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

Fabrication Demain

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L'idée de la communication de machine à machine a suscité l'excitation initiale 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 ?"

"Transformation numérique" et "usine intelligente" sont les termes qui circulent depuis un certain temps, mais seuls les fabricants avancés les appliquent à la pratique. L'idée de la communication de machine à machine a suscité l'excitation initiale et de grands espoirs, mais maintenant les propriétaires d'usines de taille moyenne et petite se demandent : "Quelle est la suite ? 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 examinons les usines de production qui ont saisi l'essence de l'Internet industriel des objets, cela se résume réellement à la capacité de communication entre l'atelier et l'environnement commercial. En pratique, cela couvre la façon dont les données des machines sont transférées des équipements aux applications commerciales standard du back-office - systèmes ERP, MES, CRM ; 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, le célèbre inventeur et directeur de la recherche de GM, a dit "un problème bien énoncé est à moitié résolu". La route sinueuse vers l'usine intelligente pose plusieurs défis émergents et existants pour les entreprises, et les fabricants doivent répondre aux questions suivantes pour comprendre comment gérer un modèle économique 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 en tirer des informations utiles. Vous devez disposer d'un 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 de maintenance - s'assurer que chaque pièce est 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 premiers signes 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 ne soit pas des "îlots de choses" mais fonctionne réellement selon le concept de l'Internet des objets, les machines de production doivent se parler 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 des données d'un appareil à un IHM/SCADA etc. où un opérateur garde un œil sur cette partie particulière de la production. Les directeurs savent depuis longtemps que des informations précieuses résident dans les systèmes qui font fonctionner leurs installations de production - mais ils n'y ont pas directement accès. Le problème a souvent été que les deux mondes fonctionnent de manière isolée, avec peu ou pas de connexion entre eux. Cependant, si nous parlons de mélanger les données et de les faire circuler entre les différents services, l'infrastructure d'échange de données de l'usine devrait être construite différemment.

Les données voyagent vers l'ERP

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 ligne de production individuelle,
  • ou même un appareil particulier, 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 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 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.

Sécurité des données des machines

Enfin, l'enjeu ultime pour l'"usine intelligente" est d'assurer la sécurité de la communication ouverte. La sécurité occupe la première position des 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 points de terminaison de l'IoT augmenteront pour atteindre $631M en 2021. L'ouverture des installations de production au monde entier nécessite des mesures de protection correspondantes.

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

Depuis la fin des années 90, l'automatisation de la production s'articule autour du serveur OPC, qui permet le transfert de données d'un appareil à l'ordinateur d'un 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 a permis une percée dans l'automatisation de la production. Le protocole 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 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 s'appuient encore sur cette technologie.

Cependant, peu après l'arrivée du logiciel sur le marché, les inconvénients du protocole OPC sont devenus évidents. Tout d'abord, DCOM fait que l'OPC est limité au seul système d'exploitation Windows. Ensuite, les experts se plaignent des difficultés à trouver et à réparer les défaillances des 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 pourquoi, en réponse aux multiples demandes de l'industrie, la Fondation OPC a créé une nouvelle norme - OPC UA. Elle est basée sur les versions précédentes mais sans inconvénients et propose une approche totalement nouvelle de la communication de machine à machine et de la transformation numérique industrielle.

Ses nouvelles fonctionnalités sont les suivantes :

  • Indépendance de la plateforme. OPC UA ne dépend plus de la technologie OLE ou DCOM de Microsoft. Vous pouvez le lancer sur n'importe quelle plate-forme : 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 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 ;
  • L'économie des ressources. Avec OPC UA, vous n'avez pas besoin de beaucoup de PC qui se trouvent dans l'installation et traduisent 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. Les SDK commerciaux sont disponibles pour C, C++, Java et .NET. Les piles open-source sont disponibles au moins pour C, C++, Java, Javascript(node) et Python.
  • Efficacité en termes de coûts et de temps. Disponibilité de connecteurs OPC UA qui intègrent les données de votre machine en temps réel à des systèmes de CRM, ERP, BI, Exchange, 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.

Comment commencer à utiliser les données des machines pour la transformation numérique

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 de l'entreprise (ERP), le système d'exécution de la fabrication (MES), le système de gestion des documents (DMS), le système de veille économique (BI), les systèmes de gestion d'entrepôt sont les logiciels les plus courants qui aident à gérer une entreprise. Étant donné que 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, prédite et rapportée dans ces systèmes. Et être une usine intelligente entièrement automatisée signifie disposer d'informations précises et actualisées sur le processus de production, 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 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. Premièrement, vous ne perdez pas de temps et d'argent dans le travail coûteux d'un programmeur, et deuxièmement, vous n'avez pas besoin de vous occuper de la maintenance ultérieure. Un connecteur OPC UA pré-construit est généralement exempt de bogues et prêt à être utilisé dès le premier jour. Il nécessite des compétences en programmation, mais très basiques. Deux à trois heures sont nécessaires pour comprendre les principes d'intégration, et après cela, il suffit de construire la logique pour connecter les données machine 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, CRM, MES ? Le slogan d'OPC-UA est "du dispositif à l'entreprise", et dans ce cas, "entreprise" signifie un système de planification des ressources d'entreprise intelligent.

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 d'entreprise et connexion à d'autres systèmes, les performances en temps voulu des ERP intelligents présentent 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, saisir les données en temps réel aussi près que possible de la source - d'une ligne de production particulière ou même d'un appareil, une intégration des données de la machine via OPC UA au système ERP est révolutionnaire.

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 adaptée aux mobiles !). Garantir l'adoption par les utilisateurs reste un grand défi dans 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 composants 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 sur la base de multiples sources et d'énormes quantités de données rapides contextuelles, analysées et exploitées en temps réel.

Conclusion

Après avoir été la prochaine grande chose, l'IIoT est déjà devenu une exigence pour les usines modernes. Pour rester dans la course, la connexion des données de vos machines aux systèmes de gestion d'entreprise n'est plus facultative. OPC UA a fait un bon travail dans ce domaine en fournissant beaucoup plus de possibilités et de mesures de sécurité pour ouvrir la communication dans une installation de production, il est donc temps de récolter les avantages d'une usine intelligente connectée.

À propos de Thomas Berndorfer

Entrepreneur en série avec plus de 20 ans d'expérience dans le domaine des technologies de l'information, Thomas Berndorfer a une grande expérience dans le soulagement des organisations de la douleur de l'intégration, de la synchronisation et de l'automatisation des technologies de l'information. Il est le PDG de Connecting Software.