Témoignage client

La technologie pouvant mener à un futur énergétiquement neutre existe déjà.

Il suffit à présent de pouvoir la produire à grande échelle. 

Heliatek, premier producteur de masse de films photovoltaïques organiques, utilise un tableau de bord automatisé pour appliquer la maîtrise statistique des procédés à son environnement de production pilote.

Le changement climatique est sans doute le défi le plus urgent que le monde doit relever à l'heure actuelle. Au cœur des plans d'action définis par les Nations unies se trouve l'engagement de mettre fin à la dépendance mondiale à l'égard des combustibles fossiles et de privilégier des solutions énergétiques durables. Le consensus scientifique international soutient depuis longtemps que les efforts visant à atténuer les niveaux désormais alarmants de dioxyde de carbone dans l'atmosphère ne parviendront à des résultats que s'ils sont associés à une capacité d'adaptation. Cela signifie que les gouvernements, entreprises et citoyens du monde entier doivent se reconvertir vers un système énergétique durable. Heureusement, les innovations émergentes rendent cette adaptation tout à fait possible.

La société allemande Heliatek a mis au point un film solaire organique novateur visant à concrétiser l'objectif d'obtenir une électricité 100 % verte en répondant au besoin jusqu'alors non satisfait d'une installation solaire optimisée pour diverses architectures (par exemple, les structures verticales). Heliatek a été fondée en 2006 en tant qu'entreprise dérivée de l'Université technique de Dresde et de l'Université d'Ulm. En 2011, la société a été récompensée du prestigieux Deutscher Zukunftspreis (prix allemand de la technologie et de l'innovation) et, en 2015, elle a reçu le titre de Pionnier de la technologie décerné par le Forum économique mondial.

HeliaSol, produit phare d'Heliatek, est un film solaire non toxique, ultraléger et ultraflexible pouvant recouvrir des surfaces courbes et irrégulières. « Ce qui différencie [HeliaSol] des panneaux photovoltaïques traditionnels, c'est qu'il peut couvrir des segments de marché qui ne sont pas couverts par ces derniers - notamment en raison des charges des bâtiments », explique Torsten Weber, ingénieur en intégration des processus. Grâce à une épaisseur inférieure à 1 mm, HeliaSol offre la possibilité aux architectes d'utiliser toute la surface d'une structure pour y installer un système de production d'énergie solaire. Ce concept innovant rend la neutralité énergétique plus accessible dans l'environnement bâti urbain.  

Du concept à la production à grande échelle

Torsten Weber a rejoint Heliatek en 2017 et fait partie de l'équipe chargée d'optimiser les processus de rendement à l'usine pilote et de production de masse de l'entreprise. L'année 2020 marquant la première étape de production à l'échelle industrielle de l'entreprise, Torsten Weber explique que le transfert de technologie dans sa ligne de fabrication « roll-to-roll » a présenté ses propres défis uniques.

« Notre produit est original et innovant », explique M. Weber. « Cela signifie que nos machines sont également uniques et leur construction est complexe. Par conséquent, nos entrées et nos flux de données sont fortement personnalisés ». Lorsqu'il s'agit d'équipements standard, il est possible de s'appuyer sur des connaissances et une certaine maîtrise statistique acquises par l'expérience de ces processus. Torsten Weber et ses collègues doivent toutefois partir de zéro pour développer leurs connaissances des processus, en surveillant la production pour de multiples paramètres de processus et de machines provenant de différentes sources dans l'usine.

Pour mettre en place un système de maîtrise statistique des processus dans un environnement de production personnalisé, il faut d'abord mener une étude métrologique de toutes les mesures effectuées par l'équipement, explique Weber. Les premières hypothèses quant aux limites d'alerte de l'usine devaient être vérifiées par une combinaison d'expériences et d'essais de référence. Les sorties de données ont ensuite été ajustées afin de générer les données nécessaires pour assurer une bonne maîtrise statistique des processus et écarter les données inutilisables qui ne feraient qu'encombrer l'espace de stockage disponible.

Selon Torsten Weber, une stratégie de données efficace repose non seulement sur une collecte optimale des données, mais aussi sur l'enregistrement soutenu des écarts. Pour améliorer les processus, il faut savoir apprendre des échecs, et chaque événement hors de contrôle aide l'équipe à obtenir plus d'informations sur les limites du processus. Mais l'exécution des processus en dehors des spécifications peut ralentir la mise sur le marché et augmenter les coûts de rebut. Il est donc impératif que ces écarts soient détectés et corrigés rapidement. Pour améliorer les temps de réponse, il fallait trouver une meilleure solution.

C'est ce qui a amené Torsten Weber à utiliser JMP® pour créer un tableau de bord d'alertes personnalisé.

Un outil d'alerte personnalisé pour aider les opérateurs à réagir rapidement en cas de dysfonctionnement des processus 

S'inspirant d'un circuit d'alerte traditionnel, Torsten Weber a utilisé le langage de script de JMP (JSL) afin de concevoir un tableau de bord personnalisé destiné à alerter rapidement les opérateurs de l'usine Heliatek lorsque les taux de dépôt du processus dépassent les spécifications dans un délai donné. « Ça ressemble beaucoup à un tableau d'alerte, mais sans les petits voyants rouges et verts », explique-t-il. « Et avec l'avantage de pouvoir appliquer rapidement les méthodes statistiques disponibles dans JMP. »

Le tableau de bord a été délibérément conçu pour être très visuel, explique Weber, car une bonne visualisation permet aux opérateurs d'identifier en un coup d'œil les processus qui sont hors de contrôle. Le tableau de bord affiche plusieurs paramètres de processus à la fois, un système de codage couleur à l'image de feux tricolores indiquant le statut de fonctionnement de chaque processus. Les données sont mises à jour en boucle continue. Il est ainsi possible de diagnostiquer ou d'anticiper les problèmes à tout moment et en un simple coup d'œil.

Les opérateurs occupés par leurs tâches ne peuvent pas surveiller le tableau de bord en permanence. C'est là qu'entre en jeu l'une des principales caractéristiques du système, à savoir sa capacité à générer des alertes automatiques sous la forme d'e-mails. Lorsqu'un paramètre passe au rouge, indiquant qu'une limite a été dépassée, le système envoie automatiquement un e-mail à une liste de personnes – opérateurs, chefs d'équipe et ingénieurs. En outre, une alternative à la fonction JSL - "Mail()" exécute le transfert des e-mails via le serveur SMTP interne.

Grâce à des scripts simples dans JMP, Torsten Weber peut facilement ajuster les paramètres du tableau de bord pour ajouter des règles et des exceptions au système d'alerte. L'interface graphique du logiciel JMP et la fonctionnalité intégrée de visualisation des données ne sont pas uniquement essentielles au tableau de bord. Elles profitent également à l'équipe d'intégration des processus qui est à présent en mesure d'explorer des événements hors spécifications et à en tirer des enseignements. En outre, les graphiques peuvent être partagés, même avec des non-utilisateurs de JMP, par le biais d'un script HTML personnalisé. Il est ainsi possible de surmonter les problèmes posés par les reliquats de chargement et les compléments de rechargement automatique. 

Une amélioration du rendement de 1 à 5 % dans la phase de production pilote

Depuis son déploiement, le tableau de bord d'alerte créé par Torsten Weber a considérablement réduit le temps de réaction des opérateurs face à des processus hors de contrôle. Plus vite les opérateurs sont alertés d'un problème, plus vite ils sont en mesure de rassembler une équipe pour rechercher une solution, dit-il, ce qui aurait pour conséquence une amélioration du rendement et une réduction des déchets.

Selon Torsten Weber, « le tableau d'alerte a probablement amélioré le rendement de 1 à 5 % dans la phase de production pilote. Cela dépend de la tâche en question, mais d'après une série d'expériences et d'essais, je pense qu'une augmentation de 1 à 5 % est une nette amélioration ».

Il attribue cette réussite en grande partie à la visualisation intuitive : « Grâce à notre tableau d'alerte, vous pouvez très rapidement identifier les paramètres en dysfonctionnement. L'opération reste d'une extrême simplicité, même si vous disposez de plusieurs paramètres. Et cela s'applique tant au tableau d'alerte qu'au Constructeur de graphiques. »

« Nous utilisons le Constructeur de graphiques à la fois pour le tableau d'alerte et pour les autres données que nous voulons analyser afin d'obtenir rapidement une vue d'ensemble grâce aux corrélations ou aux distributions. » C'est ce que Torsten Weber appelle « une visualisation rapide et pratique ». Le traitement des données et l'analyse exploratoire permettent de mieux comprendre les processus et les interactions entre divers paramètres.

JMP®, l'outil incontournable pour la visualisation des données et l'analyse avancée

Une visualisation interactive et conviviale a été l'une des principales considérations ayant influencé la décision de Torsten Weber d'acquérir une licence JMP. « Nous voulions disposer d'un logiciel d'analyse que la plupart des personnes ici [chez Heliatek] pourraient utiliser », dit-il.

Alors que d'autres solutions proposent des fonctions graphiques - auxquelles on aurait pu appliquer des langages de codage open source pour créer un tableau de bord personnalisé - JMP rassemble ces deux fonctionnalités en un seul produit. Et bien que l'équipe de l'usine n'ait pas encore atteint un point où elle peut tirer parti des plans d'expériences, Torsten Weber pense pouvoir commencer à utiliser cette fonction très bientôt.

« JMP est un logiciel vraiment convivial et facile à utiliser, qui offre également des fonctionnalités intéressantes comme les plans d'expériences et toutes les autres analyses statistiques dont je peux avoir besoin », dit-il. « Cet outil n'est pas seulement extrêmement utile. Ce qui le rend fabuleux, c'est de pouvoir y ajouter mes propres codes. Avec JMP, vous disposez d'un logiciel qui vous permet d'analyser les données, mais aussi de créer certaines de vos propres applications à l'aide de scripts. Avec le JSL, on peut apprendre rapidement beaucoup de choses. » 

Tracer la voie vers des applications d'apprentissage approfondi

À mesure que les flux de données et les systèmes de fabrication s'automatisent, Torsten Weber anticipe que le rôle des tableaux de bord et des visualisations de données en boucle continue deviendra encore plus important. Dans peu de temps, Heliatek aura automatisé une plus grande partie de ses processus de données, entièrement ou en partie, et un système numérisé pourrait employer des algorithmes pour apprendre et répondre aux alertes d'événements hors de contrôle.

« Nous entrons dans l'ère de l'optimisation perpétuelle », ajoute-t-il. Et c'est une bonne chose : ce sont les innovations continues d'entreprises pionnières telles qu'Heliatek qui contribuent à trouver une solution à la crise du changement climatique. À mesure que la production de ses films photovoltaïques organiques s'accélère, de plus en plus de bâtiments sont en mesure de devenir totalement neutres sur le plan énergétique.