Améliorer la visibilité et libérer les données de l’usine pour cultiver l’efficacité
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Client(e)
En tant que fabricant leader qui soutient les initiatives de données et de numérisation dans le monde entier, Belden travaille avec des clients de différents marchés pour les aider à moderniser et à transformer leur infrastructure critique.
Employant plus de 8 000 personnes, elle possède des installations de production dans plusieurs pays, dont une grande usine 1960s au Canada. Pour répondre à la demande, l’usine utilise un mélange d’équipements nouveaux et anciens pour créer plus de 50 actifs de production dans plusieurs cellules de fabrication.
Défi
Toute usine qui souhaite améliorer sa productivité et son efficacité doit d’abord mesurer ses performances actuelles. Dans le monde d’aujourd’hui, ces mesures doivent non seulement être mesurées, mais aussi suivies en temps quasi réel.
Cette usine canadienne fonctionnait toujours comme il y a 30+ ans. De nombreux processus et points de données ont été documentés sur papier, avec d’importantes lacunes en matière d’information manquante, en particulier en ce qui concerne les quarts de nuit de fin de semaine. Lorsque les ingénieurs ou les opérateurs de machines devaient dépanner, il était difficile de les identifier et de les résoudre.
Comme les travailleurs de l’usine manquaient de visibilité sur les indicateurs clés tels que le temps de disponibilité ou les rebuts, ils ne pouvaient pas dire quelles étaient les performances de l’usine ni où des améliorations devaient être apportées. Les employés devaient fouiller dans chaque machine individuellement pour identifier et extraire les points de données de performance appropriés. Avec différentes machines exécutant des produits différents, chacune avec ses propres paramètres et exigences de vitesse, il y avait beaucoup d’informations à trier. Et sans contextualisation, la plupart de ces chiffres étaient du bruit inutile.
Sur une période de près de quatre ans, l’équipe d’ingénieurs locale a mis en place un réseau mixte de fournisseurs pour prendre en charge leurs systèmes OT et mettre en œuvre une surveillance de base. Cela a permis aux équipes de soutien et de gestion de l’usine d’identifier les lacunes critiques et de définir les avantages d’une approche plus largement intégrée. Avec un soutien minimal, cependant, il y avait des limites à ce que cette solution locale pouvait réaliser pour Belden.
Tout d’abord, le réseau manquait de redondance et était connu pour être peu fiable. Les systèmes OT entraînent des priorités différentes dans leurs réseaux de communication, ce qui peut les rendre plus complexes. Dans le passé, une installation d’appareil relativement simple avait fait tomber l’ensemble du réseau.
Le manque de standardisation du réseau a également rendu difficile son soutien. Lorsque quelque chose n’allait pas, il était parfois plus facile de recommencer et de créer quelque chose de nouveau au lieu de dépanner plusieurs versions de composants. Le manque de ports disponibles a rendu l’augmentation de la densité et l’expansion difficile, voire impossible.
En raison d’un fossé entre les politiques informatiques de Belden et les besoins des systèmes OT, le réseau OT n’a pas pu être intégré au réseau d’entreprise de l’entreprise. Les données critiques des machines de l’usine ne pouvaient pas être partagées avec le bureau, et vice versa.
Dans le but d’améliorer les processus et de suivre l’efficacité globale des équipements (OEE), l’équipe d’ingénierie a chargé l’un de ses ingénieurs électriciens d’étudier les options logicielles SCADA et de lancer des projets pilotes pour tester les moyens de commencer à combler le fossé entre l’IT et l’OT.
Découverte
L’équipe d’ingénierie de l’usine était consciente de ses limites et de ses capacités. Ils avaient un sens aigu de ce qu’ils voulaient accomplir, ainsi que des preuves de concept et des idées pour donner vie à leurs rêves.
Parce qu’ils avaient déjà une base solide, ils n’avaient pas besoin de repartir de zéro. Ils avaient besoin d’aide pour concevoir et mettre en œuvre une solution adaptée à leur façon de travailler, aux besoins informatiques, à ce qui avait été accompli jusqu’à présent et à ce qu’ils espéraient réaliser à l’avenir.
L’usine de Belden a décidé de tirer parti de ses propres ressources et capacités internes au sein des centres d’innovation client (CIC) de l’entreprise. Ces hubs servent de lieux de co-innovation, où les experts CIC de Belden travaillent en étroite collaboration avec les clients pour développer, tester et valider des solutions qui répondent aux défis uniques de la transformation numérique. Cette fois, l’équipe CIC travaillerait à résoudre des problèmes qui existaient au sein de sa propre entreprise.
En règle générale, les experts CIC effectuent des évaluations de réseau ou des évaluations de maturité numérique pour mieux comprendre les flux de travail opérationnels, identifier les défis et découvrir les opportunités. À partir de là, les conceptions de solutions sont créées, testées et déployées, puis suivies d’une formation personnalisée pour aider les entreprises à gérer leurs nouveaux réseaux.
Dans ce cas, cependant, l’équipe d’ingénierie de l’usine avait déjà jeté les bases, minimisant ainsi le besoin d’évaluations supplémentaires. Ils avaient besoin de soutien pour accomplir ce qu’ils n’avaient pas été capables de faire par eux-mêmes.
Les professionnels expérimentés CIC de Belden ont formulé des recommandations sur la conception et la disposition du matériel et du réseau afin d’améliorer la redondance et la vitesse ; ils ont également servi de médiateurs entre OT et IT pour s’assurer que les besoins des deux parties étaient satisfaits pour la convergence IT-OT.
« Respecter la conformité informatique a été un véritable défi », explique Thomas Coupland, spécialiste des réseaux OT à l’usine de Cobourg. "We knew we needed to get IT onboard as a partner, but we didn't know how to make that happen. C’est là que les experts du CIC sont intervenus pour nous aider à combler le fossé entre nos équipes OT et IT. »
Solution
Une refonte complète du réseau et une transformation matérielle impliquant des mises à niveau des commutateurs administrables, des pare-feu de nouvelle génération et des passerelles NAT (traduction d’adresses réseau), ainsi que la création de liens redondants, ont permis à l’équipe d’ingénieurs de disposer d’un réseau OT fiable et conforme aux normes informatiques. Enfin, le réseau OT de Belden pourrait être intégré au réseau d’entreprise de Belden, éliminant ainsi une pierre d’achoppement majeure dans le parcours de transformation numérique de l’entreprise et améliorant la résilience du réseau.
Des formateurs techniques du CIC étaient sur place tout au long de la phase de planification du projet. Un ingénieur en solutions était également sur place pour prendre en charge le déploiement, y compris les quelques centaines de nœuds d’infrastructure réseau et de terminaux qui ont été mis en ligne pendant la fenêtre d’arrêt annuelle de cinq jours de l’usine.
La solution conçue par le CIC de l’usine impliquait de nombreux composants et unifiait différentes sources de données pour rendre les informations plus accessibles et exploitables.
Un réseau qui élimine les points de défaillance uniques
À l’origine, le réseau OT isolé de l’usine était composé d’un commutateur central par zone de production ou « flux », plus un commutateur dans la salle des serveurs. Comme rien n’était intégré, l’installation de nombreuses exécutions Ethernet supplémentaires a été nécessaire, ce qui a fait perdre un temps de maintenance précieux.
La nouvelle conception de réseau est une topologie en anneau qui prend en charge l’isolation au sein de trois sous-anneaux distincts pour créer une redondance du réseau. Avec cette disposition, plusieurs connexions peuvent tomber en panne sans interrompre la production pour garantir la disponibilité.
Désormais, le réseau peut maintenir une connectivité sécurisée et fiable sans que l’équipe OT n’ait à se soucier des liens rompus, des changements dans la topologie du réseau ou des conditions instables du réseau (telles que les pics d’utilisation, par exemple).
Une base pour les initiatives de l’industrie 4.0
La mise à niveau du réseau prend en charge la connexion de 450+ appareils, avec la capacité de prendre en charge 100+ autres à l’avenir. Au cours de la prochaine année seulement, l’usine prévoit d’ajouter six autres lignes de production.
L’équipe d’ingénieurs est désormais en mesure de faire progresser les initiatives de l’industrie 4.0, telles que le déploiement de capteurs de température et d’humidité pour permettre la maintenance prédictive. Cette tactique de maintenance optimise l’équipement et détecte les problèmes potentiels avant qu’ils ne surviennent.
Au lieu de compter sur les opérateurs pour écrire les informations importantes à transcrire ultérieurement, ou saisir manuellement les informations dans une IHM (interface homme-machine), l’équipe travaille déjà au déploiement d’IHM de nouvelle génération qui extraient automatiquement les informations nécessaires des calendriers des employés et de production et des systèmes de saisie des commandes.
L’équipe OT dispose désormais de la liberté et de la flexibilité nécessaires pour traiter et stocker localement des données en temps quasi réel afin que l’équipement et les opérateurs de l’usine puissent mieux s’adapter aux conditions changeantes.
Un environnement de travail plus sûr
Dans le cadre de l’intégration du réseau IT-OT, les adresses réseau des ressources de production devaient être migrées vers un nouveau schéma compatible avec la gamme d’entreprise définie par le service informatique. Pour s’y conformer, les ingénieurs réexaminaient chaque dispositif sur chaque chaîne de production, y compris les dispositifs de sécurité. Cela a nécessité beaucoup d’efforts manuels de la part de l’équipe d’ingénierie alors qu’elle examinait des milliers de lignes de logique pour s’assurer que les opérateurs et les actifs restaient en sécurité.
Après avoir discuté avec l’équipe d’ingénierie, le CIC a toutefois identifié une solution de contournement pour éviter les risques associés au réadressage des dispositifs de sécurité : une passerelle NAT a été placée entre les commutateurs dorsaux du réseau OT et les réseaux au niveau de la machine. Cette passerelle permet le mappage d’adresses IP entre les segments du réseau, même si les adresses d’origine sont utilisées ailleurs dans le réseau.
Accès à distance aux systèmes critiques
Pour la première fois, cette usine Belden peut accéder à des compresseurs d’eau de process et à des systèmes de chauffage pour une visibilité et un contrôle complets depuis n’importe où dans l’usine.
Les employés peuvent surveiller à distance ces systèmes critiques pour suivre les performances, détecter et résoudre les problèmes rapidement et ajuster les paramètres de n’importe où. Cela améliore l’efficacité opérationnelle et réduit le besoin de dépannage et de résolution des problèmes uniquement dans l’usine.
L’éducation pour assurer la réussite future
Pour aider l’équipe d’ingénierie de l’usine à gérer son réseau avec succès, le CIC a créé une formation sur mesure axée sur l’agencement, les appareils et les logiciels utilisés. C’est l’occasion pour l’équipe de combler les lacunes en matière de compétences et d’apprendre à optimiser son nouveau système.
La consolidation à un seul fournisseur et à quelques modèles spécifiques permet également à l’équipe de maintenir plus facilement le réseau avec un minimum d’effort.
« Ces solutions garantissent que nos clients ne se contentent pas de recevoir des améliorations de performance aujourd’hui », explique Mike Fisher, responsable de l’architecture de solutions chez Belden, « mais sont également prêtes pour réussir à l’avenir à mesure que les technologies progressent et ouvrent de nouvelles possibilités. »
Un réseau sécurisé
Auparavant, les environnements IT et OT de l’usine étaient séparés, mais ils étaient exécutés sur le même bureau, un ordinateur assis à côté d’un ordinateur. Si la prise réseau était déplacée, la séparation n’était pas toujours maintenue.
Avec un nouveau réseau IT-OT convergent, les appareils connectés sont désormais correctement gérés et sécurisés.
Résultats
Bien que les gains de temps et l’amélioration de l’efficacité ne feront que s’améliorer au cours des prochaines années, l’usine réalise déjà d’importantes économies de coûts : près d’un quart des dépenses totales du projet ont déjà été récupérées en moins d’un an.
De plus, l’usine a amélioré l’OEE de 5 %, ce qui se traduit par des économies annuelles prévues de 735,000 $ CAD (ou près de 550,000 $ US). Le temps consacré au déploiement et à la mise en service de nouvelles machines devrait également diminuer de quatre à huit heures par machine. Lorsque de nouveaux actifs sont construits, ils sont pré-mis en service avec les adresses IP correctes pour permettre une approche plug-and-play.
Un dépannage et un diagnostic plus rapides
Les problèmes qui prenaient auparavant des semaines à identifier et à diagnostiquer prennent maintenant quelques heures. Grâce au logiciel de gestion réseau Industrial HiVision de Hirschmann et à la plateforme Belden Horizon™, la production à l’échelle de l’usine peut désormais être surveillée 24h/7. En cas de déconnexion, les ingénieurs sont immédiatement informés de ce qui se passe et des lignes concernées.
Lorsqu’une ligne de production rencontre un problème, les opérateurs n’ont plus besoin d’appeler un superviseur qui crée un ticket de maintenance. Au lieu de cela, ils appuient simplement sur un bouton de leur IHM pour générer un ticket de maintenance automatisé qui alerte simultanément un superviseur du problème.
Regroupement automatisé des commandes
Toutes les commandes de l’ERP sont accessibles à chaque ligne de production. L’équipe des opérations peut consulter et accéder aux informations sur les commandes en magasin, les spécifications des produits, les exigences matérielles et les recettes.
Lorsque les ventes saisissent une commande, celle-ci apparaît immédiatement dans le système, ce qui élimine le besoin de combiner manuellement les commandes pour le traitement par lots. Le système remet la commande par lots sans intervention manuelle et la transmet à la machine appropriée. Les informations d’exécution peuvent être ajustées en fonction des recettes. Cette connectivité facilite également les innovations telles que la commande automatisée de matériaux pour une production plus rapide.
De nouveaux niveaux de visibilité opérationnelle
Une nouvelle configuration du réseau et une connectivité améliorée permettent à l’équipe d’ingénierie, ainsi qu’aux autres employés de l’usine, d’avoir une visibilité sur les données dont ils ont besoin. Les opérateurs peuvent voir leurs performances en temps réel, les ingénieurs peuvent surveiller et optimiser les processus de production, et le vice-président de la production peut vérifier à distance le fonctionnement de l’usine.
Si les opérateurs souhaitent voir des KPI nouveaux ou différents pour évaluer les performances ou l’efficacité d’un changement, l’équipe d’ingénierie peut apporter des modifications en quelques minutes. Pour encourager la collaboration et la discussion dans l’usine, un tableau de bord KPI est affiché sur un grand écran tactile avec lequel tout le monde peut interagir lorsqu’il passe.
Ce nouveau niveau de visibilité permet à l’entreprise d’apporter des améliorations de fond en comble. Par exemple, on a constaté qu’un seul opérateur fonctionnait entre 60 % et 70 % du taux prévu. Après le coaching, cependant, ce nombre a grimpé à une moyenne de 95%. Cela se traduit par un supplément de 7,000 $ par quart de travail pour une seule ligne de production. Grâce à ces changements, Belden continuera de constater des améliorations en termes de performances qui optimisent les délais et les coûts.