Accélérer la transformation numérique : les données MES en temps réel boostent l'efficacité de l'usine

Accélérer la transformation numérique : les données MES en temps réel boostent l'efficacité de l'usine

Avec la poussée vers une usine entièrement numérique, les logiciels de systèmes d'exécution de la fabrication (MES) n'ont jamais été aussi critiques pour les fabricants de tous horizons. En employant les dernières solutions de systèmes d'exécution de la fabrication à réponse rapide dans les opérations de fabrication, les constructeurs peuvent obtenir des mises à jour rapides sur des données opérationnelles sensibles au temps qui peuvent aider à améliorer les processus d'usine et à rapprocher l'usine numérique de la réalité.

À mesure que la convergence des logiciels de fabrication et de gestion d'entreprise progresse, de plus en plus de fabricants réalisent les gains qu'offre une usine numérique, avec une performance de données en temps réel ou quasi temps réel offrant bien plus d'informations sur la fabrication qu'il n'en a été disponible par le passé. Les fabricants prennent plus au sérieux la mise en œuvre de l'infrastructure nécessaire pour les solutions de fabrication intelligente et l'Internet industriel des objets (IIoT), et le plus souvent, les systèmes MES basés sur le cloud se trouvent au cœur de ces technologies.

« La tendance est à la convergence des systèmes d'entreprise pour obtenir une analyse approfondie du fonctionnement des équipements et des systèmes. Nous voyons des fournisseurs de données unir leurs forces », a déclaré Pete Tecos, vice-président exécutif de 5ME (Cincinnati), notant le récent partenariat de 5ME avec SmartWare qui associe les solutions Freedom Smart Manufacturing et les plateformes Bigfoot CMMS (système de gestion de maintenance informatisé) de Smartware. « Plus nous collectons et partageons rapidement les données entre les différents systèmes, meilleure est la vue d'ensemble des opérations. »

L'impact du Cloud

À mesure que de plus en plus d'entreprises commencent à adopter la technologie de fabrication basée sur le cloud, les capacités des solutions MES, de gestion des ressources d'entreprise (ERP) et de collecte de données d'atelier se fondent de manière plus transparente, travaillant de concert pour rendre les efforts IIoT et Industrie 4.0 plus efficaces sur le terrain.

« Cela permet de poursuivre le "Saint Graal de la fabrication" : une analytique système complète en temps réel grâce au partage de données », a déclaré Tecos. « Les ajustements et/ou corrections sont effectués plus rapidement, avec moins de perturbations des opérations de fabrication. »

Les solutions logicielles de fabrication d'aujourd'hui offrent une multitude d'outils pour suivre les indicateurs clés d'usine, y compris l'Efficacité Globale des Équipements (OEE) et bien d'autres, à l'entreprise de fabrication, et ces systèmes enrichis s'intègrent bien ensemble alors que les développeurs de ces solutions s'associent pour répondre aux demandes de l'IoT/IIoT.

« Fondamentalement, vous commencez au niveau de l'atelier en interfaçant avec les actifs et une variété de systèmes de fabrication, puis vous fournissez une couche de visualisation [cockpit OEE] pour visualiser les performances et les KPI », a déclaré Tecos. « Enfin, poussez les informations en temps réel vers l'espace des systèmes d'entreprise [ERP, MES, CMMS, systèmes qualité]. Si tous ces systèmes fonctionnent en symbiose au lieu de silos, vous pouvez piloter les opérations vers une fabrication adaptative hautement efficace grâce à l'échange d'intelligence opérationnelle en temps réel – c'est le Saint Graal. »

La compatibilité avec d'autres plateformes est essentielle, a ajouté Tecos. « La facilité d'utilisation, les capacités de collecte de données et la polyvalence avec les types de machines sont également importantes. Notre logiciel présente les données sous plusieurs perspectives et les classe en trois catégories : fréquence, durée et monétisation. Nous examinons les corrélations entre ces éléments, utilisant essentiellement les données de fréquence et de durée pour créer une vue monétisée des opérations. »

Les résultats de certains clients de 5ME sont impressionnants. Après l'installation des systèmes eLog de 5ME, l'usine Caterpillar d'East Peoria, IL, a réduit de moitié la durée moyenne des retards et amélioré les temps de cycle en cours de machine de 30 % sur les machines où Freedom eLog était installé, ce qui s'est traduit par une augmentation de 1,2 million de dollars de valeur ajoutée. L'entreprise a rapporté que les données électroniques « basées sur des faits » étaient bien meilleures, plus précises et moins émotionnelles que le système papier/processus manuel utilisé précédemment.

Adopter la vue d'entreprise

Les systèmes MES ne sont plus des systèmes autonomes, a noté Stephen Brown, vice-président, pratique de fabrication, Amériques, Siemens PLM Software (Plano, TX). « Le MES fait partie d'une infrastructure informatique d'entreprise interconnectée. La valeur du MES est maintenant définie par la façon dont le système MES s'intègre dans la chaîne de valeur globale, tant en amont vers le développement produit et l'ingénierie de production, qu'en aval vers l'automatisation », a-t-il dit.

« Les clients veulent numériser l'ensemble de la chaîne de valeur, allant de la conception du produit, en passant par la planification de production, l'ingénierie de production, l'exécution de production, puis les services. Nous appelons cela l'Entreprise Numérique », a déclaré Brown. « Plus spécifiquement, nous utilisons le terme Jumeau Numérique. Nous aidons nos clients à créer un Jumeau Numérique non seulement du produit, mais aussi du processus de production, de l'usine et des équipements de production. Nos clients utilisent ensuite le Jumeau Numérique pour simuler complètement le produit et son processus de fabrication avant de s'engager dans des dollars durs pour les prototypes, l'outillage et les actifs physiques. »

Ces facteurs permettent une innovation rapide, a-t-il noté. « Il ne s'agit pas simplement de gérer les opérations de fabrication. Il s'agit de créer un processus de fabrication flexible, réactif et prévisible capable de répondre aux nouvelles exigences de produit. »

Une fois en production, et lorsqu'ils sont liés à l'automatisation, les clients de Siemens peuvent prendre des décisions en utilisant des données en temps réel depuis le terrain, a déclaré Brown. « Les exemples incluent la disponibilité machine en temps réel ou le temps de fonctionnement qui peut être utilisé par le logiciel de planification de production pour optimiser les plannings, et les problèmes de qualité identifiés pendant la production qui peuvent être communiqués en quasi temps réel à l'ingénierie pour la disposition des pièces, ce qui est particulièrement important dans l'aérospatiale », a dit Brown. « Enfin, ajoutez l'IoT et l'analytique de données avec Mindsphere, et nous bouclons la boucle à travers l'Entreprise Numérique. »

Siemens gère le processus d'innovation et de changement avec son Teamcenter PLM, créant un Jumeau Numérique du produit et du processus de fabrication, a déclaré Brown. « Nous intégrons ensuite avec notre portefeuille MOM [gestion des opérations de fabrication], en envoyant les données produit, fabrication et qualité nécessaires au terrain, puis utilisons Mindsphere pour l'IoT et l'analytique de big data pour capturer les données as-built, réinjectant les insights dans la conception produit et processus pour une amélioration continue. »

Monter en puissance pour l'IIoT

Les fabricants cherchent davantage à tirer parti du Big Data et du boom IoT/IIoT ainsi que de la mobilité cloud, a déclaré Eric Green, vice-président de Dassault Systèmes-Delmia. « Ce sont tous des facteurs qui affectent les fabricants aujourd'hui, mais jusqu'à ce qu'il y ait un cas d'affaires définitif, ils sont encore dans une phase exploratoire », a-t-il dit.

« Avec certaines technologies spécifiquement autour de l'IIoT et de l'IoT, ils sont encore en train de découvrir et de comprendre quelles sont les opportunités. Si vous pensez à l'IIoT, les fabricants font le précurseur depuis de nombreuses années », a noté Green. « L'IIoT fournit une nouvelle génération, une nouvelle évolution. Mais nous avons des clients qui ont des équipements vieux de plus de 20 ans, et ces nouvelles technologies doivent être capables de soutenir les investissements d'équipement existants. »

La clé pour les fabricants sera de trouver où et comment ils peuvent appliquer l'innovation, a-t-il ajouté. « En tant que consommateurs, chacun de nous crée une expérience, avec les automobiles que nous conduisons, les smartphones et appareils intelligents que nous avons. Ce qui a un effet sur la façon dont les entreprises vont sur le marché. Cela force ces fabricants à être plus efficaces ou plus innovants. »

Pour les développeurs comme Dassault, l'objectif est d'apporter rapidement et efficacement de nouveaux produits passionnants sur le marché, a-t-il noté. « Si vous regardez l'apport de nouveaux produits sur le marché, de la conception du produit à la fabrication et au consommateur, la plateforme d'innovation nécessite d'être capable de collaborer rapidement pour amener la conception sur le marché. » Cela va au-delà de l'ERP, a-t-il ajouté, vers plus une plateforme d'innovation d'entreprise. Des applications comme MOM, la gestion des opérations de fabrication, qui prennent le produit de la conception à la fabrication par une approche collaborative basée sur le modèle, peuvent accélérer la livraison des lancements de produits.

« Pour nous en tant qu'organisation, nous voyons cela comme une priorité clé », a déclaré Green. « MOM est un ensemble de capacités plus large que MES – impliquant plusieurs sites, un ensemble et une portée plus larges, et un contrôle d'inventaire plus large. Ce que vous voyez, ce sont différentes organisations qui ont élargi leur portée pour inclure MOM, et cela s'inscrit dans l'innovation que nous offrons. »

Donner à l'utilisateur une capacité en quasi temps réel est un avantage clé. « La valeur est là parce que nous avons une visibilité globale, si des changements surviennent, ces changements peuvent être propagés et les erreurs éliminées. »

Le logiciel Delmia-Apriso permet la continuité numérique, de l'ingénierie à tous les aspects de la fabrication, a déclaré Green. « C'est la capacité d'utiliser un monde virtuel pour optimiser différents scénarios, tels que le mix de modèles », a-t-il dit. « En combinant le modèle d'exécution réel et les données avec le monde virtuel de l'ingénierie, nous utilisons la simulation ou l'optimisation pour évaluer l'impact des changements basés sur des données réelles d'usine, avant de déployer les changements à l'usine. Le logiciel Delmia Apriso aide les utilisateurs à fournir une visibilité et un contrôle des opérations globales pour optimiser l'exécution à travers la production, les stocks et la qualité. »

Le portefeuille MOM de Siemens inclut MES, Qualité, Ordonnancement Avancé et Intelligence de Fabrication. « Associés à ces applications sont des solutions pour la conception et la simulation d'usines de fabrication, notre portefeuille Tecnomatix, et bien sûr l'IoT et l'analytique de données avec Mindsphere », a ajouté Brown. « Nous prenons la nomenclature d'ingénierie (eBOM), et la transformons en nomenclature de fabrication (mBOM), puis en nomenclature de processus. C'est là que le MES prend le relais. »

« Nous créons des instructions de travail pour chaque étape, y compris les étapes de qualité et d'inspection, et pouvons ensuite envoyer ces instructions à l'opérateur lorsqu'une pièce spécifique est présentée à l'opérateur au poste de travail », a déclaré Brown. « Ou nous pouvons envoyer un code spécifique à une cellule robotisée en fonction de la pièce présentée à cette cellule. Dans le monde de la personnalisation de masse, où les tailles de lots approchent l'unité, nous sommes capables d'atteindre des temps de cycle et des coûts historiquement vus seulement avec l'automatisation dure et de très grandes séries. »

Siemens a également ajouté une nouvelle application Automation Gateway pour Simatic IT MES UAF 2.1 qui offre une connectivité OPC et une connectivité directe aux contrôleurs Siemens S7, a déclaré Brown. L'application configure des objets nœud d'automatisation composés de propriétés connectées aux étiquettes du système d'automatisation. « Automation Gateway inclut un service maintenant la connexion avec les systèmes d'automatisation, synchronisant les données d'automatisation », a-t-il dit. « Les données d'automatisation sont exposées à la commande d'application UA pour lecture et écriture, et l'application peut s'abonner aux événements de changement de données d'automatisation via la gestion de signaux. »

Plus d'analytique machine

Alors que la demande d'analytique augmente, plus de choix abondent, tels que les nouvelles solutions d'analytique machine que Rockwell Automation (Milwaukee) a annoncées l'automne dernier à sa Rockwell Automation Fair. Ces systèmes incluaient FactoryTalk Analytics for Devices de Rockwell et une application cloud FactoryTalk for Machines pour les constructeurs d'équipements, plus l'analytique système et entreprise.

L'analytique complète les systèmes MES et ERP, et aide les fabricants à exploiter les données croissantes provenant des capteurs connectés via l'IIoT. « Les gens continuent de parler d'Industrie 4.0 et de Fabrication Intelligente », a déclaré Todd Montpas, gestionnaire d'affaires, Logiciels d'Information, Rockwell Automation. « Ce qui les intéresse vraiment, c'est si la technologie a des extensions à la performance machine, et ce qu'ils demandent vraiment, ce sont toutes ces capacités au niveau de l'exécution – nous devons nous assurer qu'ils ont des processus qui fonctionnent. »

De nombreux clients s'intéressent aux systèmes basés sur le cloud, a-t-il ajouté, notant que certains clients majeurs s'intéressent au cloud Azure de Microsoft. « Ce que nous essayons de faire, c'est d'avoir une approche très évolutive, avec une exécution évolutive, mais intégrée dans une stratégie d'analytique évolutive ; en mettant un capteur dessus, vous pouvez obtenir de l'analytique en temps réel que vous faites au niveau machine, et de l'apprentissage machine pour prédire les pannes. »

Au salon Hannover Messe, GE Digital (Boston) a dévoilé en avril sa nouvelle solution MES Plant Applications visant à améliorer ses offres pour les industries de fabrication hybride pour des processus de production hautement automatisés. Cette nouvelle version offre aux clients une nouvelle interface utilisateur, utilisant le design UX avancé de GE, pour mieux permettre au personnel d'opérations d'analyser l'efficacité des équipements et d'identifier les causes racines des temps d'arrêt.

« L'une des choses intéressantes que je vois aujourd'hui, c'est que beaucoup de clients cherchent à "se préparer" pour l'IoT industriel », a déclaré Matthew Wells, vice-président, Gestion des Produits Numériques, GE Digital. « Cela évolue mais cela s'installe dans un concept de cloud hybride. C'est du MES avec un grand E [insistant sur l'exécution] ; ils veulent garder cela sur site. Ce que l'IoT industriel et le cloud offrent, c'est un moyen de compléter cela. »

Les temps de réponse et le besoin de fiabilité de 99 % et plus pour les opérations de fabrication ont empêché les fabricants de se ruer vers le cloud, a noté Wells. « Est-ce que 99 % de fiabilité suffit ? Beaucoup de clients n'accepteront pas ce risque pour leurs usines de fabrication », a-t-il dit. « Ce que le cloud fournit vraiment, c'est un moyen d'aller plus loin dans les données. Dans le cloud, vous pouvez stocker l'historique et faire de l'apprentissage machine. Quand vous avez le cloud, vous pouvez accéder à de grandes quantités de données, et cela augmente l'efficacité de votre analytique. »

L'accès à plusieurs téraoctets de données à tout moment dans le cloud permet aux fabricants d'exploiter pleinement le Jumeau Numérique, a ajouté Wells, qui est l'attraction clé de l'IIoT. « Le Jumeau Numérique est un ensemble d'analytiques qui modélise essentiellement le comportement des machines qui tournent constamment en arrière-plan, ajustant les données », a dit Wells. « C'est vraiment là que commence la valeur de l'IoT industriel. C'est un marché émergent qui croît rapidement. »