Comment fonctionne l'Internet Industriel des Objets (IIoT) pour les moyennes entreprises ?

Pour convertir l'information en format numérique, le chemin n'est pas toujours facile pour les petites et moyennes entreprises. Pour cette raison, un des cinq centres de compétence en IIoT (Industrial Internet of Things ), financés par le Ministère Fédéral Allemand des Sciences Economiques, installé à l'Université Technique de Darmstadt a pour vocation de venir en aide aux entreprises moyennes. Ici, les sociétés peuvent se renseigner sur les méthodes employées pour numériser l’information.

Centre IIoT de Darmstadt. Source image : TU Darmstadt.

L’usine d’étude de process « Center for Industrial Production» (CIP) est située en bordure du campus Lichtwiese de l’Université Technique (TU) de Darmstadt. L'intérieur est très semblable à ce qui peut exister dans de vraies usines et l’environnement de production est bien représentatif de beaucoup d'industries qui travaillent avec des machines. Dans cette usine d’étude de l’Institute for Production Management, Technology and Machine Tools du TU, les gens testent les systèmes de production à mettre en place dans les usines. Le but est de travailler à partir d'un système de production existant et de l’amener à l'IIoT afin d'améliorer les processus de fabrication actuels.

"Nous n'avons pas juste construit une usine d’étude en partant de zéro, nous avons l’avons conçu à partir de ce que l’on peut trouver dans beaucoup de petites et moyennes entreprises. Car une production moderne ne peut être créée idéalement à partir de rien. C’est pourquoi les appareils et les processus existants seront optimisés à partir de leurs états actuels. ."

Andreas Wank, Scientifique et chef de projet à l'Université Technique de Darmstadt

"Comparée à d'autres usines d’étude similaires, celle de Darmstadt a une particularité qui la distingue"

« Comparée aux usines d’étude similaires, l’Université Technique de Darmstadt TU a une particularité qui la met à part des autres » explique Andreas Wank, Scientifique de l’Institute for Production Management, Technology and Machine Tools, responsable du projet. « Nous n'avons pas juste construit une usine d’étude en partant de zéro, nous avons l’avons conçu à partir de ce que l’on peut trouver dans beaucoup de petites et moyennes entreprises. Car une production moderne ne peut être créée idéalement à partir de rien. C’est pourquoi les  appareils et les processus existants seront optimisés à partir de leurs états actuels ». L'Union Européenne est un des commanditaires du projet de recherche « Efficient Factory 4.0 ».

Evénements liés à l'Internet Industriel des Objets pour commencer facilement

L'utilisation des technologies numériques en production et dans le travail procurent des opportunités prometteuses pour accroitre la concurrence et ouvrir de nouveaux marchés. Le centre de compétence IIoT à Darmstadt est aussi le contact central des petites et moyennes entreprises. Il propose un panel complet de formations pratiques gratuites et apporte des  solutions concrètes pour démarrer l'Internet Industriel des Objets. L’objectif se concentre sur cinq secteurs : IT Security, Work in Times of IIoT, New Business Models, Energy Efficiency et Efficient Value-Added Chain Processes.

Beaucoup de potentiel d'amélioration des interfaces homme/machine

Il y a un grand potentiel d’amélioration des interfaces homme/machine. Souvent, les saisies de données doivent toujours être faites à la main dans des processus de fabrication et la documentation qualité est toujours rédigée sur papier. Ainsi, pour la plupart des sociétés, la première étape est de faire une acquisition automatique et numérique des données. Cette « numérisation » constitue donc la première étape à réaliser pour mettre en application la vision de l'IIoT.

Le principe de base pour cette amélioration est toujours de faire une analyse de l'état réel. Dans le cas de cette usine d’étude de process à Darmstadt TU, ceci signifie un parc de machine avec une unité de contrôle datant de 2005, sans compatibilité d’interface et aucun système dédié capteurs. Une mise à niveau interface coûterait probablement autour de 20 000 € par machine. Ce qui représente un investissement considérable.

Mais même sans cette mise à niveau, les vieilles machines peuvent être partiellement gérées en réseau. Pour exemple, une adaptation a été étudié sur un tour avec un capteur pour la mesurer le bon niveau de remplissage d’un liquide de refroidissement et une unité de contrôle de machine pour fournir un accès bidirectionnel via une tablette numérique. Les mesures de contrôle des produits finis en production sont gérées en réseau avec un système d’acquisition de données centralisé qui détecte si le produit répond bien aux exigences attendues et envoie automatiquement les éventuels messages d'erreur. Plus tard, des transformateurs de courant ont été mis en place sur d'autres dispositifs pour déterminer à quelle charge fonctionne la machine. Les données peuvent être accessibles par le système central de contrôle.

Andreas Wank montre comment les tablettes numériques peuvent aider à tester les produits fabriqués. Source image : TU Darmstadt.
Le contrôle à distance à l’aide d’un mobile est un aspect important de l'IIoT. Source image : TU Darmstadt.
Les puces RFID sont employées pour identifier et suivre les produits et les composants. Cette information peut être consultée à distance par les employés concernés ou même les clients. Source image : TU Darmstadt.
Les postes de travail de l’usine du futur sont équipés de dispositifs intelligents comme des tablettes numériques qui remplacent les notices d’instruction en papier. Source image : TU Darmstadt.

Les rôles des employés changent

Les tablettes numériques avec interface de contrôle, partiellement développées en interne par le TU, sont à la fois employées en divers endroits de l'usine d’étude mais aussi à distance. Ceci montre bien comment les interfaces homme-machine peuvent être optimisées même dans un environnement de production déjà existant.

« Les données de fabrication sont enregistrées et expédiées verticalement au sein de l’entreprise aux employés responsables. »

explique Andreas Wank. S’il y a un problème avec le contrôle qualité, par exemple, le directeur de la production reçoit alors un message sur sa tablette ou son smartphone et peut arrêter le processus de fabrication. Le responsable de la ligne de fabrication peut cliquer sur la tablette pour commencer une conférence vidéo avec lui et apporter des précisions sur le problème rencontré.

Cet exemple montre déjà combien les compétences des employés devront évoluer au passage à l'Internet Industriel des Objets. Comme les machines assurent de plus en plus de tâches ordinaires et se contrôlent également, les hommes interviendront plus quand se produisent des problèmes. Le rôle des employés se dirige vers des actions de décideurs et de solutionneurs de problèmes.

Les opérateurs peuvent accéder à l'information pour leurs tâches courantes. Source image : TU Darmstadt.

Informations nécessaires disponibles

Pour les fabricants utilisant l'Internet Industriel des Objets, les employés peuvent ouvrir une session et reçoivent toute les informations dont ils ont besoin. Même pour une longue opération la tâche ne sera plus laborieuse, comme a pu le démontrer l’usine d’étude du TU. Il est possible d’accéder à différentes vidéos d'assemblage et de les projeter sur les tablettes du poste de travail pour chaque employé selon ses qualifications. Des vidéos sont enregistrées dans le cas de fabrications extrêmement variables avec de vrais produits et peuvent varier avec les systèmes modulaires. Le but de l'IIoT est de simplifier la tâche de l'employé en lui facilitant le travail, pas l’inverse et d’accélérer les process de fabrication.

Machines et systèmes de gestion en réseau

En plus de la gestion en réseau des hommes et des machines, l'IIoT implique également la gestion des dispositifs en réseau les uns avec les autres. Le mot-clé est « M2M communication » (Machine à Machine). Tout d’abord, les produits sont équipés d'un transpondeur, d'une puce ou d'un code qui peuvent être lus sur chaque machine et peuvent être complétés d’informations supplémentaires. À l’usine d’étude de Darmstadt, un système RFID sans fil pour le transfert des données entre les machines et les produits est déjà en service, à quelques exceptions mineures près. Par exemple, la matière première au début de fabrication n'a pas encore son propre transpondeur parce qu'il ne résisterait pas aux opérations d’usinage. Au lieu de cela, le petit transporteur du composant se déplaçant dans l’atelier peut être suivi à la trace. De cette façon, le chemin parcouru par le composant durant la fabrication peut déjà être tracé, créant de ce fait la base pour une qualité intégrée. Une fois associée aux autres informations complémentaires qui seront collectées, ceci permettra de calculer la consommation d'énergie par produit. Alors il sera facile de connaître le potentiel économique.

Exemple pratique : Contrôle intelligent d'une chaîne de mesure

Un élément clé de cette production en réseau est le contrôle de la chaîne de mesure dans laquelle les données de tous les capteurs arrivent ensemble et y sont traités. C’est le cas lorsque l’on utilise l’amplificateur industriel PMX de HBM. Cet amplificateur industriel est l'un des nombreux appareils de mesure parmi les différents fabricants qui apportent la vie à une production numérisée sur le campus universitaire en améliorant particulièrement les chaînes de production existantes.

Le système d’acquisition intelligent surveille et contrôle la chaine de production entière  (désignée sous le nom de « condition monitoring »), en assurant un soutien important du process en optimisant la gestion Qualité et la Maintenance. Le PMX est également équipé d’un logiciel basé sur le Web avec une interface utilisateur moderne.

Les systèmes de production peuvent être gérés en réseau en temps réel avec le PMX grâce à la liaison Ethernet Industriel intégrée. Le PMX permet de paramétrer rapidement les capteurs raccordés à partir des fiches techniques électroniques voir les détecter automatiquement et télécharger les paramètres grâce à la fonction TEDS (Transducer Electronic Data Sheets). Les pannes, erreurs et redondances sont également détectées, reportées ou contournées. Les process et l'utilisation des ressources en personnel deviennent plus efficaces. Le système a également la capacité « d'apprendre » et de s'adapter. Le but est d’avoir une optimisation par soi-même basée sur des cas clés. L'utilisation de systèmes modernes aide de cette façon à abaisser les coûts de fabrication tout en amplifiant la qualité et la vitesse de production.