Signalisation visuelle pour une gestion informée des chaines de production

Figure 1 : Le terme de management visuel fait référence à des communications incitant le personnel à agir — à la différence des autres communications visuelles de l'usine destinées à transmettre des informations. Les voyants d'avertissement lumineux comme ceux illustrés signalent la présence d'une condition dangereuse. (Source de l'image : Getty Images)

Figure 2 : Tout comme les feux de signalisation qui gèrent le comportement des conducteurs aux intersections, les équipements de management visuel dans les applications industrielles ont pour but d'inciter le personnel à répondre aux exigences des processus définis. (Source de l'image : Banner Engineering)

Les chaines de production destinées au traitement, au tri, au transport, à l'assemblage et au conditionnement des marchandises comprennent généralement des ensembles d'équipements qui exécutent simultanément des tâches interdépendantes, bien que distinctes. De telles opérations nécessitent l'inclusion de composants pour une production sûre et ininterrompue. Ici, des composants de signalisation visuelle sont essentiels. Ils communiquent rapidement et efficacement les données de la machine et d'autres informations exploitables au personnel de l'usine par le biais de voyants lumineux ou d'autres moyens visuels (souvent avec code couleur) — avec peu ou pas d'instructions écrites.

Également connu dans le contexte de l'automatisation industrielle sous le nom de contrôle visuel, le management visuel soutient la production au plus juste et le rendement des approches d'usines optimisées IIoT. Ce management visuel peut prendre la forme de simples marquages au sol dans l'usine, d'autocollants et d'étiquettes sur les panneaux de communication et les lots de pièces à traiter, de colonnes lumineuses (systèmes Andon) et d'autres dispositifs électroniques lumineux sur les postes de commande ou les machines, de bandes lumineuses sur les bacs de pièces aux postes d'assemblage, et même d'écrans plats montés au plafond pour communiquer les conditions et les instructions en temps réel au personnel de l'usine.

L'objectif principal du management visuel sur les chaines de production est de garantir que tous les processus de production et d'assemblage se déroulent de la manière la plus sûre et la plus efficace possible grâce à la communication opportune et proactive des actions nécessaires de l'opérateur ou du technicien.

Composants de management visuel

Les composants de management visuel dans les installations automatisées remplissent trois fonctions distinctes : transmettre des informations exploitables sur l'état des machines et le statut des processus dans la chaine de production, donner des instructions codées aux opérateurs de machines et aux autres membres du personnel de l'usine, et suivre les performances de la chaîne de production pour prendre des décisions mieux informées au niveau de l'entreprise. Chacune de ces fonctions est associée à des gammes d'outils de management visuel dédiés qui partagent des caractéristiques.

Alarmes visuelles pour le personnel de l'usine

Figure 3 : Les alarmes visuelles s'appuient sur des capteurs qui détectent l'apparition d'événements sur les machines, et sont souvent accompagnées de sirènes sonores. L'illustration montre une alarme piézo LED pour montage sur panneau et mise en réseau CAN via le protocole SAE J1939-15. Les sons de l'alarme sont configurables pour communiquer diverses conditions d'alarme. (Source de l'image : Floyd Bell Inc.)

Les alarmes visuelles sont des voyants LED, des lampes témoins et des dispositifs lumineux qui attirent optiquement l'attention des opérateurs de machines et des responsables d'exploitation — généralement pour les avertir d'un problème très spécifique. Les causes courantes des alarmes incluent les blocages des machines, les surcharges, les surchauffes, les fuites, les chutes de pression, les défauts électriques, l'impédance des fonctions de sécurité et les incendies. Pour les situations particulièrement graves, ces alarmes visuelles sont accompagnées de sirènes sonores.

Par exemple, les alarmes incendie intègrent des capteurs de chaleur et de particules de fumée ainsi que des composants électroniques robustes programmés pour émettre des signaux sonores et clignotants. Dans certains cas, les alarmes sont également reliées à un système de contrôle de haut niveau qui peut ordonner qu'une alarme donnée émette ses alertes les plus visibles si une série d'événements inquiétants se produit.

La plupart des alarmes industrielles se contentent de signaler une erreur, sans donner de détails sur la cause profonde de l'erreur ou sa localisation exacte. Cependant, les alarmes visuelles de grade industriel sont généralement conçues de manière à ce que même un observateur non averti comprenne intuitivement qu'il y a un problème — et les meilleures d'entre elles permettent de comprendre immédiatement la nature du problème. Par exemple, une alarme installée sur une chaine de production peut clignoter ou émettre un signal équivalent lorsque ses capteurs associés détectent un nombre préprogrammé de rejets. Cela permet aux opérateurs de savoir qu'il y a un problème à un point non spécifié du convoyeur ou de la chaîne. Sur d'autres machines, les alarmes visuelles sont programmées pour clignoter selon des schémas programmés — un peu comme les balises des chenaux nautiques pour le trafic maritime — avec des significations codées pour chaque schéma de clignotement.

Indicateurs d'état des machines

Les indicateurs d'état des machines dans les environnements industriels comprennent les compteurs et les jauges auxquels de nombreux ingénieurs pensent lorsqu'ils entendent le mot indicateur. En fait, les indicateurs d'état incluent également d'autres composants d'automatisation, notamment les voyants de panneaux de commande, les colonnes lumineuses et les fonctions IHM qui signalent l'apparition d'un événement sur la machine ou la réponse requise du personnel.

Contrairement aux alarmes qui communiquent exclusivement l'occurrence d'événements dangereux, non routiniers ou d'autres événements interrompant les processus, les indicateurs d'état des machines sont associés à des occurrences ou à des mesures exploitables qui sont normales pour une opération donnée. Par exemple, ils peuvent afficher en temps réel la quantité d'électricité consommée ou de chaleur générée par un processus fonctionnant à une vitesse ou un couple réglable sur l'axe d'un équipement surveillé.

Colonnes d'éclairage et systèmes Andon

Figure 4 : Contrairement aux alarmes et aux indicateurs, les systèmes Andon sont des dispositifs dédiés à une seule condition de la machine. Les colonnes lumineuses Andon sont disponibles dans une variété de diamètres et de nombres d'empilements (couleur de la lumière). Les supports et le pré-câblage aux normes de l'industrie accélèrent l'intégration. (Source de l'image : Menics)

Les systèmes Andon sont des éléments de management visuel courants dans les installations de production modernes. Il s'agit de colonnes lumineuses avec différentes couleurs empilées verticalement. Le terme « Andon » vient d'un mot japonais désignant un type de lanterne fixe. Son utilisation dans le secteur de la fabrication remonte au fait que Toyota utilisait le terme Andon pour désigner les systèmes de signalisation des problèmes basés sur la lumière dans ses premières usines modernes.

Les Andons se distinguent des autres composants de management visuel en ce que chacun d'entre eux est associé à un verrouillage de machine, un bouton d'arrêt ou un dispositif de suivi des opérations donné. La caractéristique la plus remarquable des systèmes Andon est qu'ils permettent au personnel d'arrêter la chaîne de production lorsqu'un problème survient. La fonction première des systèmes Andon est d'informer le personnel à proximité d'un problème sur la chaîne.

Sur une colonne lumineuse Andon, chaque couleur transmet un message répondant aux normes de l'industrie.

• Le vert indique qu'une chaine de production fonctionne et qu'aucun problème n'a été détecté.
• Le jaune indique que la logique de la machine a détecté un problème … bien que la production puisse se poursuivre. Le voyant jaune d'un Andon s'allume généralement lorsqu'il y a une anomalie dans la chaîne de production, comme une température excessive, un manque, un dysfonctionnement de la machine ou un nombre anormal de rejets. Les problèmes qui déclenchent le voyant jaune ne sont pas critiques mais peuvent conduire à des problèmes plus graves s'ils ne sont pas traités.
• Le rouge indique que la production est arrêtée — souvent parce qu'un opérateur a déclenché le verrouillage de la machine ou appuyé sur un bouton d'arrêt d'urgence. Lorsqu'un système Andon détecte ou reçoit une alerte concernant un problème critique exigeant une attention immédiate, le voyant rouge de la colonne Andon s'allume — et le système Andon arrête la production. Si la production s'arrête mais pas via le système Andon (ou s'arrête pour une raison quelconque non détectée par le système Andon), le voyant Andon rouge clignote. La production reste interrompue jusqu'à ce que le problème soit résolu.

Si les colonnes Andon les plus courantes sont composées d'empilements de voyants rouge, jaune et vert, certaines ne comprennent que des voyants rouge et vert. D'autres encore incluent un voyant blanc et un voyant bleu dans la colonne. La signification standard dans l'industrie d'un voyant bleu allumé sur une colonne Andon est une demande d'assistance — que ce soit pour l'approvisionnement en matériaux, le personnel de maintenance ou la direction. Une LED blanche allumée sur une colonne lumineuse Andon communique généralement une condition spécifique à une machine en rapport avec une mesure de productivité contrôlée.

Marquage et signalétique d'usine simplifiés

Figure 5 : La signalétique de sécurité utilise une iconographie normalisée par la National Electrical Manufacturers Association (NEMA), l'American National Standards Institute dans la norme ANSI Z535, et l'Organisation internationale de normalisation dans la norme ISO 7010. (Source de l'image : Getty Images)

Figure 6 : Un management visuel basé sur des signes traditionnels peut garantir la sécurité du personnel de l'usine. (Source de l'image : Clarion Safety Systems)

Le management visuel dans les environnements industriels ne doit pas nécessairement être électronique. Des marquages, des étiquettes et des panneaux traditionnels (de faible technicité) dans et autour des cellules de travail et des machines sont les éléments essentiels d'une usine de production au plus juste bien conçue. Cette signalisation sert à informer et à guider le personnel de l'usine. Par exemple, les marquages au sol peuvent guider les piétons vers des itinéraires sûrs dans les usines de fabrication. Par ailleurs, les étiquettes basées sur des symboles peuvent indiquer de manière claire la position correcte des outils, des pièces à assembler, des axes d'équipement, des barrières de sécurité et d'autres objets.

Le type le plus important de management visuel basé sur la signalétique est celui lié à la sécurité du personnel. Cette signalétique est exigée par la loi partout où il y a des surfaces chaudes, des risques électriques, des sols humides ou un risque d'exposition aux radiations. Les panneaux de sécurité alertent également les travailleurs sur l'équipement de protection individuelle (EPI) requis pour une zone de travail particulière … et sur le fait qu'ils s'approchent de zones interdites au personnel non autorisé. D'autres exemples de signalétique pour le management visuel des chaines de production incluent les étiquettes et les plaquettes en plastique stratifié ou rigide décrivant les mesures à prendre en réponse à un état donné d'une machine ou de l'usine, ou la manière de faire fonctionner un dispositif ou un équipement simple.

Panneaux graphiques et IHM pour KPI

Figure 7 : Les panneaux d'exploitation et d'indicateurs clés de performance dans les usines prennent de plus en plus la forme d'écrans numériques connectés IIoT pour communiquer les performances des cellules de travail individuelles et de l'usine dans son ensemble. (Source de l'image : Getty Images)

Bien que cela dépasse le cadre de cet article, il convient de noter que ces dernières années, les IHM sont de plus en plus utilisées pour transmettre les alertes et les alarmes au niveau des machines. Ces alertes IHM sont des signaux visibles à l'écran qui sont souvent iconisés pour ressembler aux systèmes Andon et dômes physiques avec lesquels le personnel de l'usine est déjà familiarisé.

Pour la communication des données relatives aux valeurs au niveau de l'usine et de l'entreprise (ainsi que des informations sur les performances et la situation actuelle d'une ou plusieurs chaines de production), les panneaux graphiques de l'usine sont standard. Ces panneaux incluent des variantes électroniques et non électroniques.

Les panneaux graphiques non électroniques sont des tableaux blancs et des tableaux d'affichage sur lesquels sont affichées des informations manuscrites et des impressions informatiques de statistiques de production relatives aux taux de rendement des cellules de travail, aux pièces finies et expédiées, aux incidents de sécurité, etc.

Les panneaux graphiques électroniques simples prennent la forme de tableaux d'affichage LED capables d'afficher des chiffres sur des écrans à matrice de points. En revanche, les panneaux graphiques électroniques plus sophistiqués incluent des écrans plats numériques qui se connectent en réseau aux machines et affichent les données en temps réel sur les équipements, l'usine, voire au niveau de l'entreprise. Dans de nombreux cas, la capacité cible et les autres quantités opérationnelles sont comparées à la capacité réelle et aux quantités connexes. Ces valeurs sont appelées indicateurs clés de performance ou KPI — ces indicateurs des taux opérationnels et des mesures d'amélioration servant à la prise de décision au niveau de l'entreprise. Outre les indicateurs clés de performance, les panneaux de management visuel contiennent souvent des statistiques de performances relatives à l'exécution des commandes aux postes de travail, au nombre de pièces produites, aux pannes de machines, au nombre d'heures de fonctionnement sans interruption et au nombre de jours sans accident.

Conclusion

Le management visuel dans le contexte de l'automatisation industrielle comprend des systèmes et des composants de signalisation qui communiquent des instructions non textuelles au personnel de l'usine. En fait, les composants dédiés aux fonctions de management visuel transmettent des informations sur le statut des processus et l'état des machines, ou communiquent des détails exploitables sur les performances et le débit d'une chaine de production. La nature intrinsèquement visible des signes et signaux colorés, lumineux et clignotants est essentielle au succès du management visuel et aux avantages en termes de productivité d'une usine visuelle IIoT.