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L'automatisme passe en mode lean

Manuel Moragues

Publié le

Fini les coûteux systèmes experts. Avec la régulation dite prédictive, une spécialité française, le moindre automate contrôle plus finement les variables de production. La qualité est mieux maîtrisée, la consommation de matière et d'énergie réduite.

Les entreprises citées

C'est l'histoire d'un automaticien qui prend sa douche, un jour de vacances, dans une maison de location. L'eau oscillant entre le brûlant et le glacé, il actionne le robinet en tous sens. Au fil des essais, il apprend comment réagit la douche, avec son inertie, ses débits... Très vite, il sait prévoir l'effet d'un tour de robinet et maintenir la température d'eau souhaitée. L'air de rien, notre automaticien est passé d'une régulation classique à une régulation prédictive, autrement efficace. À la clé, une qualité de douche améliorée, une moindre sollicitation des robinets et une réduction de l'énergie consommée pour chauffer l'eau. Transposé dans une usine, ce type de régulation améliore la maîtrise de la qualité et permet de réduire les coûts. Si le concept n'est pas nouveau, la technique séduit de plus en plus d'industriels. Elle permet de prévoir l'évolution du système sous l'effet d'actions volontaires ou de perturbations. L'opérateur n'a plus qu'à définir la trajectoire désirée, et un algorithme calcule en permanence les commandes à appliquer afin que le système se conforme à la consigne.

Éviter la surqualité

Particulièrement adapté aux procédés de production présentant une forte inertie, des variations de charge ou de matières premières, ou qui imposent de gérer de multiples variables, ce système s'impose dans la chimie, la pharmacie ou l'agroalimentaire après avoir conquis, depuis les années 70, le secteur pétrolier. « Des industriels aux profils très variés s'y intéressent dans le but de réduire leurs consommations d'énergie ou de matière depuis quelques années », témoigne Cécile Quarré, promoteur chez Siemens du système de contrôle des procédés PCS7. Sanofi-Aventis a ainsi adopté la régulation prédictive sur cinq de ses sites depuis quatre ans. Même dans les secteurs à forte valeur ajoutée, les perspectives sont irrésistibles pour un industriel soucieux de ses marges : réduction du gaspillage lié aux fluctuations de la grandeur régulée, qualité juste nécessaire, élimination des rebuts, réduction des délais de changement de production... La régulation prédictive, c'est un peu l'automatisme version lean. Éviter la surqualité peut se révéler payant. « Quand il y a des contraintes, la régulation prédictive permet des gains substantiels, s'enthousiasme Patrice Delesalle, responsable du contrôle avancé chez Schneider Electric. Elle permet de savoir jusqu'où on peut pousser un procédé sans franchir les limites imposées par les contraintes. »

Un investissement minime

Schneider a accru de 10 % la production d'une des plus grandes carrières de France en poussant à leurs limites la puissance consommée par les concasseurs et la vitesse des tapis convoyeurs. Un chimiste allemand se sert, lui, de ce type d'automate pour contrôler la température de ses réacteurs, rapporte Olivier Vallée, responsable marketing et communication chez Rockwell Automation. Ce producteur de molécules actives pour la pharmacie doit assurer, lors de l'étape de cristallisation des produits, une descente en température très précise pour obtenir des cristaux à la bonne taille. Trop petits, ils sont dégradés dans l'estomac, trop gros, l'organisme ne les assimile pas. Le profil de température requis est difficile à suivre pour les régulateurs classiques dits PID (proportionnel, intégral, dérivé) : près d'un lot sur vingt partait au rebut. Une perte de 2 millions d'euros ! Grâce à un automate coûtant quelques dizaines de milliers d'euros, le chimiste ne perd plus aucun lot. Un gain énorme pour un investissement minime.

Autre exemple : un industriel de l'agroalimentaire, pour lequel Schneider a optimisé l'étape de séchage, a réussi à gagner 100 euros par tonne sur une production mensuelle de poudres de plus de 2 000 tonnes. Comme le taux d'humidité de la poudre produite variait beaucoup, le taux visé était fixé bien en deçà du taux limite conduisant au rebut. Le produit était donc « sur-séché » pour respecter la contrainte de qualité. L'installation d'une régulation prédictive a permis de diviser par deux les fluctuations. Il est alors devenu possible de rapprocher le taux visé du taux limite sans risquer le dépassement. La poudre affiche 1 % d'humidité supplémentaire, soit autant d'eau vendue au prix du produit, avec un séchage plus économique, car moins poussé.

Des bibliothèques de procédés

« La régulation prédictive gagne l'ensemble des domaines industriels », souligne Patrice Delesalle. La technique est devenue accessible à toutes les bourses grâce à la simplification des algorithmes et aux progrès de l'électronique. « Même nos automates bas de gamme sont capables de faire de la régulation prédictive », se félicite Olivier Vallée. « Nous disposons d'une bibliothèque d'une dizaine de modèles de procédés prêts à être implantés dans tous nos automates », renchérit Cécile Quarré.

Mieux vaut bien connaître son procédé avant de flirter de la sorte avec les limites de son parc de machines. Et si les fabricants d'automates vantent la facilité d'emploi et l'efficacité de leurs modules de régulation prédictive, l'application de modèles génériques de procédés heurte toujours des industriels convaincus de la spécificité de leur installation. « Je demande à voir, tranche ainsi Patrice Cognet, responsable de l'instrumentation et du contrôle pour les utilités de STMicroelectronics monde. Je veux effectuer des tests pour mesurer ce que ça m'apporte. » Une attitude à la fois ouverte et prudente, utile pour ne pas passer à côté de gains importants... en évitant la douche froide.

« Tous les secteurs industriels sont concernés »

JACQUES RICHALET est consultant et spécialiste mondial de la régulation prédictive

Vous prônez l'usage d'une régulation plus performante depuis plus de quarante ans. Quel en est l'intérêt ? La régulation prédictive contrôle les variables d'un procédé de fabrication avec plus de précision. Elle donne ainsi une maîtrise du procédé et une réactivité permettant de toujours travailler au plus près du fonctionnement optimal. Ce qui évite par exemple de faire de la surqualité coûteuse : les fluctuations de qualité étant réduites, on peut produire plus près du seuil de qualité sans risquer le rebut. Quels sont les secteurs concernés ? Tous ! En premier lieu, les industries de procédés comme la chimie, la pharmacie, l'alimentaire et la métallurgie. Mais la régulation prédictive est également utilisée dans l'automobile. Et, dans tous les secteurs, elle peut procurer des gains sur les utilités (chauffage-climatisation, vapeur...). La régulation prédictive a été inventée en France. Sommes-nous toujours en avance ? Oui, les Américains s'y sont mis plus tard que nous et le Japon traîne un peu. Ce qui nous distingue, y compris de nos voisins européens, c'est le gros effort réalisé pour enseigner la technique, notamment en BTS. Ce sont aussi 20 à 30 automaticiens chevronnés qui sont formés chaque année à l'Institut de régulation et d'automation d'Arles (Bouches-du-Rhône).

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