MES, ISA-95, MESA-11, cMES, NAMUR - Pourquoi tant de normes ?

MES est un terme chargé. Demandez à deux personnes du secteur de la fabrication de le définir et vous obtiendrez probablement deux réponses différentes. La définition dépendra de leur secteur d'activité, de leur fournisseur actuel et du type d'opérations de fabrication qu'ils mènent.

En effet, l'acronyme, qui signifie Manufacturing Execution System (système d'exécution de la fabrication), a été inventé après l'émergence de la technologie sous-jacente et est rapidement devenu un mot à la mode. Au fur et à mesure que les fournisseurs ont pris le train en marche, appelant leurs solutions disparates "MES", le terme s'est dilué.

Dans cet article, nous nous pencherons sur les tentatives d'organisations telles que la Manufacturing Enterprise Solution Association (MESA) et l'International Society of Automation (ISA) pour normaliser la définition afin de la rendre moins triviale.

La compréhension de ces modèles et normes peut vous aider à mieux comprendre les systèmes d'exécution de la fabrication et à évaluer leurs alternatives modernes.

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La définition la plus répandue du MES est peut-être le modèle MESA, qui définit le MES par domaines fonctionnels.

MESA a été créée dans les années 1990 pour conseiller sur l'exécution des systèmes MES et répondre à leur complexité croissante.

En 1997, MESA a formellement défini le champ d'application du MES à travers 11 fonctions essentielles, appelées le modèle MESA-11. Ces fonctions découlent de la vision d'une usine et comprennent :

1. Opérations/Séquencement détaillé
2. Répartition des unités de production
3. Suivi et généalogie des produits
4. Gestion du travail
5. Gestion de la qualité
6. Gestion de la maintenance
7. Allocation et statut des ressources
8. Contrôle des documents
9. Analyse des performances
10. Gestion des processus
11. Collecte et acquisition des données
    

En 2004, le modèle s'est concentré sur les opérations commerciales. Outre les opérations de base, le modèle incluait des éléments tels que l'optimisation de la chaîne d'approvisionnement et l'optimisation des actifs. Cette mise à jour est le Collaborative MES, ou MES.

Selon MESA, ce modèle se concentre sur la manière dont les activités opérationnelles de base interagissent avec les opérations commerciales. Le modèle tient compte de la concurrence accrue, de l'externalisation, de l'optimisation de la chaîne d'approvisionnement et de l'optimisation des actifs.

Le MES s'interface avec d'autres domaines d'opérations commerciales en périphérie. Il s'agit notamment de systèmes axés sur l'approvisionnement (approvisionnement SCP), de systèmes axés sur la clientèle tels que la gestion de la relation client et la gestion des services, de systèmes financiers et axés sur les performances tels que les logiciels ERP et de Business Intelligence BI, de systèmes axés sur les produits tels que CAO et PLM, de systèmes logistiques tels que TMS et WMS, de systèmes de contrôle (PLC, DCS) et de systèmes de conformité (gestion DOO, ISO, EH&S).

Enfin, en 2008, le modèle a été étendu à sa version actuelle, qui couvre la production, les opérations en usine, les opérations commerciales et même les initiatives stratégiques telles que la production allégée, la qualité et la conformité réglementaire, la gestion du cycle de vie des produits, l'entreprise en temps réel, la gestion de la performance des actifs, etc.

La définition d'un MES est essentiellement une définition fonctionnelle basée sur les différentes fonctions qu'un MES doit remplir. Pour qu'un système soit considéré comme un MES, il doit comporter tous les groupes fonctionnels ou une combinaison raisonnable de ceux-ci. Mais la définition a évolué au fil du temps. Avec le MES, le MES servait d'intermédiaire entre l'automatisation et la gestion de l'entreprise, ainsi que de centre de données et d'informations. Il ne s'agit pas seulement d'un ensemble de fonctions, mais d'un centre d'intégration de l'information dans l'ensemble de l'entreprise.

La norme ISA-95 a étédéveloppée conjointement par l'International Society of Automation (ISA), anciennement connue sous le nom de Instrumentation, Systems, and Automation Society, et l'American National Standards Institute (ANSI). Le développement de la norme ISA-95 a débuté en 1995, lorsque les ordinateurs ont commencé à pénétrer les systèmes d'information et de contrôle de l'industrie manufacturière.

Contrairement au modèle MESA, qui se concentre sur les processus d'entreprise, le modèle ISA-95 se concentre sur l'architecture de l'information. Le modèle ISA-95 divise les systèmes de production en cinq niveaux, sur la base du modèle PERA (Purdue Enterprise Reference Architecture).

De cette manière, la norme ISA-95 aide à définir les frontières entre les systèmes. Les dispositifs intelligents, tels que les capteurs, appartiennent au niveau 1. Les systèmes de contrôle tels que les PLC, DCS, OCS, appartiennent au niveau 2. Les MES, appartiennent au niveau 3. Les ERP au niveau 4.

En situant le MES au niveau 3, la norme ISA-95 implique que MES relie la production aux systèmes de l'entreprise, gère les flux de travail pour produire les produits finis, conserve les enregistrements de la production et optimise le processus de production.

L'objectif était de développer une norme permettant une interface et une intégration efficaces entre un système ERP et un MES Cela faciliterait une communication efficace entre les parties prenantes, réduirait le coût total de possession et permettrait une intégration sans erreur.

Comme nous l'avons vu, MESA définit le MES par sa fonction, et ISA-95 le définit par son architecture d'information. Cependant, étant donné que chaque industrie et chaque type d'opération de fabrication ont des exigences différentes en matière de fabrication, de qualité, de processus d'entreprise et d'environnement réglementaire, les MES varient en fonction de l'industrie et du type d'opération de fabrication.

Il y a eu des tentatives de normalisation des définitions de MES spécifiques à l'industrie. NAMUR, par exemple, est un groupe d'utilisateurs finaux particulièrement impliqués dans l'industrie des procédés (chimiques et pharmaceutiques pour la plupart). Ses recommandations sont basées sur la norme ISA-95, mais le groupe établit des définitions plus concrètes pour les besoins de son secteur.

D'une manière plus générale, nous pouvons faire la distinction entre les secteurs verticaux de l'industrie des procédés et de l'industrie discrète. Naturellement, chaque type d'opération a un ensemble différent d'exigences, de sorte qu'un MES destiné à chacun d'entre eux différera de manière importante.

Les secteurs verticaux de traitement considèrent donc le MES comme les systèmes de contrôle des machines et des usines. Les industries discrètes, quant à elles, considèrent le MES comme un système d'information en ligne, un système de retour d'information et un système de contrôle de la production.

Outre les normes que nous avons évoquées jusqu'à présent, il existe d'autres normes telles que la norme VDI. La norme VDI a été développée par le Verein Deutsche Ingenieure en 2004 sur la base des normes que nous avons couvertes ci-dessus. Comme pour toutes les normes, l'objectif de la norme VDI était de donner au terme MES une signification fixe qui empêcherait les fournisseurs de banaliser le terme à des fins de marketing.

Récemment, les analystes ont observé que le MES s'orientent vers un modèle d'applications et de micro-services. En conséquence, les MES commencent à s'éloigner d'une position de solutions globales. Au lieu de cela, ils expérimentent la vente de fonctionnalités modulaires. Avec l'émergence de l'IIoT, beaucoup ont même commencé à se demander si les MES sont encore pertinents à l'ère numérique. À l'heure actuelle, le marché est encore en pleine évolution. Mais il sera intéressant d'observer dans quelle direction il évoluera au cours des cinq prochaines années. Applications IIoT ? MES traditionnels ? Ou les deux ?

Comme vous pouvez le constater, de nombreuses tentatives ont été faites pour normaliser la définition du MES Pour l'expert en la matière, ces normes et modèles peuvent être utiles. Cependant, pour l'utilisateur final habituel de MES, ils peuvent être plus déroutants qu'éclairants. Une meilleure façon de définir les systèmes d'exécution de la fabrication est peut-être de se baser sur les caractéristiques communes qu'ils ont tendance à avoir, généralement autour de cinq domaines principaux : les fonctions de production, la qualité, les ressources humaines, la collecte de données et l'intégration des systèmes.

Si vous avez déjà essayé d'aligner vos opérations sur un cadre MES , vous avez probablement rencontré une soupe d'alphabet de normes : ISA-95, MESA-11, NAMUR, cMES. Il est légitime de se demander comment elles sont toutes apparues et pourquoi il en existe autant.

La version courte est que "l'industrie manufacturière avait besoin d'un vocabulaire commun".

Au cours des années 1990, les systèmes informatiques d'entreprise se sont développés rapidement. Cette croissance a révélé un fossé grandissant entre les systèmes d'entreprise tels que l'ERP et l'activité quotidienne de l'atelier. Chaque projet MES devait partir de zéro car personne ne s'accordait sur ce que le système devait réellement faire ou sur la manière dont il devait se connecter à d'autres couches.

Les groupes industriels sont intervenus pour remédier à cette situation.

MESA (Manufacturing Enterprise Solutions Association) a publié son premier modèle fonctionnel, appelé MESA-11, pour décrire les capacités MES telles que l'ordonnancement, la Gestion de la qualité et le Suivi de production.

L'ISA (International Society of Automation) a suivi avec l'ISA-95, qui définit comment les systèmes doivent être reliés entre eux, depuis les machines (niveau 0) jusqu'aux systèmes d'entreprise (niveau 4).

Parallèlement, des groupes comme la NAMUR se sont concentrés sur les industries de transformation, ajoutant des couches spécifiques aux environnements réglementés.

Chaque cadre a ciblé une partie différente du même puzzle : définition des fonctions, clarification des limites du système et prise en compte des besoins spécifiques du secteur. Le résultat a aidé les fabricants à progresser vers la cohérence, même s'il a également introduit certains chevauchements et une complexité supplémentaire.

À la base, la normalisation MES vise à rendre les systèmes interopérables, à définir clairement les responsabilités et à créer une manière commune de représenter les opérations. Mais à mesure que les réseaux de production sont devenus plus dynamiques, avec des produits et des sites multiples, les limites des normes rigides et hiérarchiques sont devenues évidentes.

Les approches modernes et modulaires telles que Composable MES 'appuient sur les mêmes principes de portée, d'intégration et de gouvernance, mais les adaptent à une architecture flexible, basée sur des applications, mieux adaptée aux réalités actuelles de la fabrication.

La fabrication évolue rapidement. Les gammes de produits évoluent, les délais se réduisent, les attentes en matière de conformité se renforcent. Pourtant, de nombreuses usines utilisent encore des architectures MES qui ont été conçues bien avant l'existence de l'informatique en nuage, de l'IA ou des systèmes périphériques. Ces cadres ont fait leur travail pendant des années, mais ils n'ont pas été conçus pour le rythme ou la complexité de la production moderne.

LeMES Composable (cMES) a été mis au point pour combler cette lacune.

Le cMES rompt avec l'idée d'un MES unique et global en proposant des applications plus petites et spécifiques. Chacune d'entre elles gère une fonction précise, par exemple le suivi, les contrôles de qualité, la maintenance, etc. et se connecte proprement avec les autres. Au lieu d'installer un système rigide, les équipes assemblent un ensemble de composants qui correspondent au fonctionnement réel de leurs opérations. Vous finissez par construire le système autour de votre processus, et non l'inverse.

Extension et remplacement des normes existantes

Des cadres tels que ISA-95 et MESA-11 ont jeté des bases importantes. Ils ont défini la structure, le flux de données et les limites du système lorsque les fabricants ont eu besoin pour la première fois d'un manuel de jeu commun. cMES conserve cette base mais supprime la hiérarchie fixe qui rendait les anciens systèmes lents à changer.

La différence se manifeste dans la pratique. Le MES traditionnel dépend d'un contrôle descendant et d'une forte personnalisation. Le cMES répartit le contrôle entre des applications modulaires qui fonctionnent dans le nuage. Les ingénieurs peuvent ajuster la logique par le biais de la configuration au lieu d'attendre un fournisseur ou un long cycle informatique. Les changements sont effectués en quelques jours au lieu de plusieurs mois, ce qui est important lorsque l'introduction de nouveaux produits ou les mises à jour de conformité ne peuvent pas attendre.

Il ne s'agit pas seulement d'un nouveau modèle de logiciel, mais aussi d'un changement dans la manière dont les équipes de production gèrent et améliorent leurs propres systèmes.

Conçu pour la fabrication moderne

La technologie cMES reflète la manière dont les usines fonctionnent aujourd'hui :

• Infrastructure en nuage - accessible sur tous les sites, évolue en fonction de la demande.

• Microservices - chaque fonction est exécutée séparément, ce qui permet de limiter les mises à jour.

• Environnements sans code - les ingénieurs de processus peuvent créer et modifier des applications directement.

• Intégrations ouvertes - se connecte aux machines, aux données d'entreprise et à Appareils Edge sans intergiciel lourd.

• Outils pilotés par l'IA - ils prennent en charge la surveillance, le diagnostic et la prédiction dans le même environnement.
  
  

Ce modèle s'inscrit dans la lignée des jumeaux numériques, de la visibilité des données en direct et des efforts de traçabilité globale actuellement déployés dans l'industrie manufacturière. Il ajoute de la flexibilité là où les systèmes existants imposaient de la rigidité, tout en conservant les mêmes attentes en matière de précision et de contrôle.

Il est facile de se perdre dans les méandres des normes MES . Sous le langage technique, la plupart d'entre elles se répartissent en quatre groupes : fonctionnelles, architecturales, spécifiques à l'industrie ou modulaires.

Le tableau ci-dessous vous aide à déterminer les domaines d'application de chacun d'entre eux et ce qu'ils font le mieux.

Chaque cadre découle d'un état d'esprit différent sur la manière dont les systèmes de fabrication doivent se comporter. MESA-11 se concentre sur les fonctions. ISA-95 définit la manière dont les systèmes sont connectés. NAMUR affine ces idées pour les industries de transformation. Et cMES les étend à un environnement modulaire et configurable qui correspond à l'évolution des usines modernes.

L'architecture sous-jacente est ce qui change. Le cMES conserve la discipline des opérations standardisées, mais permet une adaptation plus rapide, une meilleure visibilité et un alignement plus étroit sur les pratiques de fabrication numérique, tout cela sans perdre le contrôle ou la discipline de conformité.

Chaque norme MES aborde la fabrication sous son propre angle. MESA-11 décrit ce que le MES devrait réellement faire. ISA-95 définit la manière dont les systèmes communiquent entre eux. NAMUR ajoute les détails nécessaires aux industries de transformation. Différents manuels de jeu, même intention : rendre les données de production fiables, connecter des systèmes qui n'ont jamais bien fonctionné ensemble et assurer la cohérence des opérations.

1. Intégrité, traçabilité et visibilité des données
Si les données ne sont pas correctes, rien d'autre ne compte. Toutes les normes MES 'articulent autour de cette idée. Vous avez besoin d'enregistrements fiables, que ce soit pour tracer un lot, défendre un rapport de déviation ou comprendre pourquoi une ligne s'est arrêtée à 2 heures du matin.

Une bonne conception MES rend tout cela visible. Ce qui était auparavant consigné dans des registres papier ou dans la mémoire est saisi automatiquement : état de l'équipement, données de l'opérateur, résultats de qualité. Lorsque ces informations sont cohérentes et complètes, les audits sont plus rapides et le travail d'amélioration prend de l'ampleur.

2. Intégration centrée sur l'homme
Les anciens systèmes étaient principalement conçus pour les machines. Les opérateurs n'étaient qu'un pis-aller : il suffisait d'appuyer sur un bouton, d'effacer une alarme et de passer à autre chose. La réalité sur le terrain est plus compliquée.

LeMES Composable renverse ce point de vue. La configuration de Tulipcommence par les personnes et les flux de travail. Les Apps sont conçues en fonction de la manière dont le travail se déroule réellement, et non de la manière dont le logiciel pense qu'il devrait se dérouler. Il est ainsi plus facile de collecter des données à des points clés, de guider les étapes de manière interactive et de modifier les choses sans réécrire le code.

Le système devient un outil qui aide les gens à faire leur travail, et non un outil contre lequel ils doivent lutter.

3. Continuité sur le fil numérique
Tout le monde parle du "fil numérique", des données qui circulent proprement depuis le sol jusqu'aux systèmes de planification, mais il y a toujours eu du désordre pour y parvenir. La norme ISA-95 a donné des noms aux couches, mais la connexion en temps réel a pris du retard.

LeMES Composable permet de combler cette lacune. Les API ouvertes font circuler les données dans les deux sens. Les événements sur la ligne alimentent directement l'analyse ou l'ERP, et les changements de l'entreprise peuvent être répercutés sur l'exécution. Le fil conducteur se comporte finalement comme une boucle et non comme une pile de fichiers déconnectés.

Au-delà des normes : MES pour la prochaine décennie
Le monde de MES évolue rapidement.

Pendant des années, les fabricants ont travaillé à l'intérieur d'architectures rigides qui ne se pliaient pas facilement. La prochaine décennie s'annonce différente. La flexibilité, la connectivité et l'intelligence intégrée sont désormais au cœur des débats. Les cadres tels que ISA-95 et MESA-11 sont toujours importants, mais ils n'ont pas été conçus pour le volume de données, la vitesse d'itération ou le niveau de connectivité auxquels les usines sont confrontées aujourd'hui.

Ce qui apparaît à la place, c'est un nouveau type de système modulaire, basé sur des données et conçu pour évoluer au fur et à mesure des opérations.

Des modèles statiques aux systèmes Composable
Dans les anciennes installations MES , même un petit changement de processus pouvait signifier des mois de développement et de validation. UnMES composable change cette dynamique. Les équipes peuvent créer ou ajuster des applications en temps réel, parallèlement à la production.

Ce n'est pas un concept, c'est déjà en marche. Gartner prévoit que la plupart des nouveaux déploiements de MES au cours des prochaines années s'appuieront sur la technologie composable . Les usines en voient les bénéfices : moins de temps d'arrêt entre les changements et un contrôle plus direct entre les mains des ingénieurs.

Permettre l'intelligence avec l'IA et les jumeaux numériques
L'IA a dépassé la phase pilote. Elle fait son apparition dans le guidage des opérateurs, dans la maintenance prédictive, dans l'inspection de la qualité. Les jumeaux numériques ajoutent une couche supplémentaire en reproduisant les opérations en direct afin que les ingénieurs puissent tester les changements avant qu'ils n'atteignent la production.

Ensemble, ils forment quelque chose que les anciens MES n'ont jamais réussi à faire : un système capable de détecter, de simuler et de s'adapter en permanence. Il s'agit moins de remplacer le personnel que de lui fournir un meilleur contexte et un retour d'information plus rapide.

L'interopérabilité : La condition sine qua non
Tous ces progrès n'ont aucune importance si les systèmes ne peuvent pas communiquer entre eux. OPC UA (architecture unifiée de communication en plateforme ouverte), les API REST et les nouvelles normes Open Process Automation rendent cela possible entre les fournisseurs et les couches.

Les plates-formes MES modernes doivent être connectées à tous les éléments : machines, ERP, systèmes de qualité, historiens, outils d'analyse. Les véritables gains de performance sont obtenus lorsque les données circulent librement et conservent leur contexte depuis la périphérie jusqu'à l'entreprise. C'est ainsi que les fabricants construisent une visibilité et une résilience qui durent plus longtemps que le prochain cycle de production.

Les normes MES constituent toujours la référence en définissant la manière dont les systèmes fonctionnent, se connectent et s'adaptent à des secteurs spécifiques. Mais elles ont été créées pour un monde de fabrication plus lent et plus prévisible. LeMES Composable donne aux fabricants la possibilité de s'adapter. Il conserve la structure et la traçabilité des systèmes traditionnels tout en permettant des changements rapides lorsque les produits, les lignes ou les réglementations évoluent. Tulip met ce concept en pratique. Sa plateforme modulaire sans code relie les personnes, les machines et les données afin que les équipes puissent ajuster les processus directement, sans enfreindre la conformité ou attendre de longs cycles de développement.

Si vous souhaitez savoir comment le MES deTulip peut vous aider à améliorer la façon dont vous gérez vos opérations, contactez un membre de notre équipe dès aujourd'hui!