S’adapter au changement en s’appuyant sur la fabrication modulaire

Aujourd’hui, les fabricants font face à une nouvelle réalité brutale, notamment des problèmes de chaîne logistique, des pénuries de personnel et des mesures de sécurité draconiennes. Au cours des premiers mois de l’année 2020, le COVID-19, la maladie provoquée par un nouveau coronavirus, a contaminé des millions de personnes dans le monde et a mis un coup d’arrêt à nos modes de vie habituels. Le côté positif ? De nombreux fabricants ont le désir et la motivation pour rejoindre le combat contre la propagation du COVID-19 en produisant des articles nécessaires à la communauté médicale et au-delà.

Du fait de cette crise, les fabricants réalisent qu’ils doivent changer la manière dont ils appréhendent, planifient et exécutent la production. Vous et votre équipe vous interrogez-vous sur la manière de réduire ou de modifier la production face aux nouveaux besoins ou aux nouvelles attentes du marché ? Peu importe que vous souhaitiez ou ayez besoin de réorienter les capacités de production de votre usine, la fabrication modulaire peut offrir des moyens rapides, faciles et rentables pour être plus flexible et réactif.

Je travaille depuis près de 30 ans dans l’automatisation des processus et j’ai souvent été interrogé sur les méthodes les plus efficaces pour mettre à niveau ou pour modifier les systèmes d’automatisation des processus en réponse à de nouveaux besoins de fabrication. Ces questions n’ont jamais été aussi pertinentes qu’aujourd’hui, alors que les fabricants étudient d’autres approches pour donner plus de flexibilité et d’adaptabilité à leurs processus.

Que vous soyez confronté à un nouveau produit ou à une nouvelle matière première, à une perturbation de la chaîne logistique, à une extension de capacité ou à une autre modification de votre système de commande existant, posez-vous les deux questions suivantes :

• Comment pouvez-vous dire si votre système est capable d’évoluer ou de s’adapter rapidement en cas d’évolution de vos besoins de fabrication ?
• Comment réduisez-vous au minimum les efforts nécessaires pour réaliser et tester les modifications de votre système d’automatisation de processus ?

Normes de commande de traitement par lot

Une des caractéristiques clés qui déterminent la flexibilité et la modularité d’un processus est le fait que ce dernier a été mis en place en respectant la norme ISA (International Society of Automation) Batch Control, ANSI/ISA-88 (également appelée S88). Publiée en 1995 et mise à jour en 2010, cette norme définit une terminologie et un processus, afin de séparer les capacités physiques de l’utilisation ou la gestion de vos machines et équipements. Elle établit une distinction entre ce que vous pouvez accomplir (ce que vous pouvez mesurer, les capacités des équipements, etc.) et la manière dont vous allez procéder (l’exécution procédurale, les étapes de traitement, etc.).

La séparation de l’aspect physique et du volet procédural facilite la modification et l’adaptation des systèmes à différents scénarios, allant de nouveaux équipements de transformation et de nouvelles fonctions pour les équipements existants à de nouvelles séquences opératoires ou de nouveaux produits, autant d’éléments dépendant des besoins du système de traitement.

Fabrication modulaire : scénarios de changement courants

Dans le domaine de l’automatisation, la modularité n’est pas une nouveauté. J’utilise depuis longtemps l’analogie avec un sous-programme en BASIC pour illustrer ce concept. Un bloc de code écrit une fois peut être réutilisé de différentes manières, en modifiant les paramètres servant à exécuter le code. C’est ce qui fait la beauté et la force de la modularité.

Pour illustrer la valeur de la modularité, examinons quelques scénarios de changement courants pour les fabricants et voyons comment une programmation modulaire conforme à S88 peut les faciliter.

1. Ajout d’une nouvelle matière première au processus. Cela pourrait aussi être un changement au niveau d’une matière première existante. Prenons un processus de mélange simple avec trois matières premières. Nous souhaitons ajouter un nouveau produit chimique, notamment un virucide, à notre processus et modifier nos 10 recettes existantes afin d’y ajouter cette nouvelle matière première. Qu’elle est l’approche la plus efficace ?

• Solution non modulaire : Dans une usine classique qui n’applique pas les principes de la programmation modulaire, il faut modifier chaque recette pour ajouter la fonctionnalité du nouveau virucide. L’absence de modularité impose de répliquer la fonctionnalité correspondante dans chaque recette.
• Solution modulaire : Dans ce type d’approche, la fonctionnalité de nouvelle matière première est mise en œuvre sous forme d’objet. Ce dernier représente, du point de vue de l’automatisation, la fonctionnalité complète de ce système de fourniture de matière première. Il est écrit pour les capacités du système. Les recettes sont écrites de manière à exécuter ou appeler ces objets d’automatisation. La fonctionnalité complète est, par conséquent, écrite une fois dans l’objet, puis est appelée par les recettes au moment de leur exécution.

Dans la mesure où la fonctionnalité est créée une seule fois et non dans chaque recette, nous pourrions économiser jusqu’à 90 % du travail d’implémentation, d’où un gain considérable en termes de coût et de délai.

2. Recette de nouveau produit. Imaginez que vous souhaitiez ajouter une nouvelle recette à un système existant. Cet exemple illustre les avantages qu’il y a à pouvoir employer facilement ces objets fonctionnels dans de nouvelles combinaisons exclusives et selon des séquences uniques.

• Solution non modulaire : La nouvelle recette inclut tout le code pour effectuer toutes les actions requises, à savoir les ajouts de matières premières, l’agitation, le refroidissement et le transfert.
• Solution modulaire : La nouvelle recette utilise des liens ou pointeurs vers des objets pour les ajouts de matières premières, l’agitation, le refroidissement et le transfert.

Les économies en termes d’implémentation des recettes dépendent de la complexité de la recette en question. Plus celle-ci est complexe, plus les économies potentielles sont importantes. L’effort de mise en œuvre d’une nouvelle recette simple en 10 étapes dans une usine modulaire par rapport à une usine non modulaire sera réduit de 20 %. Dans les deux exemples, l’approche modulaire procurera des avantages supplémentaires, notamment une réduction des coûts de gestion de la configuration et des frais de tests, et un processus de changement accéléré.

Modularité : un atout décisif pour la flexibilité

Comme le montrent ces exemples, la séparation apportée par la norme S88 permet de modulariser la fonctionnalité de commande, de sorte qu’elle est encapsulée dans de petits objets réutilisables. Ces objets représentent la fonctionnalité du processus physique. Les objets matérialisant la fonctionnalité des équipements peuvent être mis à jour et modifiés, ou encore ajoutés ou supprimés au niveau du système sans affecter d’autres objets, d’où moins de travail lors des changements.  Après tout, qui ne s’est jamais essayé à modifier des programmes monolithiques, surnommés de manière sarcastique « code spaghetti » ?

Par ailleurs, comme le montre le deuxième exemple, la séparation et la modularité de ces objets permettent de les combiner de nombreuses manières différentes et uniques, pour de nouveaux produits ou de nouvelles recettes. Même si les concepts de la norme S88 ont été formulés à la base pour un processus de fabrication, ils sont applicables à une multitude de processus.

Vous peut-être vous posez la question suivante : ces exemples abstraits et simplistes sont intéressants, mais comment peuvent-ils nous aider dans des situations importantes, notamment dans la lutte contre le COVID-19 ? À l’heure actuelle, de nombreux fabricants s’adaptent aux défis posés par la chaîne logistique et adoptent la flexibilité de la fabrication modulaire. Certains vont plus loin et fabriquent des produits inédits pour eux, afin de soutenir les systèmes de santé à combattre la pandémie :

• Ventilateurs – une entreprise du secteur médical a réussi à augmenter sa production en seulement quelques semaines.
• Tests de dépistage du virus – un groupe international du secteur de la santé a réorienté sa production pour réaliser des tests de dépistage du COVID-19.
• Gel désinfectant – des brasseries et distilleries s’adaptent rapidement pour produire des recettes à plus forte teneur en éthanol afin de répondre à une demande critique.

La fabrication modulaire est-elle faite pour vous ?

Le moyen le plus simple de déterminer si vos processus et systèmes d’automatisation sont modulaires est de vous demander s’il faut modifier vos recettes à chaque changement de processus physique sur vos équipements. Si vous devez modifier plusieurs recettes suite à un changement de processus physique, votre système n’est peut-être pas modulaire. Les normes ANSI/ISA S88 et S95 constituent des ressources utiles sur l’automatisation modulaire. Celles-ci traitent des hiérarchies modulaires dans l’automatisation de la fabrication, et les pratiques de fabrication qu’elles proposent sont de qualité et d’actualité.

Que pouvez-vous faire pour évoluer vers une infrastructure d’automatisation plus modulaire ? Le processus est simple et comporte trois étapes :

1. Définissez des objectifs. Déterminez ce qui constitue une stratégie de fabrication flexible pour votre secteur de production. Identifiez les objectifs que vous espérez atteindre et les bénéfices associés.
2. Élaborez un plan. Évaluez vos équipements et vos flux de production actuels, et examinez-les avec l’aide d’un consultant en automatisation qui maîtrise les concepts de la norme S88. Identifiez de quelle manière votre implémentation actuelle concourt à vos objectifs et quels points vous pouvez améliorer.
3. Passez à l’action. Priorisez les investissements et mettez en œuvre les changements sur la base des projets qui permettent d’atteindre vos objectifs.

Nos consultants en solutions sont des experts de la commande de traitement par lot et de l’automatisation, et ils peuvent vous aider à aller de l’avant, peu importe votre situation actuelle. Dans ce monde en constante évolution, Rockwell Automation vous accompagne à chaque étape du chemin, car nous nous réinventons tous pour surmonter le COVID-19 et envisager l’avenir. Découvrez plus avant l’aide que peuvent apporter nos services de conseil.