„L’usine du futur fonctionnera grâce aux données – ou ne sera plus compétitive“

Qu’est-ce qui caractérise l’usine du futur ? Comment réussir le Smart Manufacturing ? Que faut-il mettre dans la boîte à outils numérique de l’atelier? Un entretien avec le Dr Ullrich Ochs, co-directeur de FORCAM GmbH et d’ENISCO by FORCAM GmbH. Ce docteur en physique est responsable de la technologie et du développement.

L’usine du futur – à quoi ressemble-t-elle, qu’est-ce qui la caractérise?

Dr. Ullrich Ochs: L’usine du futur fonctionne en grande partie de manière numérique, c’est-à-dire qu’elle est pilotée par les données. Elle se caractérise par une mise en réseau numérique des pièces, des produits et des processus. Le mot-clé est : l’Internet industriel des objets. L’IIoT, la numérisation et la gestion des données ne sont pas une fin en soi, mais constituent une boîte à outils de plus en plus importante de solutions logicielles qui permettent aux entreprises de fabrication d’atteindre plus rapidement et plus facilement des objectifs concrets. L’objectif premier de toute entreprise est d’assurer sa compétitivité. Pour cela, elle doit être efficace et consciente des coûts, agir de manière flexible et produire de manière durable. C’est précisément ces objectifs – rentabilité, résilience et durabilité – que seule une production en réseau numérique peut soutenir de manière optimale.

Pourquoi n’y parvient-on que par voie numérique?

Parce que les marchés d’aujourd’hui exigent avant tout une chose : la rapidité tout en maintenant la qualité et le respect des délais de livraison. De plus, les clients souhaitent des offres de produits qui présentent une diversité de variantes toujours plus grande et des innovations aussi souvent que possible. Les cycles de vie des produits se raccourcissent en conséquence. Ces exigences du marché nécessitent une adaptation toujours plus rapide des processus de production, c’est-à-dire une adaptation au système cardiovasculaire de l’industrie manufacturière. L’usine ou le réseau d’usines d’une entreprise doit en conséquence pouvoir fonctionner de manière flexible. Cette flexibilité dans des processus de production complexes, souvent à l’échelle mondiale, ne peut être obtenue que grâce aux technologies numériques. Seules les technologies numériques permettent aujourd’hui d’organiser une production compétitive – efficace, durable, flexible et ouverte à l’innovation.

Qu’est-ce que cela signifie pour les fournisseurs de services informatiques d’usine comme ENISCO et FORCAM ?

Pour les fournisseurs de services informatiques d’usine comme notre groupe, cela signifie qu’ils doivent fournir des solutions de gestion numérique de l’atelier avec le plus grand nombre possible d’avantages mesurables pour le client, en termes de transparence, d’efficacité et de flexibilité.

Dans l’idéal, la gestion numérique de l’atelier constitue un circuit fermé de résolution des problèmes. Les messages d’erreur sur les machines sont déclenchés automatiquement en temps réel ou par les employés, sous le contrôle d’indicateurs. Les collaborateurs sont assistés dans l’analyse et la résolution des pannes. Enfin, le succès de chaque mesure peut être démontré à l’aide de valeurs de mesure objectives, ce qui permet d’optimiser les processus en permanence.

La boîte à outils numérique doit être la meilleure de sa catégorie afin que les entreprises puissent utiliser toutes les possibilités offertes par Internet.

Que doit contenir une telle boîte à outils ‘best-in-class’ ?

Les entreprises veulent de la rapidité grâce à la flexibilité. Une production flexible signifie que les processus et les flux de travail peuvent être facilement adaptés sans devoir reprogrammer le logiciel. Cette flexibilité nécessite trois outils à orchestrer ensemble : La connectivité, le jumeau numérique et l’interopérabilité.

La connectivité est la clé de voûte de la production pilotée par les données avec des analyses en temps réel. Des données électroniques exploitables ne sont possibles qu’avec la connexion des machines et des capteurs les plus divers ainsi qu’avec la mise en réseau des systems amont, de la planification de l’entreprise, d’où proviennent les commandes. Tous les signaux sont saisis, harmonisés et préparés de manière à ce qu’ils soient disponibles sous forme d’informations dans des systèmes plus avancés comme un Manufacturing Execution System (MES).

Les jumeaux numériques, c’est-à-dire les images numériques des états des machines ou de la production sur l’ordinateur, permettent aux utilisateurs d’analyser virtuellement et d’optimiser réellement. L’efficacité des ressources devient ainsi possible à tous les niveaux – de la consommation de matériaux et de fluides au niveau de chaque machine à l’optimisation des coûts unitaires et des coûts totaux au niveau du contrôle de gestion de l’entreprise.

Et troisièmement, l’interopérabilité, l’interaction sans faille de tous les systèmes informatiques. Pour cela, il faut un flux de données libre, rendu possible par des interfaces ouvertes comme une API ouverte ou des normes comme OPC/UA et MQTT.

Un exemple concret, s’il vous plaît …

Il existe un bon exemple dans le secteur automobile : un groupe de sous-traitants veut produire un bilan carbone neutre d’ici 2035. Les filiales sont responsables de la mise en œuvre. L’un de nos clients est l’une de ces filiales. L’équipe de l’usine y a connecté numériquement les machines les plus importantes afin d’atteindre une plus grande efficacité énergétique.

Pour ce faire, l’équipe met en corrélation, à l’aide d’un logiciel, les données de performance des machines avec leurs données énergétiques, de sorte qu’elle peut utiliser les machines les plus fiables en énergie pour chaque commande. La consommation d’énergie a ainsi pu être réduite de plus de 20 pour cent au cours des dernières années, alors que les processus sont restés les mêmes et que les volumes de production ont augmenté.

Qu’est-ce que tout cela signifie pour l’informatique de l’usine du futur ?

L’informatique d’usine du futur a une source de données unique pour toutes les applications. Une plate-forme centrale rassemble les signaux de toutes les sources internes et externes, indépendamment des voies de transmission et des protocoles. Les signaux sont harmonisés et intégrés dans un modèle de données sémantique cohérent. Celui-ci représente la Single Source of the Truth, cette centrale de données unique qui alimente toutes les solutions informatiques existantes et futures avec les informations nécessaires.

Des évaluations en temps réel sont ainsi possibles à tous les niveaux et pour toutes les fonctions.

• Analyses des performances des machines individuelles pour les opérateurs,
• des tableaux de bord avec des aperçus historiques et actuels pour les chefs d’équipe et de production,
• maintenance prédictive grâce à l’intelligence artificielle et à l’apprentissage automatique pour les responsables de la maintenance,
• Consommation d’énergie et de ressources pour les gestionnaires ESG,
• Évolution des coûts unitaires pour les contrôleurs de gestion,
• analyses de flux de travail, de service et de qualité pour les gestionnaires CRM et SCM.

FORCAM et ENISCO sont des pionniers des solutions de fabrication pilotées par les données et de la gestion numérique de l’atelier. Aujourd’hui, le marché compte de nombreux fournisseurs, petits et grands. En quoi notre groupe se distingue-t-il ?

C’est vrai : L’attention croissante portée à la numérisation dans la production amène davantage d’entreprises à se focaliser sur cet environnement thématique et à lancer des produits sur le marché. Toutefois, la numérisation de l’atelier ne date pas d’hier et chez FORCAM et ENISCO, nous sommes actifs dans ce domaine depuis environ 25 ans. Nos experts cumulent plusieurs décennies d’expérience dans le contrôle numérique de la production et la gestion numérique de l’atelier. Ce savoir-faire se retrouve dans nos logiciels et dans nos conseils. Nos équipes ne comprennent pas seulement l’IT, mais aussi l’OT.

Cette longue expérience pratique nous distingue de nombreux acteurs du marché : Nous sommes des experts, même pour les exigences complexes du Shopfloor, c’est-à-dire des productions avec de nombreuses variantes de produits. Avec nos solutions et nos conseils, nous contribuons à la flexibilité dont l’usine du futur a besoin.

MES versus IIoT : FORCAM et ENISCO font partie du marché des fournisseurs de MES. Parallèlement, l’IoT industriel est considéré comme un concept d’avenir. Comment MES et IIoT s’accordent-ils ?

Les MES et les systèmes IIoT peuvent se compléter de manière très judicieuse. En effet, les deux univers de solutions ont un objectif commun : ils doivent contribuer à ce que les entreprises puissent produire plus efficacement dans le domaine de la fabrication. Dans les deux univers de solutions, il s’agit de saisir et de traiter des données et d’en tirer des analyses et des conclusions.

La VDMA a publié un livre blanc à ce sujet, auquel nous avons pu contribuer. Il en ressort que le MES reste le “Single Point of Truth” sur l’ensemble de la chaîne de création de valeur dans le Shopfloor. Le niveau de planification ERP (Enterprise Ressource Planning) d’une part, et le niveau d’automatisation avec les solutions IIoT d’autre part, peuvent être intégrés dans un système MES moderne.

Les systèmes MES et IIoT remplissent donc des fonctions différentes ?

Oui, les systèmes IIoT permettent de visualiser en temps réel les données techniques de machines, d’installations ou de processus individuels. Les données techniques telles que les températures, les vitesses, les consommations, etc. sont saisies. Les MES modernes permettent en revanche d’avoir une vue à 360 degrés sur toutes les données pertinentes, les processus et les systèmes connectés. Et ce, sur tous les sites.

Les MES saisissent les données techniques de manière à ce qu’elles soient également utilisables à un niveau supérieur de gestion d’entreprise. Ils mettent par exemple les données de production du niveau machine en relation avec la commande correspondante. Les données MES permettent ainsi de tirer des conclusions importantes au niveau de la planification ERP, par exemple sur l’efficacité de l’énergie et des ressources.

Même dans le monde MES, le concept d’une plateforme de données centrale prévaut aujourd’hui. Pourquoi ?

Dans la grande majorité des entreprises, le monde de la production discrète est extrêmement complexe et axé sur des paramètres individuels. Une architecture informatique moderne dans la production doit donc avant tout être capable d’intégrer de nouvelles solutions de manière transparente, comme des briques de Lego. L’architecture existante chez le client doit être complétée et non mise en péril. Les concepts de plateforme sont les mieux à même de répondre à cette exigence.

Notre concept de plateforme MES pour la production discrète est intégratif et ouvert aux interfaces, extensible de façon modulaire et adapté à tous les types de production. McKinsey a défini à cet effet trois types d’usines en fonction du nombre de variantes de produits fabriquées. Nos solutions prennent en charge aussi bien la production à la commande et la production en série individuelle avec un plus grand nombre de variantes que la production de masse personnalisée ou la production en grande série avec une faible variabilité des produits. C’est pourquoi nos clients proviennent d’un large éventail de fabricants – de la construction automobile et aéronautique à la construction de machines et d’installations, en passant par les dispositive médicaux, les composants industriels et la logistique de stockage.

Parlons de connectivité : à l’heure des outils basés sur le web et des nouveaux standards comme les solutions low et no-code, quelle est encore l’importance de la compétence de connexion des machines ?

La connectivité joue un rôle central : si aucune donnée n’est mise à disposition, aucune donnée ne peut être traitée, que ce soit par des méthodes classiques ou par des approches modernes plus flexibles comme le low code ou le no code.

Il convient de faire une distinction : Les machines modernes simplifient la communication, car elles utilisent des normes établies comme OPC/UA. Cependant, dans de nombreuses entreprises de production, on trouve également des machines qui ne sont pas du tout connectées au réseau ou qui ne peuvent communiquer qu’avec des protocoles propriétaires du fabricant de la machine. Comme ces machines doivent souvent fonctionner encore pendant des décennies et ne seront pas remplacées de sitôt par des machines modernes, un concept de numérisation généralisée de la production est nécessaire pour pouvoir intégrer ces machines existantes dans une Smart Factory. Avec notre solution Edge, nous proposons une approche qui permet d’intégrer non seulement les machines modernes avec OPC-UA, mais aussi les machines existantes dans le monde de la numérisation.

Le mot-clé Digital Twin, l’image virtuelle d’une production sur ordinateur : qu’est-ce qui se cache exactement derrière ce terme ?

Le jumeau numérique ou Digital Twin est une approche qui consiste à représenter virtuellement une production réelle, donc physiquement structurée, dans un modèle sur ordinateur. Pour ce faire, la structure de production complète avec ses différents niveaux hiérarchiques, de l’usine à la machine individuelle en passant par le hall et les installations partielles et les lignes, est représentée dans un modèle. Cela signifie qu’à chaque niveau de la hiérarchie, il existe des éléments de modèle qui ont chacun leur équivalent dans le monde physique.

Les données de production sont attribuées à un élément de modèle du jumeau numérique. Les données sont ainsi structurées et acquièrent une signification. Ainsi, l’information “Production en cours” d’une machine indique l’état de l’installation individuelle, alors que dans le cas d’une ligne de production, elle indique l’état d’un ensemble de machines qui travaillent ensemble sur la ligne pour fabriquer les produits.

Le jumeau numérique est donc le cœur de l’usine numérique ?

Je dirais qu’il est au cœur de l’amélioration continue dans l’usine du futur. Pourtant, le jumeau numérique n’a fondamentalement rien de nouveau. Dès les années 1990, des logiciels ont été développés pour travailler en étroite collaboration avec des machines afin de résoudre un problème dans le monde réel. Un logiciel de logistique a par exemple une image de l’entrepôt dans sa base de données et peut ainsi dire à tout moment quelle palette se trouve à quel endroit dans l’entrepôt à hauts rayonnages. Ou encore, un système SCADA dispose dans ses données de base d’informations sur les appareils, capteurs et actionneurs existants et peut ainsi consigner les perturbations en se référant à la source et représenter les appareils dans une représentation graphique, tout en visualisant leur état par des couleurs appropriées.

Que proposent FORCAM et ENISCO en matière de jumeaux numériques ?

Nos produits reproduisent également les aspects des installations de production physiques afin de pouvoir représenter, évaluer et utiliser les données en fonction de leur importance. Nous fournissons principalement deux choses : premièrement, un Digital Machine Twin, avec lequel les états de performance d’une machine ou d’une installation sont représentés pour une équipe d’usine, et deuxièmement, un Digital Production Twin, dans lequel les ordres du niveau ERP sont intégrés et permettent des analyses supérieures.

Je tiens toutefois à souligner une lacune dans le monde des jumeaux numériques : Il existe de très nombreux modèles différents. En effet, chaque fabricant de logiciels d’atelier reproduit les aspects de la production physique nécessaires à la fonctionnalité de son logiciel dans son modèle informatique propriétaire. Cela signifie que chaque fabricant a son propre jumeau numérique et que les jumeaux numériques de différents fabricants ne sont généralement pas compatibles entre eux.

C’est précisément à ce problème que s’attaquent les initiatives inter-constructeurs telles que l’Industrial Digital Twin Association, dont l’objectif est de créer un modèle de données commun pour le jumeau numérique. L’IDTA coopère quant à elle avec l’Open Industry 40 Alliance, dont nous sommes également membres.

L’interopérabilité n’est-elle donc qu’un concept lointain ?

Non, l’interopérabilité est disponible. Notre approche consiste à offrir la plus grande interopérabilité et modularité possible des solutions informatiques sur une plateforme, grâce à une multitude de solutions d’interface – des plug-ins pour connecter toutes les machines d’usine internationales courantes aux API ouvertes et aux adaptateurs SAP, en passant par OPC/UA, MQTT et KAFKA.

Selon moi, une norme internationale, pour ainsi dire le passe-partout de l’IIoT, est encore plus éloignée. Toutefois, s’il existait une norme à laquelle tous les fournisseurs et utilisateurs se conformeraient, l’interopérabilité entre les secteurs et les entreprises serait atteinte.

L’intelligence artificielle – IA – est-elle la nouvelle baguette magique qui révolutionne la production ?

Les applications d’IA sont très utiles dans la reconnaissance de modèles. Ainsi, certains travaux d’assiduité simples peuvent être nettement mieux maîtrisés par l’IA que jusqu’à présent. On peut citer par exemple la reconnaissance automatisée de pièces bonnes ou mauvaises ou de mauvaises exécutions comme les erreurs de peinture. Mais je ne vois pas encore de révolution telle que la gestion globale d’une production par l’IA. Cela ne fonctionnerait probablement que dans des usines dépourvues de personnel.

C’est donc l’homme qui doit changer, et non l’IA qui doit s’améliorer ?

En règle générale, les solutions d’IA doivent d’abord être largement acceptées. Sinon, il y aura toujours des discussions sur leur utilité. Les gens sont habitués à optimiser des choses concrètes dans leur domaine, comme les postes de travail ou certains processus. Seule une IA peut appréhender la complexité d’un processus de production dans son ensemble. Mais le point essentiel est qu’une IA doit être formée. Cela peut se faire de deux manières : Soit l’IA apprend sur ordinateur dans des simulations, soit l’IA apprend directement dans la réalité. Mais cette dernière solution conduirait à un grand chaos dans un processus de production – après tout, même une IA doit d’abord prendre l’une ou l’autre mauvaise décision avant d’apprendre à prendre la bonne. Si l’on considère que chaque usine a des conditions individuelles, je pense que le temps est encore loin où les systèmes d’IA dans la réalité piloteront les processus de fabrication dans leur ensemble et les révolutionneront ainsi.

Quelles sont les solutions MES qui répondent à des exigences clés et que les entreprises devraient absolument utiliser ?

Une transformation numérique dans l’usine devrait être organisée autant que possible comme un processus évolutif par étapes. Dans chaque étape partielle, il s’agit d’abord de donner les moyens d’agir aux collaborateurs, puis d’acquérir de l’expérience et d’optimiser les projets pilotes, avant de procéder au déploiement.
Les entreprises peuvent s’orienter vers quatre fonctions importantes que les apps MES doivent remplir :

• premièrement, la transparence – elle est possible grâce à la connectivité avec la saisie des données des machines et de l’entreprise
• deuxièmement, l’assurance des processus et de la qualité par la visualisation, l’analyse et le reporting – ce que permettent les MES pour l’efficacité globale de l’installation OEE, le monitoring énergétique et la traçabilité,
• troisièmement, la planification – avec la planification détaillée et le tableau de planification numérique,
• quatrièmement, le contrôle – avec la gestion des documents et le système de tickets.

Nous proposons toutes ces applications de manière modulaire. En outre, notre spécialité est la solution E-MES. Il s’agit d’un système complet de gestion de la production avec lequel nous aidons les clients à rendre les processus de fabrication et de logistique plus intelligents, plus efficaces et plus flexibles. Avec E-MES, ils contrôlent par exemple des installations de peinture entières ou des entrepôts à hauts rayonnages.

La production est également un élément de toute une chaîne d’approvisionnement. Que doit pouvoir faire le MES en matière de gestion de la chaîne d’approvisionnement ??

C’est au shopfloor que se fait le transfert logistique vers le stockage ou la livraison. C’est là qu’interviennent par exemple les technologies modernes de blockchain, c’est-à-dire le transfert infalsifiable de produits de la production vers les secteurs suivants de la chaîne d’approvisionnement. Une plateforme MES devrait donc être ouverte à la coopération avec des systèmes informatiques en dehors de la production proprement dite.

Du code au client : Quelle est l’importance de l’interface utilisateur aujourd’hui, c’est-à-dire d’une convivialité et d’une satisfaction maximales de l’utilisateur ?

Au siècle du téléphone portable, la convivialité est également une priorité absolue sur le shopfloor. Il s’agit en effet d’autonomiser durablement les équipes d’usine. Les interfaces utilisateur doivent être aussi explicites, conviviales et simples que possible. Les interfaces utilisateurs adaptées doivent pouvoir être facilement configurées, soit parce qu’un MES le propose lui-même, soit par des solutions low-code faciles à intégrer. Aujourd’hui, le choix est vaste.

On-premise, Edge, Cloud – De quoi les entreprises ont-elles vraiment besoin ?

C’est un sujet hautement sensible. Après tout, il s’agit de mettre en place et de maintenir une infrastructure informatique hautement disponible. Les possibilités de mise à disposition des données sont multiples. Chez les fournisseurs établis, le cloud offre certainement de nombreux avantages avec ses variantes de cloud public, privé et privé hébergé, par exemple en termes d’évolutivité, de service et de sécurité.

Parallèlement, il me semble qu’un nombre croissant d’entreprises préfèrent, pour certaines tâches, un stockage des données en usine ou à proximité de l’usine, c’est-à-dire sur site ou en périphérie. La raison principale est que tout déploiement de cloud dépend en fin de compte d’Internet, à moins que l’infrastructure ne soit installée sur le site même de l’usine. Or, l’Internet peut toujours être perturbé, par exemple par la fameuse pelleteuse devant la porte de l’usine. C’est pourquoi les responsables de la production et de l’informatique doivent toujours analyser avec précision quelles applications doivent être exécutées sur site et lesquelles doivent l’être dans le cloud.

Dans cette mesure, l’avenir devrait être aux scénarios de déploiement hybrides, c’est-à-dire aux combinaisons individuelles de stratégies on-premise, edge, public et private cloud. C’est également compréhensible. Après tout, c’est l’architecture informatique et la mise à disposition des données qui déterminent aujourd’hui le succès ou l’échec sur le marché.

Avec notre approche de plateforme MES ouverte, nous sommes également parfaitement préparés aux scénarios de déploiement hybrides.