Etude et analyse des standards pour les solutions techniques dédiées au PLM Soumaya El Kadiri, Syed Akhter Hossain, Abdelaziz Bouras Université de Lyon - Université Lumière Lyon 2 Laboratoire LIESP IUT Lumière - 160, Bd de l'université - 69676- BRON Cedex France {soumaya.el-kadiri}{ syed-akhter.hossain }{abdelaziz.bouras}@univ-lyon2.fr RÉSUMÉ. Les besoins d intégration des solutions métiers et techniques pour supporter la collaboration entre les différentes acteurs impliqués dans la création des produits, impose la rationalisation des informations communiquées, partagées, et par conséquent la standardisation des modèles de données et de processus tout au long du cycle de vie du produit. C est dans ce contexte que différents organismes mènent des travaux de normalisation ; dans le monde du PLM, les efforts de normalisation sont nés en même temps que le dessin technique et ont évolué de pair avec l évolution des moyens de dessin, de DAO, de CAO, puis de PDM. L objectif de ce papier est d étudier et d analyser les différents standards dédiés aux solutions techniques pour le PLM, en particulier : PDM Enablers, PLM XML et PLM services. ABSTRACT. The need for integrating business and technical information systems, allowing partners to collaborate effectively in creating innovative products, has motivated the emergence of many standards in order to exchange and share product lifecycle data. In this context, different organisms are dealing with standardization; standardization efforts within PLM have been conducted at the same time as technical drawing and evolved along with changes in the means of drawing, CAD and PDM. This paper aims to study and analyze different standards dedicated to technical solutions for PLM, including: PDM Enablers, PLM XML and PLM services. MOTS-CLÉS : PLM, Normes, Standards, PLM-XML, PDM Enablers, PDM Schema, PLM Services KEYWORDS: PLM, Norms, Standards, PLM-XML, PDM Enablers, PDM Schema, PLM Services 2 ème Congrès des innovations mécaniques CIM 10 28-29 avril 2010 Sousse Tunisie.
CIM 10 28-29 avril 2010 Sousse Tunisie. 2 1. Introduction Le cycle de vie complet des produits fait intervenir de nombreux processus complexes et emploie de nombreux applications et systèmes. Le PLM, ou la Gestion de cycle de vie produit représente une approche stratégique pour créer et gérer le capital intellectuel des produits d'une entreprise, depuis la conception initiale du produit jusqu à sa retraite du marché. Le concept PLM, gagne du terrain principalement en raison de l'émergence de l'entreprise en réseau et l'économie en réseau. Mener une approche PLM implique la modélisation, la capture, la manipulation, l'échange et l'utilisation de l'information dans tous les processus décisionnels le long du cycle de vie du produit, et ce quelque soit les domaines d'application. Actuellement, le manque de sémantique explicite et commune dans le contenu de l'information à partager à travers des applications PLM représente un problème majeur. Rendre la sémantique des données explicites, relativement liées au contexte et partageable entre les applications du cycle de vie produit est un défi majeur. Dans cette optique, les efforts de normalisation viennent répondre à cette complexité. Cet article s intéresse au rôle des standards et normes dans le partage et l'échange de l'information dans le contexte du PLM. Il s intéresse plus particulièrement à étudier quelques solutions dédiées à la gestion du cycle de vie produit, sans prétendre la moindre exhaustivité. En effet, la croissance et la popularité d'internet a donné lieu à plusieurs organismes d'élaboration de normes ouvertes - comme OMG (Object Management Group), OASIS (Organization for the Advancement of Structured Information Standards), OAGi (Open Applications Group Inc.) Ce document est structuré comme suit. La première section dresse un historique des normes et standards liés à l échange et au partage des données. La deuxième section traite trois solutions techniques. Suivie d une section apportant une analyse des solutions étudiées. 2. Les standards et normes supports au PLM Dans le monde du PLM, les efforts de normalisation sont nés en même temps que le dessin technique et ont évolué de pair avec l évolution des moyens de dessin, de DAO, de CAO, puis de PDM. Dans le début des années 80, on s intéressait surtout à l échange des données géométriques entre systèmes de DAO et pour minimiser le nombre d interfaces spécifiques de système à système, plusieurs éditeurs de logiciels américains, poussés par des clients tels que Boeing ou General Electric ont décidé la mise au point d un format neutre d échange : IGES (Initial Graphics Exchange Specifications). IGES est le standard Américain (ANSI : American National Standard Institute) pour l échange de données entre systèmes de CAO hétérogènes. Le standard IGES en est
Etude et analyse des standards pour les solutions techniques pour le PLM 3 maintenant à sa sixième révision et est proposé par la quasi-totalité des systèmes de CAO. A la même époque, l industrie automobile allemande a développé le standard d échange VDA, utilisé notamment par Volkswagen puis par le groupe Volkswagen Audi Seat Skoda pour les échanges dans le Groupe. Au milieu des années 80, la France pionnière du monde de la CFAO a développé sous l impulsion de l Aérospatiale un nouveau standard, SET (Standard d Echange et de Transfert), avec l objectif de faire mieux qu IGES ou VDA. L Aérospatiale a entraîné dans son sillage, ses partenaires européens dans les programmes aéronautiques et spatiaux : Airbus et Ariane. Pour fédérer ces différentes initiatives et disposer enfin d un langage neutre d échange de données entre systèmes de CFAO, l Organisation Internationale de Standardisation (ISO) a lancé le projet de norme PDES/STEP pour (Product Data Exchange Specification/STandard for the Exchange of Product model). La norme STEP ou ISO 10303 porte sur la représentation et l échange de données de produits et a pour objectif d intégrer les processus de conception, de développement, de fabrication et de maintenance de ces derniers. Cette méthode permet donc de définir une représentation non ambiguë des données du produit, interprétable par tout système informatique, et couvrant tout le cycle de vie des produits. Cet objectif nécessite deux choses : - la définition d un format neutre, interprétable par tout système informatique et indépendamment du système ayant généré les données, - la couverture d un très vaste domaine de connaissances correspondant à l ensemble des catégories de produits (pièces élémentaires, assemblages, mécanismes...), selon le point de vue de tous les métiers et à toutes les phases du cycle de vie. Un système décrit dans STEP l est en fonction de ce qu il est, de ce qu il fait, et de ce qu il devient. STEP permet l échange des tables de nomenclatures, l historique des modifications, l ensemble des décompositions du produit en versions multiples, et des niveaux d autorisation. On a donc un lien fort entre la description géométrique du produit, le contrôle de sa configuration, et la gestion de ses données techniques. La figure suivante met en évidence la couverture de la norme STEP. Le STEP PDM Schema est un modèle dédié aux échanges des données couramment gérées par les SGDT. Ce standard est l harmonieuse intersection des définitions et structures de données de plusieurs protocoles d applications STEP dont les domaines couvrent la conception et le développement de modèles et d assemblages électromécaniques (AP203, 212, 214 et 232). Le PDM Schema est le résultat d une coopération entre ProSTEP (http://www.prostep.org/) et PDES Inc. Parmi les protocoles d application existants, ISO 10303-239 (connu sous Product Life cycle Support, PLCS) est actuellement la seule norme internationale disponible qui couvre tout le spectre du cycle de vie produit. PLCS a pour objectif de permettre la création et la gestion dans le temps d un ensemble cohérent d informations relatives à la maintenance des produits. Ces informations sont utilisées pour spécifier et contrôler l ensemble des activités de maintenance durant le cycle de vie du produit. PLCS définit un modèle de données générique et flexible qui peut être
CIM 10 28-29 avril 2010 Sousse Tunisie. 4 adapté à des besoins industriels spécifiques via l utilisation de bibliothèques de données de référence (Reference Data Libraries RDL). Ces bibliothèques ont pour fonction de compléter la sémantique du modèle de données générique PLCS. PLCS propose un cadre pour l intégration, l échange et la gestion des données techniques nécessaires à la maintenance d un produit complexe et de son évolution au cours de son cycle de vie. Figure 1 : Normes et standards mis en place tout au long du cycle de vie produit Les normes présentées dans cette section, sans prétendre aucune exhaustivité, représentent des cadres de référence pour les solutions techniques à déployer. A ce titre, plusieurs solutions ont été mises en place essayant de répondre aux besoins en termes de collaboration. La section suivante présente l étude de trois solutions dédiées au PLM. 3. Solutions pour le PLM Nous nous intéressons aux solutions techniques supports au PLM, d un point de vue normes. A cet égard nous avons choisi d étudier les solutions suivantes : - PLM Enablers, ensemble d API basées sur le PDM Schema ; - PLM-XML, développé par UGS et considéré comme un «sub-standard» ; - OMG PLM Services, le premier standard qui propose une synthèse entre XML, les Web Services et le modèle de données de STEP. Les PLM Services de l OMG offrent une base solide pour accomplir des actions d ingénierie collaborative. Les trois solutions techniques sont étudiées dans les sous-sections qui suivent.
Etude et analyse des standards pour les solutions techniques pour le PLM 5 3.1. PDM ENABLERS Les PDM Enablers sont des APIs (Application Programming Interface), définies en langage IDL (Interface Definition Language), qui rendent les fonctionnalités des SGDT accessibles à d applications dans un environnement CORBA (Common Object Request Broker Architecture). Ainsi, les APIs proposées pour les PDM Enablers et les interfaces réseau normalisées peuvent permettent aux applications de CAO, CFAO, de simulation et aux autres SGDT de manipuler directement les objets et les fonctions proposées par un ou plusieurs SGDT à travers un réseau local ou distant et ce indépendamment des systèmes d exploitations impliqués. Les PDM Enablers procurent des interfaces directes qui donnent accès à la gestion des documents, des structures produit, des modifications, des configurations et des spécifications de processus de fabrication et incluent également un support pour les vues, les effectivités et les conduites de projet. Les PDM Enablers offrent également de possibilités d import et d export de données au format STEP. Ils permettent l accès aux services proposés par les applications de GDT d une entreprise. Les Enablers définissent un modèle d interface qui peut être mis en correspondance avec les SGDT commerciaux. Ainsi, l objectif des PDM Enablers n est pas de définir un modèle figé de données ou de SGDT. Ils ont pour but de supporter les activités d ingénierie les plus courantes mais pas les activités propres à l administration du SGDT, comme par exemple la gestion du logiciel et des utilisateurs. Figure 2: Quelques vues du PDM Schema définies dans les PDM Enablers
CIM 10 28-29 avril 2010 Sousse Tunisie. 6 La correspondance entre les concepts de PDM dans les PDM Enablers et PDM Schema est contenue dans son propre EXPRESS-X SCHEMA_VIEW appelé pdm_enablers_view qui référence le schéma EXPRESS, pdm_schema, contenant le schéma de PDM. Le pdm_enablers_view contient vingt vues décrites dans le tableau ci-dessus. Les modèles d interface des PDM Enablers sont décomposés en entités explicites, ce qui fait qu ils sont en mesure de s adapter à de nombreux cas de figures. En effet, les interfaces des PDM Enablers peuvent être utilisées dans une grande variété de contextes dans la mesure où elles peuvent s adapter aux entités de nombreuses normes ou de modèles spécifiques à une entreprise. Les points forts du modèle des PDM Enablers sont la prise en compte des mécanismes de hiérarchisation et d héritage ainsi que la possibilité d établir des relations entre les objets. Le PDM Schema est utilisé en tant que modèle de référence pour la construction de ces relations sauf pour quelques cas de figures. Dans le cas où le PDM Schema ne couvre pas toutes les fonctionnalités requises par un modèle, un protocole d application de STEP est utilisé pour le compléter. A titre d exemple, les UoF (Units of Fonctionality) du protocole STEP AP214 (norme d échange de données de processus de conception automobile) sont utilisés comme modèles de référence dans la construction des Manufacturing Implementation (définition des processus de fabrication) et des Configurations Management Enablers (gestion des configurations). Figure 3: PDM Enablers pour l échange et le partage des données Le PDM Schema a été développé dans l intention d améliorer l interopérabilité entre les protocoles d application de STEP dans le domaine de la gestion des données relatives au processus de définition de produit. Le PDM Schema offre aux éditeurs de logiciels l opportunité d implémenter des fonctionnalités d échange de données
Etude et analyse des standards pour les solutions techniques pour le PLM 7 propres aux SGDT en totale conformité avec STEP de façon à pouvoir interagir avec d autres applications implémentant la norme. Le PDM Schema s inscrit dans une démarche complémentaire à la norme STEP et vise à standardiser et simplifier l interopérabilité entre les applications dédiées à la GDT au travers de l utilisation d un format neutre. L objectif du PDM Schema n est pas d assurer, de façon exhaustive, l échange des données manipulées par les SGDT. Le PDM Schema n est pas l union mais l intersection des fonctionnalités communes et présentes dans l ensemble des protocoles d application dédiés au domaine de la conception mécanique (voir Figure ci-dessous). Figure 4 : Domaine d application de PDM Schema Le PDM Schema et les PDM Enablers ne sont en rien concurrentiels mais plutôt complémentaires. En effet, les différences résident dans le fait que les PDM Enablers peuvent prendre en compte les processus de travail et les autres aspects dynamiques des SGDT, ainsi que les données spécifiques des entreprises qui viennent étendre et/ou modifier le champ d application du PDM Schema. Les atouts du PDM Schema tels que sa grande conformité avec STEP et que la variété des données prises en compte en font un format tout à fait adapté à la gestion de l aspect statique des échanges de données entre SGDT. Ainsi, les PDM Enablers peuvent être utilisés pour gérer l aspect dynamique des échanges et le PDM Schema pour l aspect statique. 3.2. PLM XML Le PLM XML est un format créé par UGS (http://www.ugs.com/index.shtml) pour faciliter l interopérabilité entre les applications de PLM en exploitant les points forts du XML. Le PLM XML (http://www.plmxml.org) procure une solution légère et
CIM 10 28-29 avril 2010 Sousse Tunisie. 8 flexible pour échanger des données produit à travers Internet. Le PLM XML est défini par un ensemble de schémas XML conformes aux recommandations du W3C. Les types de données prises en compte par le PLM XML sont les suivantes : - Les données de structure produit : le PLM XML gère les informations relatives à l organisation, à la hiérarchisation et aux assemblages des modèles, les nomenclatures et les configurations de produits ; - Les méta-données spécifiques aux PLMs associées aux produits et modèles ; - Les données géométriques telles que les points, courbes, courbes composées et repères ; - Les relations entre les utilisateurs et les données : le PLM XML prend en compte la notion de propriété, d utilisateur, de rôle et de groupe de projet ; - Les propriétés de visualisation telle que les contrôles de direction de vue et de caractéristiques d affichage. Figure 5: Fonctionnement de PLM-XML De part sa conformité avec le format XML, le PLM XML offre de grandes possibilités d extension de son domaine de définition. En effet, le PLM XML permet de créer des éléments dérivés à partir de ceux définis dans le modèle. De cette façon, la conformité avec le modèle d origine est garantie. Ainsi, le PLM XML est personnalisable et de ce fait, fortement adaptable aux besoins de tout PLM.
Etude et analyse des standards pour les solutions techniques pour le PLM 9 3.3. OMG PLM Services La définition des PLM Services est le résultat d une étude menée par l association ProsSTEP ivip dans le cadre du projet PDTnet (http://www.prostep.org/file/15730.fly_allg) dont l objectif était de fédérer les formats AP214 et XML pour simplifier les échanges de données entre donneurs d ordre et fournisseur. Les PLM Services s appuient sur un modèle de données intégrant le PDM Schema et sur le protocole d application AP214 de la norme STEP et sur les PDM Enablers (voir paragraphe 5.5) pour manipuler les données des applications PLM (http://mantis.omg.org/). Les PLM Services implémentent toutes les entités définies par le PDM Schema et complètent le modèle à travers l ajout des entités dédiées à la gestion des configurations issues de l AP214. L'OMG PLM Services Version 2.0 est la version la plus récente développée par l'industrie automobile européenne afin de gérer les demandes croissantes en ingénierie collaborative. OMG PLM Services permet aux donneurs d ordre et aux fournisseurs de mettre en place un environnement collaboratif global pour la gestion du cycle de vie des produits. Les spécifications de PLM Services 2.0 s appuient sur un modèle PIM (Platform Independent Model), décomposé en deux modèles : le «computational PIM» représenté en UML (Unified Modeling Language) et couvre les aspects fonctionnels des services PLM et le «information PIM», représenté également en UML, couvrant les aspects structurels des données gérées par les services PLM. Pendant le processus d'interaction via les services PLM, le modèle PSM (Platform Specific Model) est utilisé pour les processus de transformation et de collaboration. Le PSM tel que définis par l'omg est représenté par des schémas XML pour les structures de données et par le WSDL pour les descriptions de services.
CIM 10 28-29 avril 2010 Sousse Tunisie. 10 Figure 6 : Structure fonctionnelle des PLM Services 4. Analyse et Discussion UGS PLM XML est une bonne alternative aux solutions qui s appuient sur STEP dans la mesure où il permet de diffuser les données produit plus facilement et à grande échelle, grâce à une implémentation basée sur les schémas XML. En effet, à l aide du PLM XML, les partenaires d un projet peuvent avoir accès à l information sans qu il leur soit nécessaire de posséder des applications lourdes pour exploiter les données sachant qu un simple navigateur Web suffit pour en afficher le contenu. Cependant, STEP couvre un plus large champ de domaines d application et de ce fait, demeure plus varié et plus adapté aux échanges pointus des données issues des processus de conception de produits entre applications et équipes spécialisés. PLM-XML peuvent être avantageux pour des besoins ponctuels, et une collaboration à court termes. PDM Enablers nécessitent un environnement CORBA pour rendre les fonctionnalités des SGDT accessibles. Les API sont implémentées en IDL, et ont pour objectif principal l échange autour des SGDT (objets et fonctions). Solution plutôt support à l échange des données. Solution extensible et conforme à STEP du fait que les interfaces peuvent être complétées pour les AP de STEP. Cependant, quelques limites sont à noter, notamment: - Modèle de données pas complètement documenté et explicite - Des solutions interopérables difficiles à déployer et à maintenir
Etude et analyse des standards pour les solutions techniques pour le PLM 11 - Utilisation de la norme (mais complexe) des services CORBA avec un usage limité (par exemple relation, transaction) - Les problèmes de performance (granularité) - Manque de soutien du fournisseur en raison de problèmes d'acceptation des solutions basées sur CORBA pour des solutions multi-domaine et multientreprise Les PDM Enablers peuvent être déployés en tant que démarche classique de développement d interfaces dans un environnement CORBA, tout en tirant profit de la norme STEP. OMG PLM Services, couvrent un plus grand spectre de fonctionnalités, en s adressant à des solutions PLM. Ils tirent profit des perspectives des deux autres solutions étudiées : XML le socle de PLM-XML et PDM Schema référence pour les PDM Enablers. Solution plutôt support au travail collaboratif (Collaborative design). Les PLM Services définissent à la fois les données et les processus attachés, grâce à l orchestration des services. La version 2.0 a été proposée à la fin de l année dernière et est en cours d implémentation. Elle permettra de supporter le processus d Engineering Change Management (ECM). Cette initiative de l OMG est très certainement la plus prometteuse depuis une dizaine d années pour réconcilier le modèle de données de STEP (ISO) avec la technologie XML et les Web Services (W3C). Cependant, ces services se limitent à la norme STEP 214. Ces fonctionnalités pourraient être étendues et complétées en utilisant le PLCS qui offre une couverture plus large de gestion des données produit le long du cycle de vie. Les PM Services nécessitent d être déployés pour une collaboration efficace et à long terme. 5. Conclusion Au terme de ces travaux, nous avons mené une étude de l état de l art des différents standards dédiés à l échange et au partage des données dans le contexte de la gestion du cycle de vie produit PLM. En effet, les besoins d intégration des solutions métiers et techniques pour supporter la collaboration entre les différentes acteurs impliqués dans la création des produits, impose la rationalisation des informations communiquées, partagées, et par conséquent la standardisation des modèles de données et de processus tout au long du cycle de vie du produit. Notamment, les standards : STEP avec les différents protocoles d application, PDM Schema, et PLCS. Ces normes font l objet de cadre de référence pour les solutions techniques supports au PLM. A cet égard nous avons choisi d étudier trois solutions techniques à savoir : PDM Enablers, PLM XML et PLM services. Une analyse des solutions a été menée en mettant le point sur leurs avantages et leurs limites.
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Etude et analyse des standards pour les solutions techniques pour le PLM 13 Références Saaksvuori A., Immonen A.(2004) Product Lifecycle Management, Springer, Berlin. R. Batenburg, R.W Helms, J. Versendaal (2006) "PLM roadmap: stepwise PLM implementation based on the concepts of maturity and alignment", Int.J. Product Lifecycle Management, Vol. 1, No. 4. K. Dunne (2001) PDM Implementation Methodology, RapidPDM consortium (ESPRIT Project 26892) Documented implementation methodology, including implementation planning model, D72-D73. Product Lifecycle Management Services version 2.0 (2009) OMG Document S. Charles (2005), Gestion Intégrée des données CAO et EF - Contribution à la liaison entre conception mécanique et calcul de structures, Thèse de Doctorat de l Université de Technologie de Troyes S. Rachuri, E. Subrahmanian, A. Bouras, S-J. Fenves, S. Foufou, R-D. Sriram (2007), Information sharing and exchange in the context of product lifecycle management: Role of standards, International Journal of Computer Aided Design, Elsevier E. Gunpinar, S. Han (2007), Interfacing heterogeneous PDM systems using the PLM Services, International Journal of Advanced Engineering Informatics, Elsevier KC Morris (2007), Improving PDM Testability through Standards Harmonization, Contribution of the National Institute of Standards - NIST, USA Siemens PLM Software (2007), Open product lifecycle data sharing using XML