IOT et industrie : Réinventer la plate-forme Internet des objets (IoT) pour les fabricants discrets

Par David Westrom, vice-président du développement commercial chez MachineMetrics
Par Graham Immerman, directeur du marketing chez MachineMetrics

L'espace Internet des Objets Industriels (IoT) est actuellement en vogue, car la fabrication représente peut-être la plus grande opportunité nouvelle pour la numérisation. Pourtant, les implémentations de plates-formes IoT ont historiquement eu un taux d'échec élevé dans cette verticale.
Qu'est-ce qui contribue à ces taux d'échec et qu'est-ce qui doit changer?
Dans cet article, nous examinons les approches communes pour permettre les initiatives d'IoT industrielles, les avantages et les inconvénients, et leur culpabilité pour le taux d'échec élevé. Nous introduisons ensuite une nouvelle approche qui stimule déjà la création de valeur rapide et continue pour les fabricants discrets et les entreprises qui fournissent et entretiennent leurs actifs de fabrication.
Tout d'abord, parlons-en un peu de nous: MachineMetrics est la première plate-forme industrielle IoT conçue pour la fabrication discrète. Nous aimons nous considérer comme le composant de données machine de l'usine numérique Amazon Web Services (AWS).
MachineMetrics, un partenaire technologique avancé de l'AWS Partner Network (APN) doté de la compétence AWS Industrial Software, a développé une solution hybride pour les fabricants et les constructeurs de machines qui combine la connectivité des machines et la création de valeur rapide des applications packagées de logiciels en tant que service (SaaS) avec l'activation de l'innovation d'une plate-forme IoT.
À l'heure actuelle, des centaines de fabricants et de constructeurs de machines utilisent la plate-forme MachineMetrics pour mesurer et analyser les performances de milliers de machines dans des usines mondiales.
Nos solutions fournissent à ces entreprises les données nécessaires en temps réel dont elles ont besoin pour optimiser les performances et la productivité des machines, augmenter l'utilisation des capacités et, en fin de compte, gagner plus d'affaires pour rester compétitives à l'échelle mondiale.
La «révolution» de la plateforme IoT
Le terme Industrie 4.0 englobe la promesse d'une nouvelle révolution industrielle: pour le secteur industriel, une alliance qui associe des techniques de fabrication avancées à l'Internet des objets pour créer des systèmes qui sont non seulement interconnectés, mais communiquent, analysent et utilisent les informations pour aller plus loin dans l'intelligence. retour dans le monde physique.
Aujourd'hui est le moment Internet pour la fabrication, et avec lui vient la ruée vers l'or des fournisseurs prêts à permettre la transformation numérique de l'industrie.
À ce stade, il serait impossible de travailler dans l'espace de fabrication et de ne pas avoir passé les dernières années bombardées par des emplacements pour les plates-formes IoT industrielles prétendant soutenir au mieux la révolution de l'industrie 4.0.

Figure 1 – Bien que la fabrication soit la plus grande industrie aux États-Unis et produise peut-être les données les plus brutes, elle a le moins de numérisation de toutes les grandes industries.
Ces plateformes magiques commercialisent leurs technologies uniques d'apprentissage automatique (ML), d'intelligence artificielle (AI) et de périphérie / cloud / brouillard pour permettre la transformation numérique légendaire de toute industrie grâce à des modèles prédictifs, des jumeaux numériques et des flux de travail entièrement automatisés.
Selon IoT Analytics, il existe plus de 450 plates-formes IoT parmi lesquelles choisir, et il peut être facile de penser que l'industrie 4.0 est bel et bien arrivée et que la transformation numérique de la fabrication est enfin à portée de main. Cependant, les données racontent une autre histoire.
Les implémentations IoT ont connu un taux d'échec historiquement élevé. Cisco a produit un rapport sur les résultats de l'enquête indiquant que les entreprises considéraient 76% de leurs initiatives industrielles IoT en échec. Cela a conduit à une plus grande hésitation de la part des fabricants à se lancer dans des parcours de transformation numérique.
Alors, qu'est-ce qui pousse les entreprises à échouer à un rythme aussi élevé lorsqu'une majorité a déclaré que les initiatives IoT semblaient bonnes sur le papier?
Nous explorons certaines des causes organisationnelles dans notre eBook Pourquoi les projets industriels IoT échouent. Dans cet article, cependant, nous nous concentrons sur le composant technologique de l'histoire et les plates-formes IoT en particulier, dans le but d'identifier et de proposer une solution au problème de plate-forme de fabrication.
Le problème de plate-forme
Il existe de nombreux types de plates-formes IoT, notamment des plates-formes d'activation d'applications, des plates-formes de gestion des appareils, des plates-formes d'analyse et autres.
En juillet 2019, Gartner a publié son tout premier Magic Quadrant 2018 pour l'IoT industriel, qui comprenait des entreprises qui fournissent des plates-formes IoT qui fonctionnent dans plusieurs secteurs verticaux. Cependant, aucune entreprise n'a franchi la barre de Gartner pour l'exécution et personne ne l'a franchie au-dessus de la ligne médiane horizontale (indiquant une forte capacité d'exécution). Cela démontre que l'exécution réussie et la réalisation de la valeur sont insaisissables.
Le défi d'une plate-forme est qu'elle peut être longue et coûteuse à mettre en œuvre et à déployer. L'investissement requis pour être formé sur la plate-forme, ainsi que pour modéliser et créer les applications et solutions initiales qui génèrent de la valeur pour le client, peut être prohibitif.
Lors de l'évaluation du retour sur investissement (ROI), les cas d'utilisation et non les plates-formes sous-jacentes génèrent finalement de la valeur. Étant donné que la plupart des plates-formes IoT génériques ne peuvent pas fournir seules des cas d'utilisation de fabrication sous forme de services, d'applications ou de solutions, la responsabilité d'activer un cas d'utilisation utilisant une plate-forme IoT incombe au client ou à l'intégrateur de systèmes.
De nombreux leaders de la transformation manufacturière ont eu du mal à déterminer un retour sur investissement tangible et acceptable à partir de leurs investissements dans la plateforme IoT. Plus souvent qu'autrement, leurs projets dépassent le budget, les délais de déploiement sont longs, les problèmes d'interopérabilité se produisent sur les systèmes hérités, ou la planification et les ressources ne sont pas allouées de manière appropriée. Tout cela conduit à un ROI décevant, voire à l'annulation de l'initiative.
Le défi de la fabrication discrète
La fabrication présente plusieurs défis uniques qui sont difficiles à relever avec les plates-formes IoT génériques.
Variété de données
Non seulement il existe de nombreux types d'équipements distincts: tours, broyeurs, moulage par injection plastique, estampage, découpeurs laser, robotique, mais selon les mécanismes disponibles pour acquérir des données de ces systèmes, les points de données peuvent être divers. Pour fournir des outils efficaces pour analyser ces données sur des systèmes distincts, les données doivent être transformées en un modèle de données commun.
Volume de données
L'équipement de fabrication, et l'équipement de fabrication discret en particulier, est très complexe. Une machine est un grand système de composants qui fonctionnent en coordination, résultant en des centaines de points de données distincts qui changent constamment.
Selon l'application, il peut y avoir des situations où il est nécessaire de capturer des données à des taux de 100 Hz ou 100 KHz. Les plates-formes qui en consomment doivent analyser les données à plusieurs niveaux dans le système pour éviter d'envoyer et de stocker des données inutiles, lorsque seul le résultat agrégé ou calculé est suffisant.
Ces systèmes doivent être capables d'effectuer des traitements complexes là où cela est le plus approprié, à la fois en périphérie et dans le cloud.
Vitesse des données
Alors que certains systèmes peuvent fournir de la valeur avec une faible fidélité et une latence élevée, certains cas d'utilisation de l'IoT nécessitent beaucoup plus de données en temps réel pour être efficaces. La technologie Edge est nécessaire pour traiter des volumes de données élevés, prendre des décisions en quelques millisecondes ou moins et agir pour éviter potentiellement d'endommager la machine ou la pièce.
Nombre de systèmes disparates
L'intégration de systèmes hérités est une tâche complexe. Il est nécessaire de disposer de modèles de données robustes pour chaque application desservant la verticale pour capturer correctement les événements. De plus, une connaissance approfondie de la façon dont les données de chacun de ces systèmes interagissent au sein de la fabrication est également nécessaire pour pouvoir établir des corrélations et fournir une analyse cohérente pour l'amélioration des processus.
Infrastructure informatique
Les systèmes hautement élastiques et évolutifs sont un nouvel entrant pour les fabricants et leurs organisations informatiques. En raison des exigences intenses de traitement et de stockage de l'IoT, il peut être excessivement coûteux de surprovisionner un système pour une charge de pointe à tout moment.
L'utilisation de systèmes cloud sécurisés avec des architectures matérielles virtuelles programmées pour être hautement disponibles, évolutives et tolérantes aux pannes avec plusieurs centres de données séparés géographiquement pour la reprise après sinistre est encore plus importante lorsque l'on considère la valeur qu'une initiative IoT réussie peut apporter à une organisation.
Investir dans les plateformes industrielles IoT
Les fabricants discrets investissent dans des plateformes IoT pour répondre à quatre questions fondamentales:

Que ce passe-t-il?
Pourquoi cela se produit-il?
Que va-t-il se passer ensuite?
Que puis-je faire à ce sujet?

Pour répondre correctement à ces questions et fournir une valeur commerciale, il faut comprendre leurs données dans le contexte de leurs propres opérations. Cela nécessite une focalisation singulière sur le vertical afin de réaliser la valeur immédiate et continue promise lors d'une initiative de transformation numérique de l'Industrie 4.0.

Figure 2 – Nous parlons souvent aux entreprises qui ont des aspirations prédictives et préventives, mais qui ne savent pas ce qui se passe actuellement dans leur atelier. En offrant cette visibilité, nos clients connaissent en moyenne une augmentation de 20% de la disponibilité au cours du premier mois.
Avec la complexité introduite par ces défis, il n'est pas surprenant que les plates-formes IoT génériques manquent souvent en matière de fabrication.
Limitations des applications packagées sur site
Actuellement, les fabricants ont des options pour adopter la fabrication basée sur les données autres que les plates-formes IoT. Au lieu de créer des applications et des solutions qui répondent à des besoins spécifiques à l'aide d'une plate-forme, les fabricants choisissent souvent d'acheter une application ou une solution packagée, ou d'engager un tiers pour créer une solution pour eux en utilisant diverses plates-formes, outils et technologies.
Ces applications et solutions packagées ont proliféré sur le marché pendant des décennies, et le principal avantage est le temps de valorisation. Ils peuvent être mis en place rapidement à un coût relativement inférieur et générer rapidement une valeur incrémentielle.
Un inconvénient des applications et solutions packagées est que le client doit adapter ses processus pour se conformer au logiciel. Les applications et solutions packagées peuvent également être difficiles à personnaliser, à étendre et à intégrer avec les nombreux systèmes disparates qui existent dans une usine de fabrication.
La personnalisation des applications et solutions packagées, ainsi que des intégrations personnalisées à d'autres applications et systèmes disparates à travers l'entreprise de fabrication, peuvent créer un cauchemar de maintenance et ont provoqué un état de paralysie chez de nombreux fabricants mondiaux.
Ces problèmes sont quelques-uns des nombreux qui ont conduit à l'opportunité que nous voyons aujourd'hui sur le marché pour quelque chose de mieux.
Une nouvelle approche: démarrer rapidement la plateforme
Jusqu'à récemment, les options permettant d'activer les initiatives IoT et de conduire la transformation numérique pour les fabricants discrets se limitaient à l'approche de la plate-forme horizontale, à l'intégration d'une application ou d'une solution packagée, ou à une combinaison de chacune d'elles à travers une myriade de fournisseurs de produits et de services disparates.
Mais si vous pouviez avoir votre gâteau et le manger aussi? Et si vous pouviez avoir l'opportunité d'amélioration continue et d'innovation fournie par une plateforme avec l'avantage immédiat et le retour sur investissement d'un service, d'une application ou d'une solution packagée?
Aujourd'hui, nous vous présentons notre méthodologie expliquant pourquoi nous avons construit MachineMetrics et définissons une nouvelle approche pour résoudre les problèmes de plate-forme de fabrication. Cette approche a généré une valeur considérable de l'ordre de 20% d'augmentation de l'efficacité de fabrication en moyenne pour nos clients au cours du premier mois.
La Fondation industrielle de l'IoT
L'activation de toute initiative de l'industrie 4.0 commence par une infrastructure de données qui facilite une connexion rapide à tout type d'actif. Quelle que soit la marque ou l'âge, il est nécessaire de capturer et de transformer les données dans un format standard qui est stocké de manière sécurisée dans une infrastructure cloud qui peut facilement être consommée par n'importe quelle technologie.
Ce n'est cependant pas une tâche simple. Nous avons d'abord simplifié la connectivité IoT avec un périphérique de périphérie peu coûteux qui permet une communication Ethernet, Wi-Fi et cellulaire sécurisée tout en se connectant directement aux API et aux commandes de la machine-outil. Cet appareil est programmé avec des dizaines d'adaptateurs logiciels personnalisés développés pour déverrouiller, cartographier, collecter et standardiser automatiquement les points de données disponibles (état, modes, alarmes, remplacements, charge, vitesses, alimentations, etc.).
Nous ajoutons ensuite la possibilité de connecter des capteurs supplémentaires ou de collecter des données à partir d'équipements hérités avec des E / S numériques et analogiques configurées et gérées à distance via une interface Web. Cette tâche est primordiale, car chaque fabricant dispose d'une grande variété de types et d'âges d'équipement qui nécessitent la suppression des données afin de générer des analyses.

Figure 3 – MachineMetrics Edge exécute de nombreux adaptateurs logiciels personnalisés qui connectent, collectent, transforment et transmettent des données de machine à leur plateforme Amazon VPC via Wi-Fi, Ethernet ou une connectivité cellulaire.
Notre infrastructure de collecte de données est le fondement de la plate-forme MachineMetrics IIoT. Une fois collectées et transformées, les données peuvent être rendues exploitables par le biais d'applications orientées verticalement fournies soit par MachineMetrics, par l'intermédiaire de tiers, soit avec des applications personnalisées créées par les clients à l'aide des API disponibles.
Ajout d'applications empaquetées verticalement
Afin d'offrir un délai de rentabilisation rapide, des applications verticalement focalisées qui fournissent des informations exploitables pour des personnages d'utilisateurs spécifiques sont nécessaires. La fondation elle-même fournit les données, mais la valeur est de rendre les données exploitables.
Il existe de nombreuses possibilités de fournir des applications packagées qui rendent les données de fabrication exploitables pour une variété de consommateurs au cours du cycle de vie de fabrication. Voici quelques exemples que nous avons développés pour garantir à nos utilisateurs la possibilité de créer rapidement de la valeur.
Les rapports intégrés d'utilisation de la capacité permettent aux directeurs d'usine de prendre des décisions d'achat d'équipement. Savoir comment l’utilisation des machines de votre usine se compare à la moyenne de l’industrie peut conduire à la décision d’acheter plus d’équipements ou de nouveaux équipements, ainsi qu’à investir dans des opérations internes pour optimiser l’utilisation des équipements existants.
Une application tablette montée sur la machine permet aux opérateurs d'ajouter du contexte humain aux données de la machine et d'atteindre les objectifs de production.
Grâce aux notifications par SMS et par e-mail envoyées à leurs téléphones mobiles, l'application permet aux opérateurs de répondre aux problèmes plus rapidement et plus efficacement avec des instructions qui s'affichent lorsqu'une machine a besoin d'attention, comme une inspection, un changement d'outil ou une maintenance. L'application suit également les changements et les configurations de sorte que lorsque le processus dépasse le temps prévu, le superviseur est appelé pour gérer le problème de manière proactive.
Pour les OEM et les distributeurs d'équipements de fabrication, une application packagée permet de surveiller et de diagnostiquer à distance les actifs de problèmes de santé des machines sur le terrain et sur les sites des clients en temps réel.
Avec l'application, les techniciens de maintenance peuvent visualiser à distance les diagnostics et les conditions de la machine pour identifier rapidement les problèmes, ce qui leur permet soit de dépanner et de résoudre le problème sans la visite sur site ou, s'ils doivent se rendre à l'usine, apporter les bons outils et commandez les bonnes pièces avant un voyage d'usine. Le résultat est un meilleur service et une meilleure disponibilité des machines pour le client, mais également une réduction des visites de maintenance sur site coûteuses.
Extensibilité de la plateforme
Le défi avec les applications empaquetées verticalement est qu'il y a plus de cas d'utilisation qui génèrent une création de valeur rapide avec des données de fabrication qu'aucune entreprise ne peut construire et prendre en charge seule. Ainsi, des API robustes qui permettent à des tiers d'étendre la plateforme et de créer leurs propres applications empaquetées verticalement qui permettent de générer encore plus d'opportunités de création de valeur avec les données.
Cela nécessite plus d'investissement en temps et en risques, mais le gain peut être important. La plate-forme MachineMetrics est extensible à plusieurs niveaux, y compris en périphérie, via un accès API aux données dans le cloud et via notre interface opérateur. Cela permet aux clients et partenaires de fabrication de tirer parti de leur expertise approfondie du domaine pour ajouter leur propre adresse IP unique à la plate-forme et optimiser la valeur créée pour nos consommateurs de données mutuels.
Par exemple, les constructeurs de machines ont une expertise unique dans le domaine de la conception et du fonctionnement de leurs propres machines. Cela leur confère un avantage naturel en matière d'optimisation de ces actifs complexes et hautement spécialisés. Le défi, cependant, est de fournir une solution pour permettre aux constructeurs de machines de tirer parti de cette expertise.
Il est extrêmement difficile de déployer une application de manière transparente sur un parc de machines, sans oublier de maintenir cette solution dans le temps. Pour le client qui possède de nombreux actifs différents, le défi consiste à exploiter le moins d'applications possible pour surveiller, analyser et gérer les notifications appropriées pour leurs différents types d'équipements.

Figure 4 – De nombreuses entreprises utilisent MachineMetrics comme une véritable plate-forme industrielle IoT; d'autres exploitent la technologie en tant que composant de données machine d'une initiative d'usine numérique beaucoup plus vaste.
Tirant parti de MachineMetrics, les constructeurs de machines peuvent désormais fournir des analyses avancées et des micro-services personnalisés à leurs clients via notre plateforme cloud évolutive et intégrée verticalement. Par exemple, les constructeurs de machines peuvent proposer des algorithmes personnalisés pour leur propre équipement qui fournissent des notifications de santé prédictives de la durée de vie de la broche. Cela a créé une différenciation compétitive pour nos partenaires constructeurs de machines et une opportunité de stimuler la croissance progressive grâce à de nouveaux services et modèles commerciaux.
Le client final ultime, le fabricant discret, ainsi que ses partenaires consultants, possèdent également une vision et une expertise uniques en ce qui concerne leurs opérations de fabrication, leurs processus et leurs produits.
Cette connaissance du domaine peut être exploitée par le fabricant pour étendre la plate-forme MachineMetrics afin de conduire à une amélioration opérationnelle continue. Un exemple est la surveillance du SPC des cycles de pièce où les valeurs aberrantes peuvent être configurées comme déclencheur pour indiquer un cycle de problème ou une mauvaise pièce.
Intégrations avec des applications tierces existantes
Il existe un écosystème d'applications de fabrication SaaS modernes dans le cloud. Celles-ci sont conçues pour s'intégrer facilement à d'autres applications SaaS via des API. Pour les fabricants qui utilisent ces applications, les intégrations et le délai de valorisation sont raccourcis.
Les données IoT industrielles peuvent générer de la valeur dans cet écosystème grâce à des intégrations dans ERP / MES, BI, Qualité, RH et GMAO / Maintenance. Comme cet écosystème évolue avec des applications plus verticales sur le marché, le temps de valorisation et le besoin de personnalisation sont considérablement réduits.
Cela fournit au fabricant une solution complète sur l'ensemble de la pile de fabrication qui est intégrée verticalement pour votre entreprise, flexible pour les changements de processus métier, et facilement mise à jour et maintenue grâce aux déploiements dans le cloud.
Les systèmes ERP / MRP hérités qui tentent de résoudre tous les problèmes ne prennent pas en charge les intégrations, nécessitent une personnalisation et une configuration très coûteuses et empêchent les modifications des processus métier.
Conclusion
Chez MachineMetrics, notre mission a toujours été de fournir aux fabricants les données dont ils ont besoin pour augmenter leur productivité, gagner plus d'affaires et rester compétitifs. À l’ère de l’industrie 4.0, la transformation numérique de la fabrication discrète nécessite une nouvelle approche qui crée la confiance et inspire l’innovation future.
Notre approche fournit la création de valeur rapide nécessaire pour que les implémentations se libèrent du «purgatoire pilote» standard, car les cadres de niveau C ont pu atteindre des ROI qui justifient des plans de déploiement plus importants, tandis que les employés de l'atelier en profitent simultanément. de visibilité et d'automatisation en temps réel.
Le succès initial d'une mise en œuvre est si important, non seulement pour démontrer la valeur de la technologie initiale, mais pour réaliser la croyance en les avantages rendus possibles par la technologie IoT industrielle.
Bien sûr, ce n'est pas la fin de l'histoire de la transformation numérique; c'est juste le début. Au fur et à mesure que les utilisateurs gagnent en confiance dans la valeur de la technologie, il est essentiel de fournir aux clients une feuille de route pour une innovation continue. Nous appelons cette feuille de route le voyage d'analyse de la fabrication.
Ce n'est qu'en incorporant cette approche que les plates-formes IoT peuvent produire un réel impact commercial pour la fabrication discrète. Sans cela, la plupart d'entre eux continueront de lutter pour tenir la promesse de l'Industrie 4.0.
Le contenu et les opinions de ce blog sont ceux de l'auteur tiers et AWS n'est pas responsable du contenu ou de l'exactitude de ce message.
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