Le changement climatique constitue peut-être le défi le plus urgent auquel le monde est confronté aujourd’hui. Au cœur des plans d’action définis par les Nations Unies se trouve l’engagement de mettre fin à la dépendance mondiale aux combustibles fossiles et de se convertir à des solutions énergétiques durables. Le consensus scientifique international estime depuis longtemps que les efforts visant à atténuer les niveaux désormais alarmants de dioxyde de carbone atmosphérique ne réussiront que si et quand ils sont combinés à une adaptation ; les gouvernements, les organisations et les citoyens du monde entier doivent se convertir à l’énergie durable. Heureusement, les innovations émergentes facilitent cette adaptation.
La société allemande Heliatek a développé un film solaire organique pionnier qui fait de l'objectif d'une électricité 100 % verte une réalité en répondant au besoin jusqu'alors non satisfait d'une installation solaire optimisée pour diverses architectures (par exemple verticales). Fondée en 2006 en tant qu'entreprise dérivée de l'Université technique de Dresde et de l'Université d'Ulm, Heliatek a reçu le prestigieux prix allemand du futur en 2011 et a été reconnue par le Forum économique mondial comme pionnier technologique en 2015.
L'innovation clé d'Heliatek, HeliaSol, est un film solaire non toxique, ultra-léger et ultra-flexible, adapté au revêtement de surfaces courbes et irrégulières. « Ce qui différencie [HeliaSol] du photovoltaïque traditionnel, c'est qu'il peut couvrir des segments de marché non couverts par le photovoltaïque traditionnel, notamment en raison des charges des bâtiments », explique Torsten Weber, ingénieur en intégration de processus. Avec moins de 1 mm d'épaisseur, HeliaSol permet aux architectes d'utiliser toute la surface d'une structure pour des activités de production d'énergie solaire. Cette innovation de conception rend la neutralité énergétique plus accessible dans l’environnement bâti urbain.
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Du pilote à la production à grande échelle
Weber, qui a rejoint Heliatek en 2017, fait partie d'une équipe responsable de l'optimisation des processus de rendement dans l'usine pilote et de production de masse de l'entreprise. Alors que 2020 marque la première étape importante de la société en matière de production à l'échelle industrielle, Weber affirme que le transfert de technologie dans son environnement de production rouleau à rouleau personnalisé a entraîné des défis uniques.
« Notre produit est vraiment nouveau et innovant », explique Weber. « Cela signifie que nos machines sont également uniques et difficiles à construire. Ainsi, nos entrées de données et nos flux de données sont fortement personnalisés. Alors que l'équipement standard arriverait avec certaines connaissances héritées des processus et des attentes en matière de contrôle statistique des processus (SPC), Weber et ses collègues partent de zéro pour acquérir des connaissances sur les processus en surveillant la production sur plusieurs paramètres de processus et de machine à partir de différentes sources au sein de l'usine.
L'établissement du SPC pour un environnement de production personnalisé commence par une étude métrologique de toutes les mesures effectuées par l'équipement, explique Weber. Les idées initiales sur les limites d'avertissement de l'usine devaient être vérifiées par une combinaison d'essais et d'expériences de base. Les sorties de données ont ensuite été ajustées pour générer les données nécessaires pour garantir un bon SPC tout en éliminant les données inutilisables qui ne feraient que gaspiller les ressources de stockage.
Selon Weber, une stratégie de données efficace repose non seulement sur une collecte de données optimale, mais également sur un enregistrement assidu des écarts. Apprendre des échecs est un élément clé de l’amélioration des processus, et chaque événement incontrôlable aide l’équipe à en apprendre davantage sur les limites du processus. Mais l’exécution de processus en dehors des spécifications peut ralentir le processus de commercialisation et augmenter les coûts de mise au rebut, ce qui rend impératif de repérer et de corriger rapidement les écarts. Pour améliorer les temps de réponse, une meilleure solution était nécessaire.
C'est pourquoi Weber a créé un tableau de bord d'alerte personnalisé dans JMP®.
Un outil d'alarme personnalisé aide les opérateurs à réagir rapidement aux processus incontrôlables.
S'inspirant d'un circuit imprimé d'alarme traditionnel, Weber a utilisé le langage de script JMP (JSL) pour créer un tableau de bord personnalisé pour l'usine Heliatek qui alerte rapidement les opérateurs lorsque les taux de dépôt du processus dépassent les spécifications dans un délai défini. « C'est proche d'un panneau d'alarme, mais sans tous les petits boutons rouges et verts », explique-t-il. "Et avec l'avantage d'appliquer rapidement les méthodes statistiques proposées par JMP."
Le tableau de bord a été intentionnellement conçu dans un souci de visualisation, explique Weber, car une bonne conception visuelle permet aux opérateurs de comprendre en un coup d'œil quels processus fonctionnent de manière incontrôlable. Le tableau de bord affiche plusieurs paramètres de processus à la fois, chacun étant codé par couleur comme un feu de signalisation pour indiquer le bon fonctionnement des processus. Les données sont mises à jour en boucle continue, ce qui signifie qu'à tout moment, un rapide coup d'œil peut aider à diagnostiquer ou à anticiper les problèmes.
Cependant, comme les opérateurs occupés ne consultent pas toujours le tableau de bord, une caractéristique clé du système est sa capacité à générer des alertes automatisées sous la forme d'un e-mail. Lorsqu'un paramètre devient rouge, indiquant qu'une limite a été dépassée, le système envoie automatiquement un e-mail à une liste de personnes – opérateurs, chefs d'équipe et ingénieurs. De plus, une alternative à la fonction JSL - « Mail() » exécute le transfert du courrier via le serveur SMTP interne.
Grâce à des scripts simples dans JMP, Weber peut facilement ajuster les paramètres du tableau de bord pour créer des règles et des exceptions au système d'alerte. L'interface graphique du logiciel JMP et la fonctionnalité intégrée de visualisation des données sont essentielles non seulement au tableau de bord lui-même, mais également à la capacité de l'équipe d'intégration des processus à explorer et à tirer des leçons des événements hors spécifications. De plus, les graphiques peuvent être partagés même avec des utilisateurs non JMP via un script HTML personnalisé, qui permet également de surmonter les problèmes de chargement et de rechargement automatique des compléments.
Amélioration du rendement de 1 à 5 % dans la production pilote
Depuis son déploiement, le tableau de bord d'alarme de Weber a considérablement réduit le temps de réaction des opérateurs face à des processus incontrôlables. Plus vite les opérateurs reçoivent une alarme, plus vite ils sont en mesure de rassembler les gens pour trouver une solution, dit-il, ce qui a des répercussions sur l'amélioration du rendement et la réduction des rebuts.
« Le panneau d'alarme a probablement amélioré le rendement d'environ 1 à 5 % dans notre production pilote », dit-il. "Cela dépend de la tâche, mais sur la base d'un ensemble d'expériences et d'exécutions, je pense que 1 à 5 % constitue une énorme amélioration."
Ce succès, il l'attribue en grande partie à la visualisation intuitive : « Avec notre tableau d'alarme, vous pouvez rapidement voir quand un paramètre est hors de contrôle. Et même si vous avez plusieurs paramètres, cela reste très simple – pas seulement avec le tableau d'alarmes mais aussi lorsque vous pensez à Graph Builder.
"Nous utilisons Graph Builder à la fois pour le tableau d'alarmes et pour les autres données que nous souhaitons analyser afin d'obtenir un aperçu rapide des corrélations ou des distributions." C'est ce que Weber appelle « une visualisation de données rapide et sale » ; L'analyse des données et l'analyse exploratoire aident à développer une compréhension plus approfondie du processus et de l'interaction avec divers paramètres.
JMP® est un guichet unique pour la visualisation des données et l'analyse avancée
La visualisation interactive et conviviale était l'une des principales considérations dans la décision de Weber d'acquérir une licence pour JMP. Weber déclare : « Nous voulions disposer d'un logiciel d'analyse que la plupart des gens ici [chez Heliatek] pourraient utiliser. »
Alors que d'autres packages offrent des fonctionnalités graphiques (et que des langages de codage open source auraient pu être utilisés pour créer un tableau de bord personnalisé), la beauté de JMP réside dans le fait qu'il offre les deux. Et bien que l'équipe de Weber n'ait pas encore atteint un point dans la vie de l'usine de fabrication où les plans d'expériences (DOE) soient utiles, Weber dit qu'il espère commencer à utiliser cette fonctionnalité très prochainement.
« JMP est un logiciel vraiment attrayant et facile à utiliser, qui possède également des fonctionnalités intéressantes comme DOE et toutes les autres analyses statistiques dont je pourrais avoir besoin », explique-t-il. « Avoir cet outil – et aussi pouvoir coder dans cet outil – est formidable. Dans JMP, vous disposez d'un logiciel dans lequel vous pouvez analyser les données et également créer certaines de vos propres applications avec des scripts. Avec JSL, on peut apprendre rapidement beaucoup de choses.
Ouvrir la voie aux applications d’apprentissage profond
À mesure que les flux de données et les systèmes de fabrication sont de plus en plus automatisés, Weber prévoit un rôle encore plus important pour les tableaux de bord et les visualisations de données en boucle continue. Dans peu de temps, Heliatek verra un plus grand nombre de ses processus de données automatisés, entièrement ou en partie, et un système numérisé pourrait utiliser des algorithmes pour apprendre et répondre aux alertes d'événements incontrôlables.
« Ce sera une histoire d'optimisation sans fin », déclare Weber. Et c'est une bonne chose : les cycles d'innovation continus dans des entreprises pionnières comme Heliatek contribuent à résoudre la crise climatique. À mesure que la production de son film solaire organique s’accélère, de plus en plus de bâtiments peuvent devenir totalement neutres en énergie.
