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Créer un jumeau numérique de son usine

Frédéric Parisot , , , ,

Publié le

Solvay a conçu une réplique virtuelle de son usine de Chalampé (Haut-Rhin) pour anticiper les évolutions du site et faciliter la formation.

Créer un jumeau numérique de son usine
Mis à jour toutes les cinq minutes, le jumeau numérique de l’usine Solvay de Chalampé (Haut-Rhin) reflète en permanence la réalité du terrain.

Avoir une usine virtuelle qui vit en parallèle de l’usine réelle peut rendre de grands services. Le concept peut paraître futuriste, pourtant, c’est déjà une réalité pour Solvay, à Chalampé (Haut-Rhin). Dans ce gigantesque site de 125 hectares, qui emploie 1 000 personnes et produit 40 % de la demande mondiale en « sels de Nylon », le composé de base pour la fabrication de Nylon, un vaste projet a été lancé en 2011. Baptisé MIRe (Migration RS3 étendue), il vise à remplacer l’intégralité du système de contrôle-commande, c’est-à-dire tous les équipements matériels et logiciels permettant le pilotage des différentes unités de fabrication : automates, pupitres de contrôle, capteurs et actionneurs, équipements réseau, logiciel de supervision… Le projet, pour lequel les exploitants (Solvay, Butachimie et Linde) ont prévu d’investir 12?millions d’euros sur douze ans, est l’occasion de moderniser l’usine pour les trente prochaines années en y intégrant les technologies numériques les plus avancées. Parmi elles, le principe du jumeau numérique, ou « digital twin », qui se voit pour la première fois appliqué à l’échelle d’un site de production.

1. Créer une base de données dynamique

Pour disposer d’une maquette virtuelle qui soit représentative de l’usine réelle, il faut modéliser tout le site en 3 D. Pour cela, on s’appuie sur les plans des bâtiments et sur les modèles CAO des équipements, que l’on affine grâce à des scanners 3 D et à des caméras qui capturent l’environnement réel des machines. Cette maquette, tous les logiciels dits d’usine numérique sont capables de la créer. Le principe du jumeau numérique va plus loin, car il s’agit de rendre cette maquette dynamique, afin qu’elle représente en permanence la situation de l’usine réelle et suive automatiquement ses évolutions. Un travail de description de l’existant a été entrepris par les techniciens d’Actemium, en lien avec les équipes de Solvay et de Siemens, ce dernier fournissant la nouvelle solution de contrôle-commande. « Il a fallu décrire tout le process sous forme de diagramme et y injecter les données de tous les logiciels métiers (électricité, tuyauterie, automatismes, régulation…) afin de modéliser le comportement de tous les équipements », indique Vincent Masztalerz, le responsable de la division industries de process chez Siemens. « Un travail colossal qui représente l’équivalent de dix années-hommes », commente Claude Schlagenwarth, le responsable de l’informatique industrielle de Butachimie.

Une fois créé le « moteur » de cette usine virtuelle, restait à le connecter aux valeurs réelles de l’usine. « Pour cela, notre technologie de jumeau numérique Simit récupère et duplique toutes les cinq minutes l’intégralité de la base de données d’entrées et sorties du site », explique Olivier Ancey, ingénieur commercial chez Siemens. Ainsi, contrairement à toutes les autres technologies de simulation, le jumeau numérique reflète en permanence la réalité du terrain.

Bien sûr, il a fallu assurer la sécurité de ces deux bases de données et des échanges entre elles. Pour éviter toute intrusion, Solvay a appliqué les principes du « white listing », c’est-à-dire que les accès sont tous bloqués par défaut, à l’exception d’une liste de logiciels et d’équipements autorisés. Personne ne peut se connecter s’il n’est pas prévu. Il en va de même pour la configuration des pare-feu, qui ont vu leurs ports bloqués par défaut. « Nous avons également mis en place des dispositifs pour identifier des agents malveillants qui auraient réussi à s’introduire, et toutes les communications entre les contrôleurs d’automatismes et les stations de pilotage sont cryptées afin d’éviter tout risque de propagation de virus », poursuit Olivier Ancey.

2. Accélérer les évolutions du site

Le projet MIRe, ce sont 50 locaux techniques à réaménager, 90 consoles de conduite à remplacer, 34 000 entrées-sorties à recâbler, 3 900 vues d’écran de supervision à traduire dans le langage du nouveau système de contrôle-commande fourni par Siemens. Mais il y a une difficulté : « À Chalampé, les installations ne peuvent s’arrêter que tous les trois ans, pendant trois semaines », indique Benjamin Cognet, le responsable du compte Solvay chez Siemens. La gestion du planning est cruciale pour effectuer un maximum de tâches en seulement trois semaines. « Il s’agit d’un site à risque, donc nous ne pouvons permettre aucun incident pendant la migration, complète Carl Patois, le gérant de Butachimie. Grâce au jumeau numérique, les techniciens qui développent des programmes ont pu les tester et effectuer tous les débogages nécessaires pour être sûrs de déployer des logiciels qui fonctionnent du premier coup. »

Le jumeau numérique fait aussi gagner du temps car les tests peuvent être effectués en temps masqué. Dans l’atelier de production d’acide adipique (un composé intermédiaire du sel de Nylon), qui fut l’un des premiers à migrer vers le nouveau système, le défi consistait à recâbler 2 500 entrées-sorties en deux jours « Passé ce délai, le sel de nylon contenu dans les silos de stockage aurait commencé à cristalliser, commente Nicolas Vansante, le responsable de production acide adipique chez Solvay. En testant toutes les modifications logicielles sur le jumeau numérique, nous avons pu respecter les deux jours d’arrêt et la migration n’a eu aucun impact pour nos clients. » Aujourd’hui, toute modification sur un programme est testée au préalable sur la maquette virtuelle. Les automaticiens peuvent ainsi s’assurer que cela n’entraînera pas de bug dans un autre programme.

3. Faciliter la formation

Sur le plan de la formation, le projet MIRe transforme le site de Chalampé en véritable usine du futur. « Nous pouvons simuler tout type d’événement, comme une prise d’air dans une pompe, et demander à l’agent d’exploitation en formation de réagir sur un poste d’exploitation virtuel », indique Vincent Masztalerz. Siemens a également déployé sa solution de réalité virtuelle Comos Walkinside. « L’agent de maintenance se retrouve immergé dans l’usine représentée en 3 D, il peut accéder à tout type d’information de production, à la documentation de tous les équipements. Il peut s’exercer à tout type d’intervention et peut même inviter un expert situé à l’autre bout du monde pour l’aider dans une situation difficile », avance Vincent Jauneau, le vice-président de Siemens France. Bien sûr, on peut déjà retrouver ce concept d’usine en réalité virtuelle chez certains grands groupes, dans la pétrochimie notamment, mais il s’agit de systèmes indépendants, chers à développer et déconnectés du monde réel. Ici, le fait d’avoir créé un jumeau numérique de l’usine a permis de créer le modèle de réalité virtuelle automatiquement, donc à moindre frais. 

Le principe de double digital
 

Le concept de jumeau numérique, ou « digital twin », est récent. Il s’agit de créer la maquette numérique d’un objet, puis de relier cette maquette à des capteurs installés sur l’objet afin de suivre son utilisation en temps réel. Pour une compagnie aérienne, par exemple, c’est la promesse d’une meilleure anticipation des pannes éventuelles des avions, et donc une meilleure planification des interventions de maintenance. Les informations sur l’utilisation réelle du produit pourront aussi servir à en améliorer les prochaines versions.

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