Top connectivité industrielle et numérique

Par Lisa Eitel | 4 mars 2023

Dans la première partie de cette série Design World Trends, nous avons entendu des experts de l'industrie parler des dispositifs de pointe de l'automatisation discrète ; les efforts visant à promouvoir des normes pour une compatibilité et une interopérabilité accrues des systèmes ; et l'essor du fog computing ainsi que des utilisations industrielles des technologies sans fil telles que la 5G. Dans cet article de suivi, nous détaillons les approches holistiques nécessaires à une opération pour réaliser une transformation numérique.

Sandro Quintero | Développement commercial pour l'automatisation électrique • FestoWill Morris | Gestionnaire de catégorie • RS Americas Inc.Paul Thompson | VP ingénierie des solutions • MatterportChris Gottlieb | Directeur — Commandes et commandes • KollmorgenBill Paczkowski | Chef de produit principal pour PACEdge • EmersonCraig Scott | PDG et président • MFGxBoaz Eidelberg | CTO • SAAR Inc. Pramit Nandy | Responsable marketing produits — division microcontrôleurs 16 bits • Microchip TechnologyJP Wollersheim | Directeur principal de la gestion des produits • Matterport

Une transformation numérique (DX ou DT) est l'application de logiciels, de matériel programmable et de technologies opérationnelles (OT) pour transformer fondamentalement les opérations et les produits finaux d'une entreprise pour le mieux. Les programmes DX peuvent être entrepris par des organisations industrielles, des constructeurs de machines ou un vaste éventail d'autres entreprises ; les OT impliqués incluent généralement des systèmes de surveillance des machines, la connectivité et l'accès en ligne au Web et au cloud, en particulier via des outils dotés de fonctionnalités de l'Internet des objets, de l'IIoT ou de l'Industrie 4.0.

Paczkowski : Le Fog Computing comprend la gestion, le stockage et le traitement des données sur un réseau local sur un site. Bien que les dispositifs périphériques tels que les capteurs et les automates programmables soient de plus en plus performants (et que les ressources d'entreprise ou basées sur le cloud aient d'énormes capacités), le fog computing sur site permet aux utilisateurs de fonctionner efficacement avec de grandes quantités de données de manière stable, à faible latence et sécurisée.

Emerson propose un portefeuille parfaitement intégré de technologies matérielles et logicielles pour permettre aux ingénieurs de réaliser des transformations numériques des équipements nouveaux et anciens à tous les niveaux, des appareils de terrain situés en périphérie aux panneaux de contrôle et aux salles de contrôle… et même à l'entreprise et au cloud.

Nandy : Les produits complexes nécessitent des appareils connectés et sécurisés. Les solutions de Microchip prennent en charge la sécurité M2M avec des démarrages sécurisés, des mises à niveau sécurisées du micrologiciel, des communications sécurisées et une authentification mutuelle. Nos solutions permettent aux utilisateurs d'augmenter la disponibilité du réseau et d'effectuer en toute sécurité des déploiements à distance.

La robustesse, la fiabilité et la sécurité des systèmes industriels deviennent également plus importantes que jamais. Dans plusieurs applications, les exigences de sécurité sont formalisées et obligatoires, tandis que dans d'autres, cela est mis en œuvre pour différencier le produit en le rendant plus sûr et plus fiable. Le matériel, les logiciels et la documentation de sécurité fonctionnelle de Microchip aident les ingénieurs à concevoir des systèmes hautement robustes et conformes à la sécurité.

Paczkowski : Les IPC compatibles Edge peuvent servir d'environnements de brouillard à travers lesquels les développeurs peuvent déployer rapidement des analyses et d'autres calculs avancés. Une autre option est une plate-forme hybride utilisant un contrôleur de bord ayant un contrôle en temps réel de type PLC déterministe et des ressources informatiques de type PC à usage général.

En fait, le fog computing est un excellent tremplin pour développer localement des solutions avant de les mettre à l'échelle dans le cloud. En outre, il existe de nombreuses applications de transformation numérique gourmandes en données pour lesquelles les coûts de transport des données peuvent être importants. Ici, une solution de fog computing est préférée pour agréger et prétraiter les données avant de les déplacer en masse vers d'autres actifs de l'entreprise.

Image d'optimisation du workflow de processus : Dreamstime • Tsingha25

Les transformations numériques les plus réussies engagent chaque employé de l'organisation, de la direction au personnel saisonnier de l'usine, et évoluent continuellement en fonction des résultats quantifiés et des commentaires du personnel.

Mais qu'elles soient mises en place par une équipe interne à une organisation ou par des consultants embauchés, les initiatives de transformation numérique peuvent être repoussées par des entreprises établies, en particulier par des ingénieurs naturellement sceptiques. Ce problème est exacerbé par la manière dont les produits prenant en charge les DX dépendent intrinsèquement de l'adoption d'éléments complémentaires pour fonctionner. Cela signifie qu'un capteur intelligent donné (pour donner un exemple) peut nécessiter l'adoption et l'intégration de dizaines d'autres composants et éléments disparates pour prendre en charge une initiative plus vaste. Dans certains cas, les fournisseurs de ces composants et outils évitent le marketing qui vante les fonctions IoT pour des communications qui répondent plutôt aux préoccupations commerciales spécifiques d'une industrie.

Les fournisseurs les mieux équipés pour soutenir les transformations numériques des modèles commerciaux sont ceux qui ont une longue histoire dans l'ingénierie et la fabrication et des gammes de produits étendues avec des produits et services intelligents tirant parti de l'analyse des données. Bien que toutes les organisations aient des problèmes critiques qui (s'ils sont résolus) pourraient signifier des sauts quantiques du modèle commercial, ces problèmes ne devraient pas être abordés dans les essais DX naissants. Commencer petit sur des processus plus gérables nécessitant des améliorations est l'approche la plus judicieuse pour un déploiement inaugural.

Mitsubishi Electric Automation, Inc. a lancé son logiciel de simulation 3D MELSOFT Gemini pour permettre aux utilisateurs d'accélérer la conception et la construction de projets de fabrication à mesure qu'ils introduisent de nouveaux composants d'automatisation dans leur installation. En se connectant à divers logiciels et appareils d'usine, Gemini permet la visualisation, la simulation et la rationalisation des processus de travail. Gemini fonctionne à l'aide d'un espace numérique 3D sur PC et se connecte directement aux appareils d'usine sans avoir à passer par un serveur OPC. Cela permet aux données 3D d'être mises à jour dans les espaces numériques environ 12 fois plus rapidement que les environnements OPC. Lorsque les ingénieurs utilisent le logiciel à des fins de vérification, ils peuvent tester et déboguer la logique d'automatisation des machines et des systèmes, ainsi que vérifier le fonctionnement de l'installation de production prévue avant la construction.

La première étape d'un DX réussi consiste à définir les problèmes persistants internes à une entreprise ou affectant l'industrie en question dans son ensemble. Malgré les différences entre les industries, des défis communs se retrouvent dans l'automatisation industrielle, la gestion de l'énergie, l'automatisation des bâtiments, les centres de données et les services publics. Les personnes les plus familiarisées avec les problèmes nécessitant des solutions sont le personnel des technologies de l'information (TI) et ceux qui soutiennent directement les opérations et les services métier. Ils sont également les plus susceptibles d'avoir des listes de souhaits en matière de connectivité, que ce soit pour :

• Fonctions d'automatisation (via l'intégration de l'appareil, du contrôle, de la machine et du cloud) ou • L'accès et l'utilisation des données sont si importants pour les fonctionnalités IIoT.

Pour le premier, les principales tendances incluent l'essor de l'informatique de périphérie (y compris l'utilisation de passerelles industrielles) ainsi que des services qui prennent en charge la connectivité cloud, les réseaux Ethernet, les communications sans fil pour les composants industriels, diverses formes de protocoles standardisés, le code de programmation open source et les environnements logiciels unificateurs pour faciliter l'interopérabilité. Pour ce dernier, le partage automatisé des données d'entreprise ainsi que l'analyse avancée et l'intelligence artificielle (IA) sont les capacités IoT qui dirigent les efforts DX. La nature lourde de connectivité de ces implémentations DX signifie que de nombreuses organisations les financent et les soutiennent par le biais de services informatiques qui doivent en retour se tenir au courant des programmes de mise en réseau, de stockage de données et d'amélioration de l'IoT que l'organisation développe, déploie ou emploie.

Compatibles avec AP et d'autres normes, les systèmes Festo CPX-AP-I garantissent des communications transparentes. Les E/S décentralisées offrent des capacités de conception avancées.

Lorsque les organisations impliquent des équipes sectorielles dans des initiatives DX, elles peuvent souvent aider à résoudre les défis auxquels sont confrontées les équipes de R&D, d'ingénierie, d'exploitation, de maintenance et d'entreprise. La résolution de ces problèmes opérationnels profite en fin de compte aux utilisateurs finaux et aux autres entités externes qui interagissent avec l'organisation.

Wollersheim : Nous avons récemment lancé Property Intelligence, une IA propriétaire capable d'analyser n'importe quelle propriété ou portefeuille à grande échelle. Ces informations aident les responsables à répondre aux questions critiques de l'entreprise et à réduire considérablement le temps nécessaire pour obtenir des analyses pratiques… et, dans de nombreux cas, à générer des informations auparavant inaccessibles. En fait, Airbnb a récemment utilisé Property Intelligence pour analyser et vérifier une collection de maisons de marque Adapted afin de s'assurer qu'elles répondent aux normes d'accessibilité pour les clients à mobilité réduite.

Eideberg : Nous prévoyons de proposer prochainement deux gammes de produits d'intelligence artificielle (IA/ML) - la RoboChair et l'Exollent pour offrir aux personnes une mobilité d'assistance. Les deux peuvent fonctionner avec trois contrôleurs différents. Un contrôleur marche-arrêt bang-bang peut suffire pour les utilisateurs âgés qui ont besoin d'aide pour se tenir debout. Ou un contrôleur PID exécutant un profil de mouvement spécifique peut aider un patient en rééducation. Ou un contrôleur de mouvement à apprentissage par renforcement (RL) avec des centaines de paramètres de réseau neuronal optimisés pourrait piloter des fonctions autonomes pour aider les patients fortement handicapés. Ce dernier apprendra par simulation à optimiser les performances à l'aide d'une fonction de récompense - y compris l'équilibrage des paramètres de sécurité, de vitesse, de puissance et de confort en conflit. Le système suivra l'environnement via des capteurs de gyromètre, de position et de force et pilotera des actionneurs autonomes. Une fois que les simulations RL auront atteint leur récompense maximale, les paramètres de contrôle du réseau neuronal seront déployés dans un système réel et exécutés en tant que contrôleur sans modèle.

Certaines IA axées sur l'automatisation industrielle peuvent analyser les usines et les machines pour aider les responsables à répondre aux questions critiques de l'entreprise et minimiser le temps nécessaire pour obtenir des analyses utiles. Image : Adobe Stock

L'utilisation de soi-disant jumeaux numériques (ou répliques virtuelles ou numériques) est au cœur de la transformation numérique (DX) de l'automatisation industrielle. Ces jumeaux numériques - essentiellement des copies logicielles de machines, de processus, de systèmes, d'environnements d'exploitation et de produits du monde réel - sont d'une précision exceptionnelle. En effet, les jumeaux numériques sont basés sur des quantités massives de données collectées à partir des performances des conceptions précédentes ; retour des capteurs sur les équipements installés ; et un codage de réplication avancé. Il en résulte des modèles qui permettent aux organisations d'explorer, de contrôler et d'optimiser les conceptions de manière efficace et rentable.

De plus, les jumeaux numériques prennent en charge les communications entre les systèmes IIoT interconnectés. En effet, ces modèles numériques ont tendance à normaliser les descriptions programmatiques des paramètres des composants et des définitions interdépendantes. En fin de compte, cela permet à son tour aux opérations de produire des produits avec des approches juste-à-temps dans des tailles de lots plus petites. Les définitions numériques des modules de machine et des commandes interconnectés rendent également les changements et les reconfigurations rapides (par exemple, pour produire temporairement un produit spécialisé) plus réalisables.

Gottlieb : Kollmorgen a récemment signé un accord de mise sur le marché avec MTEK pour vendre la solution MBrain, une plate-forme de fabrication intelligente sans papier et sans code. MBrain gère la complexité de l'entreprise à grande échelle, y compris les instructions de travail pour les configurations de ligne. Ce dernier peut être utile aux constructeurs de machines utilisant le contrôle de mouvement ou analysant les données capturées lors de la fabrication sur n'importe quelle facette. Les utilisateurs de MBrain réalisent de vastes améliorations… même jusqu'à 70 % d'augmentation du débit du flux de valeur en plus d'économies substantielles sur le papier ainsi que sur la formation et l'intégration. La solution MBrain fusionne naturellement avec les configurations basées sur le cloud Microsoft Azure, les configurations sur site ou les configurations hybrides. En bref, MBrain a joué un rôle déterminant en aidant les ingénieurs concepteurs à améliorer la qualité des produits, les taux d'exécution et le déploiement des ressources humaines.

L'utilisation de jumeaux numériques est une approche essentielle de la transformation numérique de l'automatisation industrielle. Image : Ekkasit919

Thompson : Nous menons la transformation numérique de la gestion des installations. Grâce à notre numérisation et à nos logiciels, les opérations peuvent capturer des bâtiments en 3D photoréaliste pour un retour sur investissement et réduire les coûts de conception, de gestion et de maintenance des installations. Un jumeau numérique Matterport donne un accès immersif au contexte physique d'une installation, d'une machine ou d'une zone. Récemment, John Deere a utilisé notre Digital Twin Platform et notre technologie de capture 3D pour la gestion à distance de plus de 60 installations à travers le monde.

Il s'agit d'un jumeau numérique filaire 3D Matterport d'un espace de production construit.

Scott : Fuuz by MFGx offre des capacités de plate-forme en tant que service (xPaaS) pour les entreprises ayant des processus complexes. Plus précisément, Fuuz xPaaS fournit des applications industrielles prédéfinies et des outils de développement d'applications pro-code à no-code qui consolident les technologies dans des expériences utilisateur cohérentes, rapides et faciles à apprendre. Grâce au déploiement rapide d'applications autonomes et de connexions aux logiciels existants, les entreprises peuvent capturer des données. De plus, ils peuvent unir les processus, les personnes et les machines dans un seul écosystème. En fait, le logiciel intègre et augmente toutes les sources de données ouvertes pour permettre aux entreprises de tirer parti des solutions, des équipements industriels et des systèmes d'exploitation actuels… avec des capacités d'intégration qui permettent aux ingénieurs de conception de se connecter aux appareils de leur entreprise ainsi qu'à d'autres bases de données et sites.

Les implémentations DX les plus efficaces sont celles qui sont utilisables sur tous les systèmes d'entreprise (d'autant plus que l'IIoT évolue continuellement) tout en donnant la priorité aux protections de la cybersécurité. Les fournisseurs de composants et les fournisseurs de solutions les plus capables de soutenir les constructeurs de machines et les usines avec des efforts DX sont ceux connectés à des réseaux de partenaires complets qui standardisent certains protocoles, outils logiciels et écosystèmes de conception. Celles-ci permettent à leur tour d'assembler les éléments technologiques de divers fournisseurs pour créer des solutions IoT de bout en bout personnalisées… dans certains cas, avec une assistance continue d'intégrateurs agréés ou de services numériques conçus pour un secteur donné.

Les avantages pour les équipementiers et les installations qui adoptent les approches DX incluent la capacité de satisfaire la demande du 21e siècle pour des produits finis personnalisés (des aliments à l'électronique en passant par les maisons), car les entreprises connectées sont les plus agiles et les plus capables de routines de production flexibles.

Dans certains cas, DX permet de nouveaux modèles commerciaux qui transforment les données (traitées par l'analyse ou l'IA) en produits commercialisables. Cela peut prendre la forme de produits de surveillance des machines par abonnement ou à valeur ajoutée. L'avantage pour l'utilisateur final est la possibilité de résoudre les problèmes à distance sans avoir à attendre qu'un technicien se rende sur place en avion ou en voiture.

Les solutions de transformation numérique sont presque toujours évolutives, permettant aux équipementiers et aux utilisateurs finaux d'expérimenter un nouveau système à un seul endroit, puis de tirer parti de ce qui est conçu et appris à plusieurs endroits plus tard, souvent avec des économies d'échelle importantes.

DX libère également les installations automatisées des lignes de production classiques à fichier unique qui sont limitées par des inefficacités inhérentes et (en particulier dans la fabrication) des pénuries de main-d'œuvre. L'IA complète particulièrement les fonctions du personnel et permet des flux d'usine plus nuancés - libérant les humains de l'analyse des données et évaluant les contextes situationnels pour servir de soi-disantmilieu manquantet informer (ou parfois même déclencher) des actions du monde réel.

Dans certains cas, des partenariats à long terme avec des fournisseurs industriels peuvent aider les fournisseurs et les utilisateurs finaux à se tenir au courant de leurs efforts DX. De tels arrangements mettent moins l'accent sur les entreprises centrées sur les produits et mettent l'accent sur les services de soutien et les plates-formes d'exploitation. De plus, les approches de conception étape par étape (comme les approches de production) doivent céder la place à des approches de conception et de prototypage plus flexibles. Ici, le processus itératif d'essai-erreur typique impliquant principalement des équipes de conception internes cloisonnées est remplacé par un travail de conception ouvert et holistique.

Ces approches sont soutenues par ce que l'on appelle la conceptionécosystèmes et plates-formes de fournisseurs industriels. Pour compléter ces offres, les fournisseurs s'associent souvent à des sociétés de services professionnels spécialisées dans les services numériques applicables à l'automatisation industrielle. Le résultat est une gamme d'outils d'analyse de débit, de maintenance prédictive, de suivi des actifs, de service client et d'optimisation énergétique ciblés sur des opérations d'automatisation spécifiques. Les plus grands constructeurs de machines ayant des relations à long terme avec les fournisseurs peuvent s'attendre à une aide pour analyser les problèmes commerciaux et des solutions DX sur mesure.

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