Améliorations de la productivité à deux chiffres grâce aux capacités des solutions de numérisation de Belden
Client(e)
En tant que grand fabricant international qui prend en charge les initiatives d'ingestion de données et de numérisation dans le monde entier, cette entreprise travaille en étroite collaboration avec ses clients sur différents marchés et emploie plus de 8 000 personnes allant des ingénieurs et architectes de solutions aux experts opérationnels et opérateurs de machines.
Dans le cadre de sa mission, le fabricant privilégie également les opérations durables et suit des processus de fabrication allégés pour éliminer les déchets sans compromettre les performances ou la qualité des produits.
Défis
Pour améliorer l'efficacité opérationnelle et la capacité de l'usine dans l'une de ses plus anciennes usines et faire le premier pas vers l'industrie 4.0, ce fabricant voulait pouvoir visualiser les flux de travail en temps quasi réel et collecter des données sur l'efficacité globale des équipements (OEE) pour analyser et améliorer les performances des machines.
Au fil des ans, un ensemble disparate de technologies de contrôle a été déployé tout au long du processus de fabrication, créant des défis uniques en matière de numérisation. Certaines machines étaient équipées de contrôleurs logiques programmables (PLC), d'autres non. Certains PLC étaient connectés au réseau, d'autres non. Des machines de soixante-dix ans côtoyaient des équipements flambant neufs, et une grande partie des anciens équipements de l'usine étaient totalement dépourvus de capacités de connectivité réseau. En outre, il était impossible de suivre l'état des composants vieillissants, mais pourtant essentiels, tels que les moteurs. Il fallait absolument obtenir ces informations pour minimiser les temps d'arrêt des équipements, d'autant plus que cette usine produit les lignes de produits les plus rentables du fabricant. Les angles morts étaient partout, tout comme les opportunités.
« Cette usine vieille de 95 ans était comme un musée d' anciennes machines et technologies », explique Sylvia Feng, responsable des solutions globales, qui fait partie du centre d’innovation client de Belden.
« Diverses marques de PLC et protocoles industriels ont été utilisés, ainsi que divers modèles de machines et générations de technologies de contrôle. Cela a rendu difficile la communication avec tous les PLC et toutes les machines. »
Cela a également créé des retards et des îlots d'automatisation dans toute l'usine. Les opérateurs utilisaient les machines en ayant peu de connaissances techniques et diagnostiquaient les problèmes par tâtonnement, car ils n'avaient pas de données pour leur permettre de prendre des décisions éclairées. Le personnel le plus ancien s'approchant de la retraite, il deviendrait toujours plus difficile de faire fonctionner l'équipement.
Les superviseurs devaient sans cesse faire le va-et-vient entre l'usine et le bureau pour produire des rapports à partir des informations recueillies la veille. Ne disposant pas d'informations en temps réel sur les performances des opérateurs et des machines, il leur était difficile de comprendre les performances réelles de la ligne de production ou de savoir sur quelles machines se concentrer.
L'équipe de maintenance devait également faire face à un calendrier de maintenance basé sur le temps, tout en étant en sous-effectif. En conséquence, les salariés passaient un temps précieux à entretenir des équipements rarement utilisés au lieu de hiérarchiser les tâches de maintenance en fonction de l'utilisation des machines.
En raison des différents protocoles et entrées de données utilisés dans l'usine, une solution indépendante du fournisseur serait primordiale pour récolter et contextualiser les données opérationnelles critiques, les rassembler dans un plan de données unifié, et créer de la flexibilité pour des analyses avancées (sur site ou dans le cloud).
Collaboration et découverte
Les objectifs de performance et de capacité étaient clairs, mais l'équipe de l'usine ne disposait pas de l'expérience et de l'expertise internes requises en matière de numérisation pour concrétiser sa vision de manière rentable. « Nous savions qu'il nous fallait de l'aide pour trouver une approche plus automatisée afin de bien comprendre nos équipements et les opérations de notre usine », déclare le directeur des opérations de l'usine.
Par le passé, l'usine avait tenté d'améliorer ses capacités d'automatisation et de numérisation avec des solutions fixes. Ces solutions ne répondaient pas aux exigences informatiques, et l'équipe ne pouvait pas justifier les investissements.
« Les solutions que nous avions essayées n'étaient pas aussi souples que nous le souhaitions et elles étaient très coûteuses. Nous avons également essayé la "solution développée en interne", en confiant la tâche à l'un de nos collaborateurs. Bien que rentable, cette solution n'était pas aussi performante ou sophistiquée et n'offrait pas tout ce dont nous avions besoin, précise le directeur des opérations de l'usine. On finit par essayer d'adapter une solution à son problème au lieu d'avoir une solution personnalisée pour ses problèmes. »
Cette fois, ils savaient qu'ils avaient besoin d'une solution complète, conçue par une équipe d'experts pour relever leurs défis particuliers et leur donner des idées sur la meilleure façon de faire fonctionner l'usine.
Le fabricant ne voulait pas perdre du temps inutilement pour établir une nomenclature ou choisir des produits, des logiciels et des services pour mettre au point une résolution. Il a plutôt préféré bénéficier du soutien d'une équipe d'experts et de conseillers qui pourraient travailler à ses côtés pour :
- Identifier leurs plus grands défis
- Concevoir et présenter une solution adaptée
- Atteindre des objectifs opérationnels précis
- Maintenir la rentabilité
Après avoir pris connaissance des services d'ingénierie des données proposés par le centre d'innovation client de Belden, l'équipe a compris qu'il s'agissait là de la solution de collaboration qu'elle recherchait : une stratégie de numérisation sur mesure pour atteindre ses objectifs opérationnels et ses indicateurs clés de performance bien précis, conçue par des personnes ayant une expérience réelle de la transformation d'usines obsolètes en environnements de production modernes.
Solution
Les experts du centre d'innovation client de Belden ont établi un processus d'ingénierie des données en trois étapes, qui a commencé par l'identification des objectifs opérationnels de l'usine et la cartographie de l'état actuel des opérations de l'usine. Les consultants en automatisation numérique se sont rendus sur place avec le directeur de l'usine pour identifier les problèmes et observer les opérateurs, les superviseurs, le travail collaboratif et les processus en action afin d'obtenir une vue d'ensemble.
« Les personnes qui travaillent dans les opérations pensent qu'elles connaissent parfaitement leur exploitation. Cependant, obtenir le point de vue de quelqu'un d'extérieur qui a numérisé des opérations et vu des solutions automatisées dans différents environnements peut apporter une toute nouvelle perspective et vous montrer des solutions dont vous n'aviez même pas conscience d'avoir besoin. La visite de ces experts en numérisation sur le terrain nous a ouvert les yeux, a expliqué le directeur des opérations de l'usine. Après cette visite, on voit les choses différemment ».
Ensuite, les consultants en automatisation numérique de Belden ont collecté des données sur les bénéfices potentiels de l'amélioration de la visibilité et de la maintenance que le directeur des opérations a pu utiliser pour élaborer une analyse de rentabilité interne. Ils ont également permis à l'usine de calculer un retour sur investissement anticipé sur le plan des coûts et de la valeur. Une fois que la direction a constaté les avantages considérables de cette transformation, le projet a été approuvé et mis en œuvre rapidement.
À partir des informations recueillies lors de l'évaluation du flux opérationnel, l'équipe de Belden a conçu une solution de numérisation pour relever les plus gros défis de l'usine.
« Nous avons transformé cette boîte noire en une boîte en verre, explique M. Feng. Ainsi, les opérateurs et superviseurs peuvent voir ce qui se passe dans l'usine afin de fixer des priorités et de résoudre les problèmes en fonction des données en temps quasi réel ».
Cette solution donne à l'équipe les informations dont elle a besoin pour gérer l'usine de manière plus efficace et efficiente. Elle crée une visibilité sur toutes les données importantes de l'OEE, y compris la disponibilité, la performance et la qualité, et démocratise ces informations pour les rendre disponibles à un seul et même endroit. Elle fournit également les données nécessaires pour détecter les anomalies de fonctionnement et les défauts de l'équipement afin de pouvoir y remédier avant que la panne ne se produise.
La solution de Belden qui est indépendante des fournisseurs, n'implique pas une suppression et une réinstallation des systèmes existants. Diverses sources de données OT existantes ont été recueillies à partir de contrôleurs logiques programmables (PLC), d'ERP (planification des ressources de l'entreprise), d'historiques, de documents Excel, d'interfaces homme-machine (HMI) et de fichiers CSV, puis converties dans un format commun, transformées, normalisées et contextualisées. Des capteurs ont été déployés dans toute l'usine pour recueillir les données opérationnelles sensibles manquantes et surveiller les performances, la disponibilité et l'état des machines, notamment en ce qui concerne les vibrations, la température, le courant, la puissance et d'autres indicateurs.
L'équipe de Belden a assisté le client dans la création d'un plan de données commun grâce à ses services d'ingénierie des données, afin de permettre la visualisation et l'analyse des données. L'équipe de Belden a travaillé avec différents groupes d'utilisateurs pour concevoir l'interface utilisateur afin de prendre en charge les personnes au sein de l'usine et de donner aux différentes fonctions client des informations qui leur permettront d'optimiser leurs opérations quotidiennes.
La solution comprend :
- Tableau de bord de l'OEE avec des données en temps quasi réel pour tous les types d'équipement
- Capacité d'explorer les données opérationnelles pour l'analyse des causes profondes
- Outil d'analyse de la maintenance multicouche permettant de hiérarchiser les activités quotidiennes, de surveiller les actifs sensibles et d'alerter le personnel en cas d'anomalie.
Les machines de l'usine étant indispensables au fonctionnement et ne pouvant être mises à jour ou remplacées, Belden a veillé à ce qu'elles restent fonctionnelles tout au long du processus de numérisation.
Au lieu de gérer plusieurs fournisseurs tout au long du projet, l'usine travaille avec un partenaire de confiance, à savoir Belden et son Centre d'innovation client, qui veille à ce que les membres de l'équipe améliorent la visibilité de l'OEE et rationalisent la maintenance.
Impact et résultats
Au lieu de travailler sur des suppositions, les opérateurs et les superviseurs ont désormais sous les yeux des indicateurs qui rendent compte en permanence de la disponibilité, des performances et de la qualité. Ces informations peuvent être comprises même par les personnes qui n'ont aucune connaissance préalable ou un historique sur les équipements en question et permettent à celles-ci de prendre les bonnes mesures pour augmenter l'OEE.
Au lieu de documenter les pannes et les temps d'arrêt des équipements avec un stylo et du papier sur une feuille heure par heure, les opérateurs peuvent désormais se concentrer sur les activités à valeur ajoutée et fabriquer davantage de produits. Les données sont directement capturées à la source, de manière à être facilement ingérables et affichées en un seul endroit pour que tous les employés puissent voir ce qui se passe avec leurs machines et leurs processus. Les données sur l'OEE en direct permettent de savoir quelles sont les lignes qui fonctionnent bien, celles qui nécessitent une attention particulière et celles qui sont en panne, ainsi que les raisons des temps d'arrêt. La précision des données s'est améliorée grâce à la numérisation des machines.
« Cette solution nous permet, à moi et à mes superviseurs, de visualiser la situation du côté de la maintenance, explique le responsable de la maintenance. Il nous suffit d'avoir une tablette pour voir un résumé de l'installation. En fonction des couleurs, il est possible de savoir si tout marche bien ou s'il y a des problèmes. Nous pouvons surveiller les températures, les vibrations et la consommation de courant des moteurs, par exemple. Nous avons beaucoup de vieux équipements, toutefois Belden n'est pas venu nous dire : "Vous devez moderniser tout ça". Ils ont trouvé un autre moyen d'accéder aux données. »
La maintenance préventive est désormais une réalité pour l'usine également. Au lieu de suivre un calendrier, le personnel qualifié peut s'occuper des tâches les plus importantes en fonction des données en temps quasi réel sur l'état des actifs importants, comme les moteurs. Les opérateurs savent immédiatement si un paramètre donné (vibration, température, courant, tension, etc.) se comporte différemment. Si c'est le cas, l'alerte sera envoyée à l'équipe de maintenance par SMS et par e-mail afin que le problème puisse être traité immédiatement avant que la panne ne se produise. Cela permet à l'équipe d'établir des priorités dans l'affectation des ressources et les activités de maintenance, de manière que l'usine connaisse moins de temps d'arrêt imprévus.
Grâce au travail d'ingénierie des données de Belden, l'usine est également prête pour l'avenir. Son réseau OT nouvellement déployé et son infrastructure d'ingestion de données pourront prendre en charge les initiatives futures de l'Industrie 4.0 et de la fabrication intelligente, notamment les jumeaux numériques, l'intelligence artificielle et l'apprentissage automatique, ainsi que le déploiement de la 5G.
Grâce au travail de Belden, l'usine a obtenu des améliorations de productivité à deux chiffres accompagnées d'estimations extrêmement prudentes d'au moins un demi-million de dollars d'économies par an.
« Si l'usine est en mesure d'augmenter sa capacité comme prévu, cela représentera 1 millions de dollars de revenus supplémentaires. La période d'amortissement de ce projet est estimée à 1,25 ans », explique M. Feng.