Fabrication et production intégrées

• Par Bill Lydon
• InTech

Résumé

Nouveaux modèles de technologie de l’information et de technologie opérationnelle

Par Bill Lydon

La relation entre la technologie de l’information (TI) et la technologie opérationnelle (TO) est un sujet de discussions formelles et informelles lors de forums de l’industrie, de groupes d’utilisateurs, d’événements et de salons professionnels avec de nombreuses réflexions et opinions. Il y a clairement des changements en cours dans des organisations avec des modèles d’affaires différents et de nouvelles technologies, concepts et défis qui animent ces discussions, ces projets pilotes et ces changements de système. Il y a quelques points de vue forts sur la relation IT et OT, notamment:

• séparation coopérative
• intégration coopérative
• Gestion informatique de l’OT à l’exception des contrôles machine et processus en temps réel
• nouveaux groupes hybrides

Sur la base de discussions avec de nombreux utilisateurs, la relation entre l’informatique et l’OT dans les organisations semble en être à des étapes différentes. Cependant, la tendance semble être l’intégration fonctionnelle de l’informatique et de l’OT, quelle que soit la structure organisationnelle, pour améliorer la fabrication et la production.

Qu’est-ce que l’OT ?

La technologie opérationnelle est généralement définie comme le matériel et les logiciels dédiés à la détection ou à la modification des processus physiques par la surveillance ou le contrôle direct des dispositifs physiques, y compris les machines, les robots, les lignes de production, les vannes, les pompes et autres éléments de production. Le contrôle réel répond à la production avec des contrôleurs en temps réel, tels que des contrôleurs logiques programmables (PLC), des systèmes de contrôle distribués (DCSS), des contrôleurs de machines, des robots, des contrôleurs de processus et d’autres dispositifs qui surveillent et contrôlent la production physique. OT dans de nombreuses organisations englobe également les systèmes de contrôle de supervision et d’acquisition de données, les affichages d’interface homme-machine, les historiens et les unités terminales distantes. Ces systèmes communiquent généralement à l’aide de réseaux de contrôle industriels, tels que Modbus, EtherNET / IP, Profinet et EtherCAT. Plus récemment, les capteurs sans fil communiquent à l’aide de méthodes ISA100, WirelessHART ou propriétaires.

Qu’est-CE que C’est ?

Une première définition de la technologie de l’information est apparue dans l’article de la Harvard Business Review de novembre 1958, « Management in the 1980s » de Harold J. Leavitt et Thomas L. Whisler:

« La nouvelle technologie n’a pas encore un seul nom établi. Nous l’appellerons technologie de l’information. Il est composé de plusieurs parties connexes. L’une comprend des techniques permettant de traiter rapidement de grandes quantités d’informations, et elle est incarnée par l’ordinateur à grande vitesse. Une deuxième partie est centrée sur l’application des méthodes statistiques et mathématiques aux problèmes de prise de décision; elle est représentée par des techniques telles que la programmation mathématique et par des méthodologies telles que la recherche opérationnelle. Une troisième partie est en préparation, bien que ses applications n’aient pas encore émergé très clairement; elle consiste en la simulation de la pensée d’ordre supérieur à travers des programmes informatiques. »

C’est encore une très bonne définition fondamentale. Il comprend le terme recherche opérationnelle. Une définition large de la recherche opérationnelle consiste à déterminer le profit maximal, la performance, le rendement ou la perte minimale, le risque ou le coût d’un objectif réel. Le génie industriel et la recherche opérationnelle appliquée à la fabrication industrielle et de procédés combinent deux disciplines axées sur le fonctionnement de systèmes complexes pour développer de meilleurs systèmes et procédures opérationnelles. Les nouvelles technologies actuelles permettent d’atteindre ces objectifs.

Fabrication intégrée

Les industries de fabrication et de transformation poursuivent depuis longtemps le concept d’intégration de l’ensemble de l’entreprise, y compris la conception de produits, les achats, la gestion de la chaîne d’approvisionnement, la production, la maintenance et la logistique sortante. L’idée de fabrication intégrée par ordinateur est une vision depuis les années 1970.Elle est définie comme l’intégration de l’ensemble de l’entreprise manufacturière en utilisant des systèmes intégrés et la communication de données couplés à de nouvelles philosophies managériales pour améliorer l’efficacité organisationnelle et du personnel. Dans les années 1970 et 1980, certains grands constructeurs automobiles et aérospatiaux ont mis en œuvre un petit nombre de projets, mais les systèmes et la technologie de l’époque étaient lourds, coûteux et peu fiables. Un autre défi majeur a été l’intégration de composants de différents fournisseurs, notamment des automates, des DCSS, des machines-outils CNC, des convoyeurs et des robots utilisant différents protocoles de communication. Il y avait aussi des normes d’échange de données et de protocole concurrentes entre les États-Unis et l’Europe, ce qui était contre-productif.

Industrie 4.0, fabrication intelligente, et al.

Plus récemment, une ligne de pensée progressive s’est développée dans l’application de la technologie pour améliorer la fabrication avec l’intégration de tous les aspects de la production et du commerce au-delà des frontières de l’entreprise pour une plus grande efficacité. Il est illustré par l’Industrie 4.0, la fabrication intelligente, l’Internet des objets industriel et d’autres initiatives visant une architecture d’automatisation holistique, d’informations commerciales et d’exécution de la fabrication. Les objectifs sont une productivité, une efficacité et des processus de production nettement plus élevés où les personnes, les machines, les équipements, les systèmes logistiques et le travail en cours communiquent et coopèrent directement les uns avec les autres. Cette vision inclut de nouvelles technologies et architectures pour atteindre des rendements de production de masse à faible coût pour la fabrication sur commande de la première quantité.

Vue unique

La convergence IT / OT favorise une vue unique des informations d’une entreprise et fournit à chaque personne, machine, capteur, PLC, contrôleur de processus, actionneur, centre de contrôle de moteur et autres données et informations précises dans un contexte exploitable au bon moment pour améliorer l’efficacité opérationnelle et réduire les coûts de production.

Décision en temps réel

Les décisions seront prises en temps réel avec des niveaux de confiance plus élevés, car plus d’informations seront disponibles concernant l’événement ou la condition. La gestion d’un événement dans une architecture convergée IT/ OT s’exécutera comme un processus en boucle fermée, optimisant les facteurs de production. Cela inclut le flux et le mélange des commandes des clients, la chaîne d’approvisionnement, la fabrication, les processus de production, la logistique sortante et le service client.

Écosystème de Lean manufacturing

Au-delà d’une seule entreprise manufacturière, les processus de production et de logistique sont intégrés intelligemment au-delà des frontières de l’entreprise, créant un écosystème de lean manufacturing en temps réel plus efficace et flexible. Cela facilite les chaînes intelligentes de création de valeur qui incluent toutes les phases du cycle de vie du produit, de l’idée initiale du produit, du développement, de la production, de l’utilisation et de la maintenance au recyclage. De cette façon, l’écosystème peut satisfaire les souhaits des clients pour que tout, de l’idée de produit au recyclage, soit réactif et apporte continuellement des améliorations.

Plates-formes communes

Les groupes IT et OT se développaient traditionnellement dans deux communautés distinctes où la quasi-totalité des communications, du matériel et des logiciels étaient spécifiques à cette communauté, ce qui entraînait une intégration complexe des systèmes IT et OT. La nouvelle architecture, rendue possible par la prolifération de normes de communication, de processeurs puissants, de services Web et de logiciels open source, fournit un environnement commun pour la collaboration et l’intégration IT et OT. Les groupes IT et OT partagent désormais les principes fondamentaux de l’architecture des communications et des réseaux, ce qui simplifie le transport des données entre les systèmes, de sorte que le fossé technologique entre l’informatique et l’OT se réduit.

Évolution de l’organisation et du système

L’application de nouvelles technologies pour rendre les entreprises industrielles et de fabrication de procédés plus efficaces entraîne des changements fonctionnels. Les nouvelles architectures intégrées de fabrication et d’entreprise dirigées par des systèmes de planification des ressources d’entreprise en temps réel intègrent des fonctions logicielles de middleware en usine dans les périphériques de périphérie, l’entreprise et le cloud computing. Une façon plus traditionnelle d’exprimer cela est OT y est intégrée. Mais cela ne décrit pas toutes les nouvelles possibilités des systèmes intégrés et des nouveaux systèmes informatiques dans les périphériques de périphérie. Les entreprises progressistes explorent les nouvelles fonctionnalités avec des changements organisationnels et de nouveaux systèmes en mettant en œuvre des projets pilotes. L’intégration de l’informatique et de l’OT permet de surveiller activement les performances sur le terrain des machines complexes et de leurs sous-composants pour mieux comprendre le fonctionnement de la fabrication et du processus, contribuant ainsi à des programmes d’amélioration continue plus efficaces. En outre, il y aura une plus grande confiance dans les résultats de production qui amélioreront les prévisions.

Discussion de l’industrie

La convergence de l’informatique et de l’OT pour créer des opérations plus efficaces est discutée par de nombreux utilisateurs, et certains apportent des modifications pour devenir des fabricants plus efficaces. Ce sont quelques réflexions des entreprises manufacturières.

Un exemple de changement organisationnel a été présenté à la Conférence communautaire Ignition 2017 par Sugar Creek Packing Co., un fabricant alimentaire diversifié et flexible. Un représentant de l’entreprise a discuté de la façon dont son organisation a une personne responsable de l’OT et une autre de l’IT, les deux relevant du chef de l’information. Il a décrit comment cela a amélioré la coopération organisationnelle et les opérations sur six sites de fabrication avec plus de 100 dispositifs PLC et contrôleurs et plus de 15 000 étiquettes.

Ces réflexions issues d’un panel d’événements de Rockwell Automation Perspectives et de présentations d’utilisateurs illustrent qu’il existe des points de vue différents sur l’IT / OT. Des gestionnaires, des experts du secteur et six utilisateurs ont discuté et partagé des idées sur leurs parcours uniques vers la création d’une entreprise connectée. Les principaux commentaires de la table ronde comprenaient ces observations:

• Il devrait prendre les devants pour déplacer les données en toute sécurité, en les livrant en cas de besoin.
• Le défi consiste à familiariser les gens de l’OT avec le processus tout en comprenant les processus métier.
• Des modèles de données communs sont nécessaires pour un échange efficace de données entre TI et OT.
• La clé du succès consiste à connecter les données à l’ensemble de l’architecture en utilisant des normes informatiques ouvertes non propriétaires.
• Une entreprise embauchait des ingénieurs de contrôle, des concepteurs et des ingénieurs en mécanique pour concevoir des boîtes de vitesses et des chaînes d’entraînement pour moteurs. Au fil des ans, il a constaté que le modèle d’embauche ne fonctionne plus. Le contrôle et la conception mécanique sont devenus étroitement liés, de sorte qu’il est passé aux ingénieurs en mécatronique qui traitent dans les deux mondes. Ce changement se poursuit maintenant avec l’ajout de personnes qui comprennent la physique, l’analyse et la technologie informatique.
• IL fournit et gère les connexions Ethernet aux contrôleurs, y compris le contrôle de configuration. Les ingénieurs en automatisation ne devraient pas être surchargés de réseaux, mais se concentrer sur l’amélioration des contrôles et l’optimisation de l’automatisation.

Les différents points de vue exprimés suggèrent que les organisations ont des idées différentes sur les approches organisationnelles et technologiques.

Objectifs

Les entreprises manufacturières leaders commencent à être concurrentielles dans le monde entier et à utiliser de nouvelles technologies omniprésentes. Quelle que soit la forme de mise en œuvre des systèmes, des architectures et des structures organisationnelles, il existe des objectifs couramment exprimés pour améliorer la fabrication, notamment la compétitivité, la productivité, la qualité et la satisfaction du client. Des informations convergentes sont utilisées pour optimiser les actifs fixes et variables. L’amélioration des opérations utilisant des données en temps réel, associée à des analyses, apporte de nombreux avantages, notamment une réduction des temps d’arrêt, une consommation d’énergie réduite et une efficacité globale des équipements supérieure.

Alors que les organisations s’efforcent de tirer parti de la convergence des fonctions IT/ OT, les parties prenantes, les propriétaires de produits et les gestionnaires organisationnels doivent continuer à comprendre les nouveaux modèles de systèmes intégrés et à apprendre des industries qui intègrent les systèmes avec succès, telles que les industries de l’informatique, de l’Internet et des téléphones portables.

Dans l’ensemble, ces nouvelles technologies stimulent et permettent aux professionnels du contrôle et de l’automatisation d’offrir plus de valeur en tant qu’experts des systèmes et des processus de fabrication pour atteindre les objectifs de l’entreprise.