Manufacturing Execution Systems

MES, logiciel de pilotage de la production

Un MES est l’acronyme de « Manufacturing Execution Systems » en anglais, ce qui signifie « systèmes d’exécution de fabrication ». Il s’agit d’un logiciel complet et flexible dont le rôle est de surveiller, suivre, documenter et contrôler le processus de fabrication des produits, depuis les matières premières jusqu’aux produits finis. En agissant comme une couche intermédiaire entre la planification des ressources de l’entreprise (ERP) et les systèmes de contrôle des processus, un MES fournit les données nécessaires pour rendre l’atelier plus efficace et optimiser la production.

Dans la plupart des entreprises, il y a deux types de systèmes informatiques dans les ateliers de production :

  • Le système de gestion de l’entreprise composé généralement d’un ERP (Enterprise Resource Planning, qui signifie « planification des ressources de l’entreprise ») et d’un programme de GPAO (Gestion de la production assistée par ordinateur, qui est un outil informatique pour planifier et gérer la production).
  • Le système de supervision qui assure le pilotage en temps réel des moyens de production (c’est-à-dire qui contrôle les machines de production au fur et à mesure).

Le MES a été créé pour combler le manque de communication informatique entre ces deux couches fonctionnelles (le système de gestion de l’entreprise et le système de supervision) et a pour but de résoudre ce problème.

L’importance des MES

Peu importe la taille d’un atelier ou d’une usine, un MES peut contribuer à la productivité et à la rentabilité globales. Les informations sont enregistrées au fil de l’eau, avec une qualification et une contextualisation fine. Ces enregistrements permettent de répondre au besoin de traçabilité, mais d’avoir une vision temps réel autant qu’une possibilité d’analyse à froid de type Big Data.

Les industries réglementées telles que la pharmacie, l’agro-alimentaire, les dispositifs médicaux, l’aéronautique et l’aérospatiale, la défense et la biotechnologie sont tout particulièrement concernées. Les impératifs stricts de garantie de conformité de la production (contrôles) et de traçabilité rendent nécessaire l’utilisation d’un outil plus fin qu’un ERP.

Avantages des MES

Les principaux avantages d’un MES sont :

  1. Contrôle qualité amélioré : les contrôles sont naturellement intégrés au processus de production en temps réel. Les entreprises équipées d’un MES peuvent arrêter ou intervenir sur la production dès l’identification de problèmes, réduisant ainsi les déchets, les rebuts, les excédents et les reprises.
  2. Augmentation du temps de fonctionnement : Un MES génère des programmes de production réalistes en équilibrant les ressources en personnel, en matériaux et en équipements. Un MES intègre ou interagit avec la planification et la maintenance pour maximiser le flux de production. Ceci permet d’augmenter ainsi le temps de fonctionnement et améliorant l’efficacité globale des équipements (OEE). Les aspects temps réels sont clefs.
  3. Réduction des stocks : les stocks sont mis à jour en temps réel avec les nouvelles productions, les rebuts et les matériaux non conformes. Cela aide à réduire les stocks inutiles et les stocks d’en-cours (WIP, Work In Progress), réduisant ainsi les coûts de fabrication, de transport, de stockage et d’inventaire.
  4. Atelier sans papier : Éliminer les documents papier aide non seulement à réduire les chances d’erreur humaine, mais un élément clef de la disponibilité de données en temps réel. Des contrôles de cohérences, des saisies automatiques et des détrompeurs sont généralement inclus. L’absence de re-saisie est une autre source d’économie.
  5. Amélioration du suivi des produits et de la généalogie : un MES suit le cycle de production du début à la fin, regroupant les pièces finales ou les lots avec leurs données de production et de contexte. Ces données permettent de garantir une conformité réglementaire, même quand celle-ci évolue.

Fonctionnalités essentielles des MES

En 1997, l’Association internationale des solutions d’entreprise de fabrication, ou MESA, a défini les fonctions essentielles des systèmes d’exécution de fabrication. Bien que le modèle MESA ait évolué avec le temps, ces fonctions de base fournissent la base pour exécuter presque n’importe quel type d’usine et sont essentielles aux systèmes d’exécution de fabrication d’aujourd’hui.

  • Gestion des définitions de produits : Cela peut inclure le stockage, le contrôle des versions et l’échange avec d’autres systèmes de données maîtresses telles que les règles de production de produits, la nomenclature des matériaux, la nomenclature des ressources, les points de consigne de processus et les données de recette, toutes axées sur la définition de la manière de fabriquer un produit. La gestion des définitions de produits peut faire partie de la gestion du cycle de vie des produits.
  • Gestion des ressources : Cela peut inclure l’enregistrement, l’échange et l’analyse des informations sur les ressources, dans le but de préparer et d’exécuter des ordres de production avec des ressources aux capacités et disponibilités adéquates.
  • Ordonnancement (processus de production) : Ces activités déterminent le planning de production sous forme de collection d’ordres de travail pour répondre aux exigences de production, généralement reçus des systèmes de planification des ressources de l’entreprise (ERP) ou des systèmes de planification et d’ordonnancement avancés spécialisés, en optimisant l’utilisation des ressources locales.
  • Émission des ordres de production : Selon le type de processus de production, cela peut inclure la distribution ultérieure des lots, des runs et des ordres de travail, l’émission de ceux-ci aux centres de travail et l’ajustement aux conditions imprévues.
  • Exécution des ordres de production : Bien que l’exécution réelle soit effectuée par des systèmes de contrôle de processus, un MES peut effectuer des vérifications sur les ressources et informer d’autres systèmes sur l’avancement des processus de production.
  • Collecte de données de production : Cela inclut la collecte, le stockage et l’échange de données de processus, de statut d’équipement, d’informations sur les lots de matériaux et de journaux de production dans une base de données historique ou relationnelle.
  • Analyse de la performance de production : Créer des informations utiles à partir des données brutes collectées sur l’état actuel de la production, telles que des aperçus des travaux en cours (WIP), et la performance de production de la période passée, comme l’efficacité globale des équipements ou tout autre indicateur de performance tel le TRS.
  • Traçabilité de la production : Enregistrement et récupération d’informations connexes afin de présenter un historique complet des lots, des ordres ou de l’équipement (particulièrement important dans les productions liées à la santé, par exemple les produits pharmaceutiques).

Dans l’environnement manufacturier d’aujourd’hui, il ne s’agit pas d’un choix entre MES et ERP. Ensemble, ils apportent une clarté opérationnelle qu’aucun système ne peut fournir seul.

Relation avec d’autres systèmes

Les systèmes MES s’intègrent à la norme ISA-95 (anciennement Purdue Reference Model, « 95 ») avec de multiples relations.

Relation avec d’autres systèmes de Niveau 3

L’ensemble systèmes agissant sur le Niveau 3 de l’ISA-95 peut être appelée systèmes de gestion des opérations de fabrication (MOMS). Outre un MES, on trouve généralement un système de gestion des informations de laboratoire (LIMS), un système de gestion d’entrepôt (WMS) et un système de gestion de la maintenance assistée par ordinateur (CMMS). Du point de vue du MES, les flux d’informations possibles sont les suivants :

  • Vers LIMS : Demandes de tests de qualité, lots d’échantillons, données statistiques du processus
  • De LIMS : Résultats des tests de qualité, certificats de produit, avancement des tests
  • Vers WMS : Demandes de ressources matérielles, définitions de matériel, livraisons de produits
  • De WMS : Disponibilité du matériel, lots de matériel en attente, expéditions de produits
  • Vers CMMS : Données de fonctionnement des équipements, affectations d’équipements, demandes de maintenance
  • De CMMS : Progrès de la maintenance, capacités des équipements, calendrier de maintenance

Relation avec les systèmes de Niveau 4

Des exemples de systèmes agissant sur le Niveau 4 de l’ISA-95 sont la gestion du cycle de vie des produits (PLM), la planification des ressources de l’entreprise (ERP), la gestion de la relation client (CRM), la gestion des ressources humaines (HRM) et le système d’exécution du développement des processus (PDES). Du point de vue du MES, les flux d’informations possibles sont les suivants :

  • Vers PLM : Résultats des tests de production
  • De PLM : Définitions de produits, nomenclature des opérations (itinéraires), instructions de travail électroniques, paramètres d’équipement
  • Vers ERP : Résultats de performance de production, matériel produit et consommé
  • De ERP : Planification de la production, exigences de commande
  • Vers CRM : Informations de suivi et de traçabilité des produits
  • De CRM : Plaintes relatives aux produits
  • Vers HRM : Performance du personnel
  • De HRM : Compétences du personnel, disponibilité du personnel
  • Vers PDES : Résultats des tests et de l’exécution de production
  • De PDES : Définitions de flux de production, définitions d’expériences de conception (DoE)

Dans de nombreux cas, des systèmes d’intégration d’applications d’entreprise middleware (EAI) sont utilisés pour échanger des messages de transaction entre les systèmes MES et de Niveau 4. Une définition de données commune, B2MML, a été définie dans la norme ISA-95 pour relier les systèmes MES à ces systèmes de Niveau 4.

Relation avec les systèmes de Niveau 0, 1, 2

Les systèmes agissant sur le Niveau 2 de l’ISA-95 sont le système de contrôle et d’acquisition de données de supervision (SCADA), les automates programmables industriels (API), les systèmes de contrôle distribué (DCS) et les systèmes de gestion de l’automatisation des bâtiments (BAS). Les flux d’informations entre le MES et ces systèmes de contrôle des processus sont approximativement similaires :

  • Vers les API : Instructions de travail, recettes, points de consigne
  • Des API : Valeurs de processus, alarmes, points de consigne ajustés, résultats de production

La plupart des systèmes MES incluent la connectivité en tant que partie de leur offre de produit. La communication directe des données d’équipement de l’atelier est établie en se connectant aux API. Souvent, les données d’atelier sont d’abord collectées et diagnostiquées pour un contrôle en temps réel dans un système DCS ou SCADA. Dans ce cas, les systèmes MES se connectent à ces systèmes de Niveau 2 pour échanger des données d’atelier.

Jusqu’à récemment, la norme de l’industrie pour la connectivité de l’atelier de fabrication était OLE pour le contrôle des processus (OPC), mais elle passe maintenant à l’architecture unifiée OPC (OPC-UA). Cela signifie que les systèmes compatibles OPC-UA ne fonctionneront pas nécessairement uniquement sur l’environnement Microsoft Windows, mais pourront également fonctionner sur Linux ou d’autres systèmes embarqués, réduisant le coût des systèmes SCADA et les rendant plus ouverts avec une sécurité robuste.

Tendances et nouvelles technologies MES

Alimentés par des technologies avancées, les systèmes d’exécution de fabrication évoluent pour devenir orientés service, modulaires et connectés. La connectivité cloud est l’épine dorsale des usines intelligentes, permettant aux systèmes de fabrication avancés, aux appareils, produits et équipements de communiquer de manière autonome.

Les MES jouent un rôle crucial dans l’amélioration de l’efficacité, la réduction des coûts et la garantie de la conformité réglementaire pour un large éventail d’industries. En évoluant avec les technologies modernes, les MES deviennent des éléments clés pour les entreprises cherchant à rester compétitives sur le marché mondial en constante évolution.

Le site français de référence du MES est le Club MES. Il regroupe les acteurs significatifs du secteur : éditeurs, intégrateurs, sociétés de conseil, organismes de formation, organismes de normalisation.