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Développement des définitions de « Operational technologies » et « Information Technologies »
Périmètre de validité des définitions
Les composants OT et IT précédemment définis sont présents dans le secteur industriel regroupant des entreprises telles que :
Les entreprises manufacturières. Les industries manufacturières (Insee(b), 2016) sont les industries de conversion de matières premières ou d’assemblage de composants en vue d’obtenir des produits finis. Ces derniers sont destinés à répondre aux attentes et spécifications de clients. La fabrication de ces produits finis passe par l’emploi de machines configurées par l’Homme et par la répartition des tâches pour une production de masse. Pour illustration, les industries appartenant à cette catégorie sont les industries électroniques ou encore les industries textiles.
Les entreprises mettant en oeuvre des processus industriels. Une industrie de type processus ou «process» est une industrie dans laquelle les matières premières subissent une transformation chimique en plus d’une transformation physique propre au procédé industriel. Ce segment peut lui-même être scindé en deux groupes en fonction de leur nature :
– Les industries des « biens de consommation » (Insee(a), 2016) c’est-à-dire dont le débouché des activités est la consommation finale des ménages. Les industries agroalimentaires, pharmaceutiques, les industries de traitement de l’eau, les industries de conversion (papeterie, production de pneus) permettent d’illustrer ce groupe.
– Les industries de type « clé en main » (Béaud, 2010) : une fois livrée, l’usine est prête à être utilisée. Les industries pétrolières, les usines d’extraction des mines, les industries chimiques, les centrales nucléaires en sont des exemples.
Les infrastructures. Dans ce cas, les infrastructures sont tous les systèmes permettant le transport au sein d’une collectivité. Pour exemple, les aéroports, les métropolitains, les tramways ou les tunnels font partie de cette catégorie d’entreprises.
Ainsi, les définitions ci-après sont valables pour ces trois types d’entreprises.
Définition « Operational Technologies » (OT)
Désigné par l’acronyme OT (« Operational Technologies » ou technologies opérationnelles en français), un système de contrôle commande est un système matériel et logiciel qui permet d’assurer la surveillance et la maîtrise d’un procédé de production de produits ou services.
La Figure II-1 représente le schéma fonctionnel d’un système OT composé d’une partie opérative (PO) et d’une partie commande (PC). Le procédé ou partie opérative (PO) (Sindjui, 2014) désigne l’ensemble des systèmes matériels permettant au système industriel de fabriquer les produits finis ou de fournir des services. Différents composants peuvent être énumérés dans cette catégorie : les
actionneurs (moteurs, pompes), les effecteurs (bras manipulateurs, ascenseurs), les capteurs (boutons marche/arrêt, capteurs de température). La partie opérative (PO) consomme de l’énergie et des matières premières fournies par le milieu extérieur et les transforment en produits finis ou semi-finis et/ou services.
Le système de commande ou la partie commande (PC) (Sindjui, 2014) sert de relais entre l’opérateur et le procédé de production de biens et services. Cette partie peut être mécanique, électronique ou autre. Sa fonction est de décharger l’opérateur d’une grande partie du travail de contrôle. Elle permet d’envoyer des consignes ou requêtes à destination du procédé ou de la partie opérative (PO) à partir de la consigne globale fournie par l’opérateur. Elle permet également de générer des comptes-rendus grâce à la remontée d’informations provenant du procédé (état de la partie opérative ou de son environnement). Pour exemple, les composants qui font partie de cette catégorie sont les automates programmables industriels.
La Figure II-2 permet d’illustrer et de situer les différents composants des parties opératives et commandes au sein d’un site industriel. Deux de ces composants sont ici détaillés (en souligné sur la Figure II-2) car les termes sont réutilisés par la suite :
Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA7) (Wiles et al, 2008) : Il s’agit d’un système logiciel qui permet de surveiller et commander un procédé industriel. Pour cela, le système collecte et traite des données en temps réel provenant de la partie opérative.
Programmable Automation Controller (PAC 8 ), Programmable Logical Controller (PLC9) & Controllers (Bergougnoux, 2004) : Les sigles désignent des automates et des contrôleurs industriels. Ce sont des dispositifs électroniques permettant de commander, mesurer et contrôler tout ou partie d’un procédé industriel ou le fonctionnement de machines.
Human Machine Interface (HMI 10 ) (Schneider Electric, 2008) : L’interface hommeutilisateur est un écran installé au pied d’une machine ou d’une installation permettant à un opérateur d’en commander et surveiller le fonctionnement. La commande se traduit par une action parfaitement définie (exemple : arrêt de production ou modification de données). En retour, la machine ou l’installation émet une information lisible sur l’interface homme utilisateur pour renseigner sur la bonne exécution ou non de cette action.
Alternative Current Drives (AC Drives11) (Schneider Electric, 2008) : La traduction en français est variateur de vitesse à courant alternatif. Un variateur est un convertisseur d’énergie dont le rôle consiste à moduler l’énergie électrique fournie au moteur. Il assure une mise en vitesse et une décélération progressive. Il permet une adaptation précise de la vitesse aux conditions d’exploitation.
Des acteurs spécifiques sont nécessaires pour faire fonctionner et utiliser les systèmes OT tels que présentés sur la Figure II-2. Ces acteurs sont dits les « acteurs OT ». Dans le cas des entreprises manufacturières ou mettant en oeuvre des processus industriels, le responsable production planifie les opérations et les ressources de la partie opérative (PO) (cf. Figure II-2). Son objectif est de satisfaire les commandes des clients. Par ailleurs, en phase d’évolution des systèmes OT, le responsable de maintenance propose des modifications sur les machines, installations en zone opérative ou sur le « SCADA » et « PAC, PLC & Controllers » de la partie commande (PC). Ceci permet d’anticiper la rupture de services en phase d’exploitation.
Définition « Information Technologies » (IT)
La partie commande (Vidril, 1995) est associée à une couche logicielle et matérielle de supervision utile aux exploitants des installations industrielles. Des observations synthétisées par la couche commande permettent de suivre le déroulement des opérations. A l’ère d’Internet et du « Personal Computer », les informations sont des éléments essentiels pour les entreprises fabriquant des produits ou générant des services. Ces dernières acquièrent et traitent des informations pour planifier et contrôler leurs propres activités, pour documenter leurs propres opérations et pour évaluer leurs performances. Les systèmes d’informations sont tous les outils qui permettent de gérer l’acquisition et le traitement des informations d’entreprise. Ces systèmes (Bracchi et al, 2009) comprennent l’ensemble des informations utilisées, produites et transformées par une entreprise pendant le déroulement de ses processus, les modalités utilisées pour la gestion des dites informations et les ressources, humaines et technologiques impliquées. Les systèmes d’informations peuvent être au service d’une grande diversité de métiers dans une entreprise (Brongniart, Fally et Treyer, 2010): la direction marketing, commerciale, le service client, l’administration des ventes, la production (de biens ou de services), la logistique, les achats ou encore les fonctions supports (gestion administrative, la finance, le contrôle de gestion, les ressources humaines, la qualité, l’environnement, le juridique). Dans le cadre de ce travail de thèse, le périmètre d’intérêt se limite aux systèmes d’information gérant les informations utilisées, produites et transformées par les métiers de la production et de la logistique regroupant les activités telles que : production de biens/services, la distribution du produit, la gestion des bâtiments et infrastructures utiles à la production de biens/services. Dans le cadre de la convergence IT OT, ces systèmes sont de plus en plus connectés avec les systèmes de contrôle-commande décrits ci-avant. Ces derniers seront appelés les systèmes d’information de gestion opérationnelle (ou IT) parmi lesquels :
L’ERP12 (Entreprise Ressource Planning) (Laudon et al, 2010) est un ensemble de modules logiciels qui supportent la planification et le contrôle de toutes les ressources d’une entreprise : humaines, matérielles, financières. L’ERP possède également une base de données centralisée pour permettre l’échange de données entre modules logiciels et des applications tiers d’entreprise. La présente étude se limite au module en lien direct avec les systèmes de contrôle-commande à savoir le module de production. Il permet d’échanger des données ou informations telles que : des ordres de production, des états de production de biens ou services, des états de niveaux de stocks (produits finis ou semi-finis, des matières premières, des pièces de rechange pour la maintenance).
La GMAO13 (Gestion de Maintenance Assistée par Ordinateur) (Blondel, 2007) permet de suivre les actions de maintenance (maintenance corrective), de planifier les actions à effectuer (maintenance préventive) et d’anticiper les actions de maintenance à exécuter sur les différents composants du système de contrôle-commande (maintenance prédictive).
Le MES14 (Manufacturing Executive Systems) (Blondel, 2007) a pour but d’industrialiser le produit constitué et produit les gammes de fabrication à partir des données géométriques du produit, des nomenclatures, des technologies et des ressources de l’entreprise. Il peut permettre également de gérer les actions qui concourent à la qualité.
Comme les systèmes OT, les systèmes IT nécessitent des acteurs spécifiques pour assurer leur conception, leur modification et leur exploitation. Pour illustration, la Direction des Systèmes d’Informations (DSI) est une fonction d’entreprise qui gère la politique informatique. Le rôle de la DSI consiste à donner les directives concernant les accès au réseau informatique de l’entreprise. Elle liste donc les préconisations concernant l’achat d’applications informatiques. Le responsable informatique, quant à lui, met en place, administre et modifie les infrastructures et les applications informatiques. Ces opérations respectent les directives formulées par la DSI. De la même manière que pour l’OT, les acteurs associés aux technologies IT seront appelés « acteurs IT ».
Discussions autour des définitions « Operational Technologies » et « Information Technologies » : positionnement du MES
La délimitation entre les deux types de technologies est accréditée par un grand nombre d’industriels et de scientifiques. De façon unanime (Harp et Gregory-Brown, 2015 ; Haider et al, 2010 ; Taylor, 2013), le « SCADA », les « PAC, PLC & Controllers » sont placés dans la catégorie OT. Pour rappel, ces sigles ont été définis dans la section précédente.
La position du MES reste toutefois controversée. Des discussions informelles auprès de fournisseurs d’automatismes industriels ont mis en exergue cette controverse. Certains industriels positionnent le MES dans l’IT en prenant comme argument sa position géographique dans l’usine. En effet, le MES peut être utilisé dans des bureaux loin de l’usine pour assurer des fonctions non soumises à des exigences de temps réel. Le SCADA, quant à lui, se situe dans des salles attenantes à la production pour gérer des fonctions soumises à des exigences de temps réels. La frontière IT OT se situerait donc entre le SCADA et le MES. D’autres industriels positionnent le MES dans l’OT en considérant son champ d’exploitation. En effet, l’ERP est utilisé pour assurer des fonctions globales d’entreprise (ressources humaines, production, finances par exemple) tandis que le MES permet de gérer les activités spécifiques d’exécution en production. Dans ce cas, la frontière IT OT se situerait entre l’ERP et le MES. Hameed (2016) place le MES dans « un monde entre deux » c’est-à-dire entre le monde OT et le monde IT. Atos (2012) tranche davantage en plaçant le MES dans l’OT. Pour Atos, le MES fait partie de l’ensemble des appareils et des processus qui agissent en temps réel sur des systèmes physiques opérationnels comme des réseaux de distribution d’électricité, des usines de production d’automobiles ou encore des infrastructures (Atos, 2012). D’un autre côté, Rockwell Automation (2015) place le MES dans la catégorie « solutions et services IT ».
La norme internationale ISA 95 constitue une aide pour délimiter les frontières de l’IT et de l’OT. Dans cette norme sont décrits les différents niveaux des processus implémentés dans une entreprise de production de biens. Un des niveaux définis regroupe les activités telles que :
La planification à court-terme de la production (échelle de temps de l’ordre de l’heure) et envoi d’ordres de production.
L’allocation et le contrôle des ressources de production comme les équipements, les composants, la matière première, les opérateurs en fonction de l’envoi d’ordre de production.
La traçabilité des activités de production en progression et collecte et acquisition de données.
La gestion de la qualité.
L’analyse des performances de production en suivant des indicateurs préalablement définis.
La gestion et planification des actions de maintenance.
ISA 95 précise qu’un système typique implémenté pour ce niveau est le MES. Or, comme énoncé précédemment, l’appellation IT désigne les systèmes d’information gérant les informations utilisées, produites et transformées par les métiers de la production et de la logistique regroupant les activités telles que : la production de biens/services, la distribution du produit, la gestion des bâtiments et infrastructures utiles à la production de biens/services. Les activités décrites ci-avant sont gérées par le MES. Le positionnement du MES dans les fonctions IT a donc du sens. Pour le reste du travail de thèse, ce positionnement du MES dans l’IT sera conservé.
Positionnement des fournisseurs d’automatismes industriels par rapport aux « Information Technologies » et « Operational Technologies »
La représentation d’un macro-processus (Brandenburg et Wojtyna, 2003) permet de décrire les finalités et missions générales d’une entreprise. Elle peut donc être employée pour définir le rôle des fournisseurs d’automatismes industriels par rapport aux différentes phases du cycle de vie des technologies OT et IT. Le modèle en Figure II-4 a été élaboré après des entretiens à Schneider Electric auprès de :
Quatre chefs de projet en Recherche et Développement.
Deux chefs de projet en innovation.
Un responsable de production.
Un directeur d’un site industriel.
Le modèle a été corroboré par des documents (Siemens, 2016 ; Rockwell Automation, 2015) explicitant les missions d’entreprises concurrentes.
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Table des matières
PARTIE I. RESUME ETENDU
Bibliographie
PARTIE II. LES ENJEUX, LE CONTEXTE ET LA QUESTION DE RECHERCHE
1. Contexte de la thèse
1.1 Nouveau contexte industriel : la convergence IT OT au coeur des enjeux industriels
1.1.1 4ème révolution industrielle : positionnement de la convergence IT OT dans le cadre de cette révolution
1.1.3 Discussions autour des définitions « Operational Technologies » et « Information Technologies » : positi
1.1.4 Positionnement des fournisseurs d’automatismes industriels par rapport aux « Information Technologies »
1.1.5 Définition de la convergence IT OT
1.2 Conséquences de la convergence et énoncé du problème de thèse
1.2.1 Avantages et menaces liés à la convergence IT OT
1.2.2 Perturbations organisationnelles liées à la convergence IT OT
1.3 Elargissement du contexte
1.4 Paradoxes et question de recherche
2. Cadre théorique de la recherche
3. Introduction à la méthodologie de recherche adoptée
Bibliographie
PARTIE III. ETAT DE L’ART : PILOTER LA PHASE AMONT D’UN PROCESSUS DE CONCEPTION DANS UN CONTEXTE DE PERTURBATI
4. La gestion de l’innovation
4.1 L’innovation : un concept de longue date
4.2 Gérer l’innovation
4.3 Zoom sur la phase amont du processus d’innovation : « Fuzzy Front End » (FFE)
4.3.1 Modèle de Cooper
4.3.2 Modèle de Koen
4.3.3 Modèle de Khurana et Rosenthal
4.3.4 Modèle RID
4.3.5 Stratégie Océan Bleu
4.3.6 Comparaison des méthodes « Fuzzy Front End »
4.4 Les stratégies d’innovation
5. La conception centrée utilisateur
5.1 « User-Centered Design » (UCD)
5.2 Lien entre UCD, scénarios d’usage et personas
6. Analyse des problématiques clients
6.1 Définition d’un utilisateur
6.2 Définition d’un « Customer Concern » et des méthodes d’élicitation
6.3 Analyse des limites des méthodes d’élicitation des « Customer Concerns » par rapport à la question de rech
6.3.1 Limite des méthodes
6.3.2 Question de recherche spécifique n° 1
6.3.3 Hypothèses de recherche
7. Définition des besoins fonctionnels de solutions et génération d’idées en réponse aux problématiques client
7.1 Définition d’une technologie
7.2 Analyse fonctionnelle
7.3 Quality Function Deployment (QFD)
7.4 Analyse des Modes de Défaillances, de leurs Effets et de leur Criticité (AMDEC)
7.5 Roadmapping
7.6 A la recherche de nouvelles idées
7.7 Analyse de la limite de ces méthodes par rapport à la question de recherche
7.7.1 Limites des méthodes
7.7.2 Question de recherche spécifique n°2
7.7.3 Hypothèse de recherche
8. Représenter les scénarios et les jeux d’acteurs
8.1 Pourquoi s’intéresser au contexte social d’une innovation ?
8.2 Etude ethnographique
8.3 La méthode des personas
8.4 « Actor Network Theory » (ANT)
8.5 « Stakeholder Value Network »
8.6 Analyse stratégique des acteurs : la méthode MACTOR
8.7 La Méthode Conception Assistée par l’Usage pour les Technologies, l’Innovation et le Changement (CAUTIC®)
8.8 Analyse des limites de ces méthodes par rapport à la question de recherche spécifique n°2 83
Bibliographie
PARTIE IV. DEMARCHE D’ELABORATION DES RESULTATS DE THESE
9. Cas d’étude : La phase amont d’un processus de conception d’un fournisseur d’automatisme industriel
9.1 Présentation globale de la phase amont du processus de conception
9.2 Description des étapes de la phase amont pour l’approche « Market pull »
9.3 Liste des manques identifiés liés à la question de recherche
10. Description de l’architecture de solution méthodologique : processus RACCP
10.1 Elaboration d’une analyse fonctionnelle du besoin du cas d’étude
10.2 Description des composants de l’architecture de solution méthodologique
10.2.1 Activité « Elaboration plan de recherche »
10.2.2 Input « Contact clients »
10.2.3 Output « Customer Concerns book »
10.2.4 Activité « Génération de concept d’offre »
Bibliographie
PARTIE V. DEMARCHE D’EXPERIMENTATION DES RESULTATS DE THESE
11. Confrontation du processus RACCP avec des experts
11.1 Objectifs
11.2 Description des moyens de validation du processus RACCP
11.2.1 Elaboration du « plan de recherche »
11.2.2 Elaboration du guide d’entretien
11.3 Résultats et interprétations
11.3.1 Opinion globale du processus RACCP
11.3.2 Volonté de déploiement du processus RACCP
11.3.3 Critères d’évaluation du processus RACCP
11.3.4 Perspectives d’évolution du processus RACCP
11.4 Discussion
12. Expérimentation de la solution méthodologique
12.1 Déploiement du processus RACCP
12.1.1 Elaboration de la « question qualifiée »
12.1.2 Elaboration du « plan de recherche »
12.1.3 Elaboration du guide d’entretien
12.1.4 Réalisation des entretiens clients
12.1.5 Analyse des entretiens clients
12.1.6 Classification des « Customer Concerns »
12.1.7 Génération du concept d’offre
12.1.8 Test d’acceptabilité du concept d’offre
12.1.9 Résultats et interprétations du test d’acceptabilité
12.2 Interprétation et discussion des résultats d’expérimentation du processus RACCP
12.2.1 Rappel des hypothèses de recherche
12.2.2 Réponse aux hypothèses de recherche
12.3 Apports et limites du processus RACCP
12.3.1 Apports du processus RACCP
12.3.2 Limites du processus RACCP
12.4 Apports et limites des travaux d’expérimentation
12.4.1 Apports des travaux d’expérimentation
12.4.2 Limites des travaux d’expérimentation
12.5 Préconisations pour le déploiement du processus RACCP
Bibliographie
PARTIE VI. CONCLUSION
13. Rappel des objectifs de recherche
14. Les apports du travail de recherche
15. Perspectives
Bibliographie
ANNEXE 1 : « CUSTOMER CONCERNS »
ANNEXE N°2 : PROFILS PERSONAS
ANNEXE 3 : GRAPHES DES RELATIONS ENTRE ACTEURS
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