Automatisme Informatique-Industrielle

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< r/>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.

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