Mécatronique contre IoT : de quoi les lignes de conditionnement ont-elles vraiment besoin ?

Walt Boyes | 12 mars 2023

Toutes les opérations d'emballage ne peuvent pas se permettre ou tirer parti des dernières technologies. Mais l'emballage manuel et semi-automatisé ne peut vous mener que très loin du point de vue de la productivité et du rendement.

La mécatronique contribue à l'amélioration de la ligne de conditionnement. Est-ce suffisant dans l'environnement concurrentiel d'aujourd'hui ? Ou est-ce que l'adoption de l'industrie 4.0 et de l'Internet industriel des objets (IIoT) est votre seul espoir de survie ?

Voici un aperçu des problèmes pour vous aider à décider. (Voir les définitions de la mécatronique et de l'IIoT/Industrie 4.0 dans le diaporama ci-joint.)

"Comme la mécatronique est un mélange de systèmes mécaniques et électriques, cela a traditionnellement été au niveau du moteur", explique Rick Forsgren, directeur du développement commercial de l'industrie de l'emballage chez Beckhoff Automation. "Ce qui a évolué au cours des dernières années, ce sont des systèmes qui intègrent le mouvement mécanique et la commande électrique sur un seul composant de la machine."

Cela inclurait des systèmes tels que les systèmes de chenilles intelligents XTS de Beckhoff ou les déménageurs à lévitation magnétique XPlanar, explique Forsgren.

Avec des systèmes comme ceux-ci, note Forsgren, les entreprises peuvent tirer parti de profils de mouvement asynchrones personnalisables à l'infini pour des choses comme :

• Alimentation du produit dans une machine et assemblage en groupes de n'importe quelle taille. • Alimentation de différents produits dans la même machine et assemblage en différents groupes d'emballages de différentes tailles. • Orienter les produits pour des besoins spécifiques, y compris la lisibilité, l'efficacité ou l'affichage des multi-pack exigences prêtes.• Création de combinaisons de n'importe quel produit ou groupe avec un simple changement de logiciel (pas de changement d'outillage).• Modification instantanée du format ou de la taille de l'emballage sans aucun temps d'arrêt.• Création de packs arc-en-ciel de n'importe quelle combinaison.• Limitation ou élimination de la mise en mémoire tampon entre les fonctions en coordonnant transfert d'alimentations asynchrones à des alimentations synchrones avec contrôle de pas infini.

Eelco van der Wal, directeur général de PLCOpen, déclare : « L'industrie de l'emballage doit réagir rapidement aux changements de comportement des consommateurs en proposant des technologies d'emballage alternatives. Cela doit être fait par des machines plus flexibles dans leurs lignes de production. Et pour fournir cette flexibilité, il faut aller au-delà des solutions mécaniques vers des alternatives mécatroniques."

Forsgren est d'accord. "Je considère que la mécatronique offre la flexibilité nécessaire pour mettre en œuvre rapidement des changements de format." Les systèmes mécatroniques sont beaucoup plus flexibles que les systèmes mécaniques. Surtout dans la façon dont les utilisateurs interagissent avec le système via l'interface homme-machine (IHM).

"Les IHM ont beaucoup évolué", déclare Forsgren. "Essentiellement, les clients exigent plus de l'IHM que par le passé. Les modifications apportées à l'application doivent être gérées par un simple changement de paramètre dans l'IHM plutôt que par un changement de programmation qui nécessite que le personnel accède au contrôleur. Il y a aussi l'évolution continue vers une interface plus moderne — pensez à la génération iPad."

Forsgren voit un mouvement accéléré vers des technologies mécatroniques intelligentes offrant la flexibilité exigée par les fabricants pour répondre aux changements constants de matériaux d'emballage et de formats. Les utilisateurs finaux veulent des machines qui répondront à leurs besoins en constante évolution pendant de nombreuses années. Ils veulent également limiter les temps d'arrêt pour les changements. Les machines qui fournissent une auto-analyse des pièces d'usure et peuvent réduire les temps d'arrêt imprévus pour les réparations et la maintenance gagnent également en popularité.

Pour aller plus loin, les machines composées d'appareils IIoT peuvent collecter des données sur le fonctionnement, la santé de la machine et les exigences de maintenance en elles-mêmes et signaler ces données directement aux serveurs locaux ou aux serveurs basés sur le cloud, afin que les données puissent être accumulées dans un grand " data lake" d'informations sur la ligne de conditionnement et ses machines.

Forsgren déclare : "Je considérerais l'IIoT comme un pool de données beaucoup plus vaste. La connectivité aux systèmes mécatroniques ne peut pas nous apporter beaucoup. Que se passe-t-il en dehors de la machine ?" Par exemple, quelles sont les conditions ambiantes ? Il poursuit : « Que se passe-t-il en amont et en aval des opérations individuelles dans une ligne de conditionnement ? Qu'en est-il de la qualité de l'énergie ?

C'est l'analyse des données recueillies en grande partie par les technologies IIoT qui donne à un fabricant les informations dont il a besoin pour optimiser ses algorithmes de contrôle.

L'IIoT fournit la connectivité à de nombreux points de données à l'intérieur - et éventuellement à l'extérieur - d'un système », poursuit Forsgren. « Je pense que les fabricants sont intéressés par les deux. C'est l'analyse des données recueillies en grande partie par les technologies IIoT qui donne à un fabricant les informations dont il a besoin pour optimiser ses algorithmes de contrôle. Certes, certaines des données utilisées pour l'optimisation peuvent provenir directement d'appareils mécatroniques, mais c'est dans le contexte des données recueillies à partir d'un système entier que de véritables connaissances précieuses sont dérivées." C'est ce que les fournisseurs et les experts appellent l'Industrie 4.0.

Il se peut que l'utilisation de l'IA (intelligence artificielle) ne soit pas loin du tout. Les nouvelles applications de maintenance d'appareils d'UReason utilisent en fait certaines fonctionnalités de l'IA pour fournir un apprentissage automatique lorsque la pompe ou la vanne accumule des cycles de service. La collecte des données nécessaires pour optimiser les performances de l'appareil est le lien vital entre l'IIoT et la machine d'emballage. Des applications comme UReason et d'autres logiciels configurables "low-code", comme Ignition ! de l'automatisation inductive, rendent pratique le passage à l'Internet industriel des objets sans un département entier rempli de data scientists. C'est le point clé.

Les machines d'emballage sont cool en elles-mêmes. C'est vrai, mais ils sont conçus et construits pour améliorer les résultats de l'entreprise. Si vous pouvez augmenter la disponibilité avec une maintenance prescriptive et une analyse et une prédiction des pannes basées sur l'IA, vous pouvez directement augmenter le résultat net.

C'est la combinaison de lignes d'emballage basées sur la mécatronique, d'appareils IIoT et de la capacité de stocker et d'utiliser les données qui peuvent être extraites directement des machines d'emballage elles-mêmes qui constitue l'application révolutionnaire.

C'est la combinaison de lignes d'emballage basées sur la mécatronique, d'appareils IIoT et de la capacité de stocker et d'utiliser les données qui peuvent être extraites directement des machines d'emballage elles-mêmes qui constitue l'application révolutionnaire. Lorsque vous ajoutez aux informations du lac de données à la fois à l'intérieur et à l'extérieur de la ligne de conditionnement, vous pouvez déterminer la durée de tirage. Si vous pouvez optimiser le fonctionnement de la ligne d'emballage et y ajouter des informations provenant de la demande des clients, vous pouvez optimiser l'ensemble de la chaîne d'approvisionnement, augmenter les revenus et réduire les temps d'arrêt.

C'est ce que l'avenir de l'industrie 4.0 peut nous offrir.

Le contrôle connecté des lignes d'emballage, ou de tout système de contrôle de l'usine d'ailleurs, expose l'usine à une menace accrue de cyberattaque. De nombreuses stratégies d'atténuation peuvent et doivent être utilisées.

Mais la cybersécurité au niveau de l'usine et au niveau des machines est différente de la cybersécurité basée sur l'informatique. Comme Joe Weiss d'Applied Control Solutions le dit depuis des années, les appareils de terrain et les contrôleurs de périphérie ne sont généralement pas protégés contre les cyber-intrusions. C'était bien quand nous avions affaire à des commutateurs, des capteurs simples et des relais - même des contrôleurs logiques programmables (PLC). Mais à mesure que les appareils de terrain sont devenus plus intelligents et que les contrôleurs de terrain sont devenus plus connectés, il y a eu des problèmes.

Lorsque vos capteurs de mouvement à effet Hall sont directement connectés à la mise en œuvre de l'Internet industriel des objets dans votre usine, ils deviennent alors vulnérables. Et vous devenez vulnérable aux logiciels malveillants comme Stuxnet, qui a été conçu pour interférer avec la façon dont les capteurs et les dispositifs étaient utilisés pour contrôler les centrifugeuses d'enrichissement d'uranium en Iran.

L'une des caractéristiques des lignes de conditionnement mécaniques est qu'elles ne sont pas intelligentes. Ils font simplement le travail qui leur est assigné et ne conservent pas de données, ne demandent pas d'informations de programmation ou ne sont pas capables d'usurper leurs entrées et sorties. Vous savez que le signal provenant d'un capteur de position, d'un capteur de vitesse ou d'un appareil similaire est précis et ne peut pas être modifié par un mauvais acteur. Les lignes de conditionnement mécatroniques ne sont pas beaucoup plus précaires. C'est lorsque vous connectez la ligne de conditionnement au réseau de l'usine et à l'Internet industriel des objets que les problèmes commencent.

La valeur des améliorations apportées à vos systèmes l'emporte-t-elle sur le potentiel de cyberdommage de ces systèmes ? L'amélioration des performances, du débit, de la flexibilité et de la disponibilité accrue vaut-elle le potentiel de cyber-dommages ?

L'ancien directeur adjoint de la cybersécurité au Département de la sécurité intérieure, Marty Edwards, avait l'habitude de dire : "Si vous ne voulez pas que vos données soient volées, ne les connectez pas à Internet". Mais il y a une décision importante à prendre. La valeur des améliorations apportées à vos systèmes l'emporte-t-elle sur le potentiel de cyberdommage de ces systèmes ? L'amélioration des performances, du débit, de la flexibilité et de la disponibilité accrue vaut-elle le potentiel de cyber-dommages ?

Vous devrez en décider par vous-même.

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