Hiérarchie des équipements ISA-95 expliquée par l'exemple

La hiérarchie des équipements ISA-95 est le vocabulaire commun qui permet à l'exploitation, à l'ingénierie et à l'IT de s'accorder sur l'emplacement d'une machine : entreprise, site, zone, centre de travail et unité de travail. Dans cet article, vous découvrirez ce que signifie chaque niveau, en quoi la hiérarchie diffère entre usines discrètes et usines de process, les erreurs que commettent les équipes en l'appliquant et comment y placer des appareils connectés qui produisent des données pour un Unified Namespace.

Qu'est-ce que l'ISA-95 ?

L'ISA-95, publiée à l'international sous la référence IEC 62264, est une norme d'intégration entre les systèmes d'entreprise comme l'ERP et les systèmes de gestion des opérations de production comme le MES et le SCADA. Elle définit des modèles pour les activités de production, de maintenance, de qualité et de stocks, ainsi que les informations échangées entre la gestion et l'atelier.

Deux parties de l'ISA-95 sont faciles à confondre :

La hiérarchie fonctionnelle décrit des niveaux d'activité, du niveau 0 (le procédé physique) au niveau 1 (mesure et action), au niveau 2 (supervision et contrôle-commande), au niveau 3 (gestion des opérations de production) et au niveau 4 (planification et logistique de l'entreprise). Elle répond à la question « quel type de travail se fait ici ? ».
La hiérarchie des équipements basée sur les rôles décrit les actifs physiques et logiques : entreprise, site, zone, centres de travail et unités de travail. Elle répond à la question « où se situe cet actif dans l'organisation ? ».

Cet article porte sur la seconde. Quand on parle d'« une structure de topics ISA-95 » pour MQTT, on désigne presque toujours la hiérarchie des équipements. Les niveaux fonctionnels sont plus proches du modèle de Purdue, que notre comparatif modèle de Purdue vs ISA-95 démêle.

Les niveaux de la hiérarchie des équipements ISA-95

Niveau	Définition	Exemple discret	Exemple process
Entreprise	La société, sommet de la hiérarchie	Acme Manufacturing	Acme Beverages
Site	Un emplacement physique et géographique	Usine de Dallas	Brasserie d'Izmir
Zone	Un regroupement au sein d'un site, souvent par fonction ou par produit	Usinage, Assemblage	Brassage, Conditionnement, Utilités
Centre de travail	Un regroupement d'équipements qui réalise une étape de production	Ligne de production, cellule de travail	Cellule de process, unité de production
Unité de travail	Le niveau le plus bas que l'ISA-95 modélise pour l'ordonnancement	Poste, machine	Unité, comme une cuve ou un réacteur

L'ISA-95 distingue plusieurs types de centres de travail, selon le mode de fabrication :

Ligne de production pour la fabrication discrète répétitive, comme l'embouteillage ou l'assemblage automobile.
Cellule de travail pour la fabrication discrète où un groupe de machines travaille de manière flexible, comme une cellule d'usinage.
Cellule de process pour la fabrication par lots, selon la terminologie ISA-88.
Unité de production pour les procédés continus comme une colonne de distillation ou une machine à papier.
Zone de stockage pour les espaces qui contiennent de la matière, comme un parc de cuves ou un entrepôt.

Chaque type de centre de travail a son unité de travail correspondante : postes ou machines au sein d'une ligne ou d'une cellule, unités au sein d'une cellule de process, et unités de stockage au sein d'une zone de stockage.

En dessous de l'unité de travail

L'ISA-95 s'arrête à l'unité de travail, car c'est le niveau le plus fin dont les systèmes de gestion et d'exploitation ont besoin pour l'ordonnancement. En pratique, il faut souvent descendre plus bas. L'ISA-88, la norme de contrôle des procédés par lots, continue avec les modules d'équipement et les modules de contrôle, par exemple un module de chauffe dans une cuve et un transmetteur de température dans ce module. De nombreuses usines étendent la hiérarchie de cette façon lorsqu'elles ont besoin d'un adressage au niveau des capteurs.

Exemple détaillé : une usine d'embouteillage

Pour rendre les niveaux concrets, voici une même usine décrite à travers la hiérarchie :

Enterprise   acme
Site         dallas
Area         packaging
Work center  line-02            (ligne de production)
Work units   depalletizer, rinser, filler, capper, labeler, case-packer
Area         utilities
Work center  compressed-air      (unité de production)
Work units   comp-01, comp-02, dryer-01
Area         warehouse
Work center  finished-goods      (zone de stockage)
Work units   rack-a, rack-b

Une remplisseuse de la ligne 2 a désormais une adresse sans ambiguïté : acme/dallas/packaging/line-02/filler. Tout système, de l'historian à l'application de maintenance, peut utiliser cette adresse comme clé.

Erreurs courantes dans l'application de la hiérarchie

Mélanger structure organisationnelle et structure physique. Les services et centres de coûts changent plus souvent que les bâtiments et les lignes. Fondez la hiérarchie sur les équipements physiques et gardez les données organisationnelles comme attributs.
Une profondeur incohérente. Si certaines machines sont sous une ligne et d'autres directement sous une zone, les requêtes avec wildcards ne fonctionnent plus. Introduisez un centre de travail de substitution comme standalone plutôt que de sauter un niveau.
Encoder des attributs dans les noms. filler-krones-2019 mélange identité, fournisseur et année. Gardez des noms courts et placez les attributs dans les métadonnées.
Oublier les utilités et le stockage. Compresseurs, chaudières et cuves comptent pour l'analyse de l'énergie et de la qualité. Donnez-leur aussi des zones et des centres de travail.
Concevoir toute l'entreprise d'un coup. Modélisez en profondeur un site et une zone, validez-les avec des données réelles, puis étendez le modèle.
Aucun responsable. Quelqu'un doit approuver les nouveaux nœuds, sinon la hiérarchie dérive à mesure que chaque projet ajoute ses propres branches.

De la hiérarchie aux données en direct

La hiérarchie des équipements devient vraiment utile lorsqu'elle structure vos données temps réel, et pas seulement un schéma dans un MES. C'est l'idée centrale d'un Unified Namespace : les appareils publient dans des topics MQTT qui suivent la hiérarchie, si bien que le chemin du topic est l'adresse de l'actif. Notre guide sur les topics MQTT ISA-95 montre précisément comment encoder les niveaux dans les topics, et la structure des topics UNS propose des arborescences complètes pour les usines discrètes et de process.

Vous pouvez essayer en une minute avec le serveur MQTT public gratuit, prévu pour les tests et non pour les données de production. L'espace public est lisible par tous et autorise 8 niveaux de topic : utilisez donc un préfixe unique et uniquement des valeurs simulées.

mosquitto_pub -h broker.connectmq.com -p 1883 -i isa95-demo-pub-m3 -r \
  -t "connectmq/demo/m3x8/dallas/packaging/line-02/filler/state" -m "running"

mosquitto_sub -h broker.connectmq.com -p 1883 -i isa95-demo-sub-m3 \
  -t "connectmq/demo/m3x8/dallas/packaging/#" -v

Ici, le niveau entreprise est remplacé par le préfixe de démo pour respecter la limite de niveaux du serveur MQTT public gratuit ; sur un broker privé, le topic commencerait par le nom de l'entreprise.

Visualiser la hiérarchie dans ConnectMQ

ConnectMQ détecte les topics ISA-95 et Unified Namespace, et son portail comprend une vue des appareils organisée par niveaux ISA-95. À mesure que les appareils publient, ils apparaissent sous leur entreprise, leur site, leur zone, leur ligne et leur équipement, ce qui permet de repérer facilement une passerelle qui a publié dans la mauvaise zone ou une machine dont le nom ne respecte pas la norme. Pour les edge nodes Sparkplug B, ConnectMQ décode les payloads et les republie dans des topics ISA-95, par exemple de spBv1.0/factory1/DDATA/line1/cnc1 vers connectmq/factory1/production/line1/cnc1/telemetry, afin que les appareils Sparkplug rejoignent la même hiérarchie que tout le reste.

Utiliser la hiérarchie au-delà des topics

Les mêmes adresses sont utiles dans tous les systèmes :

Les historians et les data lakes peuvent stocker site, zone, ligne et équipement sous forme de colonnes ou de tags, ce qui permet des requêtes comme « énergie par ligne et par équipe » sans table de correspondance.
Les alertes peuvent être restreintes à une branche, pour que l'équipe utilités ne reçoive que les alertes des utilités.
Les jumeaux numériques peuvent reproduire la hiérarchie à l'identique ; voir ISA-95 et jumeaux numériques.
La conception des accès peut suivre les branches, avec des identifiants délivrés par passerelle ou par application et couvrant la zone desservie.

Pour situer tout cela dans une architecture d'usine complète, notre guide MQTT pour l'IoT industriel couvre de bout en bout les passerelles, les protocoles et les brokers.

Cartographiez votre hiérarchie ISA-95 avec ConnectMQ

Le moyen le plus rapide de valider une hiérarchie est d'y publier des données réelles et d'observer le résultat. ConnectMQ est un broker MQTT cloud, c'est-à-dire un broker MQTT managé, qui intègre au portail une vue des appareils ISA-95, la détection des topics ISA-95 et la republication Sparkplug B. Créez un broker avec l'offre gratuite Serverless sur app.connectmq.com, sans carte bancaire, et regardez vos appareils se ranger niveau par niveau. Si vous découvrez les brokers, commencez par le rôle d'un broker MQTT.

Questions fréquentes

Quels sont les niveaux de la hiérarchie des équipements ISA-95 ?

Entreprise, site, zone, centre de travail et unité de travail. Les centres de travail comprennent les lignes de production, les cellules de travail, les cellules de process, les unités de production et les zones de stockage, chacun avec ses unités de travail correspondantes.

Une ligne est-elle la même chose qu'une cellule dans l'ISA-95 ?

Ce sont toutes deux des centres de travail. Une ligne de production convient à la production discrète répétitive, tandis qu'une cellule de travail convient aux regroupements flexibles de machines. Utilisez celle qui correspond au fonctionnement réel des équipements.

Jusqu'à quelle profondeur la hiérarchie doit-elle aller ?

L'ISA-95 s'arrête à l'unité de travail. Descendez en dessous avec des modules d'équipement et de contrôle de type ISA-88 uniquement si vous avez besoin d'un adressage au niveau des capteurs.

L'ISA-95 est-elle la même chose que le modèle de Purdue ?

Non. L'ISA-95 modélise l'intégration de l'entreprise jusqu'au contrôle-commande ainsi que les rôles des équipements, tandis que le modèle de Purdue est une architecture réseau de référence. Ils partagent la numérotation des niveaux, d'où la confusion.

Hiérarchie des équipements ISA-95 : entreprise, site, zone, ligne, cellule