Siemens EWA, laboratoire de l’industrie 4.0

Impliqué dans l’accompagnement de ses clients vers l’Industrie 4.0, Siemens applique les principes qui en découlent à ses propres usines. A ce titre, la modernisation réalisée sur le site d’Amberg en Bavière, où sont assemblés les automates de la gamme Simatic, est emblématique.


Quand on parle d’Industrie du Futur, on imagine souvent des usines sortant de terre, flambant neuves. Mais c’est oublier que l’industrie s’inscrit dans l’histoire de l’Europe depuis maintenant deux siècles.

Située en Bavière à proximité de la frontière avec la République tchèque, à quelque 70 kilomètres de la ville historique de Nuremberg, l’usine Siemens d’Amberg est divisée en deux unités de production : Geräte Werk Amberg (GWA) dédiée aux équipements matériels de la gamme Sirius et Electronic Werk Amberg (EWA) produisant les automates programmables, les périphériques et les boîtiers décentralisés ainsi que les interfacesutilisateurs (IHM) appartenant à la famille Simatic.

Siemens occupe le site d’Amberg depuis un demi-siècle, ayant débuté la fabrication de contacteurs en 1966 sur des chaînes d’assemblage entièrement manuelles. Créée en 1989, la division EWA occupe 10 000 m² et emploie 1 200 personnes ; un effectif stable depuis de nombreuses années. Elle a subi une première évolution importante il y a vingt ans, avec l’automatisation des chaînes d’assemblage, l’introduction du lean management et la mise en place du premier Intranet.

En 2014, Siemens décide de faire de la division EWA, un site pilote de l’Industrie 4.0 pour le groupe ; un choix qui a de nombreuses justifications. En effet, les produits conçus et assemblés dans l’unité Electronic Werk Amberg s’architecturent autour de cartes électroniques dont la fabrication peut être largement prise en charge par des machines automatisées, des robots et bien sûr, des ordinateurs.

L’unité EWA réalise plus de 1 000 variantes des produits appartenant à la famille Simatic. Deux milliards de composants sont assemblés chaque année par des équipes se relayant 24 h sur 24. L’usine fabrique environ quinze millions de produits de la gamme Simatic par an ce qui, avec 230 jours ouvrables, signifie qu’un produit quitte l’usine à chaque seconde. Dans les vingtquatre heures, les produits finis sont prêts à être livrés dans le monde entier à quelque 60 000 clients qui les utilisent pour piloter des systèmes industriels comme dans l’aéronautique, l’automobile ou la production énergétique mais aussi, à bord de bateaux de croisière ou de transport voire, sur des sites touristiques lorsqu’il s’agit par exemple, de commander des remontées mécaniques dans les stations de sports d’hiver.

En maintenant la surface de production occupée depuis l’origine avec un nombre quasi identique de collaborateurs, l’usine a multiplié son volume de production par huit. Et comme on n’est jamais si bien servi que par soi-même, la production sur le site d’Amberg est également commandée par des équipements estampillés… Simatic évidemment. Environ mille contrôleurs de ce type sont utilisés du début de la production jusqu’à la livraison. Par exemple, un système de transport entièrement automatisé, achemine le matériel comme les circuits imprimés vierges en quinze minutes depuis l’entrepôt vers les lignes d’assemblage.

Intégration massive des technologies de l’information

Mise en place automatisée des composants électroniques et des connecteurs, soudage à la vague ou point-à-point robotisé, contrôle à la volée des conformités et des continuités électriques, intégration des platines, montage final… toutes ces opérations d’assemblage sont depuis longtemps réalisées par des machines sans intervention humaine. Mais un tel niveau d’automatisation de la production n’est pas en soit, représentatif de l’Industrie 4.0. Si Siemens a largement puisé dans sa gamme d’automates pour équiper les lignes de production de la division EWA, la firme bavaroise a aussi massivement mobilisé ses technologies logicielles et ce, très en amont des machines. Il n’y a à cela rien d’étonnant car, tant l’Industrie 4.0 outre-Rhin que l’industrie du Futur hexagonale consistent faire fusionner le meilleur de l’informatique dite de gestion avec les technologies numériques d’automatisation et de suivi de la production.

Pour Siemens, une telle approche passe évidemment par un recours à sa propre suite logicielle appelée Digital Enterprise dont les trois principales briques constitutives sont : la gestion du cycle de vie des produits ou PLM (de l’anglais Product Lifecycle Management), la gestion des processus industriels ou MES (de l’anglais Manufacturing Execution System) et l’automatisation intégrale ou TIA (de l’anglais Totally Integrated Automation). Dans le portefeuille de l’entreprise bavaroise, ce sont les logiciels Teamcenter, Tecnomatix et NX qui centralisent tout ce qui concerne le cycle de vie des produits depuis leur conception à leur fabrication en passant par la simulation.

Véritable plateforme collaborative qui relie tous les intervenants, le premier assure notamment l’interface de l’outil de production avec le progiciel de gestion SAP. Il permet surtout d’accéder à toutes les informations relatives aux produits qu’elles procèdent de l’amont ou de l’aval du cycle de production. Il constitue en quelque sorte, la colonne vertébrale par laquelle transitent tous les influx nerveux qu’ils concernent les terminaisons fonctionnelles que sont les automates et les IHM placés au plus près des machines ou les informations qui sont remontées vers l’ERP.

La planification de la fabrication proprement dite, est du ressors de la solution Tecnomatix. La technologie la plus impressionnante en la matière, est la simulation d'événements qui conduit à une programmation des robot industriels en fonction des données réelles portées sur les plans d’un produit. En puisant dans sa bibliothèque d’équipements, Tecnomatix permet de visualiser en 3D les opérations qui seront par exemple, nécessaires à un robot industriel pour accomplir un cycle d’opérations. Cette étape permet d’optimiser le processus de fabrication par exemple, en limitant les gaspillages de matière première, en réduisant le nombre d’opérations requises pour l’installation de composants, etc.

Cette simulation de la fabrication trouve son pendant dans la conception même des produits et de leurs variantes avec Siemens NX, le logiciel de la marque en matière d’assistance informatique à la conception de design, d’ingénierie et de mise en fabrication des produits. Là encore, en étant en mesure de simuler l‘intégration d’une platine portant par exemple, de nombreux connecteurs spécifiques, il est possible de constater visuellement tant la conformité avec le cahier des charges que la conformité d’usage ou la bonne adéquation avec le boîtier choisi lors de la conception.

Qu’elle concerne la conception même des produits ou leur fabrication, la simulation permet de corriger d’éventuelles erreurs à une étape où elles n’ont encore qu’une incidence négligeable sur le temps de développement et donc, sur le prix de revient final.

Une gestion des processus industriels facilitée

Le Manufacturing Execution System de l’unité EWA repose largement sur le logiciel Simatic IT conforme à la norme ISA-95 et qui vise à coupler plus efficacement la production dans la chaine logistique. Il s’agit d’une solution permettant notamment d'accéder en temps réel, aux informations relatives à tous les processus en cours d’exécution sur la totalité du site.

Dans la chaîne d’échanges d’information avec les automates pilotant les machines, c’est l’ensemble Simatic WinCC qui assure la fonction de système de contrôle et d'acquisition de données (Scada).

L’autre élément clé de la solution est l’environnement TIA Portal qui permet d’optimiser les processus de planification et de production, tout au long de la chaîne. Il fournit un environnement standardisé et une présentation commune qu’il s’agisse de configurer un équipement ou d’assurer sa programmation logique, de paramétrer un variateur ou de concevoir une interface de commande et/ou d’affichage d’informations. La mise en réseau du contrôleur, des IHM ou encore du PC s'effectue par simple configuration graphique des connexions. L’intervenant est en mesure d’utiliser des fonctions confortables telles que le glisser-déposer de variables ou de composants matériels voire, copiercoller des parties de programme.

Quelques ensembles logiciels complémentaires assurent encore la gestion de la qualité, le suivi de l’utilisation optimale des machines et le pilotage de la consommation énergétique.

Siemens étant à la fois l’opérateur du site et son fournisseur en équipements numériques, l’intégration des briques logicielles qui permettent la numérisation de bout en bout de la chaîne de production, se trouve évidemment facilitée et ce, quelle que soit l’âge des composants équipant les machines.

On peut faire une constatation similaire pour tout ce qui touche à la communication des logiciels relevant de l’informatique de gestion avec ceux dédiés au management des produits et de leurs cycles de production puisque c’est un réseau Ethernet qui véhicule les données à tous les niveaux de l’installation.

Qu’elle procède de contrôles individuels réalisés sur les produits ou du suivi en temps réel des conditions à toutes les étapes de la fabrication, la connaissance de toutes les conditions significatives, permet d’effectuer automatiquement des ajustements et des corrections à la volée alors même que le lot est encore en cours de fabrication.

Des gains urbi et orbi

Les avantages que Siemens retire de la modernisation de la division produisant les appareils de la gamme Simatic, se répartissent selon trois axes qui tous, concourent à apporter une plus grande liberté à l’entreprise.

Le premier axe s’articule autour de la réduction des délais de commercialisation. La conception du produit en parallèle à la préparation de sa fabrication, alliées à la simulation permet de déjà de réduire significativement le temps de création et ce, même lorsqu’il s’agit de produits complexes. Sur le site EWA, quelque 5 000 plans de fabrication changent chaque année du fait de la seule obsolescence des composants. L’automatisation du processus de production à 75 % permet déjà construire jusqu’à 120 déclinaisons des produits Simatic chaque jour. Et de l’ordre de 50 millions de données relatives aux processus de production sont collectées chaque jour.

La flexibilité est à l’évidence l’une des cartes maîtresses de Siemens sur le site. En s’appuyant sur l’ensemble des lignes présentes, la programmation des automates à la volée au terme d’une chaine numérique continue de planification de la production, permet d’opérer jusqu’à 350 changements chaque jour, ce qui contribue largement à atteindre l’objectif consistant à délivrer les produits sous 24 heures.

Enfin, l’axe qui résulte des deux précédents est bien sûr un accroissement de l’efficacité tant quantitative que qualitative. Les lignes de fabrication sont sensiblement utilisées à 75 %, ce qui autorise une flexibilité couvrant jusqu’à 20 % d’augmentation de la productivité en cas de besoin. Cette haute disponibilité de l’outil de production n’altère en rien la qualité puisque la production de la gamme Simatic ne connait que 11 défauts par million d’unités, soit 99,9989 % d’efficacité.