Utilisation d'Opcenter APS pour augmenter de 25 % la capacité d'une installation de test de turbines à gaz

Test des performances réelles

La sécurité constitue une priorité dans les installations de turbines à gaz de Siemens Energy. Au cours du processus de fabrication, les aubes des turbines sont examinées et pesées avant d'être placées stratégiquement sur les côtés opposés des aubes ayant un poids similaire. Une seule aube peut générer la puissance d'un moteur de voiture de deux litres. Même un léger déséquilibre pourrait ainsi être amplifié par la très grande vitesse générée pour les tests d'assemblage des rotors. C'est l'une des nombreuses mesures de sécurité mises en œuvre dans l'installation de test de Lincoln (Royaume-Uni).

Adrian Toyne est le responsable des opérations d'assemblage et de test des composants principaux chez Siemens Energy. Il gère à la fois l'équipe, l'équipement et les installations. Ces dernières comprennent huit bancs de test, utilisés pour analyser la fiabilité des moteurs neufs et rénovés. "Notre travail est assez direct et tout est lié à l'atelier. Comme les tests représentent la dernière étape avant la livraison au client, le service des tests est souvent le dernier à être pris en compte. Nous devons simplement répondre à la demande et aider l'entreprise à respecter ses engagements et les délais", détaille M. Toyne.

Gestion d'un environnement complexe

Le site fabrique entre 130 et 140 turbines chaque année. Malgré ce faible volume de sortie, le défi réside dans la planification de toutes les ressources et activités de test. Le service des tests est confronté à un large éventail de contraintes, notamment la capacité variable des machines et la disponibilité des installateurs et des ingénieurs possédant les compétences requises. Les tests et les analyses doivent être effectués dans un environnement rigoureux pouvant conduire à des essais en présence du client.

"Nous utilisons du gaz combustible à haute pression, donc nous devons tout gérer de manière hautement contrôlée. Nous disposons d'un certain nombre de systèmes présentant des restrictions spécifiques. Par exemple, l'approvisionnement en gaz combustible dans notre pipeline fixe est limité, tout comme la capacité de nos réservoirs de carburant liquide. Nous disposons d'un système pour acheminer de l'eau et d'un autre avec une capacité différente pour refroidir l'eau que nous utilisons. Notre objectif est d'avoir recours à l'électricité pendant les heures creuses et nous devons répondre à des exigences strictes en matière de bruit et d'émissions. Toutes ces options permettent d'envisager la planification de nombreuses façons différentes", déclare Adrian Toyne.

Après avoir été embauché, Adrian Toyne a identifié un manque de planification détaillée et avancée au sein de l'installation de test. "Avec moins de 200 tests unitaires par an, une feuille de calcul serait en théorie suffisante pour la planification. Cependant, notre modèle est très complexe. Le système de refroidissement d'origine, par exemple, comportait deux tours de refroidissement distinctes et plusieurs conduites d'eau, alimentées par deux pompes différentes. Seules deux de ces conduites d'eau pouvaient être utilisées simultanément. Les chances de trouver la réponse la plus efficace en ayant recours à une feuille de calcul sont faibles", explique M. Toyne.

Augmentation de la fiabilité et de la rigueur

La priorité était ensuite de rechercher un outil capable de souligner les contraintes et d'identifier les opportunités. Adrian Toyne a ainsi déployé le logiciel Opcenter™ Advanced Planning and Scheduling (APS), qui fait partie de la plateforme commerciale de logiciels, de matériel et de services Siemens Xcelerator. Elle a été mise en place en 2016, après une collaboration entre une équipe technique de Siemens, Adrian Toyne et ses collègues pour entrer toutes les contraintes sous forme de paramètres et élaborer des algorithmes. Ils ont pu digitaliser efficacement les opérations du service et obtenir des réponses en appuyant simplement sur un bouton.

"Beaucoup de données sont à prendre en compte lors de l'installation d'un système Opcenter APS", constate M. Toyne. "Le système exige des détails spécifiques et signale toute information que nous n'avons pas fournie. En retour, Opcenter APS fournit un haut niveau de rigueur dans la planification, ainsi qu'une interface intuitive qui offre des rapports visuels complets et pourtant faciles à lire."

Gestion des ressources et des restrictions

"Opcenter APS nous a d'abord montré que nous manquions de personnel," explique M. Toyne. "Nous avions supposé que le frein venait d'un manque d'autres ressources, mais le décalage est apparu lorsque le système a fait correspondre le personnel disponible et les plans. Le système a révélé précisément le type de personnes qualifiées dont nous avions besoin. Nous n'aurions pas trouvé ce niveau de détail sans Opcenter APS."

Peu de temps après, le système a identifié que le refroidissement par eau était une contrainte trop importante et que l'entreprise avait besoin d'une troisième tour de refroidissement. "C'était clair comme du cristal," ajoute Adrian Toyne. "Nous avons obtenu une réponse quantifiable qui a confirmé ce que nous aurions seulement deviné auparavant.

Opcenter APS a su démontrer l'incidence des modifications potentielles en révélant des éléments distincts du même puzzle et en nous libérant pour que nous puissions apporter ces modifications en toute confiance. L'analyse de rentabilisation concernant une tour de refroidissement supplémentaire était claire comme du cristal. On nous a donné le feu vert pour en construire une et maximiser la capacité."

Le système a également permis de mieux appréhender les émissions. M. Toyne analyse : "Lors de la combustion du gaz ou du liquide dans la turbine à gaz, il existe des points où les émissions sont très propres et peuvent être facilement calculées. Ailleurs, lorsqu'une turbine passe par des points de transition spécifiques, il est particulièrement important de mesurer la sortie et de s'assurer qu'elle répond aux normes d'émission. Notre capacité à comprendre les gaz d'échappement et la composition de ces émissions était auparavant limitée. Nous ne pouvions effectuer que trois tests maximum à la fois. Après trois tests, nous devions prendre des décisions quant à quels tests consulter et sur quel équipement. Désormais, grâce à une gestion efficace de notre planification effectuée par Opcenter APS, nous pouvons consulter précisément une gamme de tests pour maintenir les émissions aussi propres que possible."

Amélioration de la productivité

Lorsque Opcenter APS a été installé, l'objectif initial était de faire face au niveau de demande du côté de la fabrication et de la maintenance, qui rénove les moteurs pour qu'ils soient prêts à remplacer ceux des clients. "Nous produisions environ trois turbines à gaz par semaine et nous avions pris un retard de 30 moteurs sur une année," révèle M. Toyne. "Au cours des deux dernières années, nous n'avons pas connu de retard et nous sommes en mesure de gérer la demande, même si elle a probablement augmenté. L'année prochaine, la production s'élèvera à quatre moteurs par semaine, soit une augmentation de 25 %."

Une meilleure gestion a introduit des avantages dans l'ensemble de l'entreprise. La maintenance possède davantage d'unités de remplacement facilement disponibles et chaque étape du compte à rebours jusqu'à la livraison est respectée. Le système fournit des données extrêmement spécifiques sur le calendrier futur. Auparavant, les clients envoyaient des ingénieurs du monde entier pour assister aux tests au sein de l'installation de Lincoln. En règle générale, un préavis de deux à quatre semaines est requis. Assister aux tests à distance est désormais une option privilégiée proposée aux clients. Cela nécessite également une planification pour s'assurer que les ingénieurs peuvent se connecter en ligne à une date et à une heure particulières.

Le système offre également la possibilité de tester des scénarios hypothétiques, tels que la désactivation d'une contrainte individuelle pour révéler son influence. Lors d'une simulation d'augmentation de la demande, le système met en évidence toutes les implications associées et identifie les actions requises pour maintenir la productivité.

Un outil stratégique gagner en efficacité

Adrian Toyne note qu'il n'avait jamais envisagé d'utiliser fréquemment Opcenter APS : "Nous en avons besoin pour fournir des réponses stratégiques clés à utiliser en complément de nos outils de planification existants. Cet outil est primordial pour notre opération et la sortie du système influence nos activités au quotidien. Il identifie quand les contraintes sont relativement mineures. Nous pouvons également voir quand il n'y aura aucune différence en dépit des efforts, à moins d'un changement majeur dans les équipements ou les ressources. À ce stade, nous pouvons utiliser différentes approches pour explorer véritablement s'il existe un moyen de contourner les difficultés."

Le service des tests en est à présent arrivé au point où le système réserve également une partie de sa capacité aux demandes de dernière minute. "S'il y a une commande urgente, nous pouvons rapidement réorganiser les entrées, puis le système indiquera en quelques minutes à l'entreprise si elle peut la gérer, et comment", déclare M. Toyne. "Nous avons constaté qu'il faut d'abord entraîner le système pour pouvoir ensuite lui faire confiance. L'avantage, c'est que nous pouvons alors parler de données réelles et fiables."

Suite au succès d'Opcenter APS, le système a été proposé pour une autre mise en œuvre sur site, qui gère la sortie de fabrication à haut volume dans d'autres zones de l'usine.