Mesures.AspenTech est spécialiste en solutions logicielles dédiées à l'optimisation des opérations des industries de transformation, notamment dans les secteurs de l'énergie et de la chimie. Ruben Gil, pouvez-vous nous expliquer la spécificité de l'industrie de la chimie par rapport à cette problématique?

Ruben Gil. L'industrie chimique est de plus en plus complexe.Au niveau stratégique, les portefeuilles de produits augmentent. La mondialisation offre des opportunités dans les pays émergents.Au niveau opérationnel, les entreprises font davantage d'efforts pour optimiser l'efficacité de leurs processus, réduire leurs coûts et améliorer leur agilité opérationnelle ainsi que leurs marges. Une usine chimique intégrée de taille moyenne fabrique des produits d'une valeur allant de 5 à 10 millions de dollars par jour. Elle achète des matières premières, des fourni-tures et de l'énergie qui représentent environ 75 % de la valeur produite. En moyenne, la chaîne logistique sur laquelle s'appuient une usine et son service commercial équivaut à soixante jours de production, ce qui peut immobiliser des centaines de millions de dollars de fonds de roulement. Par conséquent, la bonne gestion d'une entreprise nécessite de prendre des décisions d'achat pertinentes au moment opportun et de savoir quel équipement utiliser, quand produire, quels produits vendre et à quel moment.

Mesures. Quels sont les objectifs de cette industrie par rapport à l'optimisation de la chaîne logistique?

Ruben Gil. Face à cette complexité, les fabricants de produits chimiques doivent être en mesure d'adapter leur stratégie en tenant compte du marché, de la demande et de la volatilité de l'offre, tout en privilégiant l'efficacité, la réactivité et l'agilité de la chaîne logistique. En optant pour une chaîne logistique pilotée par la demande, où la prise de décision est fondée sur la rentabilité de la réponse à la demande, les entreprises peuvent atteindre certains objectifs, à commencer par l'amélioration de la satisfaction client. En effet, pour les fabricants de produits chimiques, la mesure de la satisfaction du client ou de la qualité du service client repose souvent sur la livraison du bon produit au bon moment dans la quantité demandée. Il est indispensable d'améliorer la précision de la prévision et de propager cet indicateur de la demande qui pilote les fonctions de planification et d'ordonnancement pour assurer la qualité du service client.Autre objectif à atteindre: la réduction des stocks. Les fabricants de produits chimiques qui maîtrisent cette complexité et adoptent une stratégie pilotée par la demande sont ainsi en mesure d'optimiser le niveau des stocks et de réduire ou d'éliminer les stocks tampons (souvent utilisés pour maintenir la qualité du service client et se prémunir contre le risque de rupture de stock). Bien évidemment, la réduction des coûts est un autre objectif auquel les industriels de la chimie ne peuvent se soustraire. Les domaines potentiels de réduction des coûts concernent, entre autres, les achats, les fonds de roulement, le stockage, la distribution, l'expédition et la main-d'œuvre. Dans l'industrie chimique, le coût des matières premières varie en fonction du marché et peut reposer sur des prix contractuels préétablis. Il est plus facile de réduire les coûts dans d'autres domaines en améliorant la prévision, la planification et l'ordonnancement d'une chaîne logistique complexe. Par exemple, il est possible d'éliminer les coûts d'expédition en urgence pour respecter une date de livraison si le gestionnaire de production a une meilleure visibilité sur la disponibilité du produit. Enfin, l'agilité de l'entreprise est également un objectif important. Il s'agit ici de sa capacité, ô combien précieuse, à répondre rapidement, et de manière rentable, à un imprévu (nouvelle commande, défaillance d'un équipement, pénurie de matières premières, contraintes de main-d'œuvre, etc.). Avec une chaîne logistique globale bien structurée, rentable et agile, il est plus facile de savoir où créer de la valeur dans la chaîne.

Mesures. En termes de logistique, les bonnes pratiques ne semblent pas toujours de mise dans l'industrie chimique. Le potentiel d'amélioration est par conséquent particulièrement important.

RubenGil. Effectivement.En ce qui concerne la chaîne logistique pilotée par la demande, deux bonnes pratiques permettent aux fabricants de produits chimiques de mieux surmonter la complexité de leur chaîne logistique : la planification industrielle et commerciale d'une part, l'ordonnancement dynamique d'autre part. La mise en œuvre de cette stratégie permet d'améliorer les résultats, amélioration qui se traduit par des millions de dollars de chiffre d'affaires supplémentaire. Cependant, les fabricants de produits chimiques continuent à utiliser des feuilles de calcul pour gérer certains aspects de leur chaîne logistique, plutôt qu'un logiciel de modélisation de chaîne logistique avancé spécialement conçu pour les industries de process. En conséquence, les planificateurs et les gestionnaires de production doivent collecter manuellement des données et les manipuler, ce qui augmente le risque d'erreur humaine. Le problème du cloisonnement des processus et des méthodes de travail est un autre facteur d'inefficacité et l'absence d'intégration se traduit par un alignement insuffisant des départements,ce qui crée des retards et un manque de visibilité. En outre, en l'absence de processus de planification industrielle et commerciale, les entreprises ont des difficultés à aligner l'offre sur la demande de manière rentable.

Mesures.Quels rôles prennent les logiciels dans ce contexte précis?

Ruben Gil et Nicholas Brownrigg (AspenTech) Fort de 30 ans d'expérience dans le conseil en stratégie IT pour les opérations de production dans l'industrie de procédés, RubenGil est actuellement directeur des activités de conseil d'AspenTech Europe. Dans le cadre de ses fonctions, il accompagne les entreprises qui souhaitent améliorer leur performance en ingénierie, production et vente grâce à un meilleur usage des solutions technologiques. Il possède une expérience étendue dans différents segments de l'industrie des procédés, parmi lesquels figurent la pharmacie, la chimie, la pétrochimie et les biens de consommation. Avant de rejoindre AspenTech, Ruben Gil a passé 14 ans chez Honeywell où il a occupé différents postes dédiés à l'implémentation, au développement et au marketing des systèmes de fabrication. Pendant cette période, Ruben Gil a joué un rôle au sein de différents comités de standardisation IT de la fabrication (ISA S88 et S95 par exemple). Il est aussi cofondateur de l' European Batch Forum Association . M. Gil est diplômé en Sciences of Management de l'université de Boston. DR Nicholas Brownrigg , quant à lui, est responsable de la gestion de l'énergie chez AspenTech. Expert en ingénierie chimique, il oriente les clients d'AspenTech des industries pétrolière, gazière ou pétrochimique, vers les façons de relever des challenges opérationnels grâce à des solutions d'ingénierie qui mettent l'accent sur la sécurité, la dynamique et l'analyse énergétique. M. Brownrigg est diplômé en ingénierie chimique de l'université du Missouri où il a mené à bien des recherches sur les méthodes de design de procédés et sur la production de charbon nanotube. DR

Ruben Gil. Les logiciels sont essentiels. Car lorsqu'elles disposent de processus et de logiciels appropriés, les entreprises peuvent créer de la valeur et modéliser avec précision les contraintes opérationnelles et commerciales complexes. De nombreux fabricants de produits chimiques ont par exemple adopté la suite intégrée aspenONE Supply Chain Management d'AspenTech pour prendre en charge leur processus de planification industrielle et commerciale. Aspen Collaborative Demand Manager génère des prévisions statistiques qui sont ensuite augmentées et affinées avec les données collaboratives provenant des équipes commerciales et marketing, de la direction, etc. Le rôle d'Aspen Supply Chain Planner est de se concentrer sur la planification de l'approvisionnement et des stocks dans l'ensemble de l'entreprise, et plus précisément de déterminer «où faire quoi». Cela implique de répartir la production sur plusieurs usines, tout en réduisant les coûts de transport et d'exploitation.

Les fonctions avancées de reporting visuel des exceptions améliorent la prise en charge du processus de planification industrielle et commerciale, et les planificateurs peuvent identifier rapidement les problèmes les plus critiques, ainsi que les étapes d'analyse préconfigurées leur permettant de les résoudre. En tenant compte de la production et de la distribution simultanément, Aspen Supply Chain Planner offre une solution globalement optimale qui répond de manière rentable à la demande des clients et aux objectifs de chiffre d'affaires, tout en respectant les contraintes de capacité et autres. En conséquence, les fabricants de produits chimiques s'appuient sur les meilleures pratiques de planification industrielle et commerciale pour créer davantage de valeur et trouver le juste équilibre entre les ventes et la production, afin d'atteindre leurs objectifs commerciaux.

Une usine chimique intégrée de taille moyenne fabrique des produits d'une valeur allant de 5 à 10 millions de dollars par jour. Elle achète des matières premières, des fournitures et de l'énergie qui représentent environ 75 % de la valeur produite. Une chaîne logistique optimisée est par conséquent indispensable.

Mesures.Quid de l'optimisation de la production de cette industrie?

Ruben Gil. Les concepteurs de processus devant tout mettre en œuvre pour optimiser la productivité de leurs ressources, la planification optimale de la production constitue un facteur de compétitivité décisif. Un certain nombre de facteurs doivent être pris en compte simultanément, notamment les contraintes matérielles et de capacité, les dépendances de la production en plusieurs étapes, le séquencement de la production pour réduire les phases de changement et la planification des tâches de maintenance préventive. Il faut en outre réduire le niveau des stocks au maximum en s'assurant que les commandes des clients seront prêtes à être livrées dans les délais.

La gamme de produitsAspen Plant Scheduler, par exemple, est composée de solutions d'ordonnancement conçues pour répondre aux différents niveaux de complexité. Ces logiciels permettent aux entreprises de simuler efficacement la capacité de production, de visualiser les projections de stock et de réorganiser facilement les activités de production par simple glisser-déplacer au sein du planning. Elles ont ainsi une vue instantanée de l'impact des changements de planning et le gestionnaire de production peut évaluer facilement les scénarios de production pour répondre à l'ensemble de la demande. Les clients qui déploient ces solutions bénéficient d'avantages importants, car elles leur permettent d'augmenter leur capacité de traitement, de réduire leurs stocks et leurs coûts, et d'améliorer leur service client. Une fonctionnalité d'Aspen Plant Scheduler permet notamment d'aligner les plans de production sur la réalité.Son intégration avec des ERP, des systèmes internes et d'autres applications d'AspenTech assure l'alignement du planning avec les informations les plus récentes sur les commandes des clients, les réceptions de matières premières et les activités de production. Chaque niveau de la solution repose sur le précédent. Ainsi, dès que la complexité évolue, cette solution flexible propose le scénario adapté à la nouvelle situation.

Mesures. Pouvez-vous nous donner des exemples d'optimisation des process industriels grâce à des solutions logicielles dédiées?

Ruben Gil. La première phase d'une solution d'optimisation d'un process industriel consiste tout d'abord à modéliser les procédés ( Advanced Simulation Processing Engineering ). Il est ensuite capital de déterminer les performances réelles d'une usine par rapport à son potentiel déterminé par simulation, ce qui impose des mesures sur site. A l'heure actuelle, il existe des outils pour aller au maximum du potentiel de l'usine (commande prédictive). Le but est ici de corriger le procédé en temps réel afin de lui permettre d'atteindre son point de fonctionnement optimum, et cela le plus longtemps possible. On peut ainsi accroître de 5% en moyenne la capacité du procédé et réduire de 5 à 10% sa consommation énergétique. Il est aussi important de disposer d'outils de contrôle et de guidage des opérateurs, car il reste encore beaucoup de tâches manuelles (comme par exemple la manutention de sacs de matières, de produits chimiques, etc.). Il faut également modéliser les contraintes d'ordonnancement afin d'améliorer la productivité. Il existe aussi des techniques, via des modèles mathématiques, qui consistent à insérer en temps réel la qualité dans le procédé: au lieu d'attendre le résultat du laboratoire qualité, on cherche la bonne corrélation entre,d'une part,les données historiques et les données de test du laboratoire et, d'autre part, la production réelle.

Globalement, il existe plusieurs étapes dans le contrôle avancé. Tout d'abord, le développement des procédés et des usines, ensuite la gestion de la production des usines et enfin la gestion de l'entreprise dans son ensemble, et pas seulement d'une usine. Il faut optimiser la fourniture et la demande en matériaux, en matières premières, par rapport aux besoins de l'entreprise. Et il faut créer des synergies entre ces trois domaines afin d'anticiper, de devenir plus productif. Le contrôle avancé adaptatif (Adaptative Advanced Control) pousse le concept encore plus loin puisque c'est le système qui s'adapte seul au procédé, et non l'inverse, afin d'éviter au maximum les arrêts de production. Enfin, l'efficacité énergétique, qui est primordiale pour bon nombre d'industries, passe par des efforts de conception permettant de consommer moins. Aspen Utility, par exemple, permet de modéliser toute la fourniture d'électricité, y compris le contrat de fourniture avec l'opérateur énergétique.

Mesures. Optimiser son process et sa logistique avec des outils logiciels adaptés, c'est bien,mais est-ce à la portée de toutes les bourses ou réservé aux seuls grands groupes?

Ruben Gil. A l'origine impliqué presque exclusivement avec les gros groupes, AspenTech cherche depuis plusieurs années à gagner la confiance de clients plus modestes. Pour se faire, la société a développé un modèle original par souscription au lieu d'achat de licence, afin d'améliorer le retour sur investissement (ROI) et la flexibilité d'utilisation des logiciels. Ce modèle est basé sur des jetons. Les clients achètent des jetons avec lesquels ils peuvent louer tel ou tel outil logiciel de notre gamme en fonction de leurs besoins. Cela permet également aux clients de tester différentes solutions logicielles ou d'en changer si le besoin s'en fait sentir. La mise en place de ce modèle résulte d'une demande pressante de certains de nos clients, plus modestes et/ou qui cherchent coûte que coûte à améliorer leur retour sur investissement d'autant que les logiciels d'intégration ainsi que les services sont inclus dans le prix des jetons. Alors qu'il y a quelques années, un ROI de plus d'un an était chose courante, aujourd'hui, des ROI de 6 mois –au pire 9 mois– sont exigés.

Le recours à la simulation dynamique au début de la phase de conception d'un système permet d'identifier les problèmes importants d'exploitabilité et de contrôle, et d'ajuster la conception en conséquence.

Mesures.Nicholas Brownrigg,les logiciels sont également importants au niveau de la sécurité fonctionnelle d'une installation. Pouvez-vous nous donner un exemple d'application concrète?

Nicholas Brownrigg. La simulation dynamique intégrée des processus de traitement des gaz et de raffinage du pétrole est en effet indispensable pour éviter les défaillances des équipements. La protection des compresseurs contre les défaillances mécaniques est par exemple essentielle pour optimiser leur disponibilité et assurer la sécurité des opérations. Les logiciels d'ingénierie dynamique permettent de répondre aux exigences plus strictes relatives aux spécifications techniques des produits, grâce à une meilleure maîtrise des problématiques opérationnelles, et assurent un démarrage plus rapide et plus fiable de la production pour éviter les interruptions de service non planifiées. Il en résulte une disponibilité et une productivité optimales de l'installation. Mais pour se faire, une connaissance approfondie des processus permet de mieux contrôler la production. La compréhension du processus est la première étape de l'élaboration d'une stratégie de contrôle efficace. Pour prescrire une solution, l'ingénieur des systèmes de contrôle doit analyser toutes les variables, la dynamique du processus et les interactions entre les unités. Les modèles de base (stationnaire et dynamique) permettent de mieux comprendre la dynamique du processus et ses interactions. Les ingénieurs peuvent ainsi évaluer et affiner des stratégies avant leur mise en œuvre. Le recours à la simulation dynamique au début de la phase de conception permet d'identifier les problèmes importants d'exploitabilité et de contrôle, et d'ajuster la conception en conséquence.

Mesures.Quelle est la problématique dans le cas de compresseurs utilisés dans l'industrie du pétrole et du gaz?

Nicholas Brownrigg. Les compresseurs utilisés pour augmenter la pression d'un gaz sont nécessaires dans de nombreux modèles de processus. Ces équipements très spécifiques sont souvent conçus sur mesure et,par conséquent,coûteux.Compte tenu de leur comportement dynamique rapide,la moindre perturbation peut très rapidement déstabiliser leur fonctionnement.En cas de perturbation de son fonctionnement,le compresseur peut subir un phénomène appelé pompage. Cette situation peut entraîner un dysfonctionnement du compresseur ou l'endommager au point qu'il doive être remplacé. En outre, le pompage d'un compresseur peut nuire au personnel travaillant à proximité ou libérer des gaz nocifs dans l'atmosphère environnante.La simulation dynamique permet de prévoir un dysfonctionnement du compresseur susceptible de provoquer un pompage. Il est également possible de modéliser des systèmes de contrôle dynamique pour limiter les dysfonctionnements si la production est perturbée.

“ Les logiciels sont essentiels.Car, lorsqu'elles disposent de processus et de logiciels appropriés, les entreprises peuvent créer de la valeur. ” Ruben Gil

Mesures. Concrètement, comment procède-t-on?

Nicholas Brownrigg. La première étape de toute simulation dynamique consiste à obtenir un modèle d'état stationnaire. Un modèle de compresseur stationnaire montre le fonctionnement d'un compresseur non perturbé.Autrement dit, il montre comment le compresseur fonctionne idéalement s'il n'est pas interrompu, en fonction des paramètres de fonctionnement. Pour générer le modèle de compresseur stationnaire lors de la simulation de processus, il faut définir les flux d'entrée du modèle de compresseur et l'une des trois spécifications techniques suivantes: la variation de pression dans le compresseur, le rapport de pression du compresseur ou l'énergie fournie au compresseur. Les compresseurs étant indispensables pour le traitement des gaz et des opérations similaires, il est important que les modèles intègrent une réponse aux perturbations potentielles, telles que le pompage d'un compresseur. Les modèles de compresseur dynamiques peuvent optimiser la conception et les performances opérationnelles pour réaliser les opérations suivantes: analyse de divers scénarios de perturbation du processus, ajout d'un système de contrôle adéquat pour répondre correctement aux perturbations du processus, études de sécurité du processus, réglage précis des paramètres du processus pour améliorer la production.

Mesures. Pouvez-vous nous donner un exemple de fonctionnalités offertes par une solution logicielle?

Nicholas Brownrigg. De nombreux ingénieurs des procédés utilisent les solutions aspenONE d'AspenTech pour modéliser des opérations à des fins d'aide à la décision et de sécurité. En particulier, Aspen HYSYS Dynamics transforme les modèles stationnaires d'Aspen HYSYS en modèles dynamiques. Les ingénieurs peuvent ainsi concevoir et vérifier les systèmes de contrôle de processus, réaliser des études de sécurité, dimensionner et évaluer les soupapes de décompression, analyser les défaillances et modifier le démarrage, l'arrêt et le mode de fonctionnement. Ils peuvent en outre créer des modèles stationnaires et dynamiques dans le même environnement de simulation, ce qui accélère et simplifie considérablement ces tâches. Des résultats numériques et graphiques complets sont générés pour les modèles dynamiques dans Aspen HYSYS Dynamics , ce qui permet d'effectuer une analyse approfondie de chaque simulation réalisée. Il est possible de traiter bon nombre des problèmes liés aux compresseurs dansAspen HYSYS Dynamics, notamment de réduire ou d'augmenter la vitesse d'alimentation du compresseur et de modifier la composition ou les propriétés physiques du courant d'alimentation du compresseur. Il est également possible de modifier les systèmes de contrôle et les paramètres, ce qui permet d'ajuster la régulation du compresseur en fonction des besoins de l'utilisateur.Aspen HYSYS Dynamics est un outil puissant qui peut être utilisé pour assurer un fonctionnement fiable et adéquat des compresseurs d'un processus. Les ingénieurs sont ainsi mieux à même de concevoir des installations plus fiables et plus opérationnelles sans les surdimensionner, en apprenant à: utiliser la visualisation de données pour optimiser les performances ; mettre en œuvre et tester les systèmes de contrôle; planifier des événements pour étudier des scénarios de sécurité et de démarrage, entre autres; transformer les modèles stationnaires en modèles dynamiques pour plus de précision et de flexibilité.

“ La simulation dynamique intégrée des processus de traitement des gaz et de raffinage du pétrole est indispensable pour éviter les défaillances des équipements. ” Nicholas Brownrigg

Mesures.Peut-on chiffrer,dans l'ensemble, les avantages liés à l'utilisation de cet outil logiciel?

Nicholas Brownrigg. La modélisation dyna-mique s'avère avantageuse, car elle permet d'économiser 15 millions de dollars en amé-liorant et en accélérant les procédures de démarrage. De même, en évitant de surdimensionner les systèmes de décompression, il est possible de réduire les coûts de 10 millions de dollars, de renforcer la sécurité en améliorant les procédures opérationnelles et d'optimiser la conception des systèmes de contrôle.

En outre, le dimensionnement correct des soupapes de décompression offre des avantages non négligeables. Les opérateurs peuvent prendre des décisions de conception plus pertinentes en procédant à une analyse détaillée des compromis entre l'exploitabilité et l'intégration des processus. Des entreprises ont déclaré avoir réalisé d'importantes économies en utilisant Aspen HYSYS Dynamics pour résoudre des problèmes d'ingénierie.