Les constructeurs automobiles font figure de précurseurs dans la mise en œuvre de process de fabrication automatisés et de stratégies de fabrication modernes. Mais quand on y regarde de plus près, il s'avère que cela ne se vérifie qu'au sein même de chaque atelier fonctionnel ou îlot de production de l'usine. Ce qui manque aujourd'hui est un réseau unifié grâce auquel les constructeurs pourraient monitorer et contrôler efficacement l'ensemble du process de production. OPC UA TSN est précisément là pour remédier à cette situation.
Depuis des années, l'assemblage-soudage des carrosseries de véhicules est réalisé par des robots synchronisés sur des lignes de production entièrement automatisées, le travail de l'humain consistant seulement à surveiller si les machines fonctionnent correctement. "Mais derrière ce parfait exemple d'automatisation ultra-moderne se cache un point faible," indique Uwe Siebert, Key Account Manager chez B&R. Sur le terrain, il n'existe pas de technologie pour uniformiser la communication entre les différents ateliers fonctionnels ou îlots de production de l'usine. Les échanges de données ne peuvent s'opérer que par l'intermédiaire d'interfaces dédiées à programmer au cas par cas. "Il n'existe pas de contrôle uniformisé de la production ou de base de données unifiée."
Uwe Siebert, Key Account Manager chez B&R.
Digitalisation
Bien souvent, chaque atelier ou îlot de fabrication au sein de l'usine dispose non seulement de son propre système de contrôle, mais aussi d'une infrastructure IT entièrement distincte. "Configurer et administrer tous ces réseaux prend du temps et coûte cher," indique Stefan Bina, Technology Manager Open Automation chez B&R. La communication entre ces ateliers ou îlots ne peut s'effectuer que par l'intermédiaire de passerelles dédiées à programmer au cas par cas. "Cela consomme beaucoup de ressources." Les process et les procédures au sein des différentes parties de l'usine sont fortement automatisés et optimisés, mais les interactions entre ateliers ou îlots sont marginales et aucunement harmonisées.
"Pour digitaliser et mettre en réseau la fabrication, il faut d'abord disposer d'un réseau uniforme," ajoute S. Bina. Cela passe par une technologie de communication partagée par tous appareils et tous les composants, quel que soit leur fabricant. Cette nécessité d'uniformisation ne concerne pas seulement les machines et les lignes de fabrication, mais aussi chaque capteur, chaque actionneur, ainsi que les systèmes de niveau supérieur comme les systèmes MES, SCADA et ERP.
Communication indépendante du fabricant
"Les attentes pour une technologie uniformisant la communication sont fortes," souligne S. Bina. Cette technologie doit permettre des synchronisations d'axes en temps réel. De plus, elle doit être indépendante de tout fabricant et intégrer des mécanismes de sécurité pour les transmissions de données vers le cloud.
U. Siebert en est convaincu : "OPC UA TSN constituera une avancée importante pour l'industrie automobile." Cette technologie permettra non seulement une communication temps réel entre les différents ateliers fonctionnels ou îlots de production de l'usine, mais aussi une communication plus rapide, plus efficace et plus riche avec les systèmes de niveau supérieur. La planification de la production sera ainsi bien plus précise et adaptable en temps réel en cas de goulots d'étranglement. La technologie rendra également disponibles des données d'historisation que les contrôleurs financiers ou les directions générales pourront consulter à tout moment.
indique S. Bina.
Analyser de grandes quantités de données
"OPC UA TSN permet l'acquisition de grandes quantités de données ainsi que leur analyse dans un contrôleur edge ou dans le cloud," Les données ainsi traitées peuvent être utilisées pour optimiser les process de fabrication. Tout ceci est rendu possible grâce notamment aux modèles d'information d'OPC UA. "Le protocole ne fait pas que transporter des données," explique S. Bina. Chaque valeur de variable transmise via ce protocole peut être accompagnée d'informations additionnelles comme, par exemple, une unité de mesure, des valeurs limites, et une description. "Ceci facilite grandement la transmission et le traitement des données dans des environnements multi-fournisseurs," souligne S. Bina. Les appareils de différents fabricants peuvent ainsi communiquer les uns avec les autres, sans qu'il soit nécessaire de programmer des passerelles ou des interfaces.
Les coûts liés aux infrastructures réseau diminuent aussi considérablement puisque un seul et unique réseau doit être configuré et administré. "Vous n'avez plus besoin de faire appel à dix spécialistes différents pour dix protocoles différents," souligne S. Bina. "De plus, avec de nombreuses autres entreprises des secteurs de l'automatisation industrielle et de l'IT, nous travaillons sur des mécanismes grâce auxquels les réseaux OPC UA TSN pourront s'auto-configurer. Ceci facilitera grandement le diagnostic par rapport aux réseaux actuels."
Connecter les maillons de la chaîne de valeur
"Les avantages d'OPC UA TSN ne concernent pas que le centre de production," souligne S. Bina. Tous les maillons de la chaîne de valeur peuvent être ainsi connectés. L'évaluation de données de production en temps réel peut permettre, par exemple, une planification plus précise avec les fournisseurs ainsi qu'une automatisation plus poussée. Les services après-vente également peuvent être ainsi davantage intégrés.
"OPC UA TSN est une grande opportunité pour l'industrie automobile," résume U. Siebert. En disposant d'une technologie uniformisant la communication, les constructeurs automobiles pourront accroître l'efficacité de leur production comme jamais auparavant.
Auteur : Stefan Hensel, Corporate Communications Editor, B&R
A propos du développement d'OPC UA TSN
Ces dernières années, trois extensions importantes ont été ajoutées aux standards existants afin de rendre OPC UA TSN conforme aux exigences industrielles :
- Le modèle Publish/Subscribe pour OPC UA
Auparavant, OPC UA était uniquement basé sur le mécanisme client/serveur. Un client demande des informations et reçoit une réponse d'un serveur. Ce système atteint ses limites quand il y a beaucoup de nœuds sur le réseau. Le modèle publish-subscribe, en revanche, permet une communication one-to-many et many-to-many. Un serveur envoie ses données au réseau (publish) et chaque client peut recevoir ces données (subscribe). - L'extension Time Sensitive Networking (TSN) pour le standard Ethernet
TSN fait référence à un ensemble de sous-standards inclus dans la norme Ethernet IEEE 802.1. Cette extension confère des caractéristiques temps réel aux transmissions de données via Ethernet. - Le mécanisme de configuration automatique pour OPC UA TSN
Même les réseaux étendus et dynamiques pourront, avec OPC UA TSN, s'auto-configurer automatiquement.
Le travail de spécification est désormais achevé pour une grande partie des développements nécessaires. Sur plusieurs bancs de test multi-fournisseurs, l'interaction entre les différentes technologies est actuellement en cours d'optimisation, et les premiers prototypes OPC UA TSN en cours de test.