Mise en service d’une machine spéciale : comment la montée en cadence peut augmenter le rendement de 18 %

Installer une machine spéciale ne signifie pas automatiquement atteindre sa cadence nominale.

Entre le fonctionnement théorique défini pendant les études et une production réellement stable, plusieurs écarts peuvent apparaître : attentes inutiles dans les séquences, réglages de capteurs, mouvements trop conservateurs, défauts intermittents, reprises opérateur, mauvais enchaînement entre équipements ou encore alarmes insuffisamment explicites.

C’est précisément pendant la mise en service et la montée en cadence que ces pertes deviennent visibles.

Dans le cas d’usage présenté ici, l’optimisation progressive d’une machine spéciale a permis d’atteindre 18 % de rendement global supplémentaire, non pas grâce à une modification spectaculaire de l’installation, mais grâce à une succession d’améliorations ciblées sur le fonctionnement réel de la machine.

Pour un responsable de production, un automaticien, un responsable maintenance ou un acheteur industriel, l’enjeu est donc important : la qualité du commissioning influence directement la rentabilité de l’investissement réalisé dans la machine.

Pour découvrir plus largement cette phase projet, consultez également notre guide : sécuriser la mise en service d’une machine industrielle.

Une machine qui fonctionne n’est pas nécessairement une machine performante

C’est une distinction essentielle lors d’une mise en service.

Une machine peut avoir terminé son cycle sans défaut, respecter ses sécurités et produire une pièce conforme… tout en restant nettement en dessous de son potentiel industriel.

Le premier objectif du commissioning est naturellement de faire fonctionner l’installation de manière sûre et conforme.

Mais une fois ce niveau atteint commence une seconde phase souvent beaucoup plus intéressante : faire fonctionner la machine correctement, régulièrement et suffisamment rapidement pour atteindre les objectifs de production.

C’est la mise au point.

À ce stade, quelques secondes perdues peuvent avoir un impact important.

Sur un cycle théorique de 60 secondes, par exemple, 5 secondes d’attente inutile représentent déjà plus de 8 % du temps de cycle. Répétée plusieurs centaines de fois par poste, cette temporisation apparemment anodine devient une perte de capacité industrielle réelle.

L’objectif n’est donc pas simplement de rendre l’automate plus rapide. Il faut comprendre où le process attend réellement et pourquoi.

Le problème initial : une succession de petites pertes plutôt qu’un défaut majeur

Dans le cas étudié, aucun dysfonctionnement unique ne pouvait expliquer la différence de rendement.

La perte de performance provenait de l'accumulation de phénomènes beaucoup plus discrets :

• temporisations conservatrices dans plusieurs étapes du cycle ;

• attente de confirmations capteurs plus longue que nécessaire ;

• petits déséquilibres entre différents postes ;

• redémarrages après défaut trop complexes ;

• micro-arrêts difficiles à interpréter pour les opérateurs ;

• ajustements manuels récurrents ;

• séquences qui s’exécutaient correctement mais de manière non optimale ;

• temps perdu lors des changements de série ;

• manque de visibilité sur l’origine exacte de certaines attentes.

Individuellement, aucun de ces points ne justifiait une modification majeure de la machine.

Additionnés sur plusieurs heures de production, ils réduisaient pourtant fortement son rendement global.

C’est aussi pourquoi le diagnostic d’une installation automatisée doit aller au-delà du simple programme PLC. Capteurs, actionneurs, mécanique, pneumatique, variateurs, communication industrielle, automatisme et comportement opérateur doivent être analysés comme un ensemble.

INOMATEX intervient précisément sur cette approche globale à travers ses prestations d’automatisme industriel, de programmation PLC et de mise en service.

Mise en service d’une machine spéciale : 4 niveaux à distinguer

Une mise en service performante peut être vue comme une succession de quatre niveaux.

1. La machine est-elle sûre ?

Avant de rechercher la cadence, il faut vérifier les conditions indispensables au fonctionnement :

• arrêts d’urgence ;

• protecteurs et accès ;

• interverrouillages ;

• positions de sécurité ;

• sens de rotation ;

• butées ;

• cohérence des capteurs ;

• commandes locales ;

• réactions en cas de perte d’énergie ou de communication.

La performance ne doit jamais être obtenue au détriment de la sécurité.

2. Chaque fonction élémentaire fonctionne-t-elle correctement ?

Moteurs, vannes, vérins, axes, convoyeurs, capteurs et équipements périphériques sont testés séparément.

C’est également à cette étape que sont réalisés les contrôles d’entrées-sorties et la validation des communications entre équipements.

3. Les séquences automatiques sont-elles robustes ?

La machine est ensuite testée en fonctionnement automatique :

condition → action → contrôle → transition → étape suivante.

Les défauts logiques, conditions manquantes, transitions instables et scénarios de reprise deviennent alors visibles.

4. Le cycle est-il performant en conditions de production ?

Ce dernier niveau est celui de la montée en cadence.

La question n’est plus seulement :

« Est-ce que la machine fonctionne ? »

mais :

« Pourquoi cette étape prend-elle 3,8 secondes alors que le process permettrait d’en prendre 2,9 ? »

C’est généralement ici que se trouvent les derniers gains de TRS.

Où se cachent réellement les secondes perdues ?

L’optimisation d’une machine spéciale ne consiste généralement pas à augmenter toutes les vitesses.

Cette approche peut au contraire créer davantage de défauts.

Il faut identifier le chemin critique du cycle, c’est-à-dire les opérations qui déterminent réellement la cadence finale.

Plusieurs sources de perte sont particulièrement fréquentes.

Les temporisations PLC

Une temporisation de sécurité utilisée pendant le développement peut devenir inutile lorsque le retour terrain correspondant est fiable.

Mais supprimer arbitrairement les temporisations est une mauvaise pratique.

L’automaticien doit comprendre pourquoi elles ont été créées et déterminer si elles peuvent être remplacées par une condition process réelle.

Par exemple :

moins pertinent : attendre systématiquement 2 secondes ;

plus robuste : poursuivre le cycle lorsque le vérin est confirmé en position et que la condition suivante est autorisée.

Le cycle devient alors à la fois plus rapide et plus adaptatif.

Les temps d’attente entre équipements

Sur une machine spéciale, plusieurs systèmes doivent souvent travailler ensemble :

PLC, robot, variateur, vision, convoyeur, périphérique de marquage, équipement de contrôle ou système MES.

Un équipement peut être prêt pendant qu’un autre attend encore une validation.

Ces interactions produisent parfois des secondes de latence qui ne sont visibles ni comme panne ni comme alarme.

Pour les identifier, il est utile d’observer précisément :

• l’instant de demande ;

• l’acquittement ;

• l’exécution ;

• le retour d’état ;

• l’autorisation de transition vers l’étape suivante.

Une simple analyse chronologique permet parfois de localiser rapidement le goulot d’étranglement.

Les micro-arrêts : le rendement peut se perdre sans véritable panne

Un arrêt de deux minutes attire immédiatement l’attention.

Un arrêt de quatre secondes répété cinquante fois pendant un poste est beaucoup plus discret.

Pourtant, ces phénomènes représentent plus de trois minutes de production perdue — auxquels s’ajoutent souvent les ralentissements et interventions opérateur qui les accompagnent.

Les micro-arrêts peuvent provenir d’un capteur limite, d’une pièce mal positionnée, d’un convoyeur saturé, d’un handshake incomplet ou d’un timeout trop court.

Ils doivent être comptabilisés et catégorisés, pas simplement réarmés.

Si votre installation rencontre déjà ce type de phénomène, notre article réduire les temps d’arrêt grâce à une analyse d’automatisme détaille la méthode de diagnostic.

L’IHM peut elle aussi améliorer le rendement

La performance d’une machine ne dépend pas uniquement de ce qui se passe dans l’automate.

Lorsqu’un arrêt survient, l’opérateur doit pouvoir comprendre immédiatement :

ce qui bloque → pourquoi → où → quelle action réaliser.

Une alarme comme : « Défaut cycle » apporte très peu d’informations.

Une indication comme : « Cycle bloqué poste 3 — capteur pièce B12 absent après avance vérin » permet déjà d’orienter le diagnostic.

Une bonne interface opérateur réduit le temps nécessaire pour :

• localiser un défaut ;

• reprendre un cycle interrompu ;

• réaliser un changement de série ;

• identifier l’équipement concerné ;

• transmettre une information exploitable à la maintenance.

L’IHM devient ainsi un véritable outil de disponibilité machine.

INOMATEX intervient sur les architectures PLC, HMI, SCADA, réseaux industriels, variateurs et systèmes de contrôle-commande. Vous pouvez consulter le détail de nos compétences en automatisme industriel.

Pourquoi le TRS est plus intéressant que la seule vitesse de cycle

Réduire le temps de cycle ne suffit pas à prouver que la machine est plus productive.

Une augmentation excessive de la vitesse peut provoquer davantage de défauts, de rebuts ou d’arrêts.

C’est pourquoi il est préférable de raisonner en TRS — Taux de Rendement Synthétique, également appelé OEE dans un contexte international.

Il combine trois dimensions :

Disponibilité × Performance × Qualité

Une machine très rapide mais qui s’arrête régulièrement n’est pas performante.

Une machine disponible et rapide mais qui génère trop de pièces non conformes ne l’est pas davantage.

Le travail de mise au point doit donc rechercher le meilleur équilibre global, et non un record ponctuel de vitesse.

Comment les +18 % de rendement ont été obtenus

L’amélioration n’est pas arrivée en une seule modification.

Elle résulte d’une succession de corrections :

Réduction des attentes inutiles

Certaines transitions ont été analysées et réajustées lorsque les conditions réelles du process permettaient d’enchaîner plus rapidement.

Amélioration de la synchronisation

Les échanges entre certains équipements ont été optimisés afin de réduire les périodes pendant lesquelles un poste attendait inutilement le précédent.

Diagnostic des micro-arrêts

Les événements récurrents ont été mieux identifiés afin de distinguer les défauts réellement techniques des problèmes de réglage ou de fonctionnement.

Reprise après défaut simplifiée

Certaines situations obligeaient l’opérateur à recommencer une partie trop importante du cycle.

Une reprise mieux structurée permet de repartir depuis un état maîtrisé sans perdre inutilement la production déjà engagée.

Optimisation progressive de la cadence

Les paramètres ont ensuite été ajustés avec la production réelle afin d’atteindre un compromis stable entre rapidité, répétabilité et qualité.

Au terme de cette montée en cadence, le rendement global constaté était 18 % supérieur à la situation initiale du cas étudié.

Le plus important n’est cependant pas le chiffre lui-même.

La méthode ayant permis de l’obtenir est reproductible sur de nombreuses machines industrielles.

Un gain de quelques secondes peut représenter beaucoup sur une année

Prenons un exemple volontairement simple.

Une machine réalise initialement son cycle en 60 secondes.

Après mise au point, elle réalise le même cycle en 55 secondes, avec une qualité et une disponibilité identiques.

La capacité théorique passe :

de 60 cycles/heure à environ 65 cycles/heure.

Ce sont seulement cinq secondes gagnées.

Mais cela représente environ 9 % de capacité supplémentaire avant même de considérer d’autres gains liés aux micro-arrêts ou changements de série.

Sur une production en 2×8 ou 3×8, l’impact cumulé peut rapidement devenir significatif.

C’est pourquoi une journée supplémentaire consacrée intelligemment à la mise au point peut parfois être plus rentable que plusieurs modifications matérielles réalisées ultérieurement.

Responsable production : les indicateurs à demander pendant le démarrage

Ne demandez pas uniquement si la machine « tourne ».

Demandez également :

• Quel est le temps de cycle réel ?

• Quelle opération constitue le goulot ?

• Combien de micro-arrêts surviennent par heure ?

• Quelles sont les cinq alarmes les plus fréquentes ?

• Combien de temps faut-il pour redémarrer après un défaut ?

• Quel est le temps réel de changement de série ?

• Quelle est la disponibilité machine sur plusieurs heures ?

• La cadence reste-t-elle stable avec différents produits ?

• Quel est le taux de pièces conformes ?

• Quels paramètres limitent encore la cadence ?

Ces indicateurs transforment une impression de fonctionnement en données exploitables.

Automaticien : ne pas optimiser trop tôt

Du point de vue technique, l’ordre des opérations est essentiel.

Modifier simultanément dix paramètres parce qu’une machine est trop lente rend ensuite très difficile l’identification de ce qui a réellement amélioré ou dégradé le comportement.

Une démarche plus efficace consiste à :

mesurer → identifier → modifier → tester → comparer → documenter.

Puis recommencer.

Cette logique permet également de revenir facilement à un réglage antérieur lorsqu’une modification produit un effet secondaire.

Les sauvegardes et versions du programme PLC doivent donc suivre la progression des essais.

Responsable maintenance : penser à l’après-commissioning

Une machine extrêmement optimisée mais impossible à dépanner rapidement devient rapidement un problème pour l’usine.

Pendant la mise au point, il faut donc aussi vérifier :

• la qualité des alarmes ;

• l’accessibilité aux informations de diagnostic ;

• la clarté des états séquentiels ;

• la possibilité de commander les équipements en mode manuel ;

• la visibilité des entrées-sorties ;

• les procédures de reprise ;

• les sauvegardes PLC, HMI et équipements intelligents ;

• la documentation des paramètres importants.

L’objectif n’est pas seulement de livrer une machine rapide aujourd’hui.

Il faut qu’une équipe de maintenance puisse encore comprendre et dépanner cette machine plusieurs années plus tard.

Acheteur ou chef de projet : la mise en service n’est pas une ligne de coût secondaire

Lors d’un investissement dans une machine spéciale, il peut être tentant de réduire le nombre de jours prévus pour la mise au point afin de limiter le budget.

Mais économiser sur cette phase peut déplacer le coût vers l’exploitation.

Une machine livrée trop tôt peut engendrer :

• perte de production ;

• retours successifs du fournisseur ;

• mobilisation de la maintenance ;

• défauts qualité ;

• modifications réalisées dans l’urgence ;

• difficultés à atteindre les performances contractuelles.

La bonne question n’est donc pas uniquement :

« Combien coûte la mise en service ? »

mais plutôt :

« Quel niveau de performance et d’autonomie aurons-nous réellement à la fin de la mise en service ? »

Pour analyser plus largement l’intérêt économique d’un projet, consultez notre guide sur le calcul du ROI d’une automatisation industrielle.

FAT, SAT et montée en cadence : trois objectifs différents

Ces phases sont parfois confondues.

FAT — Factory Acceptance Test

Les essais sont réalisés avant l’installation définitive afin de vérifier les fonctions prévues et réduire le nombre d’inconnues lors de l’arrivée sur site.

SAT — Site Acceptance Test

La machine est testée dans son environnement définitif avec ses interfaces réelles : alimentation, réseaux, équipements périphériques et process.

Montée en cadence

La machine est confrontée à la réalité de la production sur une durée suffisante pour faire apparaître les problèmes intermittents et optimiser le rendement.

Une machine peut donc avoir réussi son FAT et son SAT sans avoir encore atteint sa performance industrielle finale.

Quand faut-il faire intervenir un automaticien spécialisé ?

Une assistance extérieure peut être pertinente lorsque :

• la machine fonctionne mais reste sous sa cadence contractuelle ;

• l’intégrateur ne dispose plus des ressources nécessaires pour poursuivre la mise au point ;

• des défauts intermittents subsistent ;

• le programme PLC doit être analysé ou restructuré ;

• l’équipe interne connaît le process mais manque de temps pour l’optimisation ;

• plusieurs technologies doivent être diagnostiquées simultanément ;

• une mise en service doit être sécurisée dans un délai court ;

• le projet nécessite une présence autonome directement sur site.

INOMATEX accompagne les exploitants, intégrateurs et constructeurs de machines pour la programmation PLC, la mise en service, le diagnostic et l’optimisation de systèmes automatisés en France et à l’international.

Découvrez quelques expériences et réalisations INOMATEX en automatisme et commissioning.

Pour renforcer ponctuellement une équipe projet, vous pouvez également demander un automaticien pour une mission de mise en service ou de programmation.

La performance se construit pendant la mise en service

La mise en service d’une machine spéciale ne devrait pas être considérée comme la simple dernière étape d’un projet.

C’est le moment où toutes les décisions prises pendant les études — mécanique, électrique, automatisme, robotique, instrumentation et exploitation — se rencontrent enfin dans les conditions réelles de production.

C’est également là que deviennent visibles les détails qui séparent une machine qui fonctionne d’une machine réellement performante.

Le cas présenté dans cet article illustre cette différence : en travaillant sur les temps d’attente, les séquences, les micro-arrêts, la synchronisation et l’exploitation de la machine, le rendement global a progressé de 18 %.

Pour un industriel, l’enseignement principal est simple :

avant d’investir dans davantage de matériel, il peut être pertinent de mesurer précisément ce que l’installation existante perd déjà.

Une analyse de quelques secondes par cycle, de quelques défauts récurrents ou de certaines étapes mal synchronisées peut parfois révéler un potentiel de production encore inexploité.

Pour une mise en service, une optimisation de cycle ou un diagnostic d’installation, découvrez les prestations d’automatisme industriel INOMATEX ou contactez directement INOMATEX.