Les travaux sur la norme S95 ont été menés par l’ISA (Instrumentation, Systems & Automation Committee) sur la base des fonctionnalités du MES déjà identifiées par le MESA. Il s’agit du 95ième projet traité par ce comité, et par coïncidence les travaux ont débuté en 1995 !
Cette norme s’attache à la formalisation des échanges autour du système de production vers les autres domaines de l’Entreprise. Conçue pour s’appliquer à tous les types de production, elle n’impose pas de modèle d’organisation de l’entreprise ni d’architecture du système de production. Elle suggère toutefois un modèle physique de l’entreprise extrapolé à partir de la norme S88 et une définition des fonctions et des flux d’informations basée sur le modèle PRM (Purdue University Reference Model) publié par l’ISA. Normalisée par l’ANSI (American
National Standards Institute), et rassemblant un formidable travail d’analyse fine des process industriels et de leur traduction dans le MES, la S95 constitue aujourd’hui une référence reconnue par l’ensemble des acteurs du domaine du MES. 

 

Avant de mettre en oeuvre votre MES, il faut connaître votre procédé ! C’est avec ce slogan un peu provocateur que l’on pourrait insister sur l’importance de la modélisation du procédé. Cela parait une évidence. Pourtant bon nombre de réalisations débutent tout autrement, et l’on s’aperçoit par exemple au final que certaines informations, comme le coefficient de qualité, ne sont connues qu’au niveau d’une ligne complète alors que plusieurs opérations y sont réalisées, avec des rebuts possibles au niveau de chacune d’elles. Des lacunes graves pour la performance et la traçabilité. Comme il est impossible de tout exprimer au niveau d’un cahier des charges, la seule garantie d’exhaustivité des informations est que le MES mis en place reflète fidèlement l’installation. Cet objectif sera atteint par une phase d’analyse préalable, et facilité par une solution de MES qui reprend cette modélisation. La norme S88 est connue pour avoir permis une forte modélisation des procédés de type batch, ou semi-continus. Mais son approche est transposable dans les procédés manufacturiers. Dans la norme S95 qui l’étend, une installation physique sera décrite comme un segment de procédé (process segment) composé d’une ou plusieurs unités ou cellules de travail (work cell). La modélisation des flux entrants et sortants au niveau de ces sous-ensembles permet leur prise en compte rigoureuse pour des fonctionnalités comme la traçabilité, l’analyse de performance ou la gestion des équipements. Du modèle physique de l’installation, la modélisation peut également séparer la modélisation procédurale, qui permet de définir un procédé en terme d’étapes requérant du segment de procédé une capabilité d’exécution (ressources de personnel, d’équipements, de matières premières). Avec cette modélisation, plusieurs procédés peuvent aisément être lancés sur un même segment. A l’inverse, un procédé peut aisément être transposé sur une installation de production très différente. 

 

Le terme anglo-saxon MES signifie Manufacturing Execution System, que l’on peut traduire par Système d’exécution des fabrications. Les fonctionnalités englobées dans le MES, comme la traçabilité, l'ordonnancement, la gestion de process batch, la gestion des ressources, la gestion de stocks... ne sont pas nouvelles pour les industriels. Pourtant l’approche MES est relativement récente. En fait, la nouveauté réside dans la prise de conscience de la forte interactivité entre ces fonctionnalités, qui exige pour les industriels de considérer celles-ci comme un ensemble lié, d’où le terme de système. 

 

On sait que dans l’auberge espagnole, chacun mange ce qu’il y apporte ; il en est un peu de même du MES. Le domaine de compétence des logiciels de MES (Manufacturing Execution System) est celui de l’exécution. Il se situe entre le domaine de la planification (ERP, PGI, GPAO) et celui du contrôle (Supervision et contrôle-commande) voir Domaine d’application du MES. 

Les travaux du MESA (www.mesa.org) définissent onze fonctionnalités. Cependant, elles laissent apparaître quelques interrogations qu’il est bon de lever.

 

On remarque tout de suite que certaines d’entre elles sont directement opératoires, comme l’ordonnancement, ou le contrôle de la qualité, tandis que d’autres apparaissent plutôt comme des fonctions transversales ou services, comme la gestion des ressources, ou la traçabilité.

Cette ambiguïté dans la définition du MES a deux conséquences. La première est que la notion de MES est souvent difficile à percevoir clairement par les industriels concernés. La seconde est que l’on a tendance à y faire entrer tout ce que l’on n’a pas déjà rattaché à d’autres domaines, comme celui des PGI (Progiciels Intégrés de Gestion) ou ERP (Enterprise Resource Planning). C’est cette dernière conséquence qui donne au MES un côté « auberge espagnole » qui ne facilite pas sa structuration.

 

En réalité, toutes les fonctions du MES ne sont pas situées sur le même plan

 

 

(Le maillage du MES - Document ORDINAL Technologies) 

 

Dans les fonctions classiques du MES apparaissent des fonctions opératoires, que l’on pourrait appeler « opérations » comme l’ordonnancement, le contrôle de process, ou la gestion du personnel ; et des fonctions transversales, qui touchent en fait presque toutes les opérations, assimilables à des « services », comme la gestion des ressources, la traçabilité, ou l’acquisition des données. Il est impossible de mettre en place un outil de MES efficace sans prendre en compte ce maillage. On remarquera l’ajout en tant que fonctionnalité opératoire de la supervision, qui classiquement n’est pas rattachée au MES, mais qui n’apparaît pas comme intrinsèquement différente des autres fonctionnalités. 

 

Historiquement, la première démarche des intégrateurs a été de répondre spécifiquement aux cahiers des charges des industriels en matière de MES, en ne répondant qu’aux besoins exprimés. Cette démarche est d’ailleurs encore aujourd’hui très présente dans la réponse aux projets, et ceci pour deux raisons :
1) La gestion des entreprises et le contrôle-commande, où plusieurs décennies d’automatismes ont amené un consensus sur les fonctions offertes, sont aujourd’hui fortement standardisés. Au contraire, le domaine du MES, très lié au process de l’industriel, est perçu très différemment d’une entreprise à l’autre. Souvent même, il touche directement le savoir-faire de l’industriel
2) Le « maillage » des fonctionnalités du MES, mis en évidence précédemment, n’est pas pris en compte par les offres logicielles traditionnelles, découpées fonction par fonction. La réalisation d’un véritable « système » d’exécution des fabrications est alors une tâche difficile et « hors budget » pour l’industriel.

L’apport fondamental de la S95 est la mise en évidence des interactions indispensables entre les différentes parties d’un système MES. En l’absence de ce système, les solutions mises en place risquent fort de ne pas pouvoir suivre l’évolution des besoins des industriels, voire même de ne pas répondre efficacement au problème posé. Par exemple, la mise en évidence de non-qualité périodiques sur les produits fabriqués ne pourra être interprétée correctement si elle ne peut être mise en correspondance avec les opérations de maintenance sur les installations. La traçabilité produit est insuffisante si elle n’est pas couplée à la gestion des équipes d’une part, et aux informations de contrôle du process d’autre part…etc. Les exemples sont innombrables.

La norme S95 est également le référentiel indispensable qui fédère les acteurs du domaine du MES et permet aux industriels de disposer d’un périmètre et d’une terminologie cohérente en réponse à leurs besoins.
 

 

Le modèle fonctionnel de la S95 met évidemment en position centrale le contrôle de production. Pour l’approvisionnement en matières premières, celui-ci interagit directement avec l’ordonnancement (les fabrications à effectuer) et la gestion des stocks. Pour planifier ses fabrications, il devra en outre connaître le planning de disponibilité du personnel auprès de la gestion du personnel. En sortie ou en cours de production, il interagit avec l’assurance qualité et avec la gestion de la maintenance. Au final le coût des fabrications sera évalué, en liaison avec le service comptabilité. On voit que le MES est pour une large part une liaison entre les différents services de l’entreprise, dont il modélise les flux d’information. La S95 propose en exemple un modèle fonctionnel qui permet d’analyser les flux d’informations mis en jeu par le MES et leur traitement. Ce modèle ne préjuge pas de l’organisation effective de l’entreprise selon ce modèle. En particulier, bien que cela soit une bonne occasion pour y réfléchir, il ne faudrait pas croire que le choix d’une base S95 pour la modélisation du MES oblige à revoir toute l’organisation de l’entreprise ! 

 

Les points du modèle opérationnel de la S95 sont les suivants :
Ordonnancement détaillé :
Il fournit la séquence des produits à fabriquer et leur quantité, avec des attributs complémentaires comme la date prévue d’exécution.
Gestion des ressources :
Il s’agit de toutes les ressources nécessaires pour fabriquer les produits, soit en particulier le personnel, les équipements (allocation au procédé), les matières premières et l’énergie.
Gestion des produits :
Suivant le métier de l’industriel (discret, batch), il s’agira des gammes ou des recettes de fabrication des produits qui conditionnent le lancement et l’exécution des productions.
Lancement des productions :
Le lancement des productions peut être manuel, ordre de fabrication par ordre de fabrication, automatique (déroulement automatisé d’un plan de production), ou semi-automatique.
Exécution des productions :
Bien sûr, l’exécution des productions est examinée dès la réalisation d’une installation de production. Mais des gains significatifs en optimisation peuvent être apportés par un véritable moteur d’exécution des procédés, permettant de gérer plusieurs procédés simultanément, même pour des produits différents, et d’allouer dynamiquement les ressources.
Suivi de production :
Partie « opératoire » de la traçabilité des produits, le suivi de production permet de suivre le produit durant sa fabrication, ainsi que les différents éléments qui entrent dans sa constitution (Tracking).
Acquisition de données et historisation :
La S95 sépare clairement la partie « service » de ce que l’on nomme habituellement la traçabilité : ce sont l’acquisition et l’historisation des données. Ce service est d’ailleurs en relation non seulement avec le suivi de production, mais avec l’analyse de production.
Contrôle Qualité :
Le contrôle de la Qualité s’appuie sur les données d’acquisition du procédé et lui fournit ses résultats en retour. Il est également une composante du suivi de production. A son niveau peuvent être mises en œuvre différentes méthodes de contrôle, systématiques ou statistiques (Statistic Quality Control).
Analyse de production :
L’analyse de la production s’appuie sur les données historiées pour en extraire différents indicateurs de Qualité et de performance. En plus des rapports de quantitatifs de production, des indicateurs tels que les TRS (taux de rendement synthétique), calculés globalement ou par sous-ensembles, permettent de comparer et d’améliorer les productions.

La S95 ne se limite pas à ces fonctionnalités, puisqu’elle traite en fait l’ensemble des onze fonctionnalités classiques du MES. Certaines n’apparaissent pas explicitement, comme la gestion du personnel, qui se rattache à la gestion des ressources. D’autres sont plutôt des fonctionnalités transversales, comme la gestion de la maintenance et la gestion documentaire, et n’apparaissent donc pas dans le modèle opérationnel.
 

 

L’analyse conduite dans la S95 conduit à modéliser les fonctionnalités du MES comme indiqué dans le diagramme ci-dessous : 

 

Après une période de recherche, le MES a aujourd’hui trouvé ses marques grâce aux importants travaux de la S95. L’efficacité des fonctions qui appartiennent au MES, comme la traçabilité ou l’analyse de performance, est bel et bien liée à un véritable système, et non au simple amalgame de fonctionnalités isolées. Pour autant, l’industriel pourra privilégier d’abord telle ou telle fonction de manière à accélérer son retour sur investissement. Mais le choix de solutions disposant à la base d’un système de type S95 est une clé de son succès.