Comment exploiter les données des machines dans les usines intelligentes ?

Bien que la majorité des entreprises connaissent l'IdO, peu d'entre elles comprennent la valeur qu'elles peuvent tirer des données des machines à l'heure actuelle ; tout dépend de la capacité de communication entre l'atelier et l'environnement commercial.

“Les termes ” transformation numérique “ et ” usine intelligente “ existent depuis un certain temps déjà, mais seuls les fabricants de pointe les mettent en pratique. L'idée de la communication entre machines a suscité un enthousiasme initial et de grands espoirs, mais aujourd'hui, les propriétaires de petites et moyennes usines se demandent : ” Quelle est la prochaine étape ? Comment puis-je commencer à adopter ces technologies dans mon usine ? »

Selon une étude réalisée par Aruba Networks, plus de 98 % des chefs d'entreprise comprennent le concept de l'Internet des objets (IoT), mais beaucoup ne savent pas exactement ce que l'IoT signifie pour leur entreprise. 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 d'être un processus de transformation complet.

Cependant, lorsque nous examinons les usines de production qui ont saisi l'essence de l'Internet industriel des objets (IIoT), cela se résume en réalité à la capacité de communication entre l'atelier et l'environnement commercial. En pratique, cela couvre la manière dont les données des machines sont transférées des équipements aux applications commerciales standard du back-office : ERP, MES et systèmes CRM, et quelles conclusions sont tirées de ces données et comment elles sont appliquées en retour au processus de production. Globalement, 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 un avantage concurrentiel.

Nouveaux défis pour les entreprises

Charles Kettering, célèbre inventeur et directeur de la recherche chez GM, a déclaré : “ Un problème bien posé est à moitié résolu. ” Le chemin sinueux vers une usine intelligente pose plusieurs défis émergents et existants aux entreprises, et les fabricants doivent comprendre comment gérer un modèle commercial numérique dans leurs installations de production.

Pourquoi avez-vous besoin d'une usine intelligente ?

Tout d'abord, les machines peuvent générer beaucoup de données, mais jeter des chiffres dans le nuage ne signifie pas automatiquement que vous en tirerez des informations utiles. Vous devez disposer d'un contexte.

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

S'agira-t-il de maintenance et de s'assurer que chaque pièce est en état de marche ? Ou s'agit-il d'une maintenance dite prédictive : résoudre la panne avant qu'elle ne survienne en se basant sur les données agrégées de nombreux appareils similaires et sur les signes précurseurs du problème ?

Il peut également s'agir de l'aspect commercial de la production : les opérateurs humains prennent des décisions sur la base des rapports des machines dans les systèmes MES et ERP. L'adoption de l'industrie 4.0 n'implique pas seulement une mise à niveau des équipements, mais aussi un changement de paradigme dans la façon de penser.

Connexion à travers les silos verticaux

Pour qu'une usine évite d'être une “ île isolée ” et fonctionne selon le concept de l'Internet des objets, les machines de production doivent communiquer entre elles et, à terme, avec les périphériques. Compte tenu du nombre important de systèmes impliqués, la question est de savoir comment mettre en place une telle communication.

L'un des défis auxquels sont confrontées les usines modernes est que les machines communiquent souvent au sein de silos verticaux individuels, transférant des données d'un appareil vers un IHM/SCADA, etc., où un opérateur surveille cette partie spécifique de la production. Les responsables savent depuis longtemps que des informations précieuses se trouvent dans les systèmes qui gèrent leurs installations de production, mais ils n'y ont pas directement accès. Le problème a souvent été que ces deux mondes fonctionnent de manière isolée, avec peu ou pas de connexion entre eux. Cependant, si nous parlons de fusionner les données et de les transférer entre différents services, l'infrastructure d'échange de données de l'usine doit être construite différemment.

Voyage des données vers l'ERP

Le problème suivant est la connectivité des données. Jusqu'où avez-vous besoin de voir dans votre processus de production ? S'agit-il uniquement des contrôleurs, ou 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, y compris l'ensemble de l'usine en général, les lignes de production individuelles et les dispositifs particuliers utilisés.

Pour transférer des données du monde physique vers le monde virtuel, il faut planifier les analyses. Vous devez déterminer si c'est un opérateur qui utilisera les données pour améliorer le contrôle local, ou si le serveur envoie automatiquement les informations agrégées vers le système ERP ou MES. En somme, il faut déterminer quelles données parmi cette avalanche d'informations doivent être transmises pour améliorer les analyses et la planification au niveau de l'usine, et quelles données doivent rester locales pour permettre 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 de pointe, un système ERP peut commander automatiquement des matières premières ou informer le service de maintenance de la nécessité d'un contrôle, sur la base des notifications provenant des installations de production. Cet échange d'informations peut également profiter aux constructeurs de machines : sur la base des rapports automatiques provenant des différentes usines, ils planifient la maintenance, remplacent les détails à l'avance et fournissent un meilleur service à la clientèle, évitant ainsi aux clients des temps d'arrêt ennuyeux et coûteux.

Sécurité des données des machines

Enfin, le dernier enjeu majeur pour l“” usine intelligente ’ est d'assurer la sécurité des communications ouvertes. Selon le rapport 2019 de la Fondation Eclipse, la sécurité occupe la première place parmi les préoccupations des développeurs IoT (31 %), suivie seulement par la connectivité (21 %) et la collecte et l'analyse des données (19 %). Gartner prévoit que les dépenses consacrées aux solutions de sécurité des terminaux IoT atteindront 1 570 631 millions de dollars en 2021. L'ouverture des sites de production au monde entier nécessite des mesures de protection adaptées.

De l'OPC à l'architecture unifiée de l'OPC

Depuis la fin des années 1990, l'automatisation de la production s'est développée autour du serveur OPC, permettant le transfert de données d'un appareil vers l'ordinateur d'un opérateur dans la salle de contrôle, que le matériel et les logiciels proviennent ou non du même fournisseur. Le protocole OPC a normalisé la communication et a ouvert la voie à une percée dans l'automatisation de la fabrication. OPC a 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 à travers le monde s'appuient encore sur cette technologie.

Cependant, peu après l'arrivée du logiciel sur le marché, les inconvénients du protocole OPC sont apparus clairement. Tout d'abord, DCOM limite l'OPC au système d'exploitation Windows. Ensuite, les experts se plaignent de la difficulté à détecter et à corriger les défaillances logicielles, ainsi que de l'impossibilité d'échanger des données sur le web. Enfin, la technologie OPC n'est pas fiable en termes de sécurité des informations. C'est pourquoi, en réponse à de multiples demandes de l'industrie, la Fondation OPC a créé une nouvelle norme : OPC UA. Elle s'appuie sur les versions précédentes, mais sans leurs inconvénients, et propose une approche totalement nouvelle de la communication entre machines et de la transformation numérique industrielle.

Ses nouvelles fonctionnalités sont les suivantes :

• Indépendance vis-à-vis des plateformes. OPC UA ne dépend plus des technologies OLE ou DCOM de Microsoft. Vous pouvez le lancer sur n'importe quelle plateforme : Apple, Linux (JAVA) ou Windows.
• Configuration plus facile de l'échange de données entre plusieurs ordinateurs. Au lieu de DCOM, utilisez les 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 donner un contexte aux balises ou aux points de données. Tout cela offre beaucoup plus de flexibilité et permet de connecter votre usine à travers les départements et de ne pas travailler uniquement en silos de données verticaux.
• Intégration facile à SCADA. Un serveur OPC UA peut être une partie directe d'un automate, qui est intégré dans un appareil. 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 de nombreux PC installés dans l'usine pour assurer la traduction entre les systèmes.
• Le cryptage des données. La sécurité d'OPC UA est basée sur un concept multicouche couvrant les couches application et transport. Elle comprend l'authentification et l'autorisation ainsi que le cryptage et l'intégrité des données par signature.
• Flexibilité de l'intégration. Les API de l'UA sont disponibles dans plusieurs langages de programmation. Des SDK commerciaux sont disponibles pour C, C++, Java et .NET. Des piles à code source ouvert sont disponibles au moins pour C, C++, Java, Javascript (node) et Python.
• Efficacité en termes de coûts et de temps. La disponibilité des connecteurs OPC UA permet d'intégrer les données de vos machines en temps réel aux systèmes de CRM, ERP, BI, Exchange et de gestion de documents comme SharePoint pour améliorer la planification, la maintenance et 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 considèrent l'architecture unifiée OPC comme le premier protocole de communication qui supprime les frontières entre l'entreprise et l'atelier. Mais comment connecter réellement votre production aux systèmes qui vous aident à gérer votre entreprise ?

La gestion de la relation client (CRM), la planification des ressources d'entreprise (ERP), un système d'exécution de la fabrication (MES), un système de gestion des documents (DMS), un système de veille économique (BI) et un système de gestion d'entrepôt sont les logiciels les plus courants qui facilitent la gestion d'une entreprise. Comme de nombreuses entreprises, quelle que soit leur taille, utilisent ces applications dans diverses combinaisons, on peut affirmer sans risque de se tromper que la vie d'une usine est planifiée, analysée, prévue et rapportée dans ces systèmes. Être une usine intelligente entièrement automatisée signifie disposer à tout moment d'informations précises et actualisées sur le processus de production dans ces systèmes à des fins d'analyse, d'alertes en temps réel, de notifications de maintenance, etc., en fonction de vos priorités.

L'intégration des données machine dans les systèmes d'entreprise peut se faire de deux manières : 1) par un développement personnalisé via les API OPC UA, et 2) par un connecteur OPC UA prêt à l'emploi qui relie les données des machines 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 et d'argent dans les services coûteux d'un programmeur. Ensuite, vous n'avez pas à vous soucier de la maintenance ultérieure. Un connecteur OPC UA pré-intégré est généralement exempt de bogues et prêt à l'emploi dès le premier jour. Il nécessite des compétences en programmation, mais celles-ci sont très basiques. Il faut deux à trois heures pour comprendre les principes d'intégration et créer la logique permettant de connecter les données machines de votre entreprise aux systèmes commerciaux.

De l'appareil à l'entreprise

Pourquoi avez-vous besoin de connecter les données de vos machines à un ERP, un CRM et un MES ? Le slogan de l'OPC-UA est “ du dispositif à l'entreprise ”, et dans ce cas, “ entreprise ” signifie un système intelligent de planification des ressources d'entreprise.

Pour prendre des décisions intelligentes, un ERP intelligent a besoin de données et d'analyses IIoT en temps réel. Elles différencient une entreprise de la concurrence et constituent ce que l'on appelle une usine intelligente.

Les applications ERP remplissant de nombreuses tâches (gestion et traitement des commandes, collecte de données, planification au niveau de la production de l'entreprise, gestion globale des processus métier et connexion à d'autres systèmes), les performances opportunes des ERP intelligents offrent de nombreux avantages.

Lorsque vous avez besoin d'accélérer les processus, de réduire le travail manuel et les erreurs, et de passer plus rapidement d'une étape à l'autre, en saisissant les données en temps réel aussi près que possible de la source, qui peut être une ligne de production particulière ou même un appareil, une intégration des données de la machine via OPC UA au système ERP est révolutionnaire.

En outre, cette intégration favorise le changement culturel dont nous avons parlé plus haut, car les employés adoptent plus volontiers les nouvelles technologies lorsqu'elles leur sont présentées via une interface familière (et même si celle-ci est adaptée aux appareils mobiles !). Garantir l'adoption par les utilisateurs reste un défi majeur dans le domaine de l'IIoT, et présenter les 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'une usine intelligente IIoT sont l'analyse prédictive, l'apprentissage automatique, le scellement de rapports par blockchain, ainsi que les décisions et actions semi-autonomes et autonomes. Tout cela peut faire partie de votre système ERP, qui commande des matériaux ou prend des décisions d'expédition en fonction de multiples sources et d'énormes quantités de données rapides contextuelles, analysées et exploitées en temps réel.

Conclusion

L'IIoT est déjà devenu une exigence pour les usines modernes. Pour rester compétitif, il n'est plus facultatif de connecter les données de vos machines aux systèmes de gestion de l'entreprise. L'OPC UA a fait ses preuves dans ce domaine, offrant de nombreuses possibilités et mesures de sécurité pour ouvrir la communication dans une installation de production. Il est donc temps de récolter les fruits d'une usine intelligente connectée.