Transformation numérique de l’industrie manufacturière : occasion et approche

Par John Kaczmarowski

Introduction à l'usine numérique

Une usine numérique est une installation dans laquelle les personnes, les machines, les matériaux et les produits partagent des données sur toutes les étapes du processus de production. Grâce à l'Internet des objets et aux analyses des données massives, l'usine numérique permet une intégration en temps réel entre des systèmes informatiques et opérationnels auparavant séparés.

Les usines numériques tirent parti des personnes et des technologies pour améliorer en permanence la productivité, la qualité, la flexibilité et le service. La réussite d'une usine numérique repose sur l'adoption évolutive de technologies et d'approches en vue d'une réalisation numérique complète :

Connectivité. La première étape de la transformation numérique consiste à tirer parti des technologies de l'IDO industriel pour recueillir des données à partir de processus manuels, d'équipements et de capteurs. Il s'agit ici de faire la différence entre les données qui sont utiles pour soutenir les objectifs d'affaires et celles qui constituent du « bruit », c'est-à-dire qui ne sont pas nécessaires pour expliquer un événement, un phénomène, un processus ou un objet.

Gestion des données à grande échelle. La deuxième étape de la transformation numérique consiste à passer des rapports des données à l'analyse des données et enfin à l'utilisation des données pour prévoir, agir et réagir. Disposer des bonnes données, au bon moment et dans les mains de la bonne personne permet à une organisation de comprendre, d'analyser, de prévoir et de réagir aux événements et tendances de l'usine, de la chaîne d'approvisionnement et du marché au moment où ils se produisent.

Automatisation intelligente. Avec une bonne compréhension de l'état actuel, des événements en temps réel et des tendances, il est alors possible de se tourner vers la puissance de l'analyse avancée pour soutenir l'automatisation intelligente; l'application de l'intelligence artificielle, l'automatisation cognitive, l'apprentissage de la machine et l'automatisation robotique des processus. Cette convergence des technologies produit des capacités d'automatisation qui augmentent considérablement la valeur commerciale et les avantages concurrentiels.

Au fur et à mesure que l'usine progresse dans cette direction, une continuité numérique de bout en bout (jumelage numérique) peut être réalisée, permettant à l'usine de s'adapter en permanence à la demande, aux variations de l'offre et aux écarts de processus, du modèle à l'atelier.

Tendances dans la transformation numérique

Enquête après enquête, les fabricants auraient augmenté leur niveau de participation aux initiatives de transformation numérique dans les chaînes de valeur horizontales et verticales. Avec 43 % des fabricants faisant état d'initiatives numériques en 2017 et plus de 70 % trois ans plus tard, cette participation devrait atteindre 85 %. over the next five years.

Les fabricants d'équipements d'origine sont cinq fois plus susceptibles d'avoir numérisé des processus manuels et quatre fois plus susceptibles d'avoir mis en place des initiatives de l'Internet des objets dans l'atelier avec le niveau 1, 2 ou 3 de fournisseurs.

Les organisations numérisent leurs chaînes de valeur horizontales et verticales; les taux de participation devraient passer de 20 % à 83 % au cours des cinq prochaines années¹.

Cependant, des recherches contradictoires révèlent une vision différente de l'usine numérique, une vision qui passe rapidement de l'intérêt par ses promesses à la méfiance à l'égard du battage du marketing et des offres de produits incomplets qui ne répondent pas à ce qu'il faut vraiment pour obtenir des avantages tangibles.

Étude après étude, les plus grandes plaintes des fabricants sont qu'ils ont trop de données inutilisables et qu'ils manquent de ressources et de compétences nécessaires pour mettre en œuvre des projets de transformation numérique. Ces défis, à leur tour, obligent les organisations à embaucher plus de ressources, à payer plus d'argent, à investir dans une infrastructure toujours plus grande et changeante et à retarder tout bénéfice anticipé, selon la recherche 2019 d'AEGIS Software. / LNS.

Examinons à présent les promesses et les défis de la transformation numérique des processus de fabrication.

La promesse

Les entreprises ayant mis en place des initiatives de I'IDO font état d'une augmentation moyenne de leur efficacité de plus de 3 % par an.

Les fabricants réalisent une réduction moyenne de 2,5 % des coûts par an, une réduction de 13 % sur une période de cinq ans.

Si l'on s'en tient aux tendances actuelles, les fabricants du monde entier réaliseront entre 1 000 et 3 000 milliards de dollars de gains de productivité au cours des cinq prochaines années.

Les initiatives d'usine numérique offrent des avantages tels que la compréhension en temps réel du processus de fabrication, l'aide à la décision basée sur les données, l'analyse prédictive des marchés, des produits et des processus de fabrication, ainsi que l'automatisation intelligente et coordonnée de l'ensemble de l'atelier de fabrication.

Tout cela offre plusieurs avantages mesurables attendus de l'adoption d'initiatives et de technologies d'usine numérique, notamment :

• Sécurité accrue
• Gains en productivité et capacité
• Efficacité opérationnelle améliorée
• Limitation des coûts
• Souplesse de la chaîne organisationnelle et d'approvisionnement
• Capacité d'innovation accrue

Ces avantages sont obtenus en développant et en intégrant des capacités dans les efforts de planification et d'exploitation de l'usine, en se concentrant sur six thèmes essentiels :

Gestion de l'information en temps réel
En intégrant les données et les processus des systèmes de gestion du cycle de vie des produits (PLM), d'exécution de la fabrication (MES), de planification des besoins en matériaux (MRP) et de planification des besoins de l'entreprise (ERP) avec les données des ateliers de fabrication (SCADA), les flux IDO et les données du personnel/des opérateurs, les organisations peuvent atteindre un niveau de gestion des informations en temps réel qui permet une prise de décision plus rapide et une déclaration rapide des problèmes ou des possibilités, ce qui peut conduire à une plus grande productivité, efficacité, souplesse et sécurité.

Analyse et test de la qualité
La collecte en temps réel des données de la technologie de fabrication intelligente, combinée aux données d'essai automatisées et manuelles, aux données de réparation des unités défectueuses et aux registres de maintenance de l'atelier, permet aux organisations de visualiser et de comprendre les données d'essai et de production, de soutenir les modèles et les efforts SPC et de mener une analyse des causes profondes tout en formant la base d'une analyse et d'une action prédictives des processus et des composants

Gestion de l'énergie
En établissant la connexion entre la gestion de l'énergie et les systèmes de contrôle des installations, les données opérationnelles peuvent être évaluées en temps réel. Cela permet d'identifier et de mettre en œuvre des mesures d'économie d'énergie grâce à la surveillance, à l'analyse de l'énergie par rapport au rendement, à la planification de la demande et à la programmation. Ces efforts conduisent à des optimisations mesurables des opérations énergétiques dans l'ensemble de l'établissement.

Simulation des processus
La simulation des processus est une approche en deux étapes où l'intégration de modèles de processus d'usine avec des données en temps réel provenant des systèmes, des outils et des opérateurs de l'usine (étape 1) permet de mesurer les scénarios et les modèles par rapport aux flux de travail du monde réel afin d'obtenir des simulations de plus en plus précises et de soutenir l'optimisation de l'usine tout en découvrant et en atténuant les faiblesses critiques du flux de l'usine (étape 2).

Maintenance préventive
La maintenance préventive utilise des données en temps réel provenant de l'usine pour surveiller l'état réel des machines. La comparaison de l'état actuel de l'équipement et de son profil de fonctionnement avec les profils de fonctionnement historiques et les journaux d'événements de maintenance peut être utilisée pour prévoir les interruptions et les pannes avant qu'elles ne se produisent.

Contrôle de l'usine
Grâce aux progrès de la connectivité, à la disponibilité des données des capteurs en temps réel, à l'intégration des données de l'entreprise et à la collecte manuelle des données dans l'atelier, les systèmes de contrôle de l'usine réduisent l'exposition aux pannes, améliorent la santé et la sécurité dans l'usine et optimisent la productivité des ressources et la durée de vie opérationnelle.

Promesse d'évolution
Au-delà des domaines de la surveillance, du contrôle/optimisation des opérations, de la gestion de l'énergie et du contrôle de l'usine, le modèle d'usine numérique peut conduire à l'introduction de systèmes avancés en temps réel, notamment :

• Automatisation intelligente gérer de manière plus efficace et plus réactive les utilisateurs, les tâches, les systèmes et la robotique.
• Operator support and enhancement fournir des outils numériques, notamment des instructions de travail, de la réalité artificielle/réalité virtuelle (AR/VR) et des assistants de production robotisés tels que des robots, afin d'optimiser le flux logistique, de réduire les mouvements ou actions inutiles et d'améliorer la sécurité et la fiabilité de l'atelier.
• Une production axée sur le marché qui associe les données de la chaîne d'approvisionnement et de distribution aux données de fabrication en temps réel pour développer et déployer des stratégies de fabrication qui optimisent la production en fonction de la demande du marché, des stocks et de la chaîne de distribution.

Pour profiter de ces promesses, le fabricant a besoin de quatre prérequis fondamentaux. La première est une architecture technologique évolutive qui s'appuie sur les normes industrielles dans la mesure du possible tout en prenant en charge une approche JIT du déploiement à mesure que la transformation numérique de l'organisation évolue. Deuxièmement, un état d'esprit ciblé, mais agile dans le domaine des logiciels et de l'analyse, qui favorise des solutions ciblées, mesurables et innovantes. Troisièmement, l'engagement avec des partenaires internes et externes afin de combler les lacunes en matière de capacités, de tirer des enseignements de la fonction existante dans la chaîne d'approvisionnement et d'en tirer parti, et d'engager une expertise interfonctionnelle et intégrative. Enfin, une éthique organisationnelle qui favorise la collaboration interne et le succès partagé.

Le défi

Transformation (n) : un changement complet ou spectaculaire de forme ou d'apparence.

La transformation numérique, par sa définition même, peut introduire des changements spectaculaires. Ce changement ne se limite pas à un seul aspect de l'organisation, mais présente des défis d'ordre culturel, technique, opérationnel et personnel. Sans une planification claire et une collaboration habile, l'extension de cette transformation aux partenaires et aux organisations en amont et en aval de la chaîne de valeur peut accroître ces défis de manière exponentielle.

Les fabricants peuvent rencontrer des difficultés sur le chemin de la transformation numérique dans de nombreux secteurs de leur entreprise et de leur écosystème, notamment :

la complexité des intégrations des systèmes. L'intégration des systèmes d'entreprise (MES, ERP, MRP, PLM, HRIS) avec les systèmes d'automatisation des usines, les données massives, la robotique et les opérateurs et opérations humaines peut être une entreprise redoutablement complexe et coûteuse. Une étude récente a estimé qu'il s'agissait du plus grand défi pour les efforts de transformation numérique en cours.

Intégration de la chaîne d'approvisionnement. Les fabricants d'équipements d'origine sont cinq fois plus susceptibles d'avoir numérisé des processus manuels et quatre fois plus susceptibles d'avoir mis en place des initiatives d'Internet des objets industriels (IdOI) dans les ateliers que les fournisseurs de niveau 1, 2 ou 3. Cet écart dans l'adoption peut remettre en cause la pleine réalisation des avantages d'une transformation numérique.

Déluge de données. Le déluge de données provenant de tout, des bâtiments intelligents aux capteurs de production en temps réel en passant par les robots et les cobots, rend difficile la distinction entre les données et le bruit. Il est impératif que toutes les données prises en compte lors des transformations numériques aient un objectif bien défini et bien compris, de peur que vos données ne se perdent dans le bruit.

Dépassement et manque d'intérêt. Les organisations ont un choix fondamental à faire lorsqu'elles entament la transformation numérique. Abordez-la comme une évolution ou comme une révolution. Bien que chaque approche ait ses avantages, les facteurs qui devraient aider à faire ce choix comprennent la capacité d'une organisation à absorber le changement, l'état actuel des compétences et de l'infrastructure de l'organisation et les moteurs commerciaux qui soutiennent la transformation. Le nombre d'entreprises qui échouent en raison d'un excès de moyens est plus élevé que tout autre facteur.

Le choc culturel de l'entreprise. Les transformations peuvent être spectaculaires et provoquer un stress chez les individus et l'organisation dans son ensemble.  Une culture qui n'est pas considérée, engagée ou informée peut être l'un des plus grands obstacles à la réussite des transformations.

Justification financière. Enfin, la transformation numérique n'est pas sans coût. L'élaboration, le suivi et la preuve des justifications financières sont des éléments essentiels de la réussite. Tout investissement dans la technologie doit respecter (au moins) l'une des trois mesures simples de réussite :

• L'investissement est-il rentable?
• L'investissement permet-il d'économiser de l'argent?
• Cet investissement est-il le résultat d'un impératif concurrentiel clair?

La transformation numérique n'est pas une destination. C'est une entreprise qui mène à des niveaux de maturité et d'avantages de plus en plus élevés. Cette entreprise commence par une stratégie bien définie et se construit à partir de la base. En mettant l'accent sur l'amélioration continue et l'agilité, les entreprises qui s'engagent dans la voie de la fabrication intelligente sont assurées de réussir.

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