Rationaliser la production d'agent de protection des cultures grâce à la continuité numérique

Des performances de pointe

L'agriculture a toujours été complexe en raison de l'imprévisibilité des conditions météorologiques, de la lutte contre les parasites et les mauvaises herbes, de l'évolution des prix du marché et de la rareté des ressources naturelles. Aujourd'hui, les producteurs du monde entier dépendent d'outils sûrs et fiables pour lutter contre les maladies. Les fongicides innovants et ultra-efficaces sont essentiels pour gérer durablement les maladies fongiques tout en garantissant une bonne qualité et de bons rendements.

En tant qu'entreprise leader dans le secteur de la protection des cultures, BASF est un partenaire fiable des agriculteurs depuis plus de 100 ans. Le portefeuille de BASF comprend des semences et des traits végétaux spécifiquement sélectionnés, des protections chimiques et biologiques des cultures, des solutions pour la gestion des sols, la santé des plantes, la lutte contre les parasites et l'agriculture numérique.

Le siège social de BASF se trouve à Ludwigshafen, en Allemagne, où l'entreprise exploite plus de 200 de ses sites de production mondiaux, produisant des milliers de produits commerciaux pour différentes applications. Parmi eux, on trouve le Xemium®, un fongicide actif et respectueux de l'environnement qui combine une activité intrinsèque élevée contre toute une gamme de champignons et une mobilité unique dans la plante entière. Il protège les cultures et améliore les rendements, ce qui aide les producteurs à combiner rentabilité et protection de l'environnement.

La production de Xemium fonctionne 24 heures sur 24, 365 jours par an. Elle implique des processus continus et discontinus ainsi que des analyses de laboratoire pour le contrôle qualité et le conditionnement en fin de chaîne.

Des informations isolées dans des mondes à part

BASF traite et conditionne le Xemium et d'autres produits connexes dans son usine de production qui fonctionne 24 h/24 et 7 j/7. Cela implique des processus continus et discontinus, les cycles de production discontinus s'étendant sur plusieurs jours. À la fin des lignes, le produit est placé dans de grands sacs et est expédié vers d'autres installations de production pour un traitement ultérieur.

L'équipe de BASF utilise un processus entièrement autonome pour produire le Xemium depuis que l'usine a été mise en service en 2010. Toutes les parties de l'usine, ainsi que les usines en amont, sont contrôlées à l'aide de la suite SIMATIC®, qui comprend le système de contrôle des processus SIMATIC PCS 7 et le progiciel SIMATIC BATCH pour automatiser efficacement les processus discontinus.

Les activités de contrôle qualité au cours de la fabrication consistent à prélever des échantillons et à effectuer des analyses dans un laboratoire sur site. L'équipe avait installé le logiciel de contrôle et d'acquisition de données (SCADA) SIMATIC WinCC V7 pour l'aider à rationaliser son processus de contrôle qualité.

BASF utilise un logiciel de planification des ressources d'entreprise (ERP) pour créer des ordres de fabrication et des recettes de contrôle pour l'usine de production d'agent de protection des cultures. Jusqu'à récemment, il n'y avait aucune connexion entre les systèmes. Le système SCADA du laboratoire était également isolé du paysage logiciel environnant.

L'équipe devait donc imprimer et saisir manuellement les ordres de fabrication et les recettes de contrôle à l'aide de l'interface homme-machine (IHM) du système de contrôle. Ce processus impliquait souvent des calculs de conversion à l'aide d'outils génériques tels que des tableurs et des calculatrices de poche. Les superviseurs devaient saisir manuellement les informations sur les lots finis et les rapports de qualité dans le système ERP. Comme les listes de contrôle pour les emballages, ces rapports étaient en format papier.

Opcenter Execution Process agit comme un hub d'information entre le logiciel ERP et le système d'automatisation des processus. Il communique également avec le système de gestion des informations de laboratoire et avec les dispositifs sans-fil portatifs pour l'échantillonnage, le suivi des matériaux et le conditionnement.

Combler le fossé numérique

"Ce transport de données biomécanique, avec ses procédures manuelles, prenait beaucoup de temps et créait un surcroît de travail bureaucratique pour le personnel hautement qualifié", explique Maximilian Hierold, responsable des opérations de projet chez BASF. "Il était également sujet aux erreurs, ce qui signifie qu'il présentait un potentiel élevé de déviations de processus, en raison des flux de travail individuels des opérateurs."

Le retard dans la saisie des rapports de qualité empêchait l'usine de réagir aux déviations de processus. Pour simplifier la gestion, l'usine produisait toutes les matières premières en utilisant des lots standard. Les processus discontinus présentaient également un manque de traçabilité au niveau des matières premières consommées. "Comme les produits emballés n'étaient collectés qu'en journée, et que les jours ouvrables habituels, une planification précise et très anticipée de la production était nécessaire pour éviter que l'entrepôt de sortie ne déborde", explique Dr Moritz Hofherr, ingénieur en automatisation chez BASF.

Les experts en automatisation des processus de BASF ont eu l'idée d'accroître l'efficacité de la production en introduisant l'intégration verticale des systèmes logiciels jusqu'alors séparés dans le cadre d'un effort de transformation numérique à l'échelle de l'entreprise. Lors d'une étude préliminaire, ils ont comparé des concepts de solution possibles centrés sur le système d'exécution de la fabrication (MES) : le lien manquant entre SIMATIC BATCH et le logiciel ERP. Sur la base de ces concepts, ils ont lancé un appel d'offres pour proposer de nouvelles solutions.

L'offre retenue proposait d'utiliser le logiciel Opcenter™, un portefeuille harmonisé et holistique de fonctionnalités de gestion des opérations de fabrication (MOM) pour la planification et la programmation avancées (APS), l'exécution de la fabrication, la gestion de la qualité, l'intelligence et les performances de fabrication, la gestion des formulations, des spécifications et du laboratoire. Opcenter et SIMATIC font partie de Xcelerator, un portefeuille complet et intégré de logiciels et de services de Siemens Digital Industries Software. Opcenter Execution Process a aidé l'équipe à créer une couche de middlewares pour combler le fossé numérique entre les systèmes existants.

Les scanners portatifs dotés d'une interface utilisateur graphique personnalisée prennent en charge les processus nécessitant une acquisition manuelle des données, comme le prélèvement d'échantillons ou l'enregistrement de la consommation de consommables.

Digitalisation de bout en bout

Anciennement connu sous le nom de SIMATIC IT Unified Architecture Process Industries, Opcenter Execution Process est le MES de Siemens pour l'industrie des produits de grande consommation, l'industrie agro-alimentaire et l'industrie chimique. Basé sur une approche utilisant des plateformes et des applications de pointe, Siemens Opcenter Execution Process permet aux entreprises de gagner en efficacité et en flexibilité au niveau de la fabrication sans faire de compromis sur la qualité.

Siemens a contribué à la coordination d'une équipe de projet de BASF afin de fournir des connaissances techniques et de processus et d'obtenir la meilleure acceptation possible de la part des utilisateurs. Siemens a développé une solution intégrée complète qui a permis à l'équipe de relier les technologies opérationnelles (OT) aux technologies de l'information (IT) afin de construire un jumeau numérique complet de l'usine de production.

Opcenter Execution Process, élément central de la solution numérique de production, a permis à l'équipe de créer un pôle d'information qui transforme les ordres de traitement qu'elle reçoit du logiciel ERP en recettes de contrôle qu'elle transfère au système d'automatisation des processus. L'équipe a également exploité le logiciel pour envoyer des matériaux ou des messages de confirmation de statut au logiciel ERP.

Grâce à Opcenter, elle a créé un MES qui, de manière autonome, crée et envoie des demandes d'échantillonnage au système de gestion des informations de laboratoire (LIMS) et renvoie les résultats d'analyse du LIMS au système de traitement par lots. L'utilisation de scanners portatifs dotés d'une interface utilisateur graphique (GUI) personnalisée prend en charge les processus nécessitant une acquisition manuelle des données, comme le prélèvement d'échantillons ou l'enregistrement de la consommation de consommables.

Opcenter Execution Process a aidé l'équipe à obtenir une couverture numérique de l'ensemble du processus de production, y compris l'emballage en fin de ligne. Les collaborateurs utilisent des scanners portatifs pour traiter les listes de contrôle. À partir de ces entrées, le MES déclenche également les processus d'expédition dans le système ERP, y compris l'impression des étiquettes pour les conteneurs.

"L'intégration verticale a permis de combler le fossé numérique entre nos systèmes logiciels techniques et commerciaux", explique M. Hofherr. "Opcenter Execution Process nous a permis d'établir une continuité numérique dans l'ensemble du processus de production de ce fongicide conçu pour promouvoir une agriculture durable à haut rendement."

En associant Opcenter à diverses actions (modifications de la définition des recettes, par exemple), cette solution a permis de dégager des avantages considérables, notamment en termes d'efficacité de la production. Toutes les saisies manuelles de données, ainsi que les erreurs et délais associés, ont été éliminées. La cohérence des données qui en résulte offre une transparence totale de la production et facilite les réactions de contrôle rapides de l'usine, ce qui améliore la stabilité du processus et la qualité du produit. "La digitalisation de bout en bout a permis de réduire le temps de production par lots de 5 à 10 %", affirme M. Hierold. "En outre, cela a soulagé nos superviseurs de production de cinq jours par mois d'activités administratives secondaires."

La digitalisation a également été essentielle au succès de la mise en œuvre du système pendant la pandémie de COVID-19. Il a fallu recourir à des méthodes à distance pour tous les travaux d'installation du logiciel, les tests, la formation et la mise en service. "Les experts de Siemens impliqués dans ce projet collaboratif ont mis à profit leurs compétences de pointe pour assurer sa réalisation et répondre à nos attentes," explique M. Hierold. "Suite à ce succès, des projets similaires basés sur Opcenter pour l'intégration verticale sont en cours chez BASF."

À la fin de la ligne, le produit est placé dans de grands sacs pour être expédié vers d'autres installations de production pour un traitement ultérieur. Ce processus est facilité par le remplissage de listes de contrôle à l'aide de scanners portatifs pour l'entrée.