Surveillance automatisée des processus et des machines avec Siemens Sinumerik Edge

LA DIGITALISATION des productions existantes n’est pas anodine. En effet, si impressionnants que puissent être les analyses graphiques et les algorithmes de nombreux éditeurs de logiciels, il reste un défi : obtenir les données des machines et processus pour pouvoir ensuite les exploiter. Sur le terrain, la digitalisation ne peut être que progressive car il convient de s’assurer en parallèle que la base technologique reste ouverte à d’autres étapes de digitalisation.

Avec Sinumerik Edge Siemens relève ces défis pour les fabricants utilisant des machines-outils. Le matériel compact peut être raccordé aux machines-outils existantes. Ainsi, non seulement les appareils interagissent avec les commandes Sinumerik, mais ils peuvent également être raccordés à d’autres sources de données et systèmes MES ou ERP, par exemple par le biais d’interfaces SPS, OPC UA et Umati. L’avantage pour l’exploitant de machines : avec Sinumerik Edge, il introduit une infrastructure unifiée et proche de la machine, mais indépendante de l’automatisation, pour la digitalisation de la production.

Le rôle fondamental de l’Edge Computing : les appareils enregistrent à proximité de la machine les données en temps réel provenant de la commande (et d’autres émetteurs de signaux). Et ce, sans répercussion sur la commande, ce qui est indispensable au bon fonctionnement des machines. Avec le matériel optimisé Sinumerik Edge, il est également possible d’enregistrer des données à haute fréquence (jusqu’à 1 000 valeurs de mesure/seconde) pour jusqu’à 100 variables à la fois. Grâce à la puissance de calcul intégrée, ces données peuvent être filtrées dès l’Edge Device ou préparées et réduites par le biais de calculs, avant même qu’elles ne soient transmises via toute une palette d’interfaces de communication. Les données peuvent également être envoyées sur serveur sur le réseau de l’entreprise et/ou dans MindSphere, la solution d’Internet industriel des objets (IIoT) basée sur le cloud de Siemens.

Cependant, Sinumerik Edge propose bien plus que des fonctions de collecte de données et de communication : la plateforme Sinumerik Edge étant ouverte, différentes applications peuvent être exécutées sur les appareils. Les utilisateurs peuvent se procurer différentes applications de manière centralisée auprès de Siemens. Il est très facile de créer d’autres applications via le Sinumerik Flow Creator, ou de les adapter spécialement aux besoins des fabricants et exploitants de machines et de les programmer soi-même via un kit de développement logiciel. Point important pour les entreprises : les limites à cette ouverture sont la sécurité et la fiabilité. Les appareils Sinumerik Edge sont ce qu’on appelle des appareils « gérés », c’est-à-dire que Siemens est responsable de la gestion de la plateforme, garantissant ainsi la sécurité des appareils, des données, de la communication et de l’environnement d’application. Des fonctions de sécurité indépendantes des applications sont intégrées à cet effet : notamment le cryptage des données et de la communication, les identifiants d’appareils, les certificats, les droits d’accès et l’authentification, l’attribution de rôles et de droits, la couche réseau séparée, les sauvegardes et les mises à jour. Le logiciel ne peut être installé que de manière centralisée sous la forme d’une plateforme de gestion via Siemens MindSphere, ce qui empêche tout accès externe non autorisé aux machines ou aux données.

L’exemple de l’application Sinumerik Edge « Analyze MyWorkpiece/Monitor », destinée au contrôle qualité, illustre à quel point ce concept global est concluant. L’approche intelligente de cette application : au lieu de contrôler une sélection de pièces manuellement et laborieusement ou lors de phases distinctes après la production, des variables relatives à la qualité sont collectées de façon automatisée pendant l’usinage, directement sur la machine-outil. Le contrôle porte sur l’ensemble des pièces, assurant ainsi une couverture de test totale. La surveillance constante des processus permet d’identifier les pièces défectueuses de manière fiable, précoce et économique.

Dans le logiciel, quelques clics suffisent pour sélectionner les variables relatives à la qualité à collecter et demander leur enregistrement en temps réel dans Concernant les variables, il peut s’agir de tous types de paramètres d’entraînement, d’axe ou de broche, mais aussi des données de capteurs ou de sondes supplémentaires. La sélection s’effectue dans des interfaces graphiques, il n’est donc pas nécessaire d’avoir des connaissances en programmation.

Les séries d’enregistrement de ces valeurs de signaux provenant des usinages sans défaut sont utilisées par le logiciel comme unités de données d’apprentissage, à partir desquelles un modèle de surveillance avec les déviations maximales admises est calculé par le biais de méthodes statistiques. Le modèle de surveillance constitue la base de la tâche de surveillance concrète. L’application « Analyze MyWorkpiece/Monitor » fournit un rapport d’ordre de contrôle pour chaque pièce, documentant ainsi le respect de la plage du processus. Si une déviation inadmissible est détectée dans le processus, cette anomalie déclenche une alarme, et la pièce potentiellement défectueuse peut être immédiatement rectifiée ou, le cas échéant, rejetée.

La surveillance continue des processus via l’application Sinumerik Edge démontre rapidement son utilité précisément là où les petites causes peuvent avoir de grands effets. Prenons par exemple des trous filetés dans un composant de transmission : sans contrôle manuel ou séparé, d’éventuels défauts ne seraient constatés qu’une fois le montage avancé, occasionnant des coûts associés.

L’infrastructure Sinumerik Edge peut être étendue progressivement, dans de nombreuses directions, ce qui constitue un gros avantage. On peut ainsi commencer par ne raccorder que certaines machines à des Edge Devices, puis par la suite raccorder d’autres machines et/ou utiliser d’autres applications sur les Sinumerik Edge Devices existants. Seul le groupe Siemens propose une variété d’applications.

L’application « Analyze MyMachine/Condition » fonctionne aussi de cette manière avec un modèle de référence. L’application génère une empreinte mécanique de chaque machine à partir des données à haute fréquence relatives aux mouvements des axes, à la rigidité, au frottement, au jeu à l’inversion, etc. La surveillance de la machine s’effectue de façon régulière et sur la durée. Les données en cours sont comparées en permanence au modèle de référence. Si des tendances à la déviation et des signes d’usure sont détectés, une alarme est déclenchée. La maintenance peut ainsi être planifiée suffisamment tôt et en fonction des besoins. Une maintenance en fonction des besoins est la clé pour optimiser la disponibilité des machines-outils et synchroniser l’entretien avec les exigences de la production, en perpétuelle évolution.

La boutique d’achat de Siemens ( https://www.dex.siemens.com/ ) permet de se procurer des applications Edge en ligne. Lors du développement et de la planification d’une application spécifique, le panier peut être créé dans le système et partagé entre le client, le service commercial et le service de conseil pour accord. Les clients peuvent accéder à tout moment aux informations à jour. Tout comme Sinumerik Edge est ouverte aux applications d’autres développeurs, à l’avenir les diverses applications Edge de tous les éditeurs devraient également être disponibles dans la boutique de Siemens.

Siemens développe par ailleurs la marketplace de logiciels afin d’en faire une plateforme complète pour les applications digitales, permettant ainsi aux clients de se procurer de manière fiable tous les composants de la solution en un seul endroit.

Les données des solutions applicatives telles que Analyze MyMachine/Condition peuvent également être transférées dans MindSphere pour être utilisées dans des applications MindSphere correspondantes sur différents sites, quel que soit le lieu, par exemple pour comparer les données de machines similaires sur différents sites. Cela permet de surveiller les machines dans l’ensemble de l’entreprise et d’impliquer dans la maintenance et l’entretien les équipes de service après-vente sur d’autres sites, mais aussi le fabricant de la machine – de façon automatique, indépendamment du lieu et sans dépenses supplémentaires.

Avec ses plateformes, Siemens a développé un concept global et évolutif pour les niveaux et les champs d’action les plus divers, que ce soit à proximité de la machine (in Machine), pour plusieurs machines (in Line) ou même pour différents sites (in Cloud). Les interfaces standard OPC UA et Umati permettent en outre de raccorder les commandes d’autres fabricants via Sinumerik Edge.

Pour de nombreuses entreprises, la surveillance des processus ou la maintenance en fonction des besoins via application constitue souvent un moyen rapidement opérationnel d’aborder l’exploitation des données d’état et de processus. Sinumerik Edge permet d’aborder ensuite de manière optimale la digitalisation de la production.