Comment intégrer les données de procédé des installations de mélange dans les systèmes MES/ERP ?
L'intégration ne devrait pas être planifiée comme une liaison directe entre le mélangeur et le logiciel d'entreprise, mais comme une chaîne de données contrôlée allant de l'instrumentation et de la commande, via un historian ou un système edge, jusqu'au Manufacturing Execution System et à l'Enterprise Resource Planning System. Un Manufacturing Execution System, en abrégé MES, pilote et documente la production opérationnelle. Un Enterprise Resource Planning System, en abrégé système ERP, gère les commandes, les matières, les stocks, la planification et la logistique.
Architecture et modèle de données
Pour les procédés par charges, une structure orientée ISA-88 est judicieuse. L'ISA-88 décrit les recettes, les modules d'installation, les phases de procédé et les données de charge. L'ISA-95, ou la CEI 62264, décrit l'interface entre le niveau de production et le niveau de l'entreprise. Ces modèles aident à relier les données de procédé à l'identifiant de charge, à la version de recette, à l'installation, à l'horodatage et à la phase de procédé.
Au niveau du mélangeur, la commande saisit des valeurs pertinentes telles que les pesées, le temps de mélange, la vitesse de rotation, le couple, la température, l'humidité, la pression, la consommation d'énergie, le statut, les alarmes et les interventions de l'opérateur. Seules les données pertinentes pour la conduite du procédé, la qualité, la traçabilité, la maintenance ou les indicateurs devraient être transmises. Les données à haute fréquence, par exemple les vibrations ou les courbes de couple détaillées, sont souvent stockées et prétraitées dans un historian ou un système edge. Des indicateurs condensés, des tendances, des événements ou des dépassements de valeurs limites sont alors transmis au MES.
Interfaces et flux de données
L'OPC Unified Architecture, en abrégé OPC UA, convient comme norme indépendante de la plateforme pour l'échange sécurisé et structuré entre commandes, capteurs, applications MES, ERP et cloud. L'OPC UA offre des modèles d'information ainsi que des fonctions d'authentification, de chiffrement et de protection de l'intégrité.
D'autres interfaces ont des rôles spécifiques : PROFINET, EtherNet/IP, Modbus TCP et IO-Link relient typiquement les appareils de terrain et les commandes. Le Message Queuing Telemetry Transport, en abrégé MQTT, peut être pertinent pour une transmission de données orientée événements ou pour des applications d'Internet des objets industriel. Les interfaces REST, abréviation de Representational State Transfer, sont fréquemment utilisées entre le MES, l'ERP et les plateformes d'intégration. Dans les installations existantes (brownfield), des passerelles peuvent convertir des interfaces propriétaires ou plus anciennes en modèles de données standardisés. Ces passerelles doivent toutefois traiter de manière fiable la qualité des données, l'horodatage, la cybersécurité et le comportement en cas de défaillance.
Typiquement, le système ERP transmet au MES les ordres de production, les nomenclatures, les données de base et les spécifications de matières. Le MES concrétise ensuite l'exécution : il met à disposition les recettes, coordonne les charges, gère les étapes de procédé et établit les protocoles de charge électroniques. Du MES vers l'ERP reviennent des retours sur la consommation réelle, la quantité produite, les rebuts, les retouches, le statut et les données de qualité. La commande du mélangeur ne devrait pas être utilisée directement comme système directeur pour les écritures de matières ou les libérations de charges.
Charges et conformité
Pour la traçabilité, les charges de matières premières, les pesées théoriques et réelles, la version de recette, les paramètres de procédé, les temps, les alarmes, les écarts, les interventions de l'opérateur et les libérations doivent être associés à une charge de produit fini clairement identifiée. Un Electronic Batch Record, en abrégé EBR, peut rassembler ces informations dans un protocole de charge électronique.
Pour les applications réglementées, les droits d'utilisateur, les pistes d'audit, les signatures électroniques, l'archivage des données, les sauvegardes et la lisibilité pendant la durée de conservation doivent être pris en compte. Le 21 CFR Part 11 est pertinent lorsque des enregistrements ou des signatures électroniques sont tenus en vertu d'autres réglementations applicables de la FDA. Il ne suffit pas d'exporter des données d'un automate programmable industriel (API) ; la chaîne de données, y compris les interfaces, la base de temps et les processus de correction, doit être maîtrisée.
La synchronisation temporelle entre la commande, l'historian, le MES et l'ERP est particulièrement importante. Le Network Time Protocol, en abrégé NTP, suffit souvent pour les évaluations de charges et de TRS. Le Precision Time Protocol, en abrégé PTP, peut être nécessaire pour des exigences plus élevées de précision temporelle. L'essentiel est que les écarts soient surveillés et que les événements provenant de différents systèmes puissent être correctement associés.
Sécurité et mise en œuvre
L'intégration devrait commencer par une matrice claire des données et des interfaces : quelles données naissent où, quel système est directeur, qui a le droit de lire ou d'écrire, comment les erreurs sont-elles détectées et comment se fait le redémarrage après des pannes de communication ? Des conventions de nommage uniformes pour les installations, les tags, les charges et les recettes sont tout aussi importantes.
La cybersécurité doit faire partie intégrante de l'architecture. Le modèle de sécurité selon la CEI 62443 répartit les systèmes industriels d'automatisation et de commande en zones à exigences de protection comparables et en voies de communication contrôlées, appelées conduits. Un accès MES ou ERP ne devrait donc pas s'étendre de façon incontrôlée jusqu'au niveau de la commande. La segmentation réseau, des règles de pare-feu restrictives, des comptes utilisateurs uniques, des accès distants sécurisés, la gestion des correctifs et des modifications contrôlées sont des mesures centrales.
Intégration MES et ERP chez amixon®
amixon® intègre les données de procédé de façon spécifique au projet dans le paysage d'automatisation et informatique existant de l'exploitant. Le point de départ est la User Requirement Specification, en abrégé URS. Elle définit quelles données sont saisies, comment elles sont associées à une charge et par quelles interfaces elles sont transmises au système de conduite de procédé, au Manufacturing Execution System ou à l'Enterprise Resource Planning System. Un Manufacturing Execution System, en abrégé MES, soutient le pilotage de la production et la documentation des charges ; un Enterprise Resource Planning System, en abrégé système ERP, gère entre autres les commandes, les matières et la logistique.
L'installation de mélange peut être équipée d'un automate programmable industriel, en abrégé API. Des recettes avec temps de mélange, vitesse de rotation, ordre de dosage, profil de température et d'autres paramètres peuvent y être exécutées par charge. Selon la tâche de mélange, on peut par exemple saisir le couple, la température, l'humidité, la pression, le vide, les quantités dosées, les durées de fonctionnement, les cycles, les messages d'alarme et les interventions de l'opérateur. amixon® ne fixe pas l'étendue des données comme un ensemble standard rigide, mais l'adapte au procédé, au produit, à l'exigence de qualité et au paysage de systèmes existant.
Une identification par code-barres peut relier les matières premières, les contenants, les versions de recette et les charges de production. Cela rend disponibles les valeurs théoriques et réelles, les numéros de charge et certaines données de procédé sélectionnées pour la traçabilité, les protocoles de charge électroniques et les évaluations TRS. Le taux de rendement synthétique, en anglais Overall Equipment Effectiveness et en abrégé OEE, évalue la disponibilité, la performance et la qualité. Sa pertinence suppose que l'horodatage, les causes d'arrêt, l'affectation des charges et la responsabilité des données soient clairement réglés dans l'ensemble des systèmes concernés.
Dans les applications réglementées, amixon® peut orienter l'automatisation en fonction des exigences en matière de documentation, de rôles utilisateurs, de pistes d'audit et de données électroniques. amixon® apporte son soutien pour la Design Qualification, l'Installation Qualification et l'Operational Qualification, en abrégé DQ, IQ et OQ. Selon les indications de l'entreprise, la documentation et l'exécution peuvent être orientées vers les BPF de l'UE et le FDA 21 CFR Part 11. La responsabilité de la validation de l'ensemble de la chaîne de données, de l'intégrité des données et de la libération réglementaire reste à l'exploitant.
Les données d'exploitation issues du mélangeur peuvent en outre soutenir la maintenance conditionnelle. Les durées de fonctionnement, les cycles de commutation, les courbes de couple, le courant moteur, la température et les défaillances peuvent indiquer des changements au niveau de l'entraînement, du support, des joints ou des organes de vidange. amixon® combine cette base de données avec une construction favorable à la maintenance, dont un outil de mélange monté au-dessus de la chambre de mélange. La pertinence d'une maintenance prévisionnelle dépend de mécanismes de défaillance mesurables, de la qualité des données et de l'organisation de maintenance de l'exploitant.
La conception technique de la saisie des données peut être préparée en halle d'essais avec le produit d'origine. Selon amixon®, plus de 35 installations d'essai sont disponibles à Paderborn ; des centres techniques complémentaires existent aux États-Unis et dans plusieurs pays d'Asie. Les essais peuvent montrer quelles grandeurs de procédé sont pertinentes pour la qualité de mélange, le ménagement du produit, l'apport d'énergie, la vidange ou la nettoyabilité. Ils fournissent ainsi une base pour le choix d'une instrumentation pertinente et la structure des données de recette et de procédé.
amixon® développe et fabrique, selon ses propres indications, de façon centralisée à Paderborn. La forte intégration verticale facilite la coordination du mélangeur, des tubulures de capteurs, de l'automatisation, de la documentation et des rétrofits ultérieurs. La maintenance, la modernisation, l'approvisionnement en pièces de rechange et les adaptations d'interfaces spécifiques au projet peuvent être accompagnées sur tout le cycle de vie de l'installation.