Dans les coulisses de la R&D de Vallourec : coup de projecteur sur Therma

Therma est l'outil de jumelage numérique, développé par Vallourec, qui permet de piloter automatiquement et de surveiller en temps réel les fours qui chauffent les billettes. Développé par ONE R&D à Aulnoye-Aymeries (anciennement VRCF), en collaboration avec des équipes du monde entier, Therma est maintenant déployé dans de nombreux sites Vallourec.
Cette solution a été créée dans le cadre des efforts déployés par Vallourec pour améliorer ses processus Industrie 4.0.

Dans cet article, Guy Druart, responsable de l'équipe Modélisation Process Temps Réel chez ONE R&D, nous fait découvrir comment Therma a été déployé et nous explique ses avantages et son évolution, ainsi que la manière optimale dont les centres Vallourec du monde entier exploitent cette innovation numérique.

Therma est un « jumeau » qui utilise une modélisation avancée pour piloter automatiquement les fours à billettes dans le processus de chauffage de l'acier qui précède le perçage et le laminage. Ces 30 dernières années, notamment avec des charges de travail de plus en plus fluctuantes, nous avons constaté que contrôler automatiquement les processus, en particulier le chauffage des billettes, permettait de réduire la consommation de gaz et garantissait un meilleur contrôle de la qualité.

Grâce à la technologie de jumeau numérique de Therma, les ingénieurs obtiennent une image plus complète de ce qui se passe à l'intérieur des fours . Nous ne basons pas nos procédés uniquement sur les références traditionnelles en matière de chauffage. Nous pouvons désormais recueillir des données relatives à la température tout au long de la coulée et évaluer comment elle affecte les billettes au fur et à mesure du processus de chauffage du four.

Therma présente une autre innovation majeure, à savoir qu'il peut être utilisé pour simuler les modifications apportées aux processus des fours afin de prédire leur impact, éliminant ainsi en grande partie la nécessité des essais et le risque d'erreurs. L'algorithme « prévision du futur » du logiciel permet un pilotage dynamique du four qui tient compte de la variabilité de la production. « Il en résulte une production plus stable avec moins d'hétérogénéité thermique, et donc moins d'excentricité des tubes », ajoute Guy. «  Cela permet d'obtenir un produit de meilleure qualité, avec moins d'erreurs et moins de fluctuations de température. »

Dans une perspective plus large, notre planète bénéficiera également de cette innovation. Les fours pilotés avec Therma enregistrent une augmentation moyenne de leur productivité de 15 %, avec une réduction de 5 % de la consommation de gaz et des émissions de CO₂. Mais un produit plus stable offre également un autre avantage, celui de réduire simultanément le nombre de rebut de billettes, ou de billettes que les ingénieurs doivent retraiter et réchauffer, ce qui implique un nouveau cycle de four. Moins d'erreurs, cela signifie moins de gaspillage de matériaux et d'énergie. « Le prix de l'énergie étant très élevé en ce moment, réduire notre consommation nous offre l'avantage complémentaire de diminuer les coûts », constate Guy.

Ce vaste projet Therma est le fruit d'une collaboration véritablement internationale. Au sein du Groupe, nous bénéficions du soutien de notre solide « communauté de process » qui nous permet de mettre en relation des collaborateurs géographiquement très éloignés sur des thématiques précises. Dans le cas présent, le projet a commencé entre IPE-A en Allemagne et l'équipe ONE R&D en France et c'est le four de l'usine de Rath Pilger qui a servi de pilote. Après les premiers succès, les processus et les modèles du projet ont été rassemblés sur une seule plateforme, Shalyn, dotée d'une application web unique pour permettre à des équipes encore plus nombreuses d'apporter leur contribution. L'équipe brésilienne de VDIS (Vallourec Digital & Information Systems) s'est ainsi jointe au projet, suivie d'autres participants, notamment des ingénieurs d'usine et des experts thermiques du monde entier.

Aujourd'hui, le développement de cet outil se poursuit et implique des équipes originaires de France, d'Allemagne, du Brésil, de Chine et des États-Unis. Tandis que toutes ces équipes continuent à collaborer sur l'optimisation du modèle, la solution est déjà mise en œuvre dans nos usines de Jeceaba et de Barreiro au Brésil. Nous la déploierons ensuite dans nos usines de Tianda (Chine) et Youngstown (US). « Une fois que l'outil sera opérationnel dans une usine, toutes les autres usines de notre réseau bénéficieront bien évidemment des connaissances acquises », explique Guy.

Nombreux sont les avantages du déploiement d'un jumeau numérique pour les fours, et il est facile d'imaginer comment ils pourraient être étendus à d'autres processus de Vallourec. Le Groupe compte ainsi utiliser un autre jumeau numérique, l'outil Quench-R, pour obtenir des informations précises sur le processus de refroidissement : ce qui se passe pendant la trempe, et comment la billette se refroidit exactement.

Si Therma se concentre sur le chauffage et Quench-R sur le refroidissement, l'équation qui sert de base à la solution peut être utilisée pour créer d'autres modèles. Les modèles de science des données, par exemple, peuvent être exploités pour prévoir les propriétés mécaniques des tubes. L'élaboration de ces modèles n'est peut-être pas facile, mais les avantages d'une fabrication plus stable et de l'accès à la « carte d'identité » complète d'un tube sont inestimables. Vallourec entend poursuivre le développement de ces solutions Industrie 4.0 à forte valeur ajoutée dans le cadre de son engagement à mieux servir ses clients et l'industrie, jour après jour.

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