Machines et passage à l’ère numérique : le rôle des capteurs

La numérisation en cinq étapes

Ce projet d’Industrie 4.0 (i4.0) concerne l’équipement de peinture des moteurs électriques, à Lohr am Main. Cette chaîne de production peint les carters en noir selon le processus suivant. Les moteurs sont assemblés dans les chariots du convoyeur, puis transportés sur un système de rails jusqu’au système de peinture, où ils sont peints devant un rideau d’eau.

La peinture excédentaire est emportée par l’eau, puis séparée, séchée et éliminée. Les moteurs peints sont ensuite transportés jusqu’au four, où ils sèchent à 80 °C approximativement. Après une phase de refroidissement, ils sont envoyés à l’emballage et à la distribution. Afin de mieux visualiser la production et de l’optimiser, la direction de l’usine a choisi une procédure simple en cinq étapes, qui permet de relever, enregistrer et traiter les données de production sans intervenir dans l’infrastructure d’automatisation.

Étape 1 : déterminer les variables pertinentes

La modernisation i4.0 et la base de données nouvellement créée aident à optimiser progressivement la production et à suivre les données propres aux moteurs et pertinentes pour la qualité. Les variables influençant la qualité et les coûts des composants ont d’abord été déterminées, puis les capteurs correspondants ont été sélectionnés et les autres variables déterminantes ont été progressivement identifiées à partir des données collectées. Par exemple, le délai d’exécution du four dépend de la vitesse de séchage des moteurs. Celle-ci dépend de la taille du moteur et de la variation des conditions dans le four. La surveillance de l’humidité et de la température de l’air permet de calculer dynamiquement la productivité et de la minimiser.

Étape 2 : sélectionner et moderniser la technologie de détection

Les capteurs relevant les paramètres de mesure pertinents forment la base d’un processus d’amélioration continue de la production. Vingt-cinq capteurs analogiques de divers fabricants ont été méthodiquement choisis et installés dans l’usine. Un capteur analogique a par exemple servi à mesurer la pression de l’air du pistolet de pulvérisation. Le même principe a été appliqué à la température et à l’humidité du processus de séchage.

La consommation d’air comprimé est également enregistrée, afin de déterminer les fuites potentielles et l’évolution au fil du temps. Des capteurs d’accélération mesurent les vibrations des pompes de circulation et de l’entraînement principal. Le suivi conforme à la norme DIN ISO 10816 sert à détecter précocement les pannes de moteur et à éviter les indisponibilités non planifiées.  Pour finir, un capteur de courant (à effet Hall) mesure la consommation d’électricité directement dans l’armoire. Voici une vue d’ensemble :

Étape 3 : connecter la technologie de détection à la passerelle d’IoT

Une passerelle est nécessaire pour enregistrer les données de mesure et les fournir aux systèmes concernés. Elle doit collecter les données des capteurs et les transmettre aux systèmes informatiques de niveau supérieur, qui les traiteront. Cela passe par la passerelle d’IoT de Bosch Rexroth. Dans ce cas, le logiciel IoT Gateway est installé sur le matériel industriel Contrôleur XM.

Il donne accès non seulement à une large gamme de sources de données, mais fournit également un haut niveau de connectivité avec les systèmes supérieurs, pour gérer la production. De plus, il est possible d’intégrer les capteurs rapidement et facilement via les modules E/S existants et standardisés. Le but était de rendre la configuration et le fonctionnement aussi rapides et simples que possible sans connaissances de la programmation.

Étape 4 : effectuer la configuration sur Internet

L’interface de la passerelle d’IoT Gateway est un navigateur Internet, qui propose diverses applications. Il n’est pas nécessaire d’installer un logiciel sur l’ordinateur. Le processus de configuration suit trois étapes logiques. Pour l’acquisition des données, le technicien utilise l’application « Devices ».

Celle-ci permet de connecter des capteurs analogiques et numériques, filaires et sans fil, différentes commandes, des serveurs OPC UA, etc. La passerelle d’IoT Gateway fournit des modèles provenant de diverses sources de données, faciles à remplir. Une fois que les capteurs ou les autres sources de données sont configurés, l’application « Dashboard » sert à vérifier si les données ont été correctement intégrées et à visualiser les valeurs. Avec l’application « Processing », l’utilisateur détermine ensuite les données à envoyer aux systèmes de niveau supérieur, sous quelle forme et avec quelle précision. Grâce à la conception orientée utilisateur, cette procédure ne prend que quelques minutes.

Connexion avec les systèmes informatiques de niveau supérieur

Pendant la dernière étape de configuration, le transfert des données vers les systèmes informatiques de niveau supérieur est déterminé par l’application Processing. Grâce à des modèles supplémentaires, cette procédure est simple, elle aussi. Dans le cas de l’atelier de peinture, les quatre systèmes suivants ont été connectés : le système de MES OpCon MES.

Premièrement, le système de MES OpCon MES est raccordé par liaison de données directe et XML. Cela permet, par exemple, de corréler le numéro de série du moteur avec les paramètres de production correspondant.

Deuxièmement, l’application CM Condition Monitor OPCON communique également par XML. Elle affiche des valeurs telles que la température du four et émet des messages d’avertissement en cas d’événement important, pour faciliter une intervention en temps utile.

Troisièmement, Oracle Application Express (APEX) est employée. Avec cet outil, on peut créer rapidement ses applications et évaluations personnelles, par exemple pour corréler la qualité de la peinture avec différents paramètres de production, via des heures système. Par ailleurs, l’envoi automatisé de courriers électroniques en cas d’événement est actuellement à l’essai. Quatrièmement, la plateforme de suivi de l’énergie de Bosch Energy & Building Solutions va être testée.

Encore plus de connexions pour une pérennité accrue

Si nécessaire, la gestion de la production dispose de beaucoup d’autres possibilités de connexion, par exemple, pour Production Performance Manager (PPM) de Bosch Software Innovations, mais également pour les plateformes de cloud telles qu’Azure de Microsoft ou le cloud d’IoT d’Oracle. À l’avenir, l’utilisateur pourra ainsi intégrer divers systèmes informatiques avec un minimum d’efforts.

L’autre singularité d’Iot Gateway est que les données peuvent également être envoyées à divers systèmes en même temps. De la sorte, un système de maintenance peut recevoir des informations sur le niveau de contamination de l’eau pendant que le délai d’exécution est transmis au MES.

Étape 5 : exploiter le potentiel d’amélioration

L’Industrie 4.0 est un processus continu. À l’instar de l’i4.0, le projet mis en œuvre s’inscrit dans un processus d’évolution permanente. Les informations produites permettent diverses mesures d’optimisation et ont abouti à plusieurs améliorations dans l’atelier de peinture.

L’intégration du système MES et la collecte des données relatives à la production permettent d’enregistrer un historique et d’établir le suivi d’un numéro de série spécifique. Le tableau de bord CM donne une vision des processus de production et de leur environnement , indépendamment de l’emplacement de l’opérateur, qu’il se trouve en production, sur les postes centraux d’Active Cockpit ou sur des appareils mobiles.

Les seuils d’avertissement basés sur l’expérience facilitent les réactions en temps utile. Pour les analyses spontanées, il est possible de visualiser d’autres valeurs facilement et rapidement. Oracle APEX fournit non seulement la base pour une surveillance de l’état des valeurs critiques, mais également pour de futures applications de big data.

Enfin, et ce n’est pas un détail, il est également possible de minimiser la consommation d’air comprimé, au moyen du système connecté de gestion de l’énergie.

En résumé : lançons-nous

Avec l’aide des capteurs analogiques et d’IoT Gateway, les responsables de l’atelier de peinture des moteurs sont parvenus à moderniser rapidement leur installation et à créer de la transparence. Les systèmes informatiques sont connectés. Tous les paramètres pertinents sont enregistrés en continu et disponibles pour l’optimisation et la documentation systématique du processus de production.

Pour aller plus loin :

ActiveCockpit : retour d’expérience de l’usine Bosch Mondeville

IoT Gateway, la passerelle vers l’industrie futur