Qu'est-ce que la fabrication par processus ?

Qu'est-ce que la fabrication par processus ?

La fabrication par processus est une méthode de production dans laquelle les ingrédients ou matières premières sont combinés en suivant une formule ou une recette, qui nécessite souvent de la chaleur, du temps et/ou de la pression, pour créer des biens.

Dans la fabrication par processus, la collecte ou la formulation des ingrédients est généralement la première d'un grand nombre d'étapes séquentielles. Les développeurs choisissent les matières premières et les additifs, testent toutes les proportions et établissent une formule qui doit être respectée avec précision et de façon constante.

Dans le cadre de protocoles de contrôle qualité stricts, les ingrédients sont combinés dans les bonnes conditions pour créer une quantité prédéterminée de produit. Une fois le produit créé, il ne peut généralement pas être décomposé à nouveau en ingrédients séparés.

La fabrication par processus repose sur des technologies opérationnelles telles que l'analyse des données en temps réel pilotée par des capteurs puissants, ainsi que des technologies de l'information comment les ERP et d'autres systèmes de gestion. Ces systèmes gèrent et surveillent les tests en cours pour assurer la sécurité et l'intégrité des matières premières et des processus de fabrication et pour optimiser la qualité et le rendement du produit final.

Fabrication par processus et fabrication discrète

Les processus de fabrication sont regroupés en deux grandes catégories : par processus et discrets.

La fabrication par processus produit des produits en vrac et des marchandises. Dans la fabrication par processus, les ingrédients bruts sont rassemblés, combinés et affinés selon une formule précise et constante pour créer une quantité prédéterminée du produit final.

Cette catégorie de produits comprend les produits pétroliers, les produits chimiques, les matières plastiques, les métaux et de nombreux types d'aliments, de boissons et de médicaments. Les marchandises produites par la fabrication par processus ne peuvent généralement pas être décomposées à nouveau en composants, bien que certains de ces produits puissent être recyclés ou réutilisés.

La fabrication discrète produit des unités individuelles qui sont généralement assemblées à partir de pièces et de sous-systèmes. Des exemples de produits qui résultent de la fabrication discrète comprennent les véhicules, les ordinateurs, les meubles, les appareils ménagers et les vêtements.

La différence entre fabrication par processus et fabrication discrète n'est pas toujours très nette. De nombreux produits fabriqués via la fabrication par processus sont ensuite intégrés dans des produits issus de la fabrication discrète. Les boissons sont produites par fabrication par processus par exemple, avant d'être souvent embouteillées et emballées dans des usines indépendantes. Toutefois, les bouteilles, les cartons et les caisses sont des unités discrètes et la plupart des usines d'embouteillage sont construites autour d'une chaîne de montage, qui est une caractéristique de la fabrication discrète.

La fabrication par processus par secteur

Cinq industries majeures investissent énormément dans la fabrication par processus et les nouvelles technologies qui soutiennent la qualité et l'efficacité de la production :

• Industrie pétrolière et gazière
• Nourriture et boissons
• Produits pharmaceutiques
• Matières plastiques
• Métaux

La fabrication par processus suppose souvent une procédure complexe et en plusieurs étapes qui peut nécessiter plus d'une ligne de fabrication, voire toute une usine séparée.

Le pétrole brut est par exemple raffiné par chauffage pour le décomposer en essence, paraffine, carburant diesel et autres produits. Ces processus se produisent dans une raffinerie.
Ces produits intermédiaires peuvent faire l'objet de processus supplémentaires. Aux États-Unis, l'essence de la raffinerie est transportée vers un terminal de mélange où elle est combinée avec de l'éthanol, un carburant alternatif fabriqué à partir de plantes, ainsi qu'avec des détergents et d'autres additifs.

La formule de l'essence varie selon la région et la saison. Les différentes variations prennent en compte les réglementations de contrôle des émissions dans chaque état, la volatilité de l'essence en hivers et en été, et ajustent les niveaux d'octane pour s'adapter aux différentes catégories de véhicules.

En raison de la nature de nombreux produits issus de la fabrication par processus, la recherche de moyens de produire des marchandises de manière plus durable est une préoccupation fondamentale des entreprises. Les technologies IIoT proposent de nouvelles voies vers une production durable via la collecte et l'analyse de plus de données à la périphérie.

Par exemple, ExxonMobil a investi dans des systèmes ouverts ces dernières années. Cette nouvelle stratégie de fabrication par processus permet au géant de l'énergie de remplacer des systèmes de contrôle industriel obsolètes par des plateformes flexibles qui peuvent être mises à jour et mises à niveau pour profiter des technologies nouvelles et plus puissantes et répondre aux besoins changeants de l'entreprise.

Dans le cadre de son parcours de développement, ExxonMobil a rejoint le Forum d'automatisation des processus ouverts pour encourager la collaboration et l'innovation dans des systèmes de contrôle des processus basés sur des normes ouvertes. ExxonMobil a travaillé sur ces initiatives avec des entreprises confrontées à des défis similaires dans diverses industries. Intel est un membre platinum de l'Open Group qui accueille le forum.

Avantages de l'IoT dans la fabrication par processus

Les fabricants par processus déploient des technologies avancées, notamment la robotique, les contrôleurs intelligents et l'analyse des données en temps réel, pour optimiser la qualité, l'uniformité et le rendement des produits dans un environnement sécurisé.

Les nouvelles plateformes ouvertes permettent de collecter, d'analyser et de renvoyer les données de production et de tests aux contrôleurs de fabrication au sein d'une boucle continue qui ajuste les processus en temps réel. Cette convergence des technologies de l'information (IT) et opérationnelles (OT) est un exemple parlant d'une approche IIoT, également appelée Industrie 4.0.

Dans un cadre IIoT, les fabricants par processus peuvent connecter les données aux systèmes opérationnels en temps réel et synchroniser la chaîne d'approvisionnement, la gestion des commandes et les fonctions de livraison avec les systèmes de fabrication. 
En étroite collaboration avec des partenaires de la chaîne logistique, les fabricants par processus peuvent intégrer et rationaliser des fonctions disparates qui étaient généralement traitées comme des éléments indépendants. Les améliorations qui en résultent en matière d'efficacité et de contrôle qualité aident les fabricants à réagir aux conditions changeantes du marché et à accélérer l'introduction de nouveaux produits.

Les technologies IIoT et de périphérie intelligentes permettent aussi des solutions telles que la maintenance prédictive, capable de détecter des problèmes sur une machine avant qu'un dysfonctionnement grave ne se produise. Les temps d'arrêt dans la fabrication par processus peuvent être très coûteux. Un seul instant d'arrêt peut conduire à un lot entier de produits à jeter.

La pandémie COVID-19 souligne le besoin d'agilité

La pandémie COVID-19 a montré au monde le besoin d'agilité et de résilience dans la fabrication en période de changements rapides et imprévisibles de la demande, combinés à d'importantes perturbations de la chaîne logistique.

Certaines industries se sont rapidement adaptées aux conditions volatiles du marché. Certaines entreprises pharmaceutiques ont par exemple réalisé des ventes record de vaccins innovants et d'autres produits nouveaux, tout en respectant leurs engagements existants.

D'autres industries ne s'en sont pas aussi bien sorties : les étagères des magasins se sont retrouvées vides de serviettes en papier, de produits de nettoyage et d'autres produits issus de la fabrication par processus qui n'ont pas été réapprovisionnés à temps.

Une conséquence de cette pression sur le marché a été une priorité accrue donnée à la numérisation de la fabrication par processus. Les objectifs clés de cette transformation numérique sont d'améliorer le rendement et la flexibilité en reliant les processus et l'équipement dans l'usine ou la raffinerie et d'intégrer les activités des partenaires de la chaîne d'approvisionnement et de distribution dans la fabrication. Les entreprises dans des secteurs verticaux traditionnels et stables investissent plus sérieusement dans la planification stratégique et la mise en œuvre de l'IIoT, alors qu'elles commencent à fusionner les informations numériques avec les produits physiques dans tous les aspects de la fabrication par processus.

L'IIoT ouvert soutient la boucle de rétroaction QA

Jusqu'à récemment, la plupart des systèmes de fabrication par processus étaient livrés comme une solution intégrée propriétaire par un unique fournisseur. Le fabricant est généralement obligé d'utiliser l'équipement et le logiciel de ce fournisseur et dépend de lui pour des mises à niveau et contrats de maintenance coûteux, souvent pendant 10 ans ou plus. Dans de nombreux cas, les partenaires de la chaîne logistique du fabricant ne sont pas en mesure d'interagir pleinement avec ces systèmes, conduisant ainsi à des stocks coûteux ou à des pénuries encore plus problématiques.

Bon nombre de ces systèmes existants sont désormais remplacés ou complétés par des solutions évolutives basées sur du matériel et des logiciel prêts à l'emploi. Cette approche ouverte de l'ERP permet aux fabricants d'appliquer les dernières technologies en matière d'intelligence artificielle (IA) et de collecte de données en temps réel pour accélérer, contrôler et valider les processus de production et pour inspecter les produits obtenus.

Passer à un système IIoT ouvert n'est pas nécessairement une question de tout ou rien. Pour de nombreux fabricants, une approche progressive de la numérisation peut conférer des avantages immédiats, même si l'équipement et les processus de fabrication ne sont pas remplacés ou modifiés tous en même temps.

Contrôle des processus

Les fabricants commencent souvent le processus de numérisation en remplaçant un système de contrôle de processus industriel isolé par une solution ouverte qui peut être intégrée à l'ERP à l'avant et à l'assurance qualité à l'arrière. Les contrôles par processus sont conçus pour maintenir la stabilité opérationnelle dans le cadre de limites prédéfinies en matière de quantités et de proportions des ingrédients, de température et de pression appliquées aux matériaux, de vitesse de débit et d'autres facteurs essentiels.

Ces conditions sont mesurées et surveillées par des capteurs. En général, les données des capteurs sont analysées automatiquement par le système de sorte que l'intervention humaine ne soit nécessaire que lorsque certains aspects du processus de fabrication s'éloignent de l'intervalle de mesures acceptable. Les contrôles et l'analyse industriels assistés par l'IA réduisent les besoins en main-d'œuvre qualifiée dans la fabrication par processus.

Assurance qualité

En liant le contrôle des processus à l'assurance qualité, les systèmes les plus avancés relient les capteurs et les contrôleurs en une boucle de rétroaction rapide et intégrée, de sorte que des changements inattendus dans le processus de fabrication déclenchent la détection des défauts.

De même, la détection des défauts provoque une correction instantanée du processus de fabrication, garantissant ainsi la qualité et la conformité des produits.

Dans la fabrication par processus, certains défauts produits peuvent être détectés sur la ligne de fabrication. Dans les usines de papier par exemple, le poids, l'humidité, la résistance à la traction, l'épaisseur, la porosité et la couleur du produit peuvent être surveillés en temps réel pendant la production.

Pour d'autres types de produits, l'assurance qualité peut nécessiter l'extraction d'échantillons de production pour des tests en laboratoire. Bien que ces tests soient rarement effectués en temps réel, des tests fréquents et automatisés à intervalles réguliers peuvent être intégrés dans la boucle de rétroaction. Si les échantillons commencent à diverger même légèrement des valeurs attendues, le système QA alertera les contrôleurs de processus appropriés, ce qui corrigera le problème automatiquement. Ces mesures préventives aident à éviter des ralentissements ou des arrêts coûteux du processus de fabrication.

La technologie Intel® dans la fabrication par processus

La nature interdépendante des environnements de fabrication par processus signifie qu'une seule défaillance machine peut avoir des conséquences immédiates et catastrophiques. 
Les solutions Intel® se concentrent sur permettre :

• L'optimisation des processus (lot ou flux continu)
• Le contrôle qualité sur la ligne de production
• La répétabilité des lots
• Un temps de disponibilité maximal
• La modélisation et les simulations
• La métrologie virtuelle
• Traçabilité
• La sécurité et la surveillance de la conformité

Intel et son réseau mondial de partenaires aident les entreprises à ouvrir la voie à des infrastructures ouvertes et définies par des logiciels, qui peuvent s'adapter à une pile technologique intégrée. Les solutions basées sur Intel® sont évolutives et possèdent des mesures de sécurité avancées qui contribuent à protéger les données propriétaires même pendant leur utilisation.

De nombreux produits et technologies Intel® soutiennent la fabrication par processus. Parmi eux :

• Intel® Edge Controls for Industrial, une plateforme logicielle de référence qui combine des éléments de l'informatique en temps réel avec la consolidation des charges de travail, la connectivité industrielle, la sécurité fonctionnelles ainsi que la gestion logicielles et des infrastructures.
• Intel® Edge Insights for Industrial, une plateforme gratuite et ouverte pour la vision assistée par ordinateur et les données chronologique.
• Les PC industriels basés sur l'architecture Intel® sont conçus pour des performances et une compatibilité élevés même dans des environnements d'exploitation difficiles.

Intel prend en charge l'IIoT dans la fabrication par processus

Collaborer avec Intel dans la fabrication par processus peut accélérer les délais de création de valeur pour des solutions IIoT basées sur les données et interopérables.

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