Schneider Electric s’offre une vitrine de l’Industrie du Futur

Dans un monde connaissant un basculement numérique accéléré, l’Industrie du Futur représente un avantage compétitif pour chaque entreprise et chaque territoire qui s’en saisit. Il reste que ce modèle théorique doit prendre corps dans le monde réel. C’est précisément le chantier auquel s’est attelé Schneider Electric dans son usine du Vaudreuil qui tire désormais parti de toutes les technologies de pointe commercialisée par le groupe.


Les technologies de transformation numérique que Schneider Electric développe et propose à ses clients, l’entreprise plus que centenaire a aussi choisi de les appliquer à son propre appareil de production en déployant la plateforme logicielle « EcoStruxure for Industry » qui permet notamment de faire converger les données opérationnelles issues d’un large éventail d’activités industrielles. D’ici à 2020, le groupe compte déployer l’essentiel de son programme de digitalisation sur la centaine de sites industriels qu’il possède, ce qui outre les gains de productivité attendus, lui permettra aussi de disposer d’une des plus grandes vitrines technologiques en vraie grandeur existant dans le monde.

A moins d’une trentaine de kilomètres de Rouen, Schneider Electric possède une usine au Vaudreuil depuis 1975. Employant quelque 300 salariés en régime de croisière et jusqu’à 360 en période de pointe, ce site produit de l’ordre de douze millions de contacteurs par an sur des installations largement automatisées. Ce socle vaut à l’usine du Vaudreuil, d’être le premier site européen à bénéficier d’un important investissement dans la digitalisation au niveau à la fois, financier mais aussi, matériel, logiciel et humain.

L’humain au coeur du projet

Cet effort a connu un premier niveau de reconnaissance, hors les murs de l’entreprise, puisque l’Alliance pour l’Industrie du Futur a d’ores et déjà labellisé le site « Vitrine Industrie du Futur ».

Si la transformation numérique impacte les technologies déjà déployées, elle change également et profondément les méthodes de travail. L’Industrie du Futur s’organise autour des personnes impliquées qui sont les seules garantes d’une compétitivité durable. Les nouvelles technologies, comme les terminaux mobiles, les outils 3D, la réalité augmentée, le cloud collaboratif ou la robotique collaborative, sont synonymes de nouveaux usages, de nouvelles compétences et de nouvelles méthodes.

L’opérateur doit réinventer sa relation aux machines dans une organisation de plus en plus apprenante. C’est pourquoi l’implication et la responsabilisation des acteurs sont indispensables pour réussir et faire évoluer l’entreprise vers une démarche d’amélioration continue.

Sur le site du Vaudreuil, Schneider Electric a ainsi mobilisé ses ressources humaines dans le projet. Un important dispositif de conduite du changement a été mis en place, allant d’une lettre d’information mensuelle à des modules de formation s’adressant à tous les opérateurs en passant par des réunions de partage d’expérience pour évaluer l’impact d’une nouvelle technologie. Au total, plus de 800 heures de formation ont été consacrées à la réussite de ce projet en 2017, et près de 1 600 heures sont déjà prévues en 2018.

Quatre grands défis ont été relevés sur le site du Vaudreuil : améliorer la disponibilité opérationnelle de l’outil de production, augmenter sa performance industrielle en cherchant à atteindre le plein rendement, apporter plus d’agilité et de flexibilité sur le site en augmentant les capacités des opérateurs et enfin, optimiser la consommation énergétique pour réduire l’empreinte environnementale du site.

Ces quatre axes de déploiement de l’effort de transformation visent en retour trois objectifs principaux : mieux répondre aux attentes des clients qui absorbent 95 % de la production de l’usine, optimiser la chaîne d’approvisionnement pour réduire les délais de livraison des commandes et accompagner l’évolution des métiers avec des exigences de sécurité renforcées. Toutes ces actions doivent converger vers un même résultat : améliorer la compétitivité du site pour accélérer sa croissance d’ici à 2020.

Cette mutation du site du Vaudreuil engagée pour se conformer aux objectifs de l’Industrie du Futur, active cinq leviers de compétitivité : la smart maintenance pour accroître la disponibilité des équipements et des machines, la smart supply chain pour que les lignes soient toujours approvisionnées, l’opérateur augmenté pour améliorer sa perception de son environnement pour qu’il prenne les décisions adaptées, le management de la performance pour exploiter au mieux l’efficacité de l’outil industriel, assurer de meilleur rendement et accroître la satisfaction des clients et enfin, la performance énergétique intimement liée à la compétitivité de toute installation.

Aux abords de l’usine du futur

Juste à l’entrée de l’usine, trône une étrange vitrine. Derrière sa porte vitrée, se trouve un espace climatisé qui abrite un serveur de la taille d’une solide armoire appelée, Smart Bunker et, à sa proximité un écran qui en permanence, affiche un tableau de bord de la santé des systèmes informatiques industriels et l’état des réseaux qui véhiculent les données qu’ils échangent.

Pour assurer cette surveillance, Yann Bourjault, directeur cybersécurité de Schneider Electric, a fait déployer des sondes Sentryo qui ont permis de réaliser une cartographie exhaustive de tous les équipements numériques (automates, PC industriels, Scada, passerelles, routeurs, etc.) en service au Vaudreuil. Cette solution de cybersécurité sélectionnée par Schneider Electric, permet de faire un inventaire des équipements mais aussi, une typologie du fonctionnement idéal de l’usine. Une fois que ce modèle a été établi sur des bases saines, toute modification substantielle de son fonctionnement (connexion isolée vers tel ou tel équipement, échanges inhabituels entre deux noeuds a priori sans relation, etc.) sera considérée comme une activité suspecte.

Pour sa part, le Smart Bunker joue le rôle d’un micro-datacenter privé sécurisé (alimentation doublée, stockage redondant, pare-feu interne et externe, etc.) qui stocke toutes les données critiques de l’usine.

Juste à côté de la porte, on trouve un sas de décontamination de clés USB qu’on appelle aussi, une borne blanche. Tout opérateur ou intervenant qui doit transporter des données sur un dispositif de stockage (clés USB, disques portables, cartes à mémoire ou encore, modules eMMC, etc.) doit le connecter à la borne de décontamination qui, si elle en valide le contenu, va y enregistrer un certificat le rendant temporairement utilisable par les systèmes installés à l’intérieur de l’usine.

Premiers pas au milieu des machines

Au-delà des portes de l’atelier où la production est réalisée, le visiteur se déplace dans les allées balisées sur le sol qui suivent les voies de circulation empruntées par des chariots autoguidés. En effet, l’usine du Vaudreuil est désormais parcourue par des véhicules automatiques : ici, un chariot nettoyeur enlève des traces risquant d’empêcher la lecture des pistes de guidage, là une servante autoguidée livre des pièces à une opératrice tandis que quelques mètres plus loin, un véhicule plus imposant emporte son chargement vers une destination qu’il est seul à connaître.

Ce ballet est aussi finement réglé que celui d’un opéra, est un des éléments de la transformation qui s’est opéré au Vaudreuil puisque chaque véhicule autonome autoguidé, concourt à éviter aux personnels, des déplacements fastidieux et pénibles dont tout le monde se félicite qu’ils soient devenus désormais inutiles.

Quelques mètres suffisent à nous rapprocher d’une première machine spéciale qui sans discontinuer, produit des bobines. Les corps de bobinage vides se mettent en position et en quelques secondes, le fil s’enroule avec une précision millimétrique avant qu’une soudure fixe solidement ses extrémités aux points de contact. Quelques secondes plus tard, un nouveau lot prend place et la séquence recommence encore et encore.

En dépit de son apparence de robustesse, cette bobineuse est une machine délicate. Elle a donc été l’objet d’une étude pour fiabiliser son fonctionnement. Conformément a ce que démontrait une étude préalable quant aux dérivés en température, elle a d’abord, été équipée de capteurs thermiques puis, son fonctionnement a été modélisé. Les données produites sont collectées et comparées à un modèle de référence qui permet d’interpréter les dérives relevées aux cours du fonctionnement afin de séparer les événements liés à une simple augmentation des cadences de production, de ceux qui révèlent un phénomène inhabituel. Grâce à ce dispositif de suivi en temps réel, les opérateurs sont désormais capables d’identifier les signes précurseurs d’une probable panne et donc, d’accroître le potentiel de production en opérant une maintenance prédictive qui est une composante essentielle de la smart maintenance déjà évoquée.

L’humain, pièce maîtresse du dispositif

Dans une installation industrielle obligatoirement complexe, simplifier l’accès à l’information pertinente est l’un des plus sûrs moyens de gagner en efficacité. C’est ici, qu’entre en jeu la réalité augmentée qui conduit à l’opérateur ou l’opératrice augmenté. Sur le site du Vaudreuil, Schneider Electric fait la démonstration de l’efficacité de cette technologie mais aussi, de sa faculté d’adaptation puisque n’importe quelle machine, n’importe quel appareil peut faire l’objet d’un enrichissement numérique. La réalité augmentée consiste à prendre des images de l’équipement et de leur ajouter des liens au moyen d’un environnement de conception digitale. Ces liens peuvent pointer sur des contenus stockés en ligne ou sur un serveur privé pour afficher, une page HTML, permettre la consultation d’un ou plusieurs documents au format Adobe/PDF (manuel, fiche technique, nomenclature, etc.), lancer un diaporama, lire une vidéo, etc. La principale difficulté consiste à recenser et à regrouper les contenus pertinents pour l’opérateur ou le technicien de maintenance.

Une fois que ce travail préparatoire a été accompli, tout intervenant équipé d’une tablette munie de l’application de réalité augmentée qui va piloter la caméra intégrée, verra des icones apparaître en surimpression sur l’image de la machine.
Ces icônes permettent d’ouvrir une fenêtre qui peut afficher une grandeur physique, un indicateur graphique, un état de fonctionnement, un déroulé opératoire, un guide de maintenance ou tout autre élément d’information multimédia qui apporte une réelle valeur contextuelle.

La force de cette technologie de pointe réside précisément dans le fait qu’elle peut être appliquée à n’importe quel équipement quel que soit son âge ou sa date d’installation pour peu que les informations et le savoir que l’on souhaite rendre disponible à son sujet existe ou puisse être produit sous une forme numérique ou une autre. Outre la machine ou l’équipement, la réalité augmentée permet de reconnaître la conformation d’un poste de travail, voire l’état d’une pièce à différents stades de montage afin par exemple, de prodiguer à l’opérateur des conseils ou de le guider de séquence en séquence au moyen de flèches montrant les points d’intervention dans l’ordre de la procédure à suivre.

Grâce à la pertinence de l’information à laquelle il peut en permanence accéder, l’opérateur augmenté gagne autant en autonomie qu’en efficacité. Il peut directement consulter les données produites par une machine sans naviguer dans une arborescence applicative complexe. Il peut passer d’un équipement à un autre pour surveiller les paramètres de fonctionnement d’une cellule ou même d’une ligne complète. Dans certaine situation, il peut aussi s’appuyer sur la réalité virtuelle pour acquérir de nouvelles compétences par lui-même.

Plus de flexibilité, moins de pénibilité…

Au détour d’un autre poste de travail, c’est un robot collaboratif Sawyer de Rethink Robotics qui est à la manoeuvre. Ici, l’équipement automatisé a permis de recentrer l’opérateur sur sa Cette machine qui fabrique simultanément plusieurs bobines électriques, mission principale qui consiste à contrôler la qualité de sa Avant l’installation du cobot Sawyer, il passait presque la moitié de son temps à ranger des pièces et à les redistribuer pour pallier les écarts de cadence entre différentes machines… une tâche dont la répétitivité provoquait rapidement des troubles musculosquelettiques pénibles.

Outre l’intérêt pour les opérateurs intervenant sur ce poste, le robot collaboratif a pu être installé à l’issue d’une seule semaine de développement et d’intégration contre deux à trois mois en moyenne, pour un robot industriel classique. Installé sur un socle mobile, le cobot peut être déplacé en différents points de l’usine au gré des nécessités. Le bureau des méthodes de l’usine du Vaudreuil se sert d’une imprimante 3D pour créer des préhenseurs spécifiquement adaptés aux besoins des postes de travail ciblés, ce qui permet d’évaluer l’intérêt de la robotique collaborative dans un large éventail de situations.

… et beaucoup de transparence

Depuis plusieurs années, le site du Vaudreuil est passé au lean manufacturing. Cette technique d’amélioration et d’optimisation des capacités de production classe les séquences de production en « temps vert » lorsque tout fonctionne et en « temps rouge » lorsque des déperditions sont constatées (blocages de pièces, ruptures d’approvisionnement, pannes, etc.).

Jusqu’à la transformation, tous ces événements étaient consignés à la main sur des feuilles volantes par les opérateurs avec une variabilité dans l’évaluation qui pouvait atteindre plusieurs minutes par rapport à la situation réelle. Désormais, l’immense majorité de ces événements sont automatiquement détectés et répertoriés dans Wonderware, logiciel de management de la production et de suivi de la performance qui s’intègre à la plateforme EcoStruxure for Industry. La remontée temps réel, des cadences, des alertes, des incidents, etc., depuis les automates jusqu’à ce système de supervision et de MES (Manufacturing Execution System), permet d’effectuer une analyse continue de l’état de l’outil industriel et de ses capacités de production.

Au milieu de l’atelier, un écran tactile de grande taille affiche en permanence les indicateurs qui traduisent l’état de la production en temps réel (quantités produites sur l’ordre de fabrication en cours, état d’avancement sur l’objectif, nombre de pièces produites sur chaque ligne, etc.). A partir d’une arborescence, il est possible de vérifier les caractéristiques de fonctionnement de chacune des machines et des équipements reliés au système et bien sûr de consulter l’historique (état instantané, performance, temps morts, etc.). Grâce à ce système, les temps d’arrêt – voulus ou non – sont comptabilisés à la seconde près, ce qui permet d’affiner les analyses et d’apporter des correctifs, le plus souvent, avant même que des dérives préjudiciables se produisent.
Depuis que le système est en service, des gains de productivité de 5 % à 15 % ont été constatés sur l’ensemble des lignes de l’usine.

Réduire les coûts par l’efficacité énergétique

La préservation de l’environnement est l’un des enjeux majeurs de l’usine du futur. Il recouvre des notions très diverses comme la réduction des rejets polluants, l’intégration des infrastructures et des bâtiments industriels dans le paysage urbain et bien sûr, la consommation énergétique.

L’usine du Vaudreuil est engagée dans un plan visant à réduire les déchets qu’elle produit, à consommer moins d’eau et à réduire sa consommation énergétique dont la facture s’élève à 700 000 euros par an. Les responsables de l’usine se sont fixés comme objectif de réduire la consommation énergétique du site de 4 % chaque année jusqu’en 2020.

A ce titre, la solution EcoStruxure a été mise à contribution à différents niveaux. Elle permet d’abord, de connecter tous les équipements utilitaires (pompes à chaleurs, climatisations, ventilations, panneaux solaires, etc.) pour les piloter à distance d’une part, mais aussi pour en retirer des informations (mesures, états, etc.) exploitables. Les données apparaissent en temps réel sur le tableau de bord énergétique, ce qui permet par exemple, de corriger rapidement les anomalies.

Le deuxième niveau d’utilisation consiste à mieux comprendre comment sont exploités les équipements utilitaires. Par exemple, en surveillant la température et l’hygrométrie dans les bâtiments mais aussi, la qualité de l’air en fonction de ses composantes (azote, oxygène, gaz carboniques, etc.), il est possible d’optimiser la ventilation pour renouveler l’air en fonction des besoins réels, ce qui réduit le recours au chauffage ou à la climatisation selon les saisons. Cette seule action a permis de réduire de 30 % le chauffage qui à lui seul, représente un quart de la consommation énergétique du site.

Plus généralement la collecte de toutes les données qui relèvent de la consommation énergétique permet de détecter les gisements de possibles économies. La plateforme EcoStruxure a notamment permis de mettre en place un dispositif d’exploitation des déperditions de chaleur qui découlent de la production d’air comprimé. Le système logiciel permet aussi de qualifier le comportement du site au regard de sa connexion au réseau d’alimentation en énergie afin de s’assurer qu’il ne le perturbe pas lors du démarrage ou de l’arrêt de certains équipements.

Le dernier niveau d’utilisation du logiciel Resource Advisor intégré à la solution EcoStruxure, réside dans la comparaison des consommations énergétiques de plusieurs sites de Schneider Electric dans le monde. Il est ainsi possible de faire apparaître les bonnes pratiques, mises en oeuvre ici ou là, pour en faire profiter toutes les installations du groupe… un chantier dont on ne peut qu’espérer qu’il produise des effets positifs pendant de nombreuses années.