King’s Hawaiian met aux normes les exigences technologiques

Étude de cas

Le réseau commun et la solution Integrated Architecture facilitent l'intégration et le partage des données entre toutes les machines

Étude de cas

Le réseau commun et la solution Integrated Architecture facilitent l'intégration et le partage des données entre toutes les machines

Défi

Créer une infrastructure commune pour les constructeurs de machines pour le premier système de collecte de données centralisé sur un site vierge

Solutions

Contrôle évolutif sur toutes les machines de l'établissement avec la plate-forme de commande Logix
Le réseau EtherNet/IP fournit une structure de communications en temps réel et transparente, de même qu'un environnement de conception unique avec des outils cohérents
La suite logicielle FactoryTalk fournit des données de production riches en graphiques et basées sur des rôles, ainsi qu'un accès à distance à des séries de données chronologiques issues de tous les équipements et sources de données de l'usine

Résultats

Objectifs de délai d'exécution respectés - Conception et livraison d'une usine intégrée avec des délais serrés, une semaine en avance par rapport au planning
Production doublée et capacité augmentée - Capacité renforcée pour produire 81 650 kg supplémentaires de pain par jour, doublant ainsi la production

Contexte

Le côté sucré caractéristique du pain de King's Hawaiian en fait l'un des préférés en Amérique et a alimenté la croissance de l'entreprise. Robert Taira a créé la recette des pains ronds emblématiques il y a 50 ans à Hawaï. L'entreprise de M. Taira, King's Bakery à Honolulu, est devenue une destination prisée des touristes, qui envoyaient souvent du pain à leurs amis et à leur famille.

Face à l'augmentation de la demande de pain King's, M. Taira a déménagé en Californie du Sud avec sa famille et a fait construire un établissement de 2 800 mètres carrés. La popularité de son pain a continué à grandir, de même que les opérations de la famille. Dans les années 90, King's Hawaiian a réalisé une extension de 3 800 mètres carrés pour sa boulangerie de Californie, et en 2004, l'entreprise a construit un établissement automatisé de 14 000 mètres carrés, à proximité du siège social de l'entreprise.

En 2010, King's Hawaiian avait à nouveau atteint le maximum de sa capacité. Son usine et sa boulangerie de Californie fonctionnaient 24 h/24, 7 j/7, et la demande des clients s'étendait à travers le pays. L'entreprise avait également dû agrandir sa ligne de produits, au-delà des pains ronds emblématiques, pour proposer des brioches rondes, des petits roulés et des pains à sandwich.

L'augmentation des prix du gaz et d'autres frais de transport pesant sur le budget de la boulangerie, King's Hawaiian a décidé de construire un nouvel établissement dans l'est des États-Unis. Ainsi, l'entreprise a pu acheminer sa gamme croissante de produits dans les magasins de manière plus rapide et économique.

Défi

King's Hawaiian a décidé de construire un établissement de 11 600 mètres carrés hautement automatisé à Oakwood (Géorgie), avec l'objectif qu'il soit opérationnel dans les 10 mois. Ce délai constituait un défi, surtout compte tenu de la complexité du projet. Les différentes étapes du procédé de cuisson du pain nécessitaient au total 11 machines spécialisées fabriquées par plusieurs équipementiers (OEM), avec une plate-forme de commande et d'information nécessitant un environnement de conception, une interface utilisateur et un modèle d'assistance de fournisseur uniques.

Le délai initial du projet était serré, mais King's Hawaiian voulait répondre à ses besoins sur le long terme concernant l'infrastructure d'informations de l'usine.

« Nous étions une petite entreprise à la gestion familiale ; fabriquer une nouvelle usine à plus de 5 500 km, en Géorgie, était une étape majeure », explique Mike Williams, directeur de l'ingénierie chez King's Hawaiian. « Nous voulions pouvoir surveiller le procédé à distance, depuis la Californie, pour nous assurer que la production respectait les attentes de nos clients. »

King's Hawaiian souhaitait également bénéficier de capacités de collecte de données avancées pour continuer à fabriquer régulièrement des produits de qualité optimale et à renforcer l'efficacité opérationnelle à l'échelle de l'entreprise.

« En tant qu'entreprise, nous n'avons pas effectué beaucoup de rapports ou d'évaluations formels, et les données que nous avons recueillies ont été tout simplement marquées provisoirement », poursuit M. Williams. « Étant donné que nous construisions un nouvel établissement, nous voulions mettre en place l'infrastructure nécessaire pour capturer les informations sur tous les fronts. »

Toutes les opérations sont axées sur le procédé de cuisson. La première étape dans la fabrication du pain Hawaiian est la mesure précise et le mélange des ingrédients secs. Ce mélange est ensuite transféré dans une machine à mélange continu, où les ingrédients liquides sont ajoutés. Une fois mélangée, la pâte passe dans une machine située dans une autre salle, où elle est façonnée en boules, puis placée dans des moules en aluminium permettant de réaliser différents produits. Ensuite, la pâte est transférée dans une autre machine, la boîte à fermentation, où elle lève, puis elle passe au four. Lorsque le pain cuit sort du four, il doit être refroidi sur un long convoyeur avant d'être envoyé à la machine d'emballage, où il est ensuite inspecté et envoyé.

« Avec plus de 11 machines requises pour notre procédé de production, nous ne pouvions pas laisser chaque OEM libre sans spécifications claires et sans une architecture de conception intégrée globale », explique M. Williams. « Si cela avait été le cas, nous aurions dû apprendre à utiliser plusieurs types d'automates et d'IHM, et stocker plusieurs variétés de la même pièce pour les réparations. »

En plus des caractéristiques normalisées, King's Hawaiian recherchait une usine que sa propre équipe pourrait facilement maintenir et dépanner. « Je suis partisan de tout ce qui peut rendre une usine aussi autonome que possible », précise M. Williams.

Solutions

En moins d'un an, l'entreprise a dû spécifier et provisionner l'équipement de plus de sept fournisseurs, l'intégrer et tester sa fiabilité pour respecter un volume de production horaire de 3 600 kg de pain.

M. Williams a travaillé avec son équipe et Bachelor Controls Inc. (BCI), un Rockwell Automation Solution Partner, pour créer une architecture permettant à King's Hawaiian de respecter son objectif à court terme de mettre en marche l'équipement afin d'ouvrir l'usine à temps, tout en préparant la collecte et le partage d'informations dans toute l'entreprise.

« BCI a fortement insisté sur la conception initiale et m'a forcé à être un meilleur client », indique M. Williams. « Ils nous ont posé beaucoup de questions importantes en amont, afin de pouvoir fournir un retour plus fidèle à ce que nous souhaitions réellement, et non à la situation de départ. »

En tant qu'intégrateur sur le projet, BCI a rassemblé les exigences d'automate et d'interface homme machine (IHM) auprès de chaque OEM et écrit une spécification globale normalisée sur le système Rockwell Automation Integrated Architecture™. BCI a ensuite travaillé avec Rockwell Automation pour valider la conception du système.

« Nous voulions établir une configuration commune pour les OEM, afin que tout se connecte facilement et communique bien », explique Rusty Bailey, responsable de la filiale de Memphis de BCI. « Nous avons également compris la vision d'ensemble : King's Hawaiian avait besoin de surveiller son procédé à l'échelle de l'entreprise et de prendre des décisions intelligentes pour améliorer l'efficacité de la production. »

BCI a poussé tous les OEM à utiliser l'automate ControlLogix® Allen-Bradley® doté d'une plate-forme intégrée, pour un mouvement et une commande de machine évolutifs dans un seul environnement de programmation. Cette intégration permet à King's Hawaiian de n'avoir que quelques pièces de rechange à maintenir, tandis que l'ouverture de la plate-forme de commande permet d'assurer une intégration facile avec des composants tiers.

Les spécifications nécessitaient également une approche normalisée du logiciel de visualisation et d'information utilisé sur chaque machine. Le logiciel FactoryTalk® View Site Edition est utilisé sur chaque machine pour simplifier le développement d'applications et la formation, ce qui permet un gain de temps crucial dans un projet aux délais serrés. BCI a spécifié la version Site Edition du logiciel afin de permettre à l'équipe de King's Hawaiian de gérer plus facilement les mises à niveau sur le long terme. Chaque version du logiciel de visualisation s'exécute ensuite sur des PC industriels Allen-Bradley avec un écran tactile séparé et un disque dur SSD pour protéger le système et réduire le nombre de pannes à l'avenir.

Pour les machines d'emballage, BCI a spécifié des automates CompactLogix™ Allen-Bradley et des IHM Allen-Bradley PanelView™ Plus. L'évolutivité du système Integrated Architecture a permis à BCI d'utiliser l'automate le plus petit, qui apporte tous les avantages de la plate-forme de commande Logix, mais avec un facteur formule plus réduit.

Toute l'usine communique via EtherNet/IP™. L'architecture réseau unique a aidé l'entreprise à mettre l'usine en ligne plus rapidement et a diminué le coût total de conception, de développement et de livraisonSM des machines. L'EtherNet/IP permet également aux ingénieurs de King's Hawaiian d'accéder à leurs machines à distance, de diagnostiquer leur état et de les entretenir grâce à deux serveurs VMware redondants situés dans une salle de commande centrale.

« Grâce à la normalisation du système Integrated Architecture, nos employés peuvent désormais passer d'un procédé à l'autre dans l'usine, et utiliser les mêmes logiciels et connaissances pour résoudre tous les problèmes », explique M. Williams. « L'architecture nous permet également de collecter d'importantes quantités de données, aussi bien sur la température des fours et les temps de cuisson que sur les poids pesés et les opérations de maintenance, que nous ne pouvions pas gérer manuellement auparavant. »

Les informations sur la production sont enregistrées, stockées et gérées à l'aide du logiciel FactoryTalk Historian, qui collecte et archive des données chronologiques issues de tous les équipements et sources de données de l'usine. Le logiciel FactoryTalk VantagePoint relie et agrège les informations et produit des tableaux de bord en temps réel, ainsi que des rapports sur le Web, avec un contexte unique de situation et d'historique pour différents utilisateurs. M. Williams et d'autres personnes de l'entreprise peuvent accéder aux données grâce au logiciel FactoryTalk ViewPoint, qui leur permet de surveiller les opérations à distance depuis n'importe quel emplacement bénéficiant d'un accès à Internet.

Résultats

Le nouvel établissement a ouvert en octobre 2011, une semaine avant la date prévue. La production de pain de l'entreprise a immédiatement été doublée.

L'établissement produit les deux produits les plus vendus de l'entreprise : le pain rond emblématique et les brioches rondes par 12. L'usine ayant été construite dans une optique d'extension future, elle pourra accueillir une autre ligne. Sur le long terme, l'entreprise prévoit de produire tous ses types de produits sur le site en Géorgie.

« L'architecture réseau commune nous a permis de rendre cette usine opérationnelle en quelques semaines au lieu de quelques mois », explique M. Williams. « Grâce à la continuité des matériaux, nous pouvons stocker des pièces de rechange que nous connaissons, ce qui réduit la perte de temps de production en cas de panne. Cette usine donne à King's Hawaiian la capacité dont nous avons besoin pour un avenir prévisible. »

La deuxième étape du projet (développer un système centralisé de collecte de données et de commande) a été réalisée dans les mois qui ont suivi le lancement de l'usine. M. Williams et son équipe se concentrent tout d'abord sur l'exploitation de ces nouvelles informations pour établir des normes et paramètres de qualité de produit exacts. Ils se concentreront ensuite sur l'efficacité opérationnelle.

« Nous en sommes encore à la phase de découverte, car c'est la première fois que nous pouvons rassembler des données de toutes les machines et les rendre visibles à l'échelle de l'entreprise », explique M. Williams. « Nous allons étudier les résultats de production et déterminer les indicateurs de performance clés et les moteurs d'activité réels pour King's Hawaiian. »

Une équipe spéciale aidera à déterminer les données les plus importantes des différents départements de l'entreprise, selon M. Williams. « Chaque propriétaire d'entreprise, de la maintenance à la comptabilité en passant par les installations sanitaires, aura un intérêt principal. Il faudra donc du temps pour déterminer les données nécessaires », indique M. Williams. « Nous déterminerons ensuite l'utilité réelle de ces informations. Il s'agit d'un procédé d'apprentissage, mais nous connaissons tous l'objectif final : exploiter les informations pour obtenir la meilleure valeur. »

Publié 1 juin 2013

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