Système MES pour les lignes de production de disjoncteurs miniatures à grande vitesse | Benlong

Lorsqu'une ligne de production de disjoncteurs miniature fonctionne à une vitesse de 1 500 pôles par heure ou plus, la véritable préoccupation ne réside pas dans la rapidité de fonctionnement des machines, mais dans la rapidité avec laquelle l'installation de production détecte, enregistre et réagit à ce que font les machines. Avec un enregistrement d'environ un pôle produit toutes les 2,4 secondes, cette ligne de production génère une multitude d'événements qualité, de données d'étalonnage et de résultats de tests. Les registres papier et les automates programmables séparés ne peuvent pas répondre à cette demande. Ainsi, nous arrivons au point où la fonction d'un système d'exécution de fabrication passe d'un outil optionnel utilisé dans une installation de disjoncteurs à un outil indispensable qui devient la base du processus de production des disjoncteurs.

Dans cet article, nous décrivons le processus de comment un système MES fonctionne sur une ligne de production de disjoncteurs miniature à haute capacité et pourquoi une efficacité de production supérieure à 1 500 pôles par heure rend son utilisation nécessaire. De plus, nous expliquons comment la même approche peut être appliquée à d'autres projets basse tension, tels que les lignes de production de compteurs d'énergie.

Ce que fait réellement un système MES sur le terrain

Le MES est le système logiciel qui se situe entre le niveau de planification commerciale (votre ERP) et le niveau de contrôle physique (le PLC, les testeurs, les stations de marquage et les moteurs). Alors que le système ERP sait ce qui doit être produit et quand, et que le PLC sait comment déplacer un vérin ou fournir un courant de test, aucun de ces systèmes seul n'offre au responsable d'usine une image en temps réel de ce qui se passe sur la ligne d'assemblage. Combler cette lacune est la tâche du système d'exécution de fabrication MES.

En termes simples, un système MES opérant une ligne de disjoncteurs miniature supervise simultanément de nombreuses tâches :

Suivi de la production et affichage du statut des travaux en cours (WIP) permettant de tracer tout produit depuis le composant brut jusqu'au disjoncteur fini.
Collecte automatique des données provenant des testeurs, des tables d'étalonnage et des machines de vision, éliminant ainsi la saisie manuelle.
Contrôle qualité et SPC, garantissant la cohérence du processus qui est une tendance continue à observer plutôt qu'un résultat d'analyse effectué après les tests.
Traçabilité et généalogie, reliant les matériaux, les paramètres et les résultats des tests aux numéros de série et aux identifiants de lots.
Contrôle de performance, ce qui signifie contrôle qualité selon les principes de l'OEE.
Planification et ordonnancement, ajustant différents types de pôles et intensités sur la même ligne de production.
Contrôle des documents et des recettes.

Puisque toutes ces fonctions sont réalisées en temps réel, le système MES représente assurément la source unique de vérité sur ce que l'entreprise produit et comment les tests sont effectués. Sur une ligne plus lente et manuelle, c'est une bonne pratique ; sur une ligne produisant 1 500 pôles par heure, c'est la seule manière de maintenir l'entreprise en activité.

Où se situe le MES : ERP, MES et SCADA

La compréhension du fonctionnement des trois systèmes dans les usines modernes est importante, car ces systèmes semblent souvent être confondus. La couche ERP s'occupe du traitement des commandes, de la planification des matériaux et de la gestion des finances ; elle répond donc à la question de ce qui doit être produit et quand. La couche de contrôle elle-même peut être un PLC ou un SCADA, qui est responsable de la question : “ Comment effectuer un mouvement ou un test ? » La couche MES, cependant, se situe entre les deux et répond aux questions sur ce qui se passe sur la ligne à l'instant présent et ce qui s'est passé dans le passé dans le contexte de chaque unité actuellement produite. Cette position intermédiaire du MES est ce qui en fait un système si adapté pour la ligne rapide de disjoncteurs miniatures, car l'ERP est éloigné du plancher de fabrication et est donc incapable de tracer un disjoncteur spécifique produit, tandis que le PLC est trop concentré sur le cycle à venir de la machine et manque de données historiques.
Une fois considéré sous cet angle, les équipements de ligne et les logiciels ne sont plus perçus comme des achats séparés, mais plutôt comme des unités travaillant ensemble. Les stations de test, de calibration et de marquage servent de capteurs et d'actionneurs de l'usine, tandis que le MES agit comme le système nerveux transmettant leurs messages.

Pourquoi une ligne MCB de 1 500 pôles/heure a besoin d’un système MES

Les calculs de débit rendent le suivi manuel impossible

Fonctionner à une vitesse d'environ 1 500 pôles par heure signifie qu'un pôle est terminé environ toutes les 2,4 minutes. Le nombre de pôles produits en un poste serait d'environ 12 000 pôles, et les chiffres pour deux postes dépassent 24 000. Dans de telles circonstances, lorsque des défauts restent inaperçus pendant dix minutes, environ 250 pôles ont déjà été produits et sont déjà en cours d'acheminement. Enregistrer une telle quantité de données peut s'avérer impossible ; ainsi, la question “ combien de pôles avons-nous perdus ” ne peut pas être répondue.

Traçabilité et généalogie au niveau de l’unité

Chaque disjoncteur miniature (MCB) a une histoire unique : la série de bandes bimétalliques, le type de bobines d’arc utilisées, le type de contacts en argent utilisés, le nombre de calibrations effectuées sur les machines utilisées pour régler les valeurs de déclenchement, et le temps de déclenchement final atteint. Un MES permet de lier tous ces facteurs à un numéro de série ou un code de lot, ce qui fournit enfin la généalogie de chaque MCB. Si une réclamation est faite sur le terrain par un distributeur opérant en Inde, au Moyen-Orient ou au Brésil, il suffit de consulter un numéro de série pour connaître l’historique complet du produit depuis sa fabrication jusqu’aux tests afin de pouvoir agir en conséquence.

Transformer la ligne de test automatique en source de données en temps réel

C’est ici que le Ligne de test automatique MCB devient central dans le paysage numérique.

Contrairement aux lignes de test typiques, une ligne de test prête pour MES envoie toutes les informations mesurées à la couche logicielle via OPC UA ou Modbus TCP : déclenchement instantané sur les courbes B, C et D, étalonnage thermique à 1,13× et 1,45× In, résistance de contact, et inspection visuelle du boîtier, de l’étiquette et des vis. Contrairement au test typique, qui évalue seulement 5-10% des échantillons de production, la ligne de test conserve un enregistrement de chaque unité dans le cycle de production, fournissant au MES un enregistrement complet des données.

Cela permet aux ingénieurs d’effectuer un véritable contrôle statistique des processus. Avec les informations du système d’acquisition de données, la dérive de calibration se manifeste par un changement progressif de la valeur moyenne bien avant que les spécifications ne soient atteintes. La ligne peut être corrigée pendant la production et avant que le lot défectueux ne soit expédié.

Visibilité en temps réel de l’OEE et des temps d’arrêt

Typiquement, une ligne de production à grande vitesse ne subira pas une perte de débit due à une panne majeure unique. Au lieu de cela, la ligne perd du débit à travers plusieurs petits incidents. Par exemple, à un rythme de 1 500 pièces par heure, un retard de cinq minutes se traduit par la perte de 125 pièces. AMES aide à ce stade en calculant continuellement l’OEE. Les métriques virtuelles décomposeront les pertes en disponibilité, performance et qualité, permettant au responsable d’usine de voir à quoi correspondait le temps perdu. En même temps, un historique des arrêts de deux minutes à une station particulière peut être consulté conjointement avec l’analyse de l’OEE.

Contention de la qualité et contrôle en boucle fermée

Lorsqu’une condition de test est hors limites et qu’un lot de composants est identifié comme suspect, le MES peut prendre automatiquement les actions suivantes : émettre une alerte, mettre en quarantaine les unités affectées, et empêcher qu’un lot défectueux n’atteigne l’étape d’emballage. Dans les opérations manuelles, cela dépend de la vigilance des personnes et de la conservation des informations. En revanche, dans les procédures contrôlées par MES, la règle est appliquée dès la première indication.

Documentation prête pour audit pour les marchés d’exportation

Les producteurs de disjoncteurs miniatures (MCB) axés sur l’exportation s’appuient sur des certifications incluant la norme IEC 60898 pour les MCB, ce qui signifie que les fabricants doivent avoir une preuve de leurs expéditions et produits. C’est une norme qui exige des fabricants de MCB qu’ils produisent une documentation. Avec un MES, il est possible d’automatiser les rapports via des systèmes informatisés au lieu de chercher dans des dossiers papier. Les audits deviennent une requête dans une base de données. En conséquence, un utilisateur pourra documenter la production et réussir les audits.

Efficacité de la main-d’œuvre et ligne sans papier

Il y a aussi un avantage plus simple. La vitesse de saisie manuelle des données est extrêmement lente. De plus, elle est sujette à des erreurs et réduit le moral. Les opérateurs prennent du temps à ressaisir des chiffres qu’un testeur a déjà mesurés. Dès que le MES commence à collecter ce type de données automatiquement, les mêmes personnes peuvent effectuer plus de travail sur la ligne de production et se concentrer sur de vrais problèmes au lieu de transcrire des rapports de test. De plus, cela entraîne moins d’erreurs. Cela signifie que les données seront plus claires, et puisque les données sont plus claires, elles sont plus utiles pour les processus qualité de l’usine. Pour une ligne de production qui fabrique des milliers de pôles chaque jour, l’automatisation de la saisie manuelle a un effet significatif, car elle permet d’éliminer une source d’erreur humaine et de libérer les employés pour des tâches plus importantes.

MES sur les lignes de production de compteurs d’énergie

L’importance d’un système d’exécution de fabrication s’applique au-delà des disjoncteurs. En fait, la production de compteurs d’énergie offre un exemple encore meilleur car la fabrication des compteurs est soumise à une réglementation métrologique légale. Chaque compteur doit être calibré sur la base d’une norme de référence et doit respecter certaines exigences de précision pour plusieurs niveaux de charge. Le résultat est une documentation substantielle de toutes les constantes de calibration et des courbes d’erreur.

Sur une ligne de production automatique de compteur monophasé, un système MES capture ces valeurs de calibration, les lectures d’erreur à chaque point de charge testé, ainsi que la révision du firmware ou du matériel, et les associe au numéro de série du compteur. Les avantages sont similaires à ceux du disjoncteur miniature, la seule différence étant d’un point de vue légal : il offre une traçabilité de vérification qui répond aux exigences des autorités métrologiques, un contrôle par lot lors des mises à jour du firmware, et une analyse rapide des retours terrain. Lorsqu’un compteur est remis en question même plusieurs années après sa livraison, toutes les informations pertinentes concernant sa production et ses tests peuvent être récupérées simplement en se référant à un numéro de série. Pour un fabricant de compteurs d’utilité publique, la capacité d’audit est une évidence et non un luxe.

La production de compteurs tend également à être plus disciplinée comparée à la fabrication de composants standards, simplement parce qu’une révision du firmware ou une mise à jour de la puce de mesure peut influencer la performance de précision. La couche d’exécution garantit que chaque lot de compteurs est contrôlé précisément afin qu’en cas de détection d’un défaut sur une certaine version du firmware, les numéros de série des compteurs défectueux puissent être obtenus facilement plutôt que d’être recherchés laborieusement. Cela signifie qu’un fournisseur peut fournir à une autorité métrologique ou à un grand opérateur d’utilité publique des informations complètes au lieu de simples excuses.

Au-delà des disjoncteurs miniatures et des compteurs : autres projets basse tension

Le même principe de logique numérique s'applique à toute la gamme basse tension sur différents types de disjoncteurs. Par exemple, MCCB, RCCB, contacteur AC, dispositif de protection contre les surtensions (SPD) et ACB accumulent tous des données de mesure paramétriques, et la surveillance des unités est mise en œuvre pour tous les produits. Les contrôles de processus automatisés dans le cadre de la production indiquent également la livraison de produits d'une qualité irréprochable. Un argument similaire peut être avancé chaque fois qu'une ligne de production gagne en vitesse significative, ou que la sécurité des unités fabriquées dépend des résultats des mesures.

Ce qu'il faut rechercher dans un logiciel de système MES

Toutes les déploiements ne nécessitent pas la plus grande plateforme du marché. Ce qui importe, c'est l'adéquation avec la ligne et un chemin clair pour les données. Lors de l'évaluation du logiciel de système d'exécution de fabrication MES pour une usine basse tension, quelques points pratiques ont le plus de poids :

• Avantages de la connectivité : OPC UA et Modbus TCP signifient que l'équipement peut obtenir des données en temps réel, et SQL ou CSV signifie qu'il peut envoyer des rapports.
  Une unité peut être facilement identifiée, soit par code-barres, marquage laser, ou même technologie RFID. Cela garantit que la tenue des registres est facilitée.
  Un déploiement modulaire permet aux clients de commencer par la collecte de données et la traçabilité, puis d'ajouter la planification et les tableaux de bord OEE.
  L'intégration avec les systèmes ERP existants aide à la gestion des ordres de production et au suivi de l'achèvement des produits.
  Le point important est que l'atelier dispose de tableaux de bord qu'il utilisera réellement, pas seulement des rapports pour la direction.

  La décision importante est de s'assurer que les systèmes d'exécution de fabrication sont prêts avant l'installation. Les nouvelles lignes de production disposant de systèmes d'acquisition de données compatibles MES, de protocoles appropriés et d'un étiquetage adéquat seraient prêtes en quelques jours. Cependant, les lignes de production déjà construites avec des processus de test stricts nécessiteraient beaucoup plus de travail pour être adaptées.

Une approche progressive pour la mise en œuvre du système MES

La perspective de connecter une usine entière peut faire de la mise en œuvre d'un système MES un projet tout ou rien, mais ce n'est pas obligatoire. La meilleure façon d'obtenir un déploiement réussi est de commencer petit et de faire croître votre mise en œuvre au fil du temps. Par exemple, les principales étapes de la mise en œuvre d'un processus de fabrication basse tension incluent :

La collecte automatique des données et la traçabilité sur la ligne de test ; c'est là que le plus grand retour sur investissement est

attendu, et où les données sont déjà fournies.
Une fois les données disponibles, la mise en œuvre du contrôle statistique des processus et des tableaux de bord OEE.
doit avoir lieu.
Après avoir accompli les étapes précédentes, il est important de mettre en œuvre la planification, la gestion des recettes,.
et bien plus encore, afin d'améliorer le processus de production global.
Enfin, la mise en œuvre de l'ERP est nécessaire pour garantir que les données retournent au.
système.
Les avantages de cette séquence devraient être évidents ; les éléments les plus coûteux et complexes doivent être.

mis en œuvre en premier, puis seulement les autres étapes doivent être prises. La seule difficulté sera de
mis en œuvre en premier et ce n'est qu'ensuite que les autres étapes doivent être prises. La seule difficulté sera de
obtenir tout l'équipement nécessaire pour ce processus dès le début, sinon, il serait
nécessaire de rééquiper l'équipement plus tard.

Conclusion

Une fois que les niveaux de production dépassent 1 500 pôles en une heure, il ne s'agit plus seulement de vitesse ; il s'agit d'une vitesse incontestée et surveillée. Un système MES est ce qui transforme le débit non traité en données fiables, auditées et évaluables. Il enregistre chaque article, transforme une ligne de test automatique en un capteur de qualité en temps réel, révèle les pertes qui diminuent l'efficacité de la production rapide ; et il fournit les données de certification requises par les marchés d'exportation. La même plateforme permet d'atteindre les compteurs d'énergie, les disjoncteurs MCCB, les contacteurs, et d'autres. Si une entreprise vise à acquérir des compétences en automatisation basse tension, elle a besoin du système MES comme clé, non comme solution supplémentaire.

Huang Xiaolei | Benlong Automation