Défis à relever

Ayant peu de visibilité sur sa production, en raison d'un équipement hétérogène réparti sur ses différents sites, Knorr-Bremse avait besoin de technologies couvrant tous les aspects de la production, autrement dit de technologies complètes, afin d'unifier son parc de machines via la connectivité et d'assurer la surveillance en temps réel des KPI et du TRG.

Solutions

Comment Knorr-Bremse est parvenu à déployer plusieurs projets de numérisation en seulement quelques années

L'expérience montre qu'il existe différentes approches pour mener à bien la numérisation dans votre entreprise. Pour certaines entreprises, il est indispensable de définir une stratégie ou un plan concrets qui permettent de prendre des premières mesures efficaces afin d'éviter aux responsables techniques et commerciaux de prendre des risques inutiles. D'autres entreprises en revanche ont, dès le début, une vue d'ensemble des choses et elles planifient, couchant tout sur le papier pour définir une stratégie de numérisation incluant un catalogue complet de mesures. Mais par la suite, elles se demandent pourquoi dans la pratique cela ne marche pas comme elles l'ont défini. D'autres encore commencent modestement, puis petit à petit elles façonnent leur approche en déployant des projets pilotes qui leur permettront de tirer des enseignements et des avantages de ces premières expériences. C'est précisément en adoptant cette approche et en l'associant aux technologies adéquates que Knorr‑Bremse a montré qu'il était possible d'accomplir beaucoup en seulement quelques années.

Un savoir-faire mondial gage de réussite

Depuis plus de 115 ans, Knorr-Bremse poursuit sa mission : faire en sorte que la mobilité ferroviaire et routière soit sûre, durable et respectueuse de l'environnement. Basé à Munich, le Groupe est aujourd'hui le leader mondial du marché des systèmes de freinage. Il est aussi le principal fournisseur d'autres systèmes qui équipent les véhicules ferroviaires et utilitaires. Ses quelques 29 000 employés travaillent pour des clients et des partenaires, sur plus de 100 sites répartis dans plus de 30 pays. En 2019, le Groupe a réalisé un chiffre d'affaires de 6,9 milliards d'euros avec ses deux divisions « Rail Vehicle Systems » et « Commercial Vehicle Systems », respectivement dédiées aux systèmes des véhicules ferroviaires et aux systèmes des véhicules utilitaires.

Les solutions de systèmes en réseau des véhicules ferroviaires et des véhicules utilitaires reposent en partie sur des technologies de base, des types de composants et des matériaux communs. Knorr-Bremse est titulaire d'un large éventail de brevets et pratique la recherche et les expériences holistiques. Cela offre au Groupe de nombreuses possibilités de transfert d'innovation et de technologie et lui permet également de bénéficier de synergies de coûts et d'économies d'échelle. Fort de cette infrastructure, Knorr-Bremse peut assumer son rôle d'innovateur industriel et promouvoir les technologies de mobilité et des transports, tout en veillant à les consolider à l'avenir.

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En matière de numérisation, les « systèmes des véhicules ferroviaires » et les « systèmes des véhicules utilitaires » ont des exigences comparables, ce qui est une condition indispensable pour pouvoir utiliser de nouvelles technologies et de nouvelles applications dans l'ensemble de l'entreprise. (Image aimablement fournie par Knorr-Bremse AG)

 

La valeur ajoutée passe avant tout

Pour Andreas Meinzer, vice‑président des applications IT des processus métier chez Knorr‑Bremse Services GmbH, également responsable du support IT au niveau mondial pour les différents sites du Groupe, les effets de synergie ainsi que le transfert d'innovation et de technologie sont des concepts importants. Une étroite collaboration a été instaurée avec des personnes précises des deux divisions de l'entreprise, ce qui permet de s'assurer régulièrement des exigences requises pour satisfaire aux nouvelles solutions technologiques de chacune des divisions, et de tester et déployer les nouvelles applications développées de manière centralisée. Cette équipe est composée des personnes suivantes : Bernhard Winkler, directeur de la fabrication numérique dans la division Systèmes des véhicules ferroviaires, et Florian Amann, chef d'équipe Technologie dans la division Systèmes des véhicules commerciaux. « Les deux divisions de l'entreprise ont des exigences et des structures de base comparables, même si certains détails des données sont traités différemment », explique Andreas Meinzer. « C'est ainsi que nous, les services IT, avons toujours été en mesure d'adapter les solutions développées dans un domaine précis à d'autres domaines de l'entreprise ou aux exigences d'autres projets en cours ou à venir. De tous ces effets de synergie, il en ressort toujours un enseignement précis : ce qui importe avant tout, ce n'est pas tant de mettre en œuvre certaines technologies mais plutôt de faire en sorte qu'une solution technologique génère de la valeur ajoutée pour les divisions de l'entreprise ».

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Les technologies complètes permettant de mettre les machines en réseau et, dès lors, de fixer des KPI tels que le TRG, faisaient jusque-là défaut. Mais désormais, avec l'Industrie 4.0, les entreprises disposent de tous les outils nécessaires.

L'univers des applications IT de Knorr-Bremse s'appuie essentiellement sur SAP. Qui plus est, son parc de machines, énorme, est composé d'un équipement hétérogène. Entre autres choses, le Groupe utilise un système ERP mais pas de système MES général. Il y a environ cinq ans, des questions se posaient déjà : comment combler l'écart entre le système ERP et les machines et comment extraire les informations des machines et du système SAP et les traiter ensuite. L'interface machine et la capacité de transparence à l'aide de données en temps réel étaient déjà un défi. Le degré de mise en réseau était très faible. En outre, les valeurs comparatives et les chiffres clés tels que le taux de rendement global, ou TRG, n'étaient pas disponibles dans les systèmes normalisés.

Dans les usines, il existait des solutions d'entrée dans certains domaines, tels que les outils IoT, mais pas encore de technologies complètes. À l'époque, l'Industrie 4.0 n'en était qu'à ses prémices. Knorr-Bremse soupçonnait que le potentiel promis serait assez important, mais comment l'exploiter ?

 

Projet pilote de connexion des machines via ThingWorx

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L'usine bavaroise d'Aldersbach faisait partie d'un projet pilote qui assurait la connexion de machines-outils et de lignes d'assemblage. Après une implémentation réussie, les premières usines de Knorr-Bremse ont été entièrement mises en réseau. (Image aimablement fournie par Knorr-Bremse AG)

 

PTC n'était plus un nom inconnu chez Knorr-Bremse. Par exemple, le Groupe utilisait le logiciel PLM Windchill® et la solution de CAO 3D Creo® depuis quelque temps déjà. Lors d'une nouvelle réunion des partenaires de longue date du Corporate Experience Center (CXC) de PTC, l'équipe Knorr-Bremse a pris conscience de la notion d'« objet de contenu partageable » (Shareable Content Object, SCO). Elle a également réalisé tout le potentiel que représentaient la plateforme ThingWorx® d'Internet Industriel des Objets (IIoT) et la plateforme de connectivité Kepware®. La décision a été rapidement prise de tester ces technologies afin de résoudre l'une des questions fondamentales que se posait le Groupe : « Comment les machines hétérogènes de notre parc, qui comptent de nombreux modèles tant anciens que récents de marques différentes et disséminés sur plusieurs sites, peuvent‑elles être connectées les unes aux autres pour produire un modèle de données uniforme et de surcroît collecter, automatiquement et sur tous nos sites, des KPI normalisés tels le TRG ?

En 2016, un projet pilote de trois semaines a été lancé pour démontrer la faisabilité du concept. Deux sites étaient concernés, l'usine allemande d'Aldersbach et l'usine hongroise de Kecskemét. Il s'agissait d'y connecter les machines‑outils et les chaînes de montage, à la fois pour faire preuve d'exemple et pour y collecter des données. « Dans ce type de projet, une approche itérative axée sur les problèmes était importante pour nous. De plus, la technologie devait être simple et intuitive à exploiter afin que nous puissions facilement l'utiliser et la développer nous-mêmes », commente Martin Flassak, architecte de solutions de fabrication numérique chez Knorr‑Bremse IT, qui en décrit ainsi les exigences.

Le projet pilote a été très réussi. L'usine française de Lisieux a été la première à être mise en réseau au printemps 2017. À ce jour, cette implémentation a également été déployée dans dix pays dont l'Autriche, l'Angleterre, la Tchéquie et l'Italie. D'autres implémentations sont déjà en cours dans d'autres usines. D'un point de vue technologique, cette étape a marqué une avancée pour Knorr-Bremse. En connectant les machines à l'aide de Kepware, Knorr-Bremse a pu accéder de manière centralisée à divers contrôles PLC dans l'usine et collecter des données de production et de processus afin d'utiliser ces informations pour les évaluations. Plus tard, ces mêmes informations peuvent être mises à profit lors d'étapes d'extension supplémentaires. Toutes ces opérations contribuant à créer une « usine intelligente ». Ces innovations pourraient également communiquer ensemble via ThingWorx, utilisée en tant que hub de données central contenant des données Windchill et SAP.

Projet de contrôle et d'étiquetage sur banc d'essai à Milan

L'exemple de la filiale de Knorr-Bremse Microelettrica Scientifica montre comment, à partir d'un projet pilote de ce type, il est possible de générer rapidement une application de suivi. Les collègues de Milan recherchaient également un logiciel pouvant améliorer le contrôle qualité dans le processus de production. Après plusieurs discussions, il devint clair pour Martin Flassak et Bernhard Winkler que cela était également possible en utilisant ThingWorx et Kepware. Avec ThingWorx, l'équipe a réussi à interconnecter toutes les étapes du processus de fabrication du produit, y compris le banc d'essai et l'imprimante pour les étiquettes et les documents d'expédition. De ce fait, un signal du banc d'essai déclenche automatiquement l'ensemble du processus d'impression et donne le feu vert à l'opérateur pour qu'il emballe et expédie le produit. En plus de réduire le taux d'erreur, ce contrôle de processus contribue également à réduire considérablement l'effort manuel lié au contrôle de la qualité, à la documentation et à l'expédition. Cette solution est également en cours de déploiement dans plusieurs autres usines.

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Microelettrica Scientifica, filiale milanaise de Knorr-Bremse, a également pu bénéficier des projets pilotes. ThingWorx et Kepware mettent désormais en réseau toutes les étapes du processus de production jusqu'au banc d'essai, ce qui réduit les erreurs de production. (Image aimablement fournie par Knorr-Bremse AG)

 

Nouvelle série d'évaluations possible

Des projets de suivi ont résulté du projet pilote mené en 2016, qui visait initialement à établir la connectivité des machines et à permettre le calcul automatisé de KPI tels que la valeur TRG. Dans le domaine de la collecte de données, par exemple, les données de processus des bancs d'essai ont été enregistrées et visualisées. De plus, de nombreuses exigences ont été ajoutées pour améliorer les évaluations et l'optimisation. L'accent est également mis sur la comparaison. Cette opération vise à comparer la productivité des machines et des chaînes de production entières. Pour cela, entre autres, les données de planification et de cycle du système SAP sont comparées aux valeurs réelles, puis examinées en vue d'une potentielle optimisation.

Avec ThingWorx, cependant, aucune structure parallèle aux systèmes existants n'est mise en place dans aucun de ces projets. Dans tous les cas, la plateforme IIoT sert exclusivement de hub de données central qui collecte les informations et transmet les paquets de données aux machines et systèmes appropriés. « Nous apprécions la polyvalence de ThingWorx », commente Martin Flassak. « Cette plateforme est comparable à un hub de données doté d'une fonction multicontrôle capable de connecter tous les systèmes monolithiques utilisés jusqu'ici. Nous pouvons désormais fixer les chiffres clés, notamment ceux liés à la qualité, et même contrôler les processus. »

Guidage des opérateurs

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Les technologies de production en réseau guident les opérateurs à travers les étapes de production, ce qui augmente la productivité et réduit le taux de rejet. (Image aimablement fournie par Knorr-Bremse AG)

 

Le projet de système de production assistée par ordinateur (CAPS) actuellement mis en œuvre avec Callisto Integration, le partenaire de PTC, dans le but de le déployer par la suite dans 58 usines à travers le monde, montre à quoi pourrait ressembler l'avenir des sites de production de Knorr-Bremse. Les chaînes de production de Knorr-Bremse comprennent de nombreux postes de travail d'assemblage par lesquels passent chaque jour plusieurs types de produits différents, ce qui oblige chaque fois à changer de processus. Un guidage visuel de l'opérateur est prévu pour s'assurer que la bonne clé dynamométrique est utilisée pour serrer toutes les brides selon les différents modèles de trous et que le serrage se déroule correctement. L'opérateur est ainsi guidé pas à pas tout au long du processus d'assemblage. La sécurité des nouveaux employés est assurée et le taux d'erreurs est réduit. Les données de dessin et les données du produit sont communiquées par Windchill et par Creo, et le système SAP indique le nombre de pièces et l'heure. Dans le même temps, les outils et les machines fournissent des valeurs mesurées en temps réel. D'une part, cela permet d'apporter des corrections si une étape de travail n'est pas correctement accomplie. D'autre part, les valeurs sont automatiquement incluses dans un document qui sert ensuite au contrôle qualité. De plus, si l'un des concepteurs modifie quelque chose dans la conception du produit, le contrôle est opéré par Creo et par Windchill MPM Link jusqu'à l'assemblage, ce qui permet de disposer à tout moment de données d'assemblage à jour. « Des logiciels de guidage des opérateurs étaient déjà disponibles sur le marché, mais il s'agissait pour la plupart de systèmes autonomes, comme la plupart des autres systèmes monolithiques de l'industrie manufacturière », précise Andreas Koller, responsable du programme CAPS chez Knorr-Bremse. « La possibilité d'utiliser l'application ThingWorx pour communiquer à chaque poste de travail de la Production, de manière dématérialisée, rapide et sans aucune erreur, les modifications apportées par le Développement de produits est l'une des principales raisons pour lesquelles nous avons décidé de faire confiance à PTC ». Jusqu'à 5000 opérateurs Knorr-Bremse dans le monde devraient bénéficier du système CAPS, lancé au printemps 2019.

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Avec ThingWorx, Knorr-Bremse AG a accès aux données en temps réel des machines, quels que soient l'heure ou le lieu. (Image aimablement fournie par PTC)

 

Plateformes IIoT : le potentiel est considérable

Avant l'implémentation de ThingWorx, Knorr-Bremse avait rarement eu l'occasion d'avoir un aperçu en temps réel de ses sites de production. Toutefois, quelques années seulement après l'implémentation de sa plateforme de fabrication mondiale commune, la situation s'est nettement améliorée. Le potentiel n'est donc pas encore épuisé, bien au contraire. De nombreux autres domaines d'application et technologies sont envisageables et prennent déjà forme dans l'esprit des responsables de Knorr-Bremse. Mais tout doit se faire au bon moment pour que le développement de la plateforme se poursuive avec le même succès que précédemment. « Au début, en un an et demi seulement, nous avons beaucoup appris sur nos forces et nos faiblesses. Sur ce que nous étions capables d'implémenter avec succès ou ce qui nous posait plus de problèmes », se souvient Andreas Meinzer. En disant cela, M. Meinzer ne pense pas seulement aux aspects technologiques. Les conditions organisationnelles et structurelles sont à prendre en compte car elles ont une importance capitale dans la réussite des projets de numérisation. La technologie, quant à elle, rend certains parcours numériques plus agréables.