Comment comprendre les données des machines dans l'usine intelligente 101

"La transformation numérique" et "usine intelligente"sont des termes qui existent depuis un certain temps, mais que seuls les fabricants les plus avancés mettent en pratique. L'idée de la communication de machine à machine a suscité l'enthousiasme initial et de grands espoirs, mais aujourd'hui les propriétaires de petites et moyennes entreprises se posent la question suivante : "Quelle est la prochaine étape ? Comment puis-je commencer à adopter ces technologies dans mon usine ?"

Si plus de 98% de chefs d'entreprise comprennent le concept de l'Internet des objets, beaucoup ne sont pas sûrs de ce que l'IdO signifie pour leur entreprise, selon une étude d'Aruba Networks. Il en résulte que l'IdO n'est pas mis en œuvre correctement ou n'est utilisé qu'à un niveau de base au lieu de transformer complètement les processus.

Cependant, lorsque nous regardons les usines de production qui ont saisi l'essence de l'Internet industriel des objets, cela se résume en fait à la capacité de communication entre l'atelier et l'environnement commercial. En pratique, il couvre la manière dont les données des machines sont transférées de l'équipement aux applications commerciales standard dans le back-office ; quelles conclusions sont tirées de ces données et comment elles sont appliquées en retour au processus de production. Dans l'ensemble, le succès de la transformation numérique dépend de la capacité d'une organisation à donner un sens aux chiffres provenant des machines et à les transformer en avantage concurrentiel.

Charles Kettering, l'inventeur et directeur de la recherche de GM, a dit qu'"un problème bien énoncé est à moitié résolu". Le chemin sinueux vers l'usine intelligente pose plusieurs défis émergents et existants aux entreprises, et les fabricants doivent répondre aux questions suivantes pour comprendre comment gérer un modèle d'entreprise numérique sur leurs sites de production.

Avant tout, les machines peuvent générer beaucoup de données, mais lancer des chiffres dans le nuage ne signifie pas automatiquement en tirer des informations utiles. Il faut connaître le contexte.

Les équipements d'usine peuvent fournir les informations les plus précises en temps réel sur les processus de production, mais comment les gens peuvent-ils commencer à en tirer profit et à appliquer ces connaissances dans leur travail quotidien ?

S'agira-t-il d'assurer la maintenance, de veiller à ce que chaque pièce soit en état de marche ?

Ou encore la maintenance dite prédictive, qui consiste à résoudre la panne avant qu'elle ne se produise en se basant sur les données agrégées de nombreux appareils similaires et sur les signes avant-coureurs du problème ?

Il peut également s'agir de l'aspect commercial de la production : les opérateurs humains prenant des décisions sur la base des rapports des machines dans les systèmes MES et ERP. L'adoption de la version 4.0 de Industry dicte non seulement la mise à niveau des équipements, mais aussi un changement de paradigme de la pensée globale.

Pour qu'une usine ne soit pas un "îlot de choses" mais fonctionne réellement selon le concept de l'internet des objets, les machines de production doivent communiquer entre elles et éventuellement avec des dispositifs périphériques. Compte tenu des nombreux systèmes concernés, la question est de savoir comment mettre en place cette communication.

L'un des défis d'une usine moderne est que les machines communiquent souvent à l'intérieur de silos verticaux individuels, transférant les données d'un appareil à l'IHM/SCADA, etc. où un opérateur garde un œil sur cette partie particulière de la production. Les responsables savent depuis longtemps que des informations précieuses résident dans les systèmes qui gèrent leurs installations de production, mais ils n'y ont pas directement accès. Le problème réside souvent dans le fait que les deux mondes fonctionnent de manière isolée, avec peu ou pas de connexion entre eux. Toutefois, s'il s'agit de mélanger des données et de les transmettre à différents services, l'infrastructure d'échange de données de l'usine doit être conçue différemment.

La prochaine préoccupation est la connectivité des données. Jusqu'où devez-vous voir dans votre processus de production ? S'agit-il seulement de contrôleurs, ou bien avez-vous réellement besoin des données de chaque capteur, etc. Cela influencera largement la quantité d'informations que vous exploitez et l'image de votre installation :

• l'ensemble de l'installation en général,
• une chaîne de production individuelle, ou
• Il est également possible de savoir, pour un appareil donné, comment fonctionne chacune de ses jonctions - et où, par exemple, une panne entrave le processus de production.

En outre, le transfert de données du monde physique vers le monde virtuel nécessite une planification de l'analyse. Vous devez comprendre si c'est un opérateur qui utilisera les données pour obtenir un meilleur contrôle local, ou si le serveur envoie automatiquement des informations agrégées vers le système ERP ou MES. Au total, il faut savoir quels chiffres de l'avalanche de données doivent être transmis pour une meilleure analyse et une meilleure planification au niveau de l'usine, et quelles données restent localement pour un contrôle et une prise de décision rapides.

Le partage des données entre les divisions et les tiers est une autre question importante. Dans les usines avancées, un système ERP peut commander automatiquement des matières premières ou informer le service de maintenance de la nécessité d'un contrôle, sur la base de notifications provenant des installations de production. Cet échange d'informations peut également profiter aux constructeurs de machines : sur la base de rapports automatiques provenant de diverses usines, ils planifient la maintenance, remplacent les détails à l'avance et fournissent ainsi un meilleur service à la clientèle, évitant aux clients des temps d'arrêt ennuyeux et coûteux.

Enfin, l'enjeu ultime pour l'"usine intelligente" est d'assurer la sécurité de la communication ouverte. La sécurité occupe la première place parmi les préoccupations des développeurs IoT (31%), selon le rapport 2019 de la Fondation Eclipse, la connectivité (21%) et la collecte et l'analyse des données (19%) n'occupant que les deux places suivantes. Gartner indique que les dépenses consacrées aux solutions de sécurité des terminaux IoT augmenteront pour atteindre $631M en 2021. L'ouverture des sites de production au monde entier nécessite des mesures de protection correspondantes.

Depuis la fin des années 90, l'automatisation de la production s'est construite autour du serveur OPC, qui permet le transfert de données d'un appareil à l'ordinateur de l'opérateur dans la salle de contrôle, que le matériel et le logiciel proviennent ou non du même fournisseur : le protocole OPC a normalisé la communication et conditionné une percée dans l'automatisation de la fabrication. OPC appliqué le modèle DCOM (Distributed Component Object Model) de Microsoft, qui fait partie du système d'exploitation Windows. Au début des années 2000, le protocole a lancé l'automatisation industrielle et a permis aux usines de passer à une production plus sûre, plus précise et plus rentable. En fait, de nombreuses usines de production dans le monde entier dépendent encore de cette technologie. 

Cependant, peu après l'arrivée du logiciel sur le marché, les inconvénients du protocole OPC sont devenus évidents. Tout d'abord, DCOM limite OPC au seul système d'exploitation Windows. Ensuite, les experts se plaignent des difficultés à trouver et à réparer les pannes de logiciels, et de l'impossibilité d'échanger des données sur le web. Et enfin, la technologie OPC n'est pas fiable en termes de sécurité de l'information.   

C'est pourquoien réponse à de multiples demandes de l'industrie, Fondation OPC a créé une nouvelle norme - OPC UA. Il s'agit de l'OPC UA. est basée sur la versions précédentes mais sans les inconvénients et propose une approche totalement nouvelle de la communication entre machines et de la transformation numérique industrielle.  

Son nouveau features sont : 

• Indépendance de la plate-forme. OPC UA ne repose pas sur les technologies OLE ou DCOM de Microsoft plus. Vous pouvez le lancer sur n'importe quelle plate-forme : Apple, Linux (JAVA) ou Windows; 
• Une configuration plus facile de data échange entre plusieurs ordinateurs. Au lieu de DCOM, utilisez des normes communes d'échange de données : TCP/IP, HTTP(S) et SOAP; 
• Une gouvernance et une maintenance des données plus faciles. Vous pouvez utiliser des structures ou des modèles, et regrouper et mettre en contexte des balises ou des points de données. Tout cela offre beaucoup plus de flexibilité et permet de relier votre usine à travers les départements, et de ne pas travailler uniquement dans des silos de données verticaux ; 
• Intégration facile au SCADA. Un serveur OPC UA peut faire directement partie d'un automate programmable (PLC), qui est en cours d'intégration dans un appareil. Cela signifie qu'il n'est pas nécessaire d'acheter et de configurer un serveur OPC UA ; 
• Économie de ressources. Avec OPC UA, vous n'avez pas besoin d'un grand nombre de PC qui se trouvent dans l'établissement et assurent la traduction entre les systèmes ;  
• Cryptage des données. OPC La sécurité de l'UA est basé sur un concept multicouche couvrant les couches d'application et de transport. Il contient l'authentification et l'autorisation ainsi que le cryptage et l'intégrité des données par signature.  
• Flexibilité de l'intégration. Les API d'UA sont disponibles dans plusieurs langages de programmation. Des SDK commerciaux sont disponibles pour C, C++, Java et .NET. Des piles de logiciels libres sont disponibles au moins pour C, C++, Java, Javascript(noeud) et Python. 
• Efficacité en termes de coûts et de temps. Disponibilité des Connecteurs OPC UA qui intègrent les données de vos machines en temps réel à des systèmes de gestion de la relation client (CRM), de gestion des ressources d'entreprise (ERP), de veille stratégique (BI), de gestion des documents (Exchange), comme le SharePoint, pour améliorer la planification, la maintenance et accroître l'efficacité de votre production ; 
• Connexion à l'infrastructure existante. Disponibilité de mécanismes de migration de l'OPC vers l'OPC UA ; enveloppes de l'OPC UA. 

Les fabricants appellent OPC Unified Architecture le premier protocole de communication qui supprime les frontières entre l'entreprise et l'usine. Mais comment se connectent réellement votre production aux systèmes qui vous aident à gérer votre entreprise ? 

Gestion de la relation client (CRM), planification des ressources de l'entreprise (ERP), système d'exécution de la fabrication (MES), système de gestion des documents (DMS), système de veille économique (BI), système de gestion des entrepôtss sont le logiciel le plus courant qui aide à la gestion des entreprises. Comme de nombreuses entreprises, quelle que soit leur taille, utilisent ces applications dans diverses combinaisons, on peut généraliser en disant que la durée de vie d'une usine est planifiée, analysée, prédite et rapportée dans ces systèmes. Et étant donné que une usine intelligente entièrement automatisée signifie que des informations précises et actualisées sur la production sont disponibles à tout moment dans ces systèmes - pour l'analyse, les alertes en temps voulu, les notifications de maintenance, etc. en fonction de vos priorités.  

L'intégration des données des machines dans les systèmes d'entreprise peut se faire de deux manières : 1) via le développement personnalisé par OPC API de l'UA, et 2) via un connecteur OPC UA prêt à l'emploi qui relie les données de la machine aux systèmes ERP, CRM, etc. 

À notre avis, le deuxième scénario est préférable à la programmation personnalisée. Tout d'abord, vous ne perdez pas de temps ni d'argent à faire appel à un programmeur coûteux et, ensuite, vous n'avez pas besoin de vous occuper de la maintenance ultérieure. Un connecteur OPC UA préconstruit est généralement exempt de bogues et prêt à être utilisé dès le premier jour. Il nécessite des compétences en programmation, mais très basiques. Par exemple, un tel Connecteur OPC UA par Connecting Software, qui s'appuie sur la Plate-forme Connect BridgeLe logiciel d'intégration de données est un logiciel qui utilise la syntaxe SQL, connue de la plupart des programmeurs débutants. Deux à trois heures sont nécessaires pour comprendre les principes d'intégration, et ensuite seulement pour construire la logique permettant de connecter les données des machines de votre entreprise aux systèmes commerciaux.  

Pourquoi devez-vous connecter les données de vos machines aux systèmes ERP, CRM et MES ? Un slogan de l'OPC-UA est "de l'appareil à l'entreprise", et dans ce cas, "entreprise" signifie un système intelligent de planification des ressources de l'entreprise. 

Pour prendre des décisions intelligentes, un PGI intelligent nécessite un accès en temps réel IIoT des données et des analyses. Ils différencient une entreprise de la concurrence et constituent ce que l'on appelle une "usine intelligente". 

Les applications ERP remplissant de nombreuses tâches: la gestion et le traitement des commandes, la collecte de données, la planification au niveau de la production de l'entreprise, la gestion des processus d'affaires en général et l'interconnexion avec d'autres systèmes, les performances en temps utile des PRE intelligents offrent de nombreux avantages.

When vous ne pour accélérer les processus, réduire le travail manuel et les erreurs, et aller plus vite entre les étapes, en saisissant des données en temps réel aussi près que possible de la source - à partir d'une ligne de production particulière ou même d'un appareil, l'intégration des données de la machine au système ERP via OPC UA est révolutionnaire. 

Le processus s'accélère surtout si vous utilisez une plate-forme d'intégration avec des connecteurs - comme un connecteur OPC UA et divers connecteurs ERP.

En outre,En outre, une telle intégration favorise le changement de culture dont nous avons parlé plus haut, car les employés adoptent plus volontiers la nouvelle technologie si elle est présentée via une interface familière (et même si elle est adaptée aux mobiles !). Garantir l'adoption par les utilisateurs reste un grand défi dans l'IIoT, et la présentation des données via les systèmes que tout le monde connaît et utilise - ERP, CRM, MES, etc. accélère la transition vers l'industrie 4.0.  

Les autres composantes d'un IIoT Les Smart Factory sont des analyses prédictives, de l'apprentissage machine, scellage des rapports en chaîneet les décisions semi-autonomes et autonomes aet actions. Tous ces éléments peuvent faire partie de votre système ERP qui commande des matériaux ou prend des décisions d'expédition en se basant sur de multiples sources et d'énormes quantités de données contextuelles rapides, analysées et exploitées dans en temps réel. 

Nous espérons que cette analyse de l'intégration des données des machines dans vos systèmes de gestion d'entreprise vous a été utile. Faites-nous savoir ce que vous en pensez et quels autres sujets nous devons aborder dans Industry 4.0, les connecteurs OPC UA et la Smart Factory.

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