Le réglage des régulateurs : vieux problème ou manque d'humilité?




La plupart des procédés de fabrication industrielle, qu'il s'agisse de procédés de fabrication continue ou batch, sont encore et toujours pilotés par des régulateurs classiques, analogiques ou numériques (sur automates ou calculateurs), de type PID.
Au niveau hiérarchique supérieur, il existe souvent des structures ou des programmes de "régulation avancée". Il peut s'agir de programmes de commandes multivariables, neuronales, d'algorithmes flous,...


Que souhaitent les responsables des sites ?

à priori, optimiser les performances des productions en termes de rentabilité, tout en maintenant les qualités des produits fabriqués.


Que souhaitent les exploitants ?

à priori, disposer d'outils de conduite non spécifiques, simples et efficaces.


Répondre aux objectifs des dirigeants, au niveau de la conduite des installations, c'est agir au niveau de programmes de gestion/production élaborés, qui fixeront les consignes des grandeurs d'exploitation à respecter en fabrication.
Optimiser les stratégies et les réglages à ce niveau peut effectivement conduire à des gains importants. Mais il convient de remarquer alors que l'ensemble piloté comprend les installations ET les régulateurs de base classiques.


Commencer par optimiser les réglages (donc les performances) de ces régulateurs, c'est se donner les moyens d'accroître la maîtrise d'évolution dynamique des installations et donc d'augmenter la rentabilité qui sera obtenue au niveau hiérarchique supérieur.


Actuellement, cette étape est souvent négligée, pour plusieurs raisons parmi lesquelles on peut citer, de façon non exhaustive :

  • le non intérêt économique immédiat, puisque c'est seulement après avoir maîtrisé le comportement des procédés par l'optimisation des régulateurs de base que l'on pourra positionner la marche des unités de fabrication en un point économique,
  • la diminution ou l'insuffisance de personnels instrumentistes pour prendre en charge cette optimisation des réglages, optimisation parfois sous traitée à des personnels extérieurs à l'entreprise,
  • les connaissances théoriques induisant une pléthore de règles censées répondre aux cas rencontrés sur le terrain, diffusées par des enseignants compétents mais qui n'ont pas eu l'occasion ou n'ont pas pu se confronter à des vécus de longue durée sur des sites industriels avec des exploitants,
  • le nombre élevé d'algorithmes disponibles sur les matériels numériques (automates, SNCC) et la documentation qui, en plus de ne pas aider l'utilisateur dans son choix d'algorithmes de commande à partir de critères simples, néglige parfois de préciser la formule exacte des PID disponibles,
  • les souvenirs, même récents, des cours d'automatismes concernant ce sujet, souvenirs qui laissent une impression de complexité, notamment pour la mise en oeuvre,
  • le fait que les personnels jeunes ayant à effectuer ces travaux n'aient pas la connaissance d'une méthodologie générale pour aborder de façon simple ces situations. Ils se retournent alors, soit vers leurs anciens cours, soit, quand ils sont disponibles, vers des outils issus d'analyses mathématiques classiques qui, sensés aider à atteindre les performances souhaitées, ne sont pas toujours d'une mise en oeuvre aisée.
  • ...

Il serait injuste de ne pas citer les possibilités d'auto-adaptation des coefficients via des programmes associés parfois aux matériels, tout en constatant que ceux ci ne donnent pas toujours des résultats satisfaisants.

Il semble donc qu'un domaine d'amélioration des performances existe encore à l'heure actuelle. Il faut se souvenir que ce domaine a intéressé beaucoup de personnes il y a plus de quinze ans avant que les centres d'intérêts n'évoluent vers les niveaux hiérarchiques supérieurs liés aux aspects économiques en termes financiers.



Une réflexion plus générale amène cependant à repenser le problème de la maîtrise des installations encore plus en amont, c'est à dire directement au niveau du procédé à piloter.

En effet, si des régulateurs sont implantés, c'est bien parce que le procédé évolue. Or, définir une structure de commande, même simple telle qu'une régulation de type PID, nécessite de disposer d'une image dynamique du procédé. La structure de commande étant une image duale (en miroir) de celle du procédé, il est alors possible de préciser en quel point de l'installation doit être prise la mesure pour être pertinente, quelles caractéristiques fonctionnelles doivent avoir les actionneurs, ...
Si cette réflexion semble évidente, sa mise en application est d'autant plus critique, donc source de gains importants, que les installations sont complexes.



Que se passe-t-il généralement?


Le procédé est supposé parfaitement connu des intervenants.
Des schémas (synoptiques, plans des moyens matériels (PCF (process control flow) ou P&I (process and instrumentation diagram),...) existent. Il s'agit de représentations statiques.
Et, en cas de problèmes difficiles, les "experts" se retrouvent en salle de réunion où chacun parle en termes de moyens pour résoudre les difficultés rencontrées. Alors que chacun possède une image dynamique mentale du procédé différente de celle de son voisin à cause de sa formation et de son vécu.

A l'extrême, pour une usine qui reçoit des matières premières, utilise des moyens matériels et humains, sort des produits finis, qui a jamais visualisé l'image dynamique correspondante?
Les moyens matériels sont disponibles. Les moyens humains sont représentés au service du personnel par un organigramme.
Ces deux représentations statiques ne visualisent pas l'activité dynamique qui permet d'assurer les productions.

C'est ce flou initial sur l'appréhension du procédé à piloter qui pénalise les rentabilités futures et demeure, à ce jour, pour beaucoup de sites industriels, source de gains financiers importants.




L'approche système (méthodologie"ASYST") consiste à élaborer graphiquement l'image dynamique du procédé, non régulé, afin que chacun parle du même procédé.

Arriver à obtenir cette représentation, c'est avoir fédéré les connaissances et les vécus de tous les intervenants. C'est aussi, souvent, avoir mis à jour certains modes de conduite ou certaines habitudes. Mais c'est aussi, puisqu'à ce stade il n'est pas nécessaire d'avoir de connaissances théoriques spécifiques, permettre à chacun d'intervenir avec la possibilité pour tous de suivre ce qui est exposé directement sur l'image dynamique du procédé, ce qui permet d'avoir visuellement présent tout le contexte au lieu de suivre un raisonnement mental qui risque de faire oublier qu'à tel endroit, telle information peut être présente suivant les moments,....


Avoir l'humilité de reconnaître que c'est toujours le procédé qui a sa vérité et qu'il faut élaborer la représentation et non pas imposer son interprétation est le seul moyen de s'assurer une vision correcte du procédé étudié dans le cadre de l'objectif et des contraintes fixées.


Ce premier facteur de progrès, de coût marginal, puisqu'il ne correspond qu'à une dépense temporelle que chacun peut réaliser, de mieux en mieux au cours du temps, la difficulté principale consistant à casser le schéma mental auquel nous sommes habitués depuis nos études, ce premier facteur de progrès donc est d'autant plus intéressant économiquement que le problème à résoudre est difficile.
Mais cette attitude n'est jamais naturelle, probablement à cause du poids des années passées à raisonner de façon traditionnelle.


Cette méthodologie s'applique de façon générale à tout système dynamique*, qu'il s'agisse de systèmes économiques, industriels, administratifs, conceptuels,...et peut servir non seulement à définir des structures de commande efficientes mais aussi à préciser par exemple des méthodologies de maintenance, d'embauche de personnels, de stratégies de crises,...


Le deuxième facteur de progrès concerne l'optimisation des réglages des régulateurs classiques.

"ASYST" assurant un contexte correct (problème bien posé, capteur au bon endroit délivrant une mesure pertinente, actionneur ayant une caractéristique connue,...), l'outil "GRAPHIDOR", lui même issu de cette approche, va permettre de trouver très rapidement, car la recherche est visuelle et ne nécessite aucun calcul, des coefficients du régulateur optimaux. Il permet aussi de prendre en compte les contraintes d'exploitation du site. Il visualise la robustesse des réglages obtenus ou, autrement exprimé, il permet de savoir jusqu'où le procédé peut varier tout en donnant des comportements acceptables en exploitation.
Ce même outil est aussi utilisé pour des procédés avec intégrateur (en robotique par exemple).
Enfin, il est aussi utilisé de façon duale pour optimiser les réglages de régulateurs agissant sur des procédés en fabrication, sans débouclage des régulateurs et sans arrêt des productions.




Suggestions


Reprendre les réglages de toutes les régulations de base sur certaines installations en comportant un nombre élevé peut s’avérer décourageant et coûteux comparativement aux gains directs associés.

Il semble plus judicieux d’appréhender les procédés ou parties des procédés dont l’amélioration des performances serait intéressante en termes de sécurité, maintenabilité, financiers,... à l’aide de l’approche système "ASYST", puis, après avoir mis en œuvre les résultats de cette approche, d’optimiser les réglages des structures de commande via "GRAPHIDOR".
Ensuite, et seulement si le rapport gain sur coût se justifie, implanter des régulations plus élaborées à un niveau hiérarchique supérieur. Et là, les outils ne manquent pas. Il est tellement plus agréable de faire compliqué.



* Domaines d'applications/références et performances


"ASYST" a été appliqué dans divers domaines : inscription d'étudiants en facultés, circulation routière, télécommande de minis centrales hydroélectriques, formation opérateurs, coker, chaudière à lit fluidisé, réacteurs d'avion, réacteurs chimiques en production batch, centrales thermiques pour détection des causes d'incidents, fours, réchauffeurs, extraction de pétrole brut, ...
Quelques performances : réduction de 78% du temps de passage en production d'une installation agro-alimentaire, accroissement de 49% de la capacité d'un four de raffinerie alors que le nombre d'unités d'exploitation à chauffer était accru, ...



Possibilités offertes


  • Cotems organise régulièrement chez ses Clients des stages de trois jours pour sensibiliser les personnels à l'approche système à partir de cas propres à l'entreprise.

  • "GRAPHIDOR", opérationnel sur calculateurs de type PC, non connecté aux installations pour ne pas perturber les exploitants, est accessible sous forme de licence d'exploitation.
    Il est conçu pour être accessible à des personnels “de terrain”, non spécialistes en techniques d’automatisation,

  • Interventions contractuelles pour tout type de problème relevant de l'approche système.
    Ces interventions peuvent aller d’une assistance technique ponctuelle à des applications clé en main, à des coûts forfaitaires ou avec intéressement aux résultats.
    Grâce à l'approche système, il nous arrive d'accepter des commandes conditionnelles c'est à dire avec un engagement de régularisation de commande et de paiement de notre Client à obtention d'un accroissement des performances.



Communications et Systèmes "COTEMS" - Siège social : Kerborgne   56310 BUBRY FRANCE
tél : 02-97-51-75-88
Email :
site : http://www.cotems.com


Si vous voulez recommander cette réflexion à l'une de vos relations, faîtes le aisément en lui envoyant ce courrier


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