Usine intelligente

En avril 2013, on pouvait déjà lire dans le rapport final du groupe de travail Industrie 4.0, édité par Acatech (Académie allemande des sciences techniques) et l'Union de la recherche :

"L'Allemagne est l'un des sites industriels les plus compétitifs et en même temps le premier équipementier d'usine au monde. Cela est notamment dû à sa spécialisation dans la recherche, le développement et la fabrication de technologies de production innovantes et à sa capacité à gérer des processus industriels complexes.

Avec sa forte construction de machines et d'installations, sa compétence en matière de technologies de l'information, dont la concentration est remarquable au niveau mondial, et son savoir-faire dans les systèmes embarqués et les techniques d'automatisation, l'Allemagne dispose des meilleures conditions pour renforcer sa position de leader dans les techniques de production.

Plus que tout autre pays, l'Allemagne est en mesure d'exploiter les potentiels d'une nouvelle forme d'industrialisation : Industrie 4.0".

Il n'y a rien à ajouter. La vision optimiste n'a guère changé, mais la technologie, oui.

Du CIM à la Smart Factory

Les compétences en matière d'industrie 4.0 ne se sont pas développées du jour au lendemain. Cela fait plus de 25 ans que les fournisseurs industriels et informatiques s'intéressent au Computer Integrated Manufacturing.

Par nature, les débuts de Siemens, Bosch et SAP ont été très visionnaires et ont trop souvent échoué en raison de la technologie disponible. Les noms, les appellations et la technologie ont changé et évolué.

Aujourd'hui, on parle de Manufacturing Execution System (MES), d'Industrie 4.0, de Smart Factory et d'IoT (Internet des objets).

"Même dans le passé, il y a toujours eu une exigence d'automatiser les processus et d'intégrer des objets techniques"

explique Thomas Gard, porte-parole du conseil d'administration d'Orbis et responsable des ventes et du marketing, des relations avec les investisseurs et de l'activité produits.

"Cependant, la technologie de communication n'était pas encore prête. L'adaptation de la technologie Internet a donné un grand coup de pouce. Aujourd'hui, les installations, les machines, les appareils, etc. peuvent être dotés d'une adresse IP et intégrés dans la communication interne et externe. Les technologies des capteurs et de la RFID ont également évolué et sont devenues abordables. "

Au cours des dernières années, la capacité de communication des machines, des logiciels et des systèmes s'est considérablement améliorée.

"Il est donc désormais possible d'adopter une approche globale".

souligne le directeur Thomas Gard, qui sait que les entreprises de production ont de plus en plus besoin d'évaluer, de traiter et d'intégrer les données en "temps réel" dans les processus afin d'exploiter des potentiels jusqu'ici inexploités.

Aujourd'hui, les exigences vont bien au-delà de la connexion technique de la production. L'intégration des domaines adjacents tels que la logistique, la qualité, le personnel, la maintenance et l'outillage est également au centre des préoccupations.

"La visualisation et l'évaluation ciblées des informations, par exemple via des tableaux de bord basés sur les rôles, revêtent une importance décisive. Les informations sont poussées de manière proactive".

Thomas Gard peut parler de sa pratique professionnelle.

Les données de production et de processus de la fabrication sont clairement visualisées en "temps réel" sur des interfaces intuitives basées sur le web. Elles peuvent être consultées à tout moment et partout par l'utilisateur final sur des terminaux courants, conformément à son rôle et à ses autorisations.

"Les informations importantes sont fournies aux bonnes personnes au bon moment"

cite Gard comme un aspect important.

"La direction et les collaborateurs sont informés à tout moment de la situation réelle et peuvent réagir immédiatement aux événements tels que les arrêts de machines ou les pénuries de matériaux. L'usine avec tous ses processus devient transparente".

Visions, objectifs, réalité

"L'objectif de la Smart Factory est une mise en réseau et une automatisation continues des processus de production et des acteurs qui y participent, tels que les personnes, les machines, les capteurs, les actionneurs, les systèmes, etc. Cela s'étend à tous les niveaux de la pyramide d'automatisation, du système ERP au niveau de commande - en 'temps réel' et de manière bidirectionnelle".

définit Thomas Gard, et le résultat est une usine numérique autonome à haute disponibilité, dans laquelle une intervention n'est généralement nécessaire qu'en cas d'exception ou de panne - et ce, de manière économique, de la production en série à la production personnalisée par lot de 1.

"Aujourd'hui, ce n'est plus une vision, mais une réalité avec SAP ERP et la suite de numérisation Orbis".

explique Gard.

Celle-ci comprend la technologie de base Orbis Multi-Process Suite (MPS), Orbis Manufacturing Execution System (MES) ainsi que Orbis Intralogistics. C'est ce que montre le projet actuel de Rittal, fournisseur leader d'armoires électriques et de systèmes, voir page 47.

D'ici 2018, Rittal construira sur son site de Haiger l'usine de production de coffrets compacts la plus moderne au monde, avec une fabrication numérisée hautement automatisée et conforme aux principes de l'industrie 4.0.

Pour ce faire, Rittal s'appuie essentiellement sur les solutions d'Orbis et de SAP, et ce 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7.

"En principe, notre offre s'adresse aux clients qui utilisent SAP ou qui souhaitent l'utiliser à l'avenir. Cela concerne aussi bien la suite SAP Business que S/4".

ajoute le chef d'équipe MES Frank Wilhelm d'Orbis.

"Avec nos solutions, nous offrons la possibilité de mettre en œuvre des projets Smart Factory par étapes ou dans leur intégralité. Ce faisant, nous ne nous limitons pas à certaines branches ou méthodes de fabrication".

Aujourd'hui, la majorité des entreprises utilisent déjà des composants technologiques qui peuvent servir de base à une Smart Factory. Par exemple, les machines sont souvent équipées des capteurs et de la technologie de communication nécessaires.

"Mais il manque souvent l'intégration logique et technique de ces composants dans les processus commerciaux".

Wilhelm le sait grâce aux nombreux projets de ses clients.

Orbis comble cette lacune avec la Multi-Process Suite (MPS) et permet ainsi des processus continus et transparents. Ceci est obtenu en remplaçant les ruptures de processus ou les saisies "manuelles" par un échange d'informations rapide et automatisé.

Les machines et les appareils sont intégrés de manière bidirectionnelle dans les processus SAP. Ainsi, les traitements de processus qui étaient jusqu'à présent transactionnels et progressifs deviennent des chaînes de processus continues et intégrées.

Orbis MPS constitue ainsi la base des processus homme-machine et machine-machine et est la technologie de base d'Orbis Manufacturing Execution System et d'Orbis Intralogistik.

Ces solutions sont intégrées à 100 % dans les processus ERP de SAP et utilisent les données de base et les données de mouvement existantes du système ERP.

"Les projets de numérisation peuvent ainsi être mis en œuvre rapidement et facilement dans un environnement SAP existant".

Frank Wilhelm est fier de ce qu'il a accompli.

L'intégration SAP d'Orbis MES est certifiée par le label de qualité "Powered by the SAP- NetWeaver Technology Platform". La solution est la base d'une connexion et d'une synchronisation sans faille des données et des chiffres clés du shop-floor avec les processus SAP et une chaîne de création de valeur en réseau numérique.

Orbis MES est entièrement réalisé avec la technologie SAP (NetWeaver ainsi que Abap) et peut être adapté de manière flexible aux processus spécifiques du client (Customizing). Le savoir-faire nécessaire à l'administration et au développement est généralement disponible dans l'entreprise.

Souvent, il n'est donc pas nécessaire de développer un savoir-faire et des capacités en personnel supplémentaires pour les développements ultérieurs, l'administration des interfaces ou le suivi du système pour l'exploitation, explique Wilhelm dans l'entretien E-3.

L'avenir de la Smart Factory

De nombreuses entreprises hésitent à se lancer dans l'industrie 4.0 parce qu'il leur manque un guide solide. C'est pourquoi Acatech, l'Académie allemande des sciences techniques, a présenté le 25 avril dernier à la foire de Hanovre l'"Industrie 4.0-Maturity-Index".

Il s'agit d'un modèle de maturité à six niveaux qui guide les entreprises dans le développement de leur propre feuille de route. Un centre de maturité Industrie 4.0 récemment créé aide les entreprises à utiliser l'indice.

Sur la base de ce modèle, les entreprises peuvent analyser leur statu quo et en déduire leur stratégie Industrie 4.0. L'"indice de maturité Industrie 4.0" a été créé par un consortium interdisciplinaire d'instituts de recherche et d'entreprises sous l'égide d'Acatech.

"Il règne une atmosphère de renouveau. L'image cible de l'industrie 4.0 est partagée par beaucoup et fait l'objet d'une forte demande internationale.

Les entreprises cherchent maintenant leur stratégie de mise en œuvre individuelle. Notre indice de maturité Industrie 4.0 leur fournit à cet effet des instruments d'analyse neutres et librement disponibles. Avec le centre de maturité Industrie 4.0, un point de contact est créé pour tous ceux qui veulent utiliser ce guide".

a déclaré le président d'Acatech et ex-PDG de SAP, Henning Kagermann, à Hanovre.

L'indice de maturité Industrie 4.0 considère les entreprises d'un point de vue technologique, organisationnel et culturel. Six niveaux de développement montrent comment les données peuvent être obtenues, analysées et rendues utilisables dans l'entreprise.

La démarche tient compte du caractère multidimensionnel de l'industrie 4.0 dans l'interaction entre les systèmes d'information, les ressources, l'organisation de l'entreprise et la culture d'entreprise.

L'étude Acatech est disponible gratuitement en allemand et en anglais.

"L'usine du futur fonctionne en autarcie"

sait Thomas Gard, membre du conseil d'administration d'Orbis.

Les processus de la chaîne de création de valeur sont entièrement intégrés par le biais de règles harmonisées. Les boucles de régulation permettent une production largement autonome, pilotée par les événements. Cela signifie que les interventions extérieures ne sont plus nécessaires que dans des cas exceptionnels ou en cas de panne.

L'intelligence réside ici dans la définition et la reconnaissance de ces cas exceptionnels et dans la déduction d'activités de suivi automatisées. La seule mise en réseau ou l'intégration des acteurs ne constitue pas encore une Smart Factory.

C'est pourquoi Thomas Gard souligne

"Seule la définition des processus et des automatismes autarciques permet le déroulement des processus dans des boucles de régulation autopilotées".

La Smart Factory doit être considérée de manière différenciée du thème de l'IoT et des données de capteurs. Thomas Gard explique que le cœur d'une Smart Factory est l'automatisation continue et la mise en réseau en "temps réel" de tous les processus et des acteurs qui y participent. Cela se fait avec des données définies pertinentes pour les processus.

"Notre expérience montre qu'il est possible de mettre en place un projet d'usine intelligente sans avoir défini au préalable une stratégie IoT globale"

décrit les options.

"L'IoT peut être un moyen d'abolir les frontières entre les partenaires de la chaîne de valeur. De nouveaux modèles commerciaux peuvent ainsi voir le jour, ce qui n'était pas possible auparavant.

Les chaînes d'approvisionnement peuvent être optimisées et les fournisseurs peuvent être impliqués dans la planification des besoins en temps réel et de manière plus transparente. Un autre exemple est le développement de nouveaux scénarios de service.

Dans un premier temps, une pure génération de données de masse de l'ordre du gigaoctet n'est pas le cœur d'une Smart Factory, il faut plutôt distinguer deux aspects.

D'une part, l'usine intelligente ne traite en "temps réel" que les informations pertinentes pour le contrôle direct des processus.

D'autre part, il est possible de procéder à une analyse de toutes les données produites, par exemple dans le sens d'une analyse prédictive et d'un apprentissage automatique. Il est ainsi possible de trouver des algorithmes qui, à un stade précoce, attirent l'attention sur de futures perturbations.

Les risques peuvent être minimisés en permanence et de nouveaux processus peuvent être mis en œuvre".

Transformation numérique

"Les solutions isolées existantes qui se sont développées et le traitement progressif des processus individuels qui en découle constituent souvent une grande faiblesse".

Le directeur d'Orbis, Frank Wilhelm, le sait grâce aux nombreuses demandes de clients.

Les étapes du processus sont soit commandées manuellement, soit reliées par des interfaces, soit les données importantes pour le processus sont saisies manuellement. Les conséquences de ces ruptures de processus sont des saisies erronées et des retards de processus inutiles, qui ont notamment des répercussions négatives sur les temps de passage ou l'état actuel des stocks.

"Avec Orbis MES, l'échange de données entre les acteurs du Shop-Floor et SAP est rapide et automatisé".

explique Wilhelm.

"Les interfaces sont ainsi réduites au minimum. L'usine est reflétée 1:1 en 'temps réel' dans SAP. Les processus MES déclenchent les opérations sur les machines ou les installations.

Mais à l'inverse, les machines et les installations pilotent également des chaînes de processus dans MES et SAP. Ce n'est qu'ainsi qu'une automatisation des processus est possible".

Frank Wilhelm d'Orbis sait que de nombreuses machines sont déjà équipées de capteurs ou de technologies de communication modernes.

"Mais nous rencontrons aussi dans nos projets des installations plus anciennes qui ne sont pas capables de communiquer".

explique-t-il dans l'entretien d'E-3.

"Ici, il est possible de prélever et de traiter des signaux élémentaires par un équipement ultérieur, par exemple avec des Web-IO, et par un câblage électrique. Les machines modernes offrent ici des possibilités nettement plus étendues".

La condition de base est l'établissement de la connectivité réseau des terminaux (par ex. API, capteurs, lecteurs RFID...). Les restrictions spécifiques aux fabricants doivent impérativement être respectées à cet égard. C'est une raison de plus pour définir des normes spécifiques aux clients.

"Orbis supporte out of the box les protocoles industriels courants. Des connexions individuelles sont également réalisables. En outre, Orbis supporte l'échange structuré d'objets via OData lors de l'intégration de systèmes informatiques externes".

décrit Wilhelm la situation actuelle.

L'étape suivante consiste à définir techniquement les processus à automatiser ainsi que l'échange de données correspondant. Il en résulte un modèle de communication spécifique au client de la Smart Factory.

"C'est la partie la plus critique pour la réussite du projet de mise en place d'une Smart Factory"

souligne le chef d'équipe MES.

ajoute Thomas Gard :

"Nos solutions permettent de créer une représentation virtuelle de ce qui se passe réellement dans l'usine, en 'temps réel', dans SAP ERP. Pour y parvenir, toutes les personnes et tous les objets impliqués dans les processus - machines, installations, appareils, systèmes, capteurs, RFID, etc.

Toutes les solutions Orbis pour l'industrie 4.0 sont entièrement intégrées dans SAP".

Pour permettre l'intégration des processus entre Shop-Floor et SAP, Orbis a développé la Multi-Process Suite. Elle est le facilitateur des processus Industrie 4.0 avec SAP.

Sur cette plateforme, les processus sont mis en réseau, des dialogues sont créés et les données sont visualisées. Une utilisation modulaire est également possible. Il est ainsi possible d'automatiser toute la chaîne de processus d'une usine ou de ne connecter dans un premier temps que certaines lignes ou certains postes de travail.

"Actuellement, il s'avère que nous sommes en mesure de concevoir et de vérifier le comportement des processus dès les premières phases de la planification d'une Smart Factory".

Le conseil d'administration de Gard le sait grâce à de nombreux projets clients réussis.

"Dès un stade précoce, il est ainsi possible de simuler et de tester le déroulement des processus et les voies de communication, sans que les machines et les installations soient déjà physiquement installées. La condition préalable est une standardisation de la communication de données spécifique à l'entreprise".

Question finale : dans quelle mesure les projets de numérisation modifient-ils les processus et les modèles commerciaux d'une entreprise de production ?

Thomas Gard :

"Dans les projets de numérisation en usine, l'automatisation des processus est particulièrement visée. Les processus ERP, les processus de fabrication et les processus intralogistiques sont entièrement intégrés.

L'utilisation des installations est améliorée grâce à des informations actuelles sur les stocks, l'avancement de la production, les pannes survenues, etc. Des temps de passage plus courts entraînent une réduction des stocks.

Grâce à la numérisation, le rapport entre les coûts salariaux unitaires s'améliore. Cela permet d'accroître la compétitivité et d'assurer la pérennité".