La simulation haute définition des procédés

Grâce à l’acquisition de la société britannique PSE (Process Systems Enterprise) et à sa large palette d’outils de simulation développés depuis 25 ans au sein de sa plate-forme gPROMS, Siemens offre aux industriels l’opportunité de profiter d’une plus grande finesse dans la modélisation de leurs procédés. Les outils proposés par gPROMS permettent en effet de modéliser la plupart des équipements de process en tenant compte des propriétés des ingrédients utilisés. Ainsi, en combinant l’ensemble des solutions de simulation des systèmes de contrôle/commande de Siemens à celles de gPROMS, la simulation des procédés accède à un niveau de modélisation inégalé. 

L’architecture du système de contrôle commande de procédés envisagée répond-t-elle aux critères fonctionnels prédéfinis ? Les équipements de process sont-ils correctement dimensionnés ? Les composants d’automatismes et les actionneurs sont-ils convenablement configurés ? Dans les secteurs de la pétrochimie, de la pharmacie ou encore de l’agroalimentaire, une multitude de questions se posent lors de la conception d’un procédé de transformation de matières. La large palette d’outils de simulation déjà proposée par Siemens comme SIMIT (pour la simulation des applications de contrôle commande) permet d’y répondre précisément. Ces plates-formes de simulation assurent la continuité numérique tout au long du cycle de vie d’un procédé et de son système de contrôle/commande depuis leur développement, jusqu’à leur validation en passant par leur optimisation. Elles permettent également avec COMOS Walkinside de former les opérateurs sur une interface de conduite simulée, sûre et réaliste, identique en tous points à celle qu’ils exploiteront sur site. COMOS Walkinside permet, en effet, à partir des données d'ingénierie, de créer une représentation virtuelle actualisée en 3D de l'usine. Les opérateurs peuvent ainsi être préparés aux situations dangereuses et s'adapter aux nouvelles conditions, tout en respectant des normes de sécurité strictes.

En complétant cette large palette de solutions par les outils de simulation avancés de la plate-forme gPROMS, l’industriel a désormais la capacité de modéliser le comportement de ses procédés avec une granularité accrue. Il peut tout à la fois simuler ses applications de contrôle commande (périphéries, actionneurs…), simuler le comportement et les performances des équipements employés à chaque phase du process tout en tenant compte des caractéristiques des matériaux et des ingrédients mis en œuvre, et simuler en 3D ses installations industrielles par la création d’un jumeau numérique de ses équipements et de son site de production.

Ces outils de simulation permettent donc de concevoir, tester, valider et optimiser le système d’automatisme, les procédés et les paramètres de contrôle. En outre, ces outils peuvent être employés indépendamment, tout en offrant la possibilité d’être interconnectés et combinés. Il est ainsi possible de modifier via SIMIT une application de contrôle-commande et d’en vérifier l’impact sur les performances des équipements de process via gPROMS (et vice versa). Les développeurs peuvent ainsi déterminer les meilleures options techniques tant du point de vue du contrôle/commande que du comportement des équipements de process pour, au final, réduire les coûts et les temps de développement, et de s’assurer, dès le démarrage de la production, que tout se déroulera comme prévu évitant ainsi une longue phase de rodage et d’éventuels dysfonctionnements. 

D’un côté, grâce à SIMIT, les industriels peuvent concevoir, simuler et optimiser le fonctionnement de leur process en agissant sur les paramètres de fonctionnement et de pilotage des contrôleurs, actionneurs, moteurs, capteurs, vannes, et autres composants d’automatisme orchestrant la production. De l’autre, grâce aux outils de la plate-forme gPROMS, ils peuvent simuler le fonctionnement de n’importe quel équipement propre aux industries des procédés : réacteurs électrochimiques, catalyseur, filtres, broyeurs, sécheurs, compacteur, lyophilisateur, mélangeur, décanteur, distillateur, etc. Il est non seulement possible de simuler l’un de ces équipements mais également le résultat de leur association qui forme une ligne de production complète.

Les solutions de simulation gPROMS offrent cependant des perspectives bien plus prometteuses. Elles permettent de modéliser, de simuler et d’analyser le procédé (équipements par équipement ou dans son ensemble), et donc de prédire avec précision le comportement physique et les performances des systèmes dans le temps. Elles prennent en compte, non seulement, les caractéristiques des équipements mis en œuvre, mais également des propriétés physico-chimiques ainsi que de la composition et des caractéristiques spécifiques des divers ingrédients entrant en jeu à chaque étape. Elles fournissent ainsi une vision claire et précise de ce qui se passe réellement au sein même d’un équipement, tel qu’un réacteur ou un mélangeur, du point de vue moléculaire, physico-chimique, thermodynamique, etc. 

Au final, en se basant sur des modèles, des bases de données, des méthodologies de calculs et des algorithmes avancés, validés depuis 25 ans par les scientifiques de PSE et enrichis par des retours d’expérience du terrain, la plate-forme de simulation gPROMS ne se contente pas de délivrer le comportement et les performances des équipements employés à chaque phase du process. Elle prédit avec précision, à partir des caractéristiques des matériaux et des ingrédients pharmaceutiques, chimiques ou encore alimentaires employés, si le produit final répond aux exigences de production de l’industriel du point de vue de sa composition, de ses caractéristiques physico-chimiques et de ses autres propriétés attendues.

Ainsi, Siemens relie deux univers qui étaient jusqu’à présent séparés. Celui de la simulation du système de contrôle/commande du procédés à celui du comportement réel des équipements qu’il pilote. A cela s’ajoute la capacité de déterminer les propriétés des produits résultant de chaque étape de production selon les caractéristiques des ingrédients employés. Cela est d’autant plus pertinent que des modifications de certaines caractéristiques dans un domaine peuvent avoir une conséquence sur un autre. L’ensemble des logiciels de simulation proposés par Siemens permettent donc de vérifier les interactions entre ces différents domaines lorsque l’on modifie certains paramètres. Ils offrent également la possibilité de comprendre et de comparer deux approches de conception différentes afin de faire le choix technologique le plus approprié à l’application tout en optant pour les ingrédients et les formulations les plus adaptés.

Cécile Quarré et Benoit Neraudeau