Auteurs : B. Iung E. Levrat CHAPITRE DU LIVRE: LA E-MAINTENANCE 2 idées fortes sont à la base de la genèse de ce chapitre et de sa structuration. a) Proposer un «framework» (un cadre) de définition et de modélisation de la e- maintenance en s appuyant sur le principe de «enterprise architecture» (EA) comme défini dans les «Interoperable Enterprise Systems». «EA is an organized collection of ingredients (tools, methodologies, modelling languages, models, etc.) necessary to architect or re-architect whole or part of an enterprise. For a given Enterprise, the architecture describes the relationships among the mission assigned to the enterprise, the work the enterprise does, the information the enterprise uses, and the physical means, human labor, and information technology that the enterprise needs 1 Dans notre cas, nous voulons architecturer, Ingénieriser (au sens Ingénierie Système de l AFIS) la fonction e-maintenance de l entreprise dans le contexte global de l entreprise (la maintenance n est qu un moyen pas un but) 2. Cette notion d Architecture d Entreprise est aussi un des fondements de l atelier MEGA dans la proposition de ces différents modèles pour accompagner les managers dans leur programme de formalisation. Les termes utilisés dans ce chapitre sont définis dans l atelier MEGA (http://www.mega.com). La structuration déduite de ce positionnement doit faire appel aux autres chapitres pour détailler les points introduits dans ce chapitre [Lien avec l idée du fil conducteur] b) Utiliser le framework pour démontrer que la e-maintenance est «scientifiquement» autre chose qu une mosaïque, un patchwork de technologies, de normes, tel que perçu la plupart du temps à travers les publications en e-maintenance. Dilemme : Est-ce que le e de e-maintenance ne matérialise que l aspect NTIC ou est ce que le e de e-maintenance est une nouvelle manière d appréhender la maintenance pour faire face à de nouveaux 1 Papier de Vernadat ou Chen ou Doumeingts sur l Interopérabilité en Enterprise. Proposition des cadres GERAM, CIMOSA, 2 Une autre voie serait d utiliser l approche MDA (Model Driven Architecture) basée sur quatre niveaux de modèles (Modèle CIM, PIM, PSM) ou le cadre de modélisation de Zachman
besoins (en sachant que cette nouvelle forme n a émergé que consécutivement à l émergence des NTIC). 1- E-maintenance : Une nouvelle manière d appréhender la maintenance pour répondre aux besoins actuels de la e-entreprise. Ce sous chapitre, en lien avec le chapitre 1 doit clairement mettre en évidence la justification de la e-maintenance: le pourquoi de son émergence (les services 3 attendus), premièrement d un point de vue industriel vis-à-vis d un contexte d Entreprise, et deuxièmement d un point de vue académique pour répondre aux verrous industriels posés. Il doit aussi donner une définition de la e-maintenance fondée sur une synthèse des définitions existantes. Dans la justification, il faut faire attention à ce qui est un besoin d évolution de la maintenance suite à l évolution du besoin produit en entreprise (variabilité, accélération des flux ), de ce qui est la justification du e en relation avec les NTIC. Dans tous les cas, la finalité de la e-maintenance n a de sens que par rapport à la finalité de l entreprise (cycle de vie système : phase du maintien en condition opérationnelle). 2 manières d appréhender le e 4 La e-maintenance découle d une nouvelle façon d envisager la production (e-manufacturing) qui découle d une nouvelle façon d envisager le business (e-business) qui découle d une nouvelle façon d envisager le travail 5 (e-work) -> nouvelles fonctionnalités ; la e- maintenance est requise par la nouvelle façon de travailler (c est une nouvelle façon de pensée qui est indépendante des TECHNOLOGIES exploitées même si elles sont sous-jacentes). Par exemple, les nouvelles relations clients-fournisseurs du niveau business impliquent une reconsidération des relations clients-fournisseurs du niveau maintenance. La e-maintenance résulte d une utilisation des NTIC (mais quel est alors le sens en terme de besoin) pour répondre à une architecture plus coopérative-distribuée oui mais c est quand même l emergence des NTIC qui a permis de reconsidérer les façons de pensée en entreprise (modification des relations, des services, pas directement des composants). L introduction au sous-chapitre suivant est faite, sur la base du cadre, en reprenant l élément clé : La e-maintenance est une fonction majeure de la e- entreprise (pour répondre aux évolutions), donc la nécessité de positionner clairement cette fonction dans ce contexte d entreprise. 3 Un service est l'élément de découpage d'une application (de e-maintenance) qui est mis à la disposition de l'utilisateur final de cette application dans le cadre de son travail 4 Proposition de Baldwin: What represents the e in e-maintenance? E-Maintenance = Excellent Maintenance = Efficient Maintenance + Effective Maintenance + Entreprise Maintenance 5 Voir le papier de Shimon Y. Nof dans PP&C de 2003 vol. 14, n 8, Design of effective e-work : review of models, tools and emerging challenges
2- Le contexte de la fonction e-maintenance en Entreprise Ce sous chapitre doit clairement positionner l intégration 6 de la e-maintenance en entreprise pour répondre aux besoins émergents du e-manufacturing vs. e- business. Comme dans une approche système, il nous faut définir la e- maintenance vis-à-vis de son environnement immédiat (autres processus de l entreprise, contraintes majeures ) avant d en détailler le contenu dans les autres sous chapitres. La finalité de la e-maintenance est dictée par son environnement : quels sont les services attendus de la e-maintenance vis-àvis de la finalité de son environnement? Au sens de MEGA cela correspond au minimum à définir un diagramme d environnement. Quelques items à développer dans ce sous-chapitre - Avec quels acteurs de l environnement la E-maintenance interagit (acteurs récepteurs ou émetteurs de flux)? - Avec quels processus clés de l environnement- de ces acteurs (e-business, e-manufacturing) la E-maintenance interagit? o Intégration verticale (entre niveaux de type ERP, MES ) de la e- maintenance avec certains processus clés de l environnement de niveau hiérarchiques différents o Intégration horizontale de la e-maintenance avec des processus clés de même niveau. - Quels sont les flux échangés (informations, connaissance, matière, ressources ) en émission et réception? Quels sont les éléments déclencheurs de la e-maintenance (flux, temporisateur ) - Standardisation sur l intégration verticale et horizontale de la e- maintenance (i.e. IEC/ISO 62264) Le contexte de la e-maintenance en entreprise étant ainsi positionné, le prochain sous chapitre est introduit comme un chapitre de définition du quoi de la e- maintenance : Nécessité de décomposer cette fonction pour faire apparaître les processus métiers clés de la e-maintenance dont certains consomment ou produisent les flux échangés avec l environnement. ISA-95 Part 3 & 4 ERP Vertical Integration ISA-95 Part 1 & 2 Horizontal Integration MES CMMS MES Smart Sensors CMOpS CMS PDA, PLCs, E-maintenance et son environnement E-maintenance et son intégration 6 L intégration consiste à assembler les différentes parties d un système et à assurer leur compatibilité ainsi que le bon fonctionnement du système complet. Faire tomber les barrières fonctionnelles et organisationnelles au sein des entreprises afin que l ensemble soit vu comme un tout cohérent. L intégration n est pas un but en soi. C est un moyen d assurer la cohérence de l entreprise. L interopérabilité des systèmes n est aussi qu un moyen parmi d autres pour faciliter l intégration [HDR Hervé Panetto]
3- Les processus métiers de la e-maintenance Ce sous chapitre a pour objet de définir les processus métiers (compétence ou regroupement de compétence) de la e-maintenance (processus interne) en sachant que chaque processus est une chaîne de valeur fournissant un des services attendus (i.e. mettre en œuvre l action anticipative de maintenance la plus adaptée à la situation) à un acteur interne ou externe à la e-maintenance. Cette chaîne est décrite par une séquence d activités de transformation (contribution d un métier à la chaîne de valeur d un processus ; diagramme fonctionnel de processus) et est en interaction avec des acteurs métiers. A ce stade, les processus et leurs activités de décomposition ne préjugent d aucune organisation voire d infrastructure. Le schéma des processus est équivalent à un BPM (Business Process Management) (i.e. détection puis diagnostic puis pronostic puis aide à la décision puis planification puis ) par service attendu. Un processus peut apparaître dans plusieurs BPM. La résultante des BPM matérialise une vue conceptuelle de la e-maintenance: le quoi de la e-maintenance (cartographie des processus de la e-maintenance). Le chaînage des processus (et des activités) repose sur une sémantique métier qui requiert nécessairement une interopérabilité sémantique 7 [Lien avec la S- maintenance] ou une ontologie en e-maintenance. Les activités peuvent opérer sur des données, des informations et/ou des connaissances. Les activités font appel à des techniques classiques ou plus évoluées (i.e. réseaux de neurones) pour supporter ces opérations. Ce sous chapitre étant une vue conceptuelle des processus métiers, le sous-chapitre suivant, pour se rapprocher des applications réelles, va s attacher à définir les organisations potentielles en e-maintenance dont chacune résulte d une projection particulière de ces processus sur des acteurs réels localisés sur différents sites. 4- e-maintenance et organisation Ce sous chapitre a pour objectif de définir quelles sont les organisations les plus adaptées pour mettre en œuvre la e-maintenance. Les éléments du sous-chapitre 3 sont ainsi à projeter sur une ou plusieurs organisations de e-maintenance. Une organisation consiste à définir les acteurs concrets 8 de la e-maintenance et leur site de localisation (élément de l organisation tel que un service, un département, une personne ), à définir les enchaînements de procédures permettant de mettre en œuvre un processus dans l organisation (i.e. procédures enchaînées sur plusieurs sites géographiquement différents), et à placer chaque procédure sous la responsabilité d un acteur (séquence d opérations à réaliser par chaque acteur : un logigramme). 7 L EIF (European Interoperability Framework) propose de structurer l interopérabilité en 3 niveaux: interopérabilité de niveau sémantique (conceptuel), interopérabilité de niveau organisationnel et interopérabilité de niveau technologique. 8 Un acteur représente une personne ou un groupe de personnes qui interviennent dans les processus ou dans le système d'information de l'entreprise. Un acteur peut être interne ou externe à l'entreprise : - Un acteur interne représente un élément de l'organisation d'une entreprise tel qu'une direction, un service ou un poste de travail. Il est défini à un niveau plus ou moins fin en fonction de la précision à fournir sur l'organisation. Ex : la direction financière, la direction commerciale, le service marketing, l'agent commercial. - Un acteur externe représente un organisme qui échange des flux avec l'entreprise. Ex : Client, Fournisseur, Administration
Le site est interne ou externe à l entreprise et peut préjuger d une sous-traitance de compétences. La représentation de l exécution organisationnelle de ce processus peut se faire sous la forme de workflow «organisationnel» qui se matérialise entre autres par : le début et la fin du workflow, les opérations à accomplir durant le traitement, les éléments algorithmiques d enchaînement des opérations, les acteurs interagissant avec les opérations, les flux d information échangés avec les acteurs. Seule l allocation des ressources aux opérations n est pas réalisable à ce stade organisationnel et fait plutôt l objet du sous-chapitre 5 (de ce chapitre) pour développer des workflow techniques. Les types d organisation peuvent se décliner par rapport à la métrique EICM "Enterprise Integration Capability Model" de (Hollocks et al., 1997) afin de proposer une métrique en 5 niveaux de caractérisation de l organisation (évolution à partir du niveau 2, d'une forme de hiérarchie classique basée sur la coordination vers une forme, pour le niveau 5, d organisation "très à plat" (hétérarchie, "flat structure") basée sur une auto-organisation satisfaisant aux critères d'adaptabilité et d'agilité ; une organisation en réseau). Niveau 5: Adaptable Les processus sont capables de s'auto organiser et de s'adapter à des variations inconnues de leur environnement Niveau 4: Interopérable Les processus peuvent coopérer en utilisant les services d'autres îlots pour atteindre leurs objectifs Niveau 3: Visible Les processus sont capables de s'informer mutuellement en produisant des données compréhensibles pour leur environnement Niveau 2: Rigide Les processus sont coordonnés par des liens rigides Niveau 1: Processus Les processus sont cloisonnés et opèrent de façon indépendante Fragmentés Tableau 1: Métrique "Enterprise Integration Capability Model" (Hollocks et al,1997) Le type d organisation induit nécessairement de nouvelles activités (et opérations associées) liées (a) à une répartition des opérations sur des acteurs potentiellement localisés sur des sites différents et (b) à la nécessité de faire fonctionner le processus comme un tout. Ces nouvelles activités sont de la communication, de la collaboration, de la négotiation Par rapport aux services attendus en e-maintenance (voir 1) consécutif à une nouvelle façon d envisager la maintenance compte tenu des évolutions e- business vs e-manufacturing, l organisation la plus adaptée pour la e- maintenance se situe plutôt au niveau 4 voire 5 qu aux niveaux classiques 1-2- 3. Le niveau 4 est assimilable à une organisation distribuée coopérative [Lien avec le chapitre 2 et celui sur l organisation]. L organisation étant définie, le sous chapitre suivant a pour objet d identifier les composants génériques techniques qui peuvent être assemblés et utilisés pour supporter physiquement les opérations. 5- Architecture de service et de données de la e-maintenance Ce sous chapitre a pour objectif de définir quels sont les composants génériques capables de supporter physiquement les différentes opérations affectées aux acteurs du niveau organisationnel. La notion de généricité permet de définir des classes de
composants qui supportent un même type d opération. Le choix d un composant pour constituer une infrastructure type fait l objet du sous chapitre 6 de ce même chapitre. Ces composants sont des RESSOURCES matérielles, logicielles, informatiques qui supportent principalement la communication (réseau filaire, réseau sans fil, routeur, Internet ), le traitement (technologie Agent, technologie Web, PLC, capteurs intelligents ) et le stockage (Bd, serveur ) des données/informations/connaissances rattachées à chaque opération. A ces composants peut s ajouter des composants de présentation ou de visualisation des données/informations/connaissances (i.e. interface spécifiques), des composants pour rechercher des D/I/C Les opérations sont directement affectées à la finalité du processus métier (composant générique du métier) ou à son organisation (composant générique d une organisation). Les composants génériques étant définis, le sous-chapitre suivant a pour objet de définir des architectures techniques détaillées de e-maintenance qui sont basées sur un assemblage de composants spécifiques résultant d un dimensionnement des composants génériques à l application de e-maintenance à supporter. 6- Infrastructure de e-maintenance Ce sous chapitre a pour objectif de présenter des architectures techniques détaillées (diagramme d Infrastructure Technique) de e-maintenance qui sont constitués d un ensemble de composants matériels, logiciels, informatiques supportant chacune des opérations nécessaires au bon développement des procédures donc des processus métiers. Ces composants particuliers résultent d un dimensionnement, d une paramétrisation adéquats des composants génériques au cas de l application de e- maintenance à traiter (processus métiers spécifiques à supporter). L infrastructure technique est donc définie par l ensemble des ressources nécessaires à l exécution de toutes les opérations identifiées au niveau organisationnel. Cette infrastructure comprend donc par exemple des réseaux, des serveurs, des postes de travail avec les applications informatiques qui s y rattachent, des bases de données, des acteurs externes qui s y connectent Une infrastructure se caractérise aussi par ses principes de fonctionnement (infrastructure sans fil, à haute tolérance de panne, sécurisée ) et la mise en oeuvre d une interopérabilité technologique qui consiste à déployer les bonnes NTIC concernant les normes pour présenter, stocker, échanger, traiter et communiquer des D/I/C au moyen de matériels informatiques. Des exemples d infrastructure techniques en e-maintenance sont les plates formes existantes comme ICAS, WSDF, TELMA 7- Normes et standards en e-maintenance Ce sous chapitre a pour objectif de présenter et détailler les normes et les standards les plus importants en lien avec la e-maintenance. Ces normes et ces standards concrétisent la majeure partie des problèmes à résoudre relatifs aux interopérabilité sémantique, organisationnelle et technologique. Les principaux standards relatifs à la e-maintenance sont :
- IEEE 802.11x, EN457:1992 ISO7731. - IEC 62264 (Enterprise Control system Integration) based on ANSI/ISA S95. - ISO 15745 (Industrial automation application integration framework). - MIMOSA 9 (Machinery Information Management Open System Alliance) IEEE 1232. MIMOSA CRIS. IEEE 1451, ISO-13373-1 - ISO 13374: Condition monitoring and diagnostics of machines. - EN60204-1:1997/IEC60204-1 (Safety of machinery). Certains de ces standards sont directement rattachés aussi à l émergence du CBM (Condition Based Maintenance). D autres initiatives industrielles comme celle de SEMATECH (http://www.sematech.org) sur les technologies de représentation de données et de communication sont aussi à positionner dans ce sous-chapitre. A ces standards orientés maintenance, des standards orientés plutôt technologie informatique sont à citer comme le FIPA, XML Infrastructure technique WSDF (Web-Services-based e-diagnostics framework) 9 http://www.mimosa.org