longtemps la gestion et
l'execution du travail dans les ateliers. Pour completer les capabilites
d'analyse, de reporting et d'extension fonctionnelle des superviseurs,
nous developpions des applications ad hoc avec Excel ou Access, ou bien
nous faisions appel a des solutions metier elaborees a couverture tres
specifique. Les " gestionnaires de batch " S88 ont traite assez
largement ces fonctions depuis une dizaine d'annee.
Ce qui etait nouveau, c'etait l'idee de faire d'un patchwork
d'applications diverses un " systeme " autonome a part entiere qu'on
vient " glisser " entre un systeme d'automatisme ringard et une ERP
dedaigneux.
Il y avait matiere a servir un marche qui semblait prometteur, autant
pour les editeurs que pour les integrateurs : combler les lacunes
apparentes des systemes existants pour mieux gerer l'execution
operationnelle de la mission de l'entreprise.
Depuis, les objectifs marketing ont ete atteints ou ont marque leurs
limites. Le MESA a abandonne sa mission d'evangelisation d'un tel
concept et se consacre dorenavant de facon plus generale a la promotion
des bonnes pratiques de gestion des operations de fabrication.
Penetration timide et tardive
En fait, le developpement du marche des solutions sur etageres MES n'a
pas connu l'explosion esperee lors du lancement du concept il y a plus
de 10 ans. Aujourd'hui encore, la majorite des applications font l'objet
de developpements specifiques cibles, menes de facon opportuniste sans
vision globale d'un systeme dont elles feraient partie. On peut citer
quelques-uns des obstacles rencontres par les industriels qui peuvent
expliquer leur reticence et les echecs (dans certaines entreprises,
l'acronyme MES est banni !) :
La persistance de la confusion liee au positionnement independant des
systemes proposes par les editeurs specialises entre les systemes de
controle et les ERPs, incompatible avec le partage reel des
responsabilites
la difficulte a generaliser des produits souvent issus de solutions
developpees pour des besoins verticaux, et a trouver un compromis
acceptable entre flexibilite et complexite
Les problemes et couts d'integration et de maintenance lies a la
multiplication des referentiels
Les difficultes a traiter des projets qui impactent des directions de
l'entreprise differentes dont le partage des roles et responsabilites
est rendu delicat du fait du recouvrement potentiel de nombreuses
fonctions
La necessite d'une vision globale depuis les aspects les plus
operationnels de transformation de la matiere jusqu'aux processus de
developpement des produits, de planification et de pilotage decisionnel
multi-niveaux
Le positionnement souvent exclusif des projets sur un angle operationnel
(sponsorises par les responsables de fabrication) ou strategique
(sponsorises par la direction de l'entreprise)
Une justification economique delicate, controversee pour les projets a
dominante operationnelle (le gain reel lie a l'augmentation de cadence
d'une ligne de fabrication) ou difficile a mesurer pour les projets a
dominante strategique (l'augmentation des ventes liee a l'amelioration
de la satisfaction client, pour la part correspondant a l'amelioration
de la planification)
Les performances parfois redhibitoires des systemes concus sur des
hypotheses irrealistes et mal justifiees, ou sur des bases
d'urbanisation inadaptees
...
Regain d'interet
Sans pouvoir donner de chiffres pour etayer une observation subjective,
les entreprises sont plus attentives aujourd'hui, et on parle du MES
aujourd'hui plus que jamais. Bien entendu, ce sont les offreurs et non
les clients qui en parlent le plus, mais les entreprises ont de vraies
et bonnes raisons de s'y interesser. Certains arguments sont rabaches,
mais ils sont plus que de simples accroches marketing.
Voici quelques un des mots qui reviennent le plus souvent chez les
sponsors strategiques :
Anticipation
Repondre a la demande de nouveaux produits en permettant un
developpement plus facile et plus rapide
Adaptabilite
Evoluer avec les besoins et les contraintes du marche en adaptant le
modele operationnel le plus efficace pour repondre a la demande
Flexibilite
Repondre a la variabilite de la demande et en tirer profit face a la
concurrence
Reactivite
Maitriser la loi de Murphy pour traiter les aleas des flux interne et
externe (cote fournisseurs et clients)
Collaboration
Assurer un fonctionnement harmonieux de tous les composants du systeme
industriel
Gestion
Assurer le relais de la strategie commerciale de l'entreprise a tous ses
niveaux pour un profit maximal
Du cote des sponsors operationnels, on entend :
Economie
Reduction des charges operationnelles, des couts matieres, des
immobilisations
Productivite
Augmenter les regimes de production d'une installation existante pour
pouvoir differer un investissement ou desinvestir
Tracabilite
Etablir un historique precis de l'elaboration des produits incluant la
contribution des ressources aux fins d'amelioration des process, de la
qualite et de la reponse aux exigences reglementaires
Rationalisation
Mettre de l'ordre dans les systemes d'information (certaines grandes
entreprises ont recense plusieurs centaines d'applications actives dont
la maintenance s'avere couteuse et complexe)
Dans la plupart des cas, la veritable justification susceptible de
liberer des credits suffisants concerne les aspects de la dynamique de
planification multi-etagee cites par les responsables strategiques
(Anticipation / Adaptabilite / Flexibilite / Reactivite).
De l'autre cote, les niveaux de performance statique (economie /
productivite) deja atteints par l'industrie sont depuis longtemps
proches de l'asymptote et la contribution des systemes informatiques est
plus difficile a percevoir objectivement sur ce point surtout face a un
marche plus sensible a l'innovation et a la qualite qu'a l'abondance.
Ceci contraste avec la mode actuelle de l'OEE - Overall Equipment
Effectiveness (TRS " Taux de Rendement Synthetique en Francais), mais
ceci est un autre debat...
2. La Reponse MES
Definition Fonctionnelle et Plate-forme technique
Face a ces objectifs, un projet " MES " propose de definir le role des
systemes d'information pour assister le niveau operationnel de
l'activite de l'entreprise manufacturiere. La definition fonctionnelle
du MES doit concilier de facon classique :
l'aptitude a capter les besoins et leurs evolutions dans un cadre
comprehensible et coherent
L'independance vis-a-vis de la solution : ne pas contraindre la
reflexion avec des a priori technologiques
La faisabilite vis-a-vis de la solution : ne pas fixer des directives
impossibles a prendre en compte par la solution
Dans ce contexte, on parle de " Projet MES " dont la mise en ?uvre
repose bien souvent sur plusieurs systemes ou applications, existants ou
a construire, et non de " systeme MES " qui supposerait qu'une solution
integree pourrait couvrir les besoins. Sans nier la pertinence de
solutions concues pour adresser plus particulierement ce domaine,
l'urbanisation des fonctionnalites du projet doit faire l'objet d'un
debat serein en tenant compte des systemes existants et en ayant a
l'esprit l'ensemble du cycle de vie des systemes d'information de
l'entreprise.
Un decouplage fort entre la definition fonctionnelle et la plateforme
technique s'avere essentiel, avec des responsabilites bien
differenciees.
Relations avec le Controle Commande
A titre d'exemple, de nombreux projets MES se positionnent " au-dessus "
et independamment du controle-commande malgre l'interaction etroite
entre l'animation du systeme de production et les processus de gestion
qui le pilotent. On en arrive parfois a des situations etranges ou
l'animation automatisee du systeme de production repose sur un systeme
de controle traditionnel (SNCC, automates+SCADA) et ou l'interaction
avec l'operateur devant effectuer la saisie manuelle d'un composant est
elle traitee dans un autre systeme dit " MES ". Il va sans dire que la
stabilite, l'integrite, l'exploitation et la maintenance d'une telle
construction qui disperse une entite fonctionnelle a l'origine coherente
est delicate...
Specificites des projets MES
La comparaison d'un projet MES avec d'autres projets d'informatique
industrielle tels que la mise en ?uvre d'un ERP et celle d'un systeme de
controle est interessante :
Un systeme de controle est une boite vide dans laquelle on " fait
rentrer " l'application, concue de facon totalement specifique. Le
systeme contraint peu la reflexion, et le concepteur doit developper
tous les aspects de la solution, au mieux en s'appuyant sur des
standards (ISA88, methodes internes et classes d'objets logiciels
correspondants )
Un ERP est un logiciel configurable offrant une large couverture
fonctionnelle limitant les developpements specifiques au profit du
parametrage.
Le positionnement ambigu des solutions MES sur etagere ne donne pas de
reponse definitive : certains ont tendance a se positionner comme des
ERPs, c'est a dire a fournir une application parametrable pouvant etre
rapidement mise en ?uvre dans un contexte bien determine. D'autres
offrent des solutions flexibles, ressemblant davantage a des boites a
outils ou des L4G qu'a des solutions pretes a l'emploi.
Si l'on considere les types d'industries adresses, on trouvera des
solutions metier abouties qui seront parametrees pour s'adapter a
l'entreprise qui se conformera tres etroitement a leurs directives
d'integration aussi bien que des developpements totalement specifiques.
Bien qu'il soit possible pour un industriel de definir une approche
strategique stable pour piloter les developpements informatiques autour
du systeme de production, le niveau general de maturite dans ce domaine
ne permet pas encore d'etre assure d'une convergence de l'offre et des
pratiques d'integration meme si la norme ISA95 apporte quelques elements
de reference pour clarifier la situation (voir notre conclusion en fin
d'article).
Angles de vue fonctionnels
La definition fonctionnelle MES peut etre envisagee a partir de
differents angles de vue tels que ceux cites ci-dessous. On se rend
ainsi mieux compte de la portee et des enjeux veritables et de
l'importance d'une reflexion globale, sachant qu'une vision etroite et
polarisee est une cause majeure d'echec.
Ces angles de vue ne correspondent pas necessairement une structure de
definition, et de nombreuses fonctions ou processus ne peuvent s'inclure
exclusivement dans une dimension citee.
Par contre, ils sont tres utiles pour orienter le processus de recueil
du besoin en tenant compte des roles des interlocuteurs.
Responsabilite globale
Selon le cote de la frontiere B2M : Gestion ou Execution
Selon le domaine d'exploitation : Production, Maintenance, Qualite,
Stocks, Logistique...
Hierarchie decisionnelle
Niveau de responsabilite specifique, base sur l'organisation physique de
l'entreprise : poste de travail, atelier, zone, site, groupe...
Niveau de maturite
On considere generalement la progression suivante vers l'excellence
industrielle, correspondant generalement a des besoins fonctionnels
specifiques :
Visualiser : offrir une visibilite du systeme de production aux
differents utilisateurs (rapports, bilans, indicateurs de performance)
(de bas en haut)
Piloter : integrer les processus decisionnels (de haut en bas)
Optimiser : tirer parti de l'information pour ameliorer les performances
Definition temporelle
S'agissant de gerer l'execution des missions confiees par le systeme de
gestion, on pourra considerer les fonctions selon qu'elles sont
Statiques, concernant les referentiels tels que
Les donnees techniques
Les informations partagees sur les ressources
Dynamiques, intervenant :
Avant (ordonnancer...)
Pendant (realiser le travail, collecter l'information...)
Apres (etablir des rapports, construire et presenter des indicateurs...)
l'accomplissement du travail
3. La Norme ISA 95
Bien que l'acronyme ne soit pas pratiquement pas mentionne, la norme
ISA95 est la seule a traiter reellement du MES. Elle est devenue
rapidement une reference essentielle pour les systemes d'information
pour l'execution de la production. Elle traite 2 sujets principaux,
positionnes de facon differentes :
les echanges d'information entre gestion et execution et au sein du
systeme de production. Cet aspect est traite sous l'angle normatif dans
le sens ou l'on vise un certain niveau d'interoperabilite entre les
applications conformes a la norme nativement ou par l'intermediaire d'un
adaptateur. Il represente l'essentiel de la norme.
La definition fonctionnelle de la gestion de l'execution des activites
liees a la production. Cet aspect represente davantage un effort de
vulgarisation d'un modele de conception fonctionnel dont le cadre est
adapte a la definition de besoin pour faciliter la comprehension entre
les parties concernee plus qu'a la construction d'un systeme " conforme
". Il ne concerne que la partie 3 qui pourrait d'ailleurs servir
d'introduction a l'ensemble de la norme.
La norme s'est organisee autour d'une " frontiere " entre 2 mondes de
l'entreprise : la Gestion et l'Execution (B2M : Business To
Manufacturing).
Ainsi, on ne parle pas d'un systeme plus ou moins integre charge de
prendre en compte un maximum de fonctionnalites predefinies, mais plutot
de fonctions diverses grossierement localisees dans la partie 1 et
longuement explicitees dans la partie 3, dont certaines sont tres
complexes (optimisation de l'ordonnancement), d'autres totalement liees
au metier (definition des produits et execution), d'autres encore assez
generiques (planification du travail, gestion des ressources,
reporting). Ces fonctions, qui peuvent s'adresser aux responsables de
part et d'autre de la frontiere B2M (et dont l'interoperabilite peut
necessiter des echanges d'information) sont a couvrir en fonction des
besoins et deployees dans des systemes existants (SNCC, ERP, SNCC, GMAO,
GED, PDM...) des applications specifiques ou dans des solutions
packagees telles que les offres " MES " du marche.
La norme comprend actuellement 6 parties, dont les 3 dernieres sont en
cours de developpement, auxquelles il faut ajouter la specification
B2MML. Nous nous bornerons ici a resumer la portee de chacun de ces
documents.
Les parties publiees par l'ISO/IEC6264 sont citees sans etre precisees,
leur contenu est identique pour l'essentiel. Moins connues, elles
apportent la reconnaissance des instances de normalisation
internationale a un effort sanctionne par la normalisation americaine
(ANSI) mais mene par un panel largement mondial d'experts au sein de
l'ISA HYPERLINK "http://www.isa.org" www.isa.org (section France
HYPERLINK "http://www.isa-france.org" www.isa-france.org )
ANSI/ISA95.00.01: 2000 Enterprise - Control System Integration Part 1:
Models and Terminology
Egalement IEC/ISO 62264-1: 2003
Sur la base d'une modelisation rigoureuse, cette partie de la norme
decrit les structures de donnees capables de supporter les echanges
d'information entre un systeme operationnel mobilisant des ressources
physiques (personnes, equipements, matieres) et un systeme de
planification. La figure ci-dessous montre comment ces structures
interviennent dans les 3 cycles de vie du produit, des installations de
production et de planification operationnelle de la fabrication.
ISA95 et les 3 cycles de vie d'un systeme de production industrielle. La
norme traite l'information sur ces 3 cycles, la notion de segment de
production apparait comme l'element d'integration essentiel.
ANSI/ISA95.00.02: 2001 Enterprise - Control System Integration Part 2:
Data Structures and Attributes
Egalement IEC/ISO 62264-2: 2004
Cette partie de la norme complete les modeles de la partie 1 en
definissant les attributs essentiels de chaque objet de donnees.
ANSI/ISA95.00.03: 2005 Enterprise - Control System Integration Part 3:
Activity Models of Manufacturing Operations Management
Focalisee a l'origine sur les besoins de communication entre production
et gestion, la norme ISA95 a du s'interesser de pres aux aspects
fonctionnels du pilotage de la production industrielle au-dela de la
seule transformation de la matiere. Le modele MESA s'est revele
insuffisant, et la norme a du elaborer un nouveau modele global des
operations de production, publie recemment dans la troisieme partie de
la norme. Ce modele a beneficie d'une large base d'experience pour
aboutir a une structuration tridimensionnelle des fonctions d'execution
:
Les domaines d'exploitation : production, maintenance, qualite,
stocks...
Les activites de gestion de l'exploitation : gestion des ressources, des
definitions du travail, ordonnancement et dispatching, execution du
travail, collecte des donnees, analyse du travail, suivi et reporting
Les fonctions support : gestion de l'information, des configurations, de
la documentation, de la securite...
Meta-modele des activites defini dans l'ISA95 partie 3, applicable quel
que soit le domaine d'exploitation (production, maintenance, qualite,
stocks...). Les activites sont placees dans l'espace temporel
(avant/pendant/apres le travail + Donnees de Reference) dans lequel elle
interviennent principalement
ISA draft 95.00.04 Enterprise - Control System Integration Part 4:
Object Models and Attributes of Manufacturing Operations Management
(en developpement)
Le nouveau perimetre de la norme ouvert par la partie 3 a mis en
evidence l'incompletude des modeles de la partie 1. Cette norme va
completer les modeles de donnees pour traiter :
les echanges d'information verticaux entre gestion et execution pour les
operations de maintenance, qualite, stocks en plus de la production
(definie dans la partie 1)
les echanges d'information horizontaux entre les domaines d'exploitation
de la production, maintenance, qualite, stocks
Quelques exemples de flux d'information entre domaines d'exploitation
(tire du draft de la norme en cours de redaction).
ISA draft 95.00.05 Enterprise - Control System Integration Part 5:
Business to Manufacturing Transactions
(en cours de publication)
Cette partie de la norme definit un modele transactionnel pour les
echanges d'information entre gestion et execution. Elle complete les
parties 1 et 2 pour definir des messages d'information bases sur les
structures de ces normes.
La figure ci-dessous montre un scenario mettant en ?uvre des echanges
d'information bases sur ce modele.
Exemple de transactions B2M tire de la norme en cours d'approbation. Le
systeme ERP envoie un programme de production, le MOM " Manufacturing
Operation Management " rapporte le travail effectue. Le verbe ISA95 "
PROCESS " permet de traiter des transactions " PUSH " qui place le
possesseur de l'information en maitre du processus d'echange.. (Les
modeles PULL et PUBLISH sont egalement supportes)
ISA draft 95.00.06 Enterprise - Control System Integration Part 6:
Manufacturing Operations Management Transactions
(en developpement)
Cette derniere partie de la norme completera la partie 5, basee sur la
partie 1 de la norme pour prendre en compte les extensions des
structures de donnees definies dans la partie 4 et donc traiter les
transactions relatives a la maintenance, a la qualite et aux stocks
B2MML - Business to Manufacturing Markup Language
Un groupe de travail specifique s'est forme au sein du comite SP95,
(mais sous la responsabilite du World Batch Forum HYPERLINK
"http://www.wbf.org" www.wbf.org ) pour creer un ensemble de schemas
XML conformes a la norme ISA95 partie 2. Ces schemas permettent de creer
et valider des fichiers de donnees XML dont la forme et le contenu
pourra etre facilement reconnu et interprete par des systemes
collaboratifs.
Implementation XML/B2MML du modele ISA95 " Personnel ". On voit ici la
representation graphique XMLSpy (un logiciel de conception XML) du
fichier de definition (Schema) XML (niveau superieur de la structure de
donnees)
4. Adoption de la norme
Avec un certain retard, le MES semble reellement decoller en France, en
meme temps que la connaissance de l'existence de la norme ISA95. Cette
norme se presente opportunement pour faciliter le partage d'une vision
commune et coherente du MES (un ensemble de fonctions, pas un systeme)
et offrir une base pour un premier niveau d'interoperabilite entre les
systemes charges de realiser ces fonctions.
La position prospective vis-a-vis de la norme des differents acteurs
concernes est resumee ci-dessous. Ces informations sont extrapolees a
partir des observations recueillies en participant a des projets ou
pendant l'animation de stages de formation. Au-dela des perspectives
enoncees, quelle que soit la position de l'interlocuteur, chacun
s'accorde a reconnaitre l'interet de la norme.
Les editeurs
Acteurs essentiels du developpement de la norme, les editeurs ont pour
la plupart attendu l'eveil du marche pour commencer a fournir de
veritables interfaces basees sur la norme. L'engagement de SAP, premier
editeur ERP a offrir une interface B2MML, et l'engagement de grands
industriels (NESTLE, P&G, ARLA Foods...) a precipite les choses, et il
ne fait aucun doute que la norme s'installe durablement pour aider a
faire communiquer les ERPs avec l'usine.
Ceci concerne en premier lieu l'aspect echange d'information. Le modele
des activites de la partie 3 quand a lui remplace le modele MESA pour
expliciter la couverture fonctionnelle des solutions du marche.
Les integrateurs
La norme est beaucoup moins connue du cote des integrateurs qui la
decouvrent souvent par leur clients industriels. Lorsque la connaissance
de ces derniers ne vas pas au-dela de la lecture de quelques articles,
le debat s'arrete la, car le cout et le risque lies aux changements de
pratiques de sont pas neutres. L'integrateur moins experimente peut etre
tente de s'appuyer sur la norme pour accelerer sa courbe d'apprentissage
Les industriels
La norme est veritablement poussee par les industriels qui sont les
premiers beneficiaires potentiels de la reduction des difficultes
d'integration et du cout de possession des systemes. A ce jour, seuls
les grands groupes qui traitent ce probleme plus globalement se sont
veritablement engages. Le surcout apparent de la construction d'un
systeme prenant appui sur la norme est moins souvent place en regard du
cout reel du systeme deploye et de sa maintenance par les societes de
taille moyenne ou petite. La maturite progressant du cote des grands
industriels et des editeurs, le reste du marche devrait suivre en
profitant de la reduction du risque et des couts.
5. Conclusion
Ou va le MES ?
Dans la foulee de l'essor de l'Internet, l'informatique a pris un virage
important vers les " Architectures Orientees Service " c'est-a-dire
l'independance totale des composants applicatif d'un systeme assemble a
la demande lors de l'integration, et meme dynamiquement en fonction des
besoins. L'orchestration des services permettra de definir de facon
reproductible les meilleures pratiques de collaboration elaborees sans
contraintes par l'intelligence des hommes alimentee par une information
ajustee au profil du decisionnaire quelque soit son niveau.
L'informatique industrielle n'a aucune raison de demeurer en reste, et
le systeme de production ira meme jusqu'a offrir des " Service Process "
assembles a la demande pour generer la sequence d'automatisme
d'elaboration du produit de la meme facon.
Utopie ? C'est exactement ce que permet deja la convergence des normes
ISA95 (pour les ressources) et ISA88 (pour le fonctionnel). Il nous
reste a attendre qu'une pression suffisante s'exerce sur les entreprises
pour qu'elles realisent le potentiel considerable de progres que ces
normes representent. Il est rare que la technique soit en avance sur les
besoins... Les T-Shirt chinois sont encore trop chers.
En attendant
Si la machine a permis de soulager l'homme physiquement, l'informatique
bien au contraire lui fournit de la matiere a reflechir pour agir
toujours plus efficacement. Effectivement, contrairement a certaines
idees recues, la mise en place ou l'amelioration d'un systeme
d'information se traduit par une augmentation des ressources humaines
necessaires pour l'exploiter. Si certaines de ces ressources, liees a la
maintenance ordinaire n'apportent pas de valeur directe, l'utilisation
des systemes d'information entraine un accroissement sensible de
l'activite decisionnelle et doit logiquement correspondre a un gisement
de valeur considerable. Mais attention aux elements de motivation des
decisionnaires et a la pertinence des informations fournies qui peuvent
conduire a un resultat inverse.
Plus que jamais, on doit s'appuyer sur l'intelligence, la maitrise de la
connaissance et la motivation pour determiner les meilleures pratiques
que les systemes d'information (systeme nerveux de l'entreprise, mais
pas squelette, ni muscles, ni cerveau) devront contribuer a supporter.
Une vision claire et ambitieuse permettra d'alimenter la motivation
necessaire pour catalyser cette intelligence et definir la feuille de
route des systemes d'information sur une trajectoire de progres
permanent tirant parti de la technologie disponible.
Jean Vieille
Conseiller en systemes d'information de production
Membres de comites SP88, SP95 et B2MML
HYPERLINK "http://www.psynapses.net" www.psynapses.net HYPERLINK
"mailto:jean.vieille@isa-france.org" jean.vieille@isa-france.org
S95 : Exigences Segment
S95 : Schedule
Programme de Production
S95 : Segments Process
S95: Ressources
Ingenierie Ressources
S95 : Capabilites de Production
S95 : Segments Produit
S95 : Definition produit
Ingenierie Produit