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Une autre façon de voir votre procédé

Christian Guyard

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- Le système de visualisation de procédés de Curvaceous donne une vision de la qualité de la production en un minimum de temps.

Les processus industriels - en chimie en particulier - relèvent de dizaines voire de centaines de paramètres. Tout le monde connaît ces magnifiques synoptiques de commande avec leurs belles interfaces graphiques. L'opérateur visualise à tout instant températures, pressions, débits, etc. Après une période de formation, il parvient à synthétiser tout cela plus ou moins. Mais tous les opérateurs rêvent d'une représentation simple où un coup d'oeil suffirait à juger de l'état du système, sans crainte d'oublier un paramètre. Une nouvelle méthode de visualisation des procédés dite GPC (geometrical process control soit géométrie à coordonnées parallèles) effectue un grand pas dans ce sens.

Autre point important : la finalité d'un atelier de production n'est pas le contrôle du procédé, mais... de sa production (conformité aux spécifications, rendement, consommations...) ; de même on ne gère pas des alarmes seulement pour des raisons de sécurité mais aussi d'économies (un arrêt intempestif est du temps perdu et des pertes de matière). Le problème est général, qu'il s'agisse de chimie, de biotechnologies, d'agroalimentaire, de composants électroniques, en procédés continus ou discontinus, voire d'activités de terrain comme du forage. Or, mesurer en temps réel un grand nombre de paramètres est une chose ; avoir une vision synthétique de ce qu'ils représentent en termes de qualité effective de la production en est une autre, et cela manque aujourd'hui. Même si la production est conforme aux exigences, comment peut-on savoir si la situation qui a conduit à cette production ne peut pas être améliorée (courbe d'apprentissage) ou présentait un risque (on a frôlé les limites de sécurité) ?

Chaque paramètre est visualisé sur un axe

La méthode GPC répond à cette problématique et donne un coup de vieux au classique SPC (contrôle statistique) et aux méthodes très mathématiques. Toute l'astuce de Robin Brooks et de ses collaborateurs de Curvaceous, la société britannique qui commercialise cette méthode, a été d'imaginer une visualisation de paramètres totalement nouvelle à partir de la théorie de transformation en coordonnées parallèles développée par Alfred Inselberg, chercheur d'IBM.

À première vue, les diagrammes issus du GPC sont un fouillis de segments colorés. En fait, chaque paramètre du procédé est figuré sur un axe vertical. Autant de paramètres, autant d'axes côte à côte. Une condition, toutefois, que les paramètres soient des variables indépendantes. On peut inclure des paramètres externes au procédé (humidité de l'air, direction du vent) s'ils sont pertinents ainsi que des paramètres non instantanés comme des résultats d'analyses a posteriori. Classiquement, on place en tête la date et l'heure, puis des groupes homogènes, pressions, températures, débits, etc.

Dans cette disposition, un point de fonctionnement du procédé à un instant donné devient une ligne polygonale - un ensemble de segments - qui relie la valeur de chacun des paramètres. Ainsi toutes les lignes affichées sur le graphe représentent le fonctionnement sur la durée.

En associant une couleur à toutes les lignes qui correspondent aux bonnes productions (qualité requise), on met en évidence une enveloppe de situations satisfaisantes. Les courbes restantes sautent aux yeux avec leur lot d'informations : tel paramètre influe sur la qualité et se révèle bien plus sensible que l'on pensait (intervalle de variation à réduire) ou l'inverse. Ou bien, on découvre quel paramètre a bien pu impacter le procédé pour que la consommation d'énergie soit aussi forte ce jour-là, etc. En choisissant un intervalle de temps, on verra l'évolution d'un démarrage ou d'un arrêt de production, d'un changement d'équipe. Ce sont donc des opportunités d'économies, de qualité mieux maîtrisée... qui apparaissent en ayant révélé la zone de meilleur fonctionnement du procédé.

L'exploitation des données s'effectue au travers de trois modules à des fins différentes. Le module CRSV (Curvaceous Response Surface Visualiser) est destiné à l'exploitation d'expériences menées lors du développement d'un produit ou d'un procédé. Il permet de mettre en évidence les variables pertinentes, d'arriver plus rapidement aux résultats souhaités donc de réduire des temps de développement.

Le module CVE (Curvaceous Visual Explorer) utilise les données historiques d'un procédé pour mettre en évidence les liens de cause à effet entre des données de procédé et la qualité observée du produit (ou une consommation d'énergie, etc.). De ce point de vue, le GPC s'insère très bien dans la démarche Six Sigma en accélérant l'exploitation des données.

Éviter les arrêts de production injustifiés

Mais l'une des fiertés de Robin Brooks est la possibilité offerte de calculer des seuils pour les valeurs limites d'alarme sur un procédé avec le module CPM (Control Process Modeller). Il ne s'agit pas des alarmes propres à un équipement (pression maximale admissible, débit maximal...) dont le franchissement conduit à un arrêt d'urgence, mais d'alarmes "économiques". Autour d'un point de fonctionnement idéal, on trouve des alertes de fonctionnement puis des alertes d'urgence avant l'arrêt automatique. Fixer le niveau de ces alertes est très empirique. On peut imaginer aussi un autre niveau d'alerte, la déviation, c'est-à-dire quand un paramètre dérive sans mettre en cause dès cet instant la qualité produite, encore moins la sécurité. Et c'est toute la difficulté et l'art de l'opérateur de saisir cela.

Le GPC va permettre deux choses : d'une part de calculer de manière plus fiable les niveaux d'alerte et, d'autre part, de donner une image claire à l'opérateur de l'évolution du point de fonctionnement pour mieux anticiper. Ainsi est définie la zone de meilleure conduite de procédé (best operating zone), visualisée par une sorte de tube sur le graphe, à l'intérieur duquel évolue la ligne instantanée du point de fonctionnement. Il évitera ainsi bien des fausses alarmes et arrêts de production non justifiés. Un avantage apprécié par les opérateurs, dit-on chez Curvaceous, mais aussi bénéfique au taux de marche d'une unité et à la qualité de sa production.

La méthode GPC a été récompensée par l'EPSC, European Process Safety Centre, comme « la plus grande contribution à l'amélioration de la sûreté en conduite de procédé ».

Robin Brooks insiste sur le fait que les mathématiques utilisées dans les représentations sont indépendantes du procédé et ne sont dirigées que par les données utilisées : boulangerie ou raffinerie même "combat", seul compte le résultat ! Là-dedans pas de mathématiques complexes. Les PMI devraient être sensibles à l'argument.

L'ENTREPRISE

- Curvaceous Software a été créé en 1998 par Robin Brooks, ingénieur chimiste qui s'est formé à l'informatique. - Détient les brevets sur la méthode GPC. - Dispose de représentants en Allemagne et en Amérique du Nord.

TROIS POINTS FORTS

- Visualisation instantanée de la situation globale d'un procédé (module CPM) - Détection rapide des possibilités d'amélioration de qualité, de rendement, etc. (module CVE) - Accélération dans la conception par réalisation d'essais (module CRSV)

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