IOT et industrie : Solution d'usine connectée basée sur AWS IoT pour le succès de l'industrie 4.0

Les industries manufacturières ne réalisent que 20 à 30 pour cent de la valeur de leurs données. En exploitant systématiquement la valeur de leurs données, les entreprises manufacturières pourraient réduire les coûts de développement de produits jusqu'à 50% et les coûts d'exploitation jusqu'à 25%, tout en augmentant leurs marges brutes d'un tiers.[1]. L'IoT industriel (IIoT) est un levier de données – il rassemble les machines, les actifs de terrain à la périphérie, le cloud computing, les analyses et les personnes pour améliorer les performances et la productivité des processus industriels. Avec l'IIoT, les entreprises industrielles peuvent numériser les processus, transformer les modèles commerciaux et améliorer les performances et la productivité, tout en réduisant les déchets. Actuellement, des entreprises d'un large éventail d'industries travaillent sur des projets IoT qui connectent des milliards d'appareils et offrent de la valeur dans une variété de cas d'utilisation, notamment l'analyse prédictive de la qualité et de la maintenance, la surveillance de l'état des actifs et l'optimisation des processus.
Par exemple, le groupe Volkswagen s'associe à AWS pour améliorer la productivité de ses usines et économiser des milliards d'euros lorsque les données des 124 usines du groupe Volkswagen peuvent être évaluées de manière standardisée – «Le cloud industriel sera un levier clé pour améliorer la productivité 30% des usines », selon Gerd Walker, responsable de la production du groupe Volkswagen.[2]
Présentation de la solution AWS IoT Connected Factory
La solution AWS IoT Connected Factory permet aux clients de moderniser facilement leurs opérations. Avec deux versions de la solution, AWS peut répondre aux besoins des clients manufacturiers, quelle que soit leur taille ou leur niveau de maturité tout au long de leur parcours de transformation de l'Industrie 4.0. La solution comprend un kit de connectivité de machine industrielle (IMC), un kit pour aider les clients à obtenir facilement des données de leurs actifs dans le cloud AWS, l'expertise de conseil IIoT et de déploiement d'AWS Professional Services, d'intégrateurs de systèmes mondiaux et régionaux et de solutions partenaires basées sur AWS Cas d'utilisation de l'IoT pour l'Industrie 4.0.
Débloquez les données pour moderniser la fabrication
Nous constatons qu'une grande majorité des clients industriels recherchent une solution capable de libérer des données opérationnelles à grande échelle avec une visibilité quasiment en temps réel. Cette visibilité des données, grâce à des tableaux de bord et à des analyses plus approfondies telles que le ML / AI, aide les clients à comprendre les raisons des micro-arrêts de production, à améliorer le débit sans compromettre la qualité et à comprendre les tendances qui conduisent à la fabrication de pièces de qualité sous-optimale. De plus, les clients recherchent une visibilité des données au niveau de l'entreprise, de l'usine, de la ligne, de la machine, du processus et du produit, ce qui n'est pas possible aujourd'hui avec les données verrouillées dans ces usines.

Défis de fabrication
Les plus grands défis de fabrication sont la visibilité des données de technologie opérationnelle (OT) des machines, telles que les contrôleurs logiques programmables (PLC) et les systèmes de contrôle de supervision et d'acquisition de données (SCADA), pour effectuer une analyse des causes profondes (RCA) lorsqu'une ligne ou une machine tombe en panne. , améliorer le débit sans compromettre la qualité et comprendre les détails des micro-arrêts des machines en temps réel. Même les implémentations avancées comme les systèmes d'information d'usine (FIS) ne peuvent pas fournir de visibilité au niveau des composants (par exemple, un moteur dans une machine). La grande majorité des clients industriels ne peuvent faire aucune analyse en temps réel, même au niveau de la ligne ou de la machine, et encore moins au niveau des composants.
Défis informatiques
Un atelier de fabrication possède un ensemble disparate d'API et de multiples protocoles de périphériques (plus de 300), ce qui rend extrêmement difficile de parler à ces «choses» de l'usine et d'accéder aux données qui peuvent être exploitées pour les diagnostics et l'analyse prédictive. De plus, la plupart des clients et partenaires passent un temps excessif à développer la connectivité à ces systèmes d'usine en reliant leurs applications informatiques à des systèmes OT, ce qui est hautement non évolutif en raison de plusieurs points d'intégration sans une approche basée sur un cadre informatique. En outre, ils doivent créer des composants technologiques pour mettre à l'échelle des solutions à partir du déploiement de plusieurs usines, de la sécurité et de plusieurs autres points de vue. L'un des principaux obstacles aux initiatives de l'industrie 4.0 est ce défi de connectivité et d'intégration des appareils qui limite l'évolutivité.
La solution d'usine connectée
La solution Connected Factory aide les clients à obtenir des solutions de production et des déploiements de preuve de valeur (PoV) exécutés dans leurs usines le plus rapidement possible. Premièrement, avec cette solution, les clients n'ont pas à investir de manière significative dans la collecte de données qui est considérée comme une lourde tâche indifférenciée. Deuxièmement, les clients sont en mesure de collecter, d'organiser et de stocker leurs données industrielles dans AWS dans un magasin de données opérationnel pour les données chaudes, les données auxquelles on accède fréquemment et un lac de date industriel pour les données chaudes / froides, des données rarement consultées, comme ainsi que de définir des actifs virtuels et des hiérarchies d'actifs pour fournir une structure et un contexte aux données. Troisièmement, grâce à ce processus de collecte de données rationalisé, les clients sont en mesure de reconnaître la valeur commerciale immédiate grâce à la visualisation de leurs mesures opérationnelles à partir de toutes les sources de données. Quatrièmement, ils reçoivent un kit de déploiement pour pouvoir déployer la solution dans toutes leurs usines et usines. Enfin, avec ces données organisées dans AWS, les clients peuvent accélérer leur parcours dans l'industrie 4.0 et obtenir des résultats commerciaux tels que la maintenance prédictive, la qualité prédictive et la gestion des actifs à distance.

La solution Connected Factory est disponible en deux versions. Les clients peuvent sélectionner l'offre de mobilisation pour la production auprès des services professionnels AWS ou l'offre de preuve de valeur du réseau de partenaires AWS GSI / SI. L'architecture des deux versions est illustrée ci-dessous.
Option d'usine connectée 1: mobiliser pour l'offre de production à partir des services professionnels AWS
Vous trouverez ci-dessous l'architecture de la solution d'usine connectée pour les données en temps réel qui est fournie lors de l'offre Mobilize for Production d'AWS Professional Services.

Option 2 de l'usine connectée: offre de preuve de valeur du réseau de partenaires AWS GSI / SI
Le kit IMC est conçu pour permettre aux clients et aux partenaires d'obtenir des données de leurs actifs dans le cloud AWS dans un processus simple et structuré afin qu'ils puissent rapidement réaliser la valeur commerciale dérivée de ces données. Les clients peuvent convertir les définitions de hiérarchie d'actifs existantes (c'est-à-dire l'usine, les lignes, les machines, les balises, etc.) définies dans les applications de périphérie des partenaires telles que Ignition Server d'Inductive Automation ou KEPServerEX de PTC en la hiérarchie d'actifs équivalente dans AWS IoT SiteWise. Avec des hiérarchies d'actifs définies dans AWS IoT SiteWise, les données client peuvent être ingérées en continu dans le cloud AWS et toutes les métadonnées pertinentes sont facilement accessibles pour les applications afin d'aider les clients à découvrir la valeur commerciale, comme le développement de calendriers de maintenance plus efficaces à partir des tableaux de bord de surveillance de l'état des actifs. Vous trouverez ci-dessous l'architecture de référence du kit IMC, avec les applications de connectivité partenaires d'Ignition et Kepware présentées comme 2 options de traduction de protocole industriel à la périphérie.

Avec plusieurs modèles d'ingestion de la périphérie au cloud, les clients et les partenaires peuvent choisir le chemin du kit IMC qui répond aux besoins de leur cas d'utilisation spécifique. Le premier chemin d'ingestion se fait via le connecteur AWS IoT SiteWise exécuté dans un noyau AWS IoT Greengrass (via OPC-UA) vers AWS IoT SiteWise dans le cloud. Le deuxième chemin d'ingestion envoie des données directement depuis les applications de périphérie (c'est-à-dire Ignition Server) vers AWS IoT Core via MQTT. Le troisième chemin d'ingestion consiste à envoyer des données depuis l'application Edge (par exemple, Ignition Server ou KEPServerEX) vers AWS IoT Greengrass où elles peuvent ensuite être traitées et filtrées par des fonctions AWS Lambda définies par le client, utilisées pour l'inférence de modèle d'apprentissage automatique local ou consommées par un conteneurisé. Application Docker. Les données brutes et traitées peuvent ensuite être transmises au cloud AWS via un certain nombre de chemins différents, notamment AWS IoT Core, Amazon Kinesis Data Streams ou AWS IoT Analytics. Quel que soit le chemin d'ingestion des données de la périphérie vers le cloud, le kit IMC prend en charge le mappage de la hiérarchie des balises d'inventaire des applications de périphérie dans AWS IoT SiteWise afin que les métadonnées des actifs soient toujours disponibles dans le cloud pour les applications à utiliser.
Processus de configuration et de déploiement
Le kit IMC comprendra le matériel et les logiciels nécessaires pour connecter l'équipement d'un client au cloud et visualiser ses données. Le kit est conçu pour permettre aux partenaires de voir la valeur commerciale réelle de la solution IIoT et de déployer une solution de production complète qui répond à tous leurs cas d'utilisation critiques. Un exemple de déploiement de preuve de valeur qu'un partenaire pourrait fournir serait d'aider un client à visualiser des mesures opérationnelles en temps quasi réel et à effectuer une analyse des causes profondes (RCA) de leurs actifs lorsqu'une ligne tombe en panne. Le logiciel du kit sera intégré dans des modèles CloudFormation qui simplifient le processus de déploiement. Il existe deux modes de déploiement: virtuel (pour l'évaluation et la formation) et physique (pour les déploiements réels). Les modèles CloudFormation provisionneront les ressources cloud et généreront les scripts nécessaires pour amorcer les appareils périphériques physiques. Toute la documentation requise pour déployer ce kit sera incluse avec les modèles CloudFormation. Les piles CloudFormation qui lanceront des ressources dans AWS IoT SiteWise, AWS IoT Greengrass, AWS IoT Core, AWS Lambda, Amazon DynamoDB, AWS CloudFormation, Amazon EC2, Amazon S3 et Amazon QuickSight. Vous trouverez ci-dessous une carte de la relation entre les composants du kit IMC et les niveaux ISA 95 et les capacités activées à chaque niveau.

Extension du kit IMC avec des intégrations de solutions partenaires
Le kit IMC a été conçu pour permettre aux partenaires de s'intégrer à leurs propres produits et solutions. Par exemple, un fournisseur de logiciels indépendant (ISV) qui commercialise une application logicielle d'adaptateur de protocole industriel peut souhaiter l'intégrer au kit IMC pour simplifier le processus de création de solutions IIoT en plus des services AWS IoT. Le code source du kit IMC est public afin que les partenaires et les clients puissent avoir accès à l'ensemble du référentiel de code et à la documentation. Les partenaires SI et GSI sont formés pour intégrer leur portefeuille de solutions avec le kit IMC, afin de simplifier le composant de connectivité des machines industrielles de leur architecture.
Expertise en matière de conseil et de déploiement IIoT avec l'écosystème de partenaires AWS
De plus en plus d'entreprises modernisent leurs opérations de fabrication avec AWS. Bien que chaque entreprise soit différente et que certaines se sentent à l'aise pour relever ces défis par elles-mêmes, la plupart des entreprises avec lesquelles nous travaillons recherchent de l'aide. Certaines entreprises n'ont pas une connaissance approfondie de la plate-forme AWS pour concevoir la bonne architecture, n'ont pas suffisamment de ressources pour la mettre en œuvre, n'ont pas l'étendue technologique nécessaire pour s'intégrer à tous leurs systèmes d'entreprise, ont besoin d'aide pour créer des interfaces utilisateur et une expérience attrayantes, ou ne le sont pas. personnel pour faire fonctionner leur solution dans le monde entier 24 heures sur 24.
La solution Connected Factory apporte un écosystème de partenaires à travers le matériel, les logiciels de périphérie, le conseil IIoT, le déploiement et les solutions industrielles qui peuvent aider les clients à créer et à mettre en œuvre des applications. Les partenaires sont importants dans cette transformation – AWS continue de créer un écosystème de fonctionnalités complémentaires pour accélérer les résultats commerciaux des clients. L'écosystème de partenaires illustré dans l'image ci-dessous possède l'expertise nécessaire pour fournir une solution de bout en bout aux clients afin de réduire la complexité de l'IIoT. Ces partenaires exploitent le kit IMC afin de se concentrer sur la différenciation plutôt que sur l'infrastructure nécessaire à leurs solutions IIoT. Cela minimise les risques, réduit les coûts de développement et favorise une différenciation de valeur unique.

Résumé
La solution Connected Factory accélère le parcours de nos clients pour optimiser les opérations, réduire la charge lourde de l'infrastructure et libérer la valeur piégée dans leurs données. Avec cette solution, les clients bénéficient d'une expérience AWS IoT cohérente et sont en mesure de déverrouiller les données pour moderniser leurs opérations de fabrication et accélérer le succès de l'industrie 4.0.
Vous pouvez commencer à utiliser la solution Connected Factory immédiatement en utilisant le code source dans le référentiel Github, ou contacter l'équipe AWS IoT pour en savoir plus sur cette solution et comment vous pouvez l'utiliser pour transformer vos opérations de fabrication.
[1] https://www.mckinsey.com/business-functions/operations/our-insights/manufacturing-analytics-unleashes-productivity-and-profitability
[2] https://media.vw.com/releases/1303

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