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M2M : Les Machines parlent aux Machines Vue d'ensemble Automates d'états ISA / OMAC
Jean Vieille, Control Chain Group j.vieille@.controlchaingroup.fr www.controlchaingroup.com IN MACHINE' 2009 Paris - La Défense 26 novembre 2009
1
Agenda
Du Big-Bang à la Machine Ø Matière-énergie-information Ø Complexité Ø Interactions M2M Ø Définition Ø Applications Ø Technologies Travaux ISA et OMAC Ø ISA et OMAC Ø Orchestration et Chorégraphie Ø Automates d'état ISA / OMAC Conclusion
2
La trilogie Energie Matière Information
Energie (1 ) Pl s e as u m iq
Adapté de Tom Stonier
) (3
ns tio a di Ra
m ro ct le Energie é
a
ét gn
a
de
organisée
rti cu le s Matière
chaude
pa
Matière organisée
fo nd am en ta le s
Information
(2) Cristal à 0°K
Matière
3
Action de l'information d'un système physique
Information Processing
Information
Energie
Entropy
Energie
Negentropy
System
Matière Matter
4
Complexité
Complication Ø Il faut du temps et du talent pour comprendre l'objet d'étude Complexité Ø beaucoup d'intrications, § « tout est lié » § On ne peut étudier une petite partie du système de façon isolée Ø Mesure de la richesse structurelle informationnelle § Mesure de l'Intelligence
5
Complexité = niveau informationnel
Energie
Sy s si tèm m e pl e
Système complexe
Information
Matière
6
Conséquences de la complexité : Intelligence
Propriété émergentes : 1+1 > 2 Ø Le système assemblé fait plus que chacune de ses parties Ø Un ensemble de machines élabore un produit inconnu à partir de l'étude de l'une des machines Chaoticité : Apparition de situations inattendues Ø Pannes, déviations, erreurs Ø Condition du progrès Auto-organisation : Evolution en fonction du contexte Ø Flexibilité, adaptabilité Auto-reproduction Ø Processus de maturation limite asymptotique au progrès Ø Processus de vieillissement Destinée entropique Ø L'organisme se reproduit avec de nouveaux composant Ø L'organisme se multiplie pour garantir sa survie
7
Conditions de la complexité
Interactions Ø De nombreux composants interagissent non linéairement Plusieurs niveaux Ø Usine, Atelier, Unité, machine, actionneurs Coopération/Compétition Ø Interne/Externe
8
Interactions: la clé de la complexité
Sans interactions, la notion de système se réduit à ses parties Ø Un service commercial indépendant reçoit les commandes, l'atelier fabrique ce qu'il veut Ø Une machine et son opérateur travaillent de leur propre chef sans tenir compte de la planification ni du reste de l'atelier Types d'interactions Ø Hiérarchiques : un composant « maitre » - de niveau supérieur pilote des composants « esclaves » - de niveau inférieur § Toujours Déterministe ne favorise pas la complexité Ø Transversales : des composants « agents » - de même niveau interagissent se surveillent et se commandent mutuellement § Introduisent l'indétermination source de la véritable complexité Types d'interactions Ø Synchrones : influe le comportement actuel d'un composant Ø Asynchrones : influe le comportement futur d'un composant
9
Agenda
Du Big-Bang à la Machine Ø Matière-énergie-information Ø Complexité Ø Interactions M2M Ø Définition Ø Applications Ø Technologies Travaux ISA et OMAC Ø ISA et OMAC Ø Orchestration et Chorégraphie Ø Automates d'état ISA / OMAC Conclusion
10
Définition M2M
Un domaine de l'interopérabilité Ø B2B, C2C, B2C, B2M, ... Objectif : permettre aux « machines » d'interagir directement Ø Au-delà de la seule supervision d'un contrôleur central § Interactions hiérarchiques déterministes Ø Favoriser les interactions transversales complexifiantes Intérêt Ø Décentralisation des traitements (automatisation modulaire) Ø Faciliter l'intégration des machines Ø Fiabiliser les interactions avec l'environnement Ø Favoriser l'adaptabilité et la flexibilité Attention Ø Le concept est récupéré par les acteurs des télécoms dans un sens beaucoup plus large (télésurveillance en particulier)
11
Applications
Hors usine Ø Logistique § Traçabilité, Caddie électronique Ø Transport § Géolocalisation § Détection de radar, Anti-collision § Télépéage Ø Immotique / Domotique § Contrôle d'accès § Robots ménagers Dans l'usine Ø Equipements mobiles Ø Conditionnement et manutention Ø Cellules auto-configurables,
12
Technologies industrielles
Détection, identification Ø RFID Traitements Ø Blocs fonctionnels IEC61499 Ø Contrôle procédural ISA-88 Ø Agents Ø Automates d'états ISA88, PackML Ø MEMS (Microsystèmes ElectroMécaniquesS Communications Ø Support du transport de l'information : ISA100 (technologies sans fil industrielles) Ø Format de transport de l'information : XML Ø Expression canonique des messages : ISA95 Ø Définition sémantique des données : IEC11179
13
Agenda
Du Big-Bang à la Machine Ø Matière-énergie-information Ø Complexité Ø Interactions M2M Ø Définition Ø Applications Ø Technologies Travaux ISA et OMAC Ø ISA et OMAC Ø Orchestration et Chorégraphie Ø Automates d'état ISA / OMAC Conclusion
14
ISA et OMAC: 2 associations professionnelles
ISA: The International Society of Automation Ø www.isa.org Ø Tous les secteurs du contrôle industriel § Publications, expositions Ø Sections locales www.isa-france.org Ø Développement de normes ANSI www.standards-isa.fr § ISA88 www.isa88.org OMAC: Organization for Machine Automation and Control Ø www.omac.org Ø Membre de l'Automation Federation supervisée par l'ISA Ø Processus discrets et machines Ø Principalement packaging § Make2Pack => ISA88 § PackML => ISATR88.00.02
15
Orchestration / Chorégraphie
Métaphores musicale des Web Services Fonction N1.1 Fonction N1.1
Fonction N2.1
Fonction N2.3
Fonction N2.1
Fonction N2.3
Fonction N3.1
Orchestration Interactions hiérarchiques
Fonction N3.1
Chorégraphie Interactions transversales 16
Pilotage de machines
Remplisseuse
Encapsuleuse
Etiqueteuse
17
Orchestration + Choregraphie
Remplisseuse
Encapsuleuse
Etiqueteuse
18
Orchestration: hiérarchie physique ISA88
Source : ISATR88.00.02
19
Automate d'états : Première condition d'interopérabilité
IDLE
(Auto)
TERMINATING
Start
·
End Operator · External
·
Interruptio n
M2 M1 M10 M9 M8 M7
M3 M4
·
H2 H1 Operator · Trip H10 H9 H8 H7 Restart
H3 H4
RUNNING
M6
M5
HOLDING
H6
H5
20
Automates d'états
Connaitre l'état Commander
Remplisseuse
Encapsuleuse
Etiqueteuse
21
ISATR88.00.02 OMAC PackML state diagram
Un-Holding Un-Hold Held SC Holding
SC
Hold
Idle
Start
Starting
SC
Execute
SC
Completing
SC
Complete
SC
SC
Suspend
Resetting
Un-Suspending
Un-Suspend
Suspended
SC
Suspending
Reset Reset Stop Abort
Stopped
SC
Stopping
Clearing
Clear
Aborted
SC
Aborting
22
TR02/PackML taxonomie
UnitName Comman d UnitMode UnitModeChangeReq uest MachSpeed MaterialInterlocks CntrlCmd CmdChangeRequest RemoteInterface[#] Number ControlCmdNum ber CmdValue Parameter[#] ID UnitName.Command UnitName.Command.UnitMode UnitName.Command.UnitModeChangeRequest UnitName.Command.MachSpeed UnitName.Command.MaterialInterlocks UnitName.Command.CntrlCmd UnitName.Command.CmdChangeRequest UnitName.Command.RemoteInterface[#] PACKMLv 30 PMLc Int(32bit) Bool Real Bool Int(32bit) Bool Interface
UnitName.Command.RemoteInterface[#].Number Int(32bit) UnitName.Command.RemoteInterface[#].ControlC Int(32bit) mdNumber UnitName.Command.RemoteInterface[#].CmdValu Int(32bit) e UnitName.Command.RemoteInterface[#].Paramete Descriptor r[#] UnitName.Command.RemoteInterface[#].Paramete Int(32bit) 23 r[#].ID
Agenda
Du Big-Bang à la Machine Ø Matière-énergie-information Ø Complexité Ø Interactions M2M Ø Définition Ø Applications Ø Technologies Travaux ISA et OMAC Ø ISA et OMAC Ø Orchestration et Chorégraphie Ø Automates d'état ISA / OMAC Conclusion
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Conclusion
L'interopérabilité à la base de l'intelligence des systèmes industriels L'intégration hiérarchique verticale est bien maitrisée L'intégration transversale entre machines est à ses débuts Ø L'acronyme M2M prend ici tout son sens Ø Des verrouillages simples ont toujours existé Premier pas : standardisation des commandes/états machine Ø L'ISA et l'OMAC ont publié PackML Ø Dédié au conditionnement D'autres travaux à venir ou à suivre: Ø Organisation du contrôle des équipements : future ISA-88 partie 5 Ø Blocs fonctionnels : IEC61499 Ø Approche sémantique extensible et répertoires taxonomiques élargis: ISO 15926 et ISO/IEC11179
25
MERCI
Jean Vieille j.vieille@controlchaingroup.com www.controlchaingroup.fr
26
Jean Vieille, Control Chain Group j.vieille@.controlchaingroup.fr www.controlchaingroup.com IN MACHINE' 2009 Paris - La Défense 26 novembre 2009
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Agenda
Du Big-Bang à la Machine Ø Matière-énergie-information Ø Complexité Ø Interactions M2M Ø Définition Ø Applications Ø Technologies Travaux ISA et OMAC Ø ISA et OMAC Ø Orchestration et Chorégraphie Ø Automates d'état ISA / OMAC Conclusion
2
La trilogie Energie Matière Information
Energie (1 ) Pl s e as u m iq
Adapté de Tom Stonier
) (3
ns tio a di Ra
m ro ct le Energie é
a
ét gn
a
de
organisée
rti cu le s Matière
chaude
pa
Matière organisée
fo nd am en ta le s
Information
(2) Cristal à 0°K
Matière
3
Action de l'information d'un système physique
Information Processing
Information
Energie
Entropy
Energie
Negentropy
System
Matière Matter
4
Complexité
Complication Ø Il faut du temps et du talent pour comprendre l'objet d'étude Complexité Ø beaucoup d'intrications, § « tout est lié » § On ne peut étudier une petite partie du système de façon isolée Ø Mesure de la richesse structurelle informationnelle § Mesure de l'Intelligence
5
Complexité = niveau informationnel
Energie
Sy s si tèm m e pl e
Système complexe
Information
Matière
6
Conséquences de la complexité : Intelligence
Propriété émergentes : 1+1 > 2 Ø Le système assemblé fait plus que chacune de ses parties Ø Un ensemble de machines élabore un produit inconnu à partir de l'étude de l'une des machines Chaoticité : Apparition de situations inattendues Ø Pannes, déviations, erreurs Ø Condition du progrès Auto-organisation : Evolution en fonction du contexte Ø Flexibilité, adaptabilité Auto-reproduction Ø Processus de maturation limite asymptotique au progrès Ø Processus de vieillissement Destinée entropique Ø L'organisme se reproduit avec de nouveaux composant Ø L'organisme se multiplie pour garantir sa survie
7
Conditions de la complexité
Interactions Ø De nombreux composants interagissent non linéairement Plusieurs niveaux Ø Usine, Atelier, Unité, machine, actionneurs Coopération/Compétition Ø Interne/Externe
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Interactions: la clé de la complexité
Sans interactions, la notion de système se réduit à ses parties Ø Un service commercial indépendant reçoit les commandes, l'atelier fabrique ce qu'il veut Ø Une machine et son opérateur travaillent de leur propre chef sans tenir compte de la planification ni du reste de l'atelier Types d'interactions Ø Hiérarchiques : un composant « maitre » - de niveau supérieur pilote des composants « esclaves » - de niveau inférieur § Toujours Déterministe ne favorise pas la complexité Ø Transversales : des composants « agents » - de même niveau interagissent se surveillent et se commandent mutuellement § Introduisent l'indétermination source de la véritable complexité Types d'interactions Ø Synchrones : influe le comportement actuel d'un composant Ø Asynchrones : influe le comportement futur d'un composant
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Agenda
Du Big-Bang à la Machine Ø Matière-énergie-information Ø Complexité Ø Interactions M2M Ø Définition Ø Applications Ø Technologies Travaux ISA et OMAC Ø ISA et OMAC Ø Orchestration et Chorégraphie Ø Automates d'état ISA / OMAC Conclusion
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Définition M2M
Un domaine de l'interopérabilité Ø B2B, C2C, B2C, B2M, ... Objectif : permettre aux « machines » d'interagir directement Ø Au-delà de la seule supervision d'un contrôleur central § Interactions hiérarchiques déterministes Ø Favoriser les interactions transversales complexifiantes Intérêt Ø Décentralisation des traitements (automatisation modulaire) Ø Faciliter l'intégration des machines Ø Fiabiliser les interactions avec l'environnement Ø Favoriser l'adaptabilité et la flexibilité Attention Ø Le concept est récupéré par les acteurs des télécoms dans un sens beaucoup plus large (télésurveillance en particulier)
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Applications
Hors usine Ø Logistique § Traçabilité, Caddie électronique Ø Transport § Géolocalisation § Détection de radar, Anti-collision § Télépéage Ø Immotique / Domotique § Contrôle d'accès § Robots ménagers Dans l'usine Ø Equipements mobiles Ø Conditionnement et manutention Ø Cellules auto-configurables,
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Technologies industrielles
Détection, identification Ø RFID Traitements Ø Blocs fonctionnels IEC61499 Ø Contrôle procédural ISA-88 Ø Agents Ø Automates d'états ISA88, PackML Ø MEMS (Microsystèmes ElectroMécaniquesS Communications Ø Support du transport de l'information : ISA100 (technologies sans fil industrielles) Ø Format de transport de l'information : XML Ø Expression canonique des messages : ISA95 Ø Définition sémantique des données : IEC11179
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Agenda
Du Big-Bang à la Machine Ø Matière-énergie-information Ø Complexité Ø Interactions M2M Ø Définition Ø Applications Ø Technologies Travaux ISA et OMAC Ø ISA et OMAC Ø Orchestration et Chorégraphie Ø Automates d'état ISA / OMAC Conclusion
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ISA et OMAC: 2 associations professionnelles
ISA: The International Society of Automation Ø www.isa.org Ø Tous les secteurs du contrôle industriel § Publications, expositions Ø Sections locales www.isa-france.org Ø Développement de normes ANSI www.standards-isa.fr § ISA88 www.isa88.org OMAC: Organization for Machine Automation and Control Ø www.omac.org Ø Membre de l'Automation Federation supervisée par l'ISA Ø Processus discrets et machines Ø Principalement packaging § Make2Pack => ISA88 § PackML => ISATR88.00.02
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Orchestration / Chorégraphie
Métaphores musicale des Web Services Fonction N1.1 Fonction N1.1
Fonction N2.1
Fonction N2.3
Fonction N2.1
Fonction N2.3
Fonction N3.1
Orchestration Interactions hiérarchiques
Fonction N3.1
Chorégraphie Interactions transversales 16
Pilotage de machines
Remplisseuse
Encapsuleuse
Etiqueteuse
17
Orchestration + Choregraphie
Remplisseuse
Encapsuleuse
Etiqueteuse
18
Orchestration: hiérarchie physique ISA88
Source : ISATR88.00.02
19
Automate d'états : Première condition d'interopérabilité
IDLE
(Auto)
TERMINATING
Start
·
End Operator · External
·
Interruptio n
M2 M1 M10 M9 M8 M7
M3 M4
·
H2 H1 Operator · Trip H10 H9 H8 H7 Restart
H3 H4
RUNNING
M6
M5
HOLDING
H6
H5
20
Automates d'états
Connaitre l'état Commander
Remplisseuse
Encapsuleuse
Etiqueteuse
21
ISATR88.00.02 OMAC PackML state diagram
Un-Holding Un-Hold Held SC Holding
SC
Hold
Idle
Start
Starting
SC
Execute
SC
Completing
SC
Complete
SC
SC
Suspend
Resetting
Un-Suspending
Un-Suspend
Suspended
SC
Suspending
Reset Reset Stop Abort
Stopped
SC
Stopping
Clearing
Clear
Aborted
SC
Aborting
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TR02/PackML taxonomie
UnitName Comman d UnitMode UnitModeChangeReq uest MachSpeed MaterialInterlocks CntrlCmd CmdChangeRequest RemoteInterface[#] Number ControlCmdNum ber CmdValue Parameter[#] ID UnitName.Command UnitName.Command.UnitMode UnitName.Command.UnitModeChangeRequest UnitName.Command.MachSpeed UnitName.Command.MaterialInterlocks UnitName.Command.CntrlCmd UnitName.Command.CmdChangeRequest UnitName.Command.RemoteInterface[#] PACKMLv 30 PMLc Int(32bit) Bool Real Bool Int(32bit) Bool Interface
UnitName.Command.RemoteInterface[#].Number Int(32bit) UnitName.Command.RemoteInterface[#].ControlC Int(32bit) mdNumber UnitName.Command.RemoteInterface[#].CmdValu Int(32bit) e UnitName.Command.RemoteInterface[#].Paramete Descriptor r[#] UnitName.Command.RemoteInterface[#].Paramete Int(32bit) 23 r[#].ID
Agenda
Du Big-Bang à la Machine Ø Matière-énergie-information Ø Complexité Ø Interactions M2M Ø Définition Ø Applications Ø Technologies Travaux ISA et OMAC Ø ISA et OMAC Ø Orchestration et Chorégraphie Ø Automates d'état ISA / OMAC Conclusion
24
Conclusion
L'interopérabilité à la base de l'intelligence des systèmes industriels L'intégration hiérarchique verticale est bien maitrisée L'intégration transversale entre machines est à ses débuts Ø L'acronyme M2M prend ici tout son sens Ø Des verrouillages simples ont toujours existé Premier pas : standardisation des commandes/états machine Ø L'ISA et l'OMAC ont publié PackML Ø Dédié au conditionnement D'autres travaux à venir ou à suivre: Ø Organisation du contrôle des équipements : future ISA-88 partie 5 Ø Blocs fonctionnels : IEC61499 Ø Approche sémantique extensible et répertoires taxonomiques élargis: ISO 15926 et ISO/IEC11179
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MERCI
Jean Vieille j.vieille@controlchaingroup.com www.controlchaingroup.fr
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