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Pour rester compétitives, les entreprises du secteur manufacturier doivent constamment optimiser leurs process. Dans ce contexte, les outils d'analyse Big Data pour interpréter et exploiter les données de production prennent de plus en plus d'importance. Plusieurs facteurs sont à prendre en considération pour savoir si ces outils doivent faire appel au Cloud.

L'utilisateur disposant d'une solution APROL basée sur le cloud bénéficie d'un maximum de flexibilité et de sécurité.

"Les équipements de production génèrent aujourd'hui des gigaoctets voire des téraoctets de données chaque jour," explique Martin Reichinger, responsable de la Business Unit Process Automation. Depuis bien longtemps, un seul ordinateur ne suffit plus pour stocker et analyser ces données. "De plus en plus d'entreprises optent ainsi pour des solutions à base de données, ou même des clouds privés auto-hébergés."

Le cloud privé implique que l'entreprise dispose non seulement de son propre data center, mais aussi de spécialistes IT pour assurer la disponibilité de l'infrastructure. Ceci peut engendrer des coûts prohibitifs, notamment pour les petites et moyennes entreprises. Du coup, ces dernières se tournent vers les solutions proposées par les grands fournisseurs de services cloud, autrement dit les clouds publics. Cependant, en raison du volume et, dans certains cas, de la sensibilité des données, il vaut mieux éviter de transférer toutes les données vers un cloud public sans filtrage préalable.

Prétraitement des données

La solution consiste à traiter les données de production en amont pour n'envoyer dans le cloud que les données nécessaires. Connue sous le nom d'edge computing, cette technique présente tous les avantages du cloud public (infrastructure IT dimensionnable à souhait, disponibilité des données partout dans le monde, services d'analyse Big Data) tout en minimisant ses inconvénients.

"Avec le système de contrôle de process APROL de B&R, mettre en œuvre ce type de solution est particulièrement simple," explique M. Reichinger. Une instance d'APROL est installée sur un PC industriel local pour prendre en charge le prétraitement et la compression des données. Une deuxième instance est installée et exécutée sur une machine virtuelle dans le cloud pour collecter les données des instances locales d'APROL, peu importe leur nombre. Une entreprise avec 50 sites de production peut ainsi agréger toutes ses données importantes dans un seul et même système. La compression initiale réduit le volume des données à transférer. Pour les données hautement sensibles, il est possible de n'autoriser qu'un stockage local.

Analyse Big Data

"Les outils d'analyse et de reporting intégrés dans APROL, dont les puissants outils de business intelligence, peuvent être utilisés à partir du cloud," souligne M. Reichinger. Les outils de business intelligence offrent une représentation claire et synthétique des résultats d'analyse et délivrent de précieuses informations pour l'optimisation de la production. La base de données peut être aussi interprétée avec les outils de data mining proposés par les fournisseurs de services cloud.

Pour transférer les données des instances locales d'APROL à l'instance du cloud, B&R s'appuie sur le protocole de communication ouvert et indépendant OPC UA. En cas de latences trop importantes ou de qualité médiocre du réseau, il est possible d'utiliser les protocoles AMQP et MQTT pour assurer la bonne transmission des paquets de données OPC UA.

Les résultats d'analyse produits par l'APROL du cloud sont accessibles via les API intégrées d'APROL. Une API RESTful est également disponible pour accéder aux résultats délivrés par les outils de business intelligence intégrés. Il est ainsi possible d’accéder à toutes les informations du système n’importe où dans le monde.

Architecture système optimale

L'architecture de la solution cloud d'APROL permet de réaliser une production interconnectée :

  • Niveau contrôle : à ce niveau, les temps de réponse et les temps d'échantillonnage sont inférieurs à la milliseconde. Ceci permet, par exemple, de mesurer des vibrations mécaniques avec une très grande précision. Ici, les données ne sont stockées que temporairement, avec des volumes qui se chiffrent en kilooctets ou mégaoctets.
  • APROL local : les données sont prétraitées et stockées dans le système APROL local pour des archivages intermédiaires. "Ici, les données d'horodatage sont déjà disponibles," précise M. Reichinger. Selon la puissance de traitement et la capacité de stockage, les données peuvent ici avoir une résolution dans le domaine des microsecondes. "Cela permet d'analyser des données temps réel directement dans le système APROL installé."
  • APROL dans le Cloud : Pour des archivages et des analyses de long terme, il est préférable d'agréger et transférer les données dans le cloud. Les données peuvent y être stockées indéfiniment, et la capacité de stockage y est quasiment sans limites. "Dans le cloud, la résolution temporelle se chiffre en minutes voire en heures," indique M. Reichinger. "Ceci explique pourquoi le cloud n'est pas encore recommandé pour les tâches de contrôle. Les solutions standard actuelles ne permettent d'atteindre ni les temps de réponse, ni les niveaux de disponibilité requis."
L'architecture avec deux instances d'APROL permet de réaliser une production interconnectée.

Equipes de développement géographiquement dispersées

La solution APROL dans le cloud présente aussi un autre avantage : celui de faciliter le développement collaboratif pour une application APROL. "Ceci est particulièrement intéressant lorsque les équipes de développement sont géographiquement dispersées," explique M. Reichinger. APROL supporte nativement l'ingénierie concurrente. Plusieurs équipes peuvent ainsi travailler efficacement en partageant un projet en ligne commun.

Mise en service virtuelle dans le cloud

"Nous pouvons même mettre en service une usine virtuelle complète dans le cloud", indique M. Reichinger. Ceci implique de simuler non seulement un serveur runtime APROL, mais aussi le nombre requis de contrôleurs et, potentiellement, la totalité du process. "Toutes les fonctions ainsi que la viabilité d'une unité de production peuvent être ainsi testées lors d'une mise en service virtuelle virtuelle. Ceci permet d'éviter bon nombres de mauvaises surprises lors d'une mise en service réelle."

Le cloud peut être aussi utilisé pour tester la mise à jour d'un système APROL. B&R fournit à cet effet des images permettant d'installer et utiliser rapidement dans le cloud toutes les releases d'APROL actuellement supportées. "Avec APROL dans le cloud, nos clients peuvent réaliser des économies sur tous les plans : développement, exploitation, et maintenance.

Termes clés

L'edge computing consiste à réaliser un prétraitement décentralisé et un stockage intermédiaire des données avant de les transférer à une entité centrale. Cette approche permet non seulement de réduire les volumes de données à transférer, mais aussi de garantir le fonctionnement d'un système, même en cas de pannes réseau. L'edge computing est considéré comme un prérequis pour l'Internet des Objets.

*APROL est le système de contrôle de B&R. A la différence des systèmes traditionnels, il peut être redimensionné à volonté et également utilisé pour analyser la performance des lignes de fabrication. Il peut être aussi proposé sous forme de packs métiers préconfigurés pour réaliser, par exemple, des systèmes de surveillance énergétique ou conditionnelle moyennant un minimum d'efforts.

*OPC UA est un protocole de communication indépendant pour les applications d'automatisation industrielle. Il est basé sur le principe client-serveur et permet une communication transparente, des capteurs-actionneurs aux systèmes ERP ou au cloud. Le protocole est indépendant de la plateforme et intègre des mécanismes de sécurité. Flexible et complètement indépendant, OPC UA est considéré comme le protocole de communication idéal pour la mise en œuvre de l'Industrie 4.0 et de l'IoT.

*MQTT et AMQP sont des protocoles de messagerie permettant une transmission fiable des paquets de données, même lorsque la connexion réseau est dégradée ou interrompue par intermittences. Le cas échéant, ils enregistrent les paquets de données dans une file d'attente pour les émettre ultérieurement. Les paquets de données OPC UA peuvent être transmis via MQTT et AMQP.

Martin Reichinger

Business Manager Process Automation, B&R

"Toutes les fonctions de reporting et d'analyse d'APROL sont disponibles dans le cloud."

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