Fabrication numérique jumelée : comment Westinghouse a transformé la production de combustible nucléaire grâce à Simio

Le défi

Introduction : Révolutionner la planification de la production de combustible nucléaire

Westinghouse Electric Company, leader mondial de la technologie nucléaire avec plus de 130 ans d'innovation, était confronté à d'importants défis pour coordonner la planification de la production dans l'ensemble de ses opérations complexes de fabrication de combustible nucléaire. Avec cinq sites distincts fonctionnant indépendamment à l'aide de feuilles de calcul Excel déconnectées, l'entreprise était confrontée à des cycles de planification longs et à une visibilité limitée sur l'ensemble de sa chaîne d'approvisionnement mondiale. Cette étude de cas examine comment Westinghouse s'est associé à MOSIMTEC pour mettre en œuvre la technologie de jumeau numérique de Simio, transformant ainsi ses processus de planification et d'ordonnancement de la production tout en réduisant considérablement le temps de réponse aux changements et en améliorant les capacités de prise de décision.

À propos de Westinghouse Electric Company

Fondée en 1886 par George Westinghouse, la société a passé près de 140 ans à redéfinir la façon dont le monde produit et utilise l'électricité. Premier fournisseur mondial de technologies nucléaires sûres et innovantes, Westinghouse opère dans 21 pays avec plus de 11 000 employés et 90 installations dans le monde. Sa technologie joue un rôle essentiel dans la production de près de 50 % de l'énergie nucléaire mondiale.

La division combustible nucléaire de Westinghouse fournit des solutions complètes en matière de combustible, depuis le développement et la fabrication jusqu'à l'ingénierie de base, l'analyse de la sécurité et la fabrication des composants du combustible. L'entreprise propose quatre types de combustibles principaux : réacteur à eau pressurisée (REP), réacteur à eau bouillante (REB), réacteur énergétique à eau (VVER) et réacteur à gaz avancé (AGR). Ses installations de fabrication de combustible nucléaire sont situées aux États-Unis, au Royaume-Uni et en Suède.

Le défi : Planification fragmentée à travers une chaîne d'approvisionnement mondiale

Des processus de planification déconnectés

Avant l'implémentation de Simio, Westinghouse gérait la planification de la production sur cinq sites distincts avec cinq groupes de planification différents, fonctionnant tous de manière indépendante. Comme l'explique Brad Parker, directeur de la fabrication mondiale et de la planification des matériaux chez Westinghouse :

"La plupart des données étaient stockées dans Excel, sans intégration ni contrainte entre les feuilles de calcul saisies manuellement, ce qui signifie que lorsque nous créions le programme principal pour 18 mois ou deux ans, il nous fallait jusqu'à une semaine pour évaluer les scénarios ou les changements."

Cette approche fragmentée a engendré plusieurs défis majeurs :

• La planification de scénarios, qui prend du temps : L'évaluation de l'impact des changements pouvait prendre jusqu'à une semaine.
• Manque d'intégration : Chaque secteur devait intégrer les changements séparément.
• Visibilité limitée : Pas de vision intégrée de la chaîne d'approvisionnement
• Lenteur de la réponse aux demandes des clients : Incapacité à répondre rapidement aux pannes non planifiées ou aux changements de priorité
• Interdépendances mondiales complexes : Les matériaux produits à différents endroits doivent être transportés vers les sites de consommation appropriés.

Pour les changements complexes affectant plusieurs sites, l'évaluation de l'impact pouvait prendre jusqu'à un mois, en particulier lorsqu'il s'agissait d'évaluer les effets sur les installations situées au bas de la chaîne d'approvisionnement verticale. Ce long processus aboutissait souvent à des évaluations partielles qui n'offraient pas une visibilité complète de l'impact des changements proposés.

La solution

La solution : Implémentation d'un jumeau numérique avec Simio

Choisir le bon partenaire technologique

Lors de l'évaluation des solutions potentielles, Westinghouse a choisi Simio pour sa flexibilité et son adaptabilité. Selon Brad Parker :

"La flexibilité, vous savez, la capacité d'ajouter, d'enlever... les autres modèles que j'ai examinés semblaient être plus structurés en termes... c'était presque codé en dur, ce qui rendait les modifications difficiles. [Avec Simio, c'est bon, nous pouvons être suffisamment flexibles pour l'adapter à votre processus. Ce n'est pas votre processus qui doit changer pour refléter notre façon de faire".

Cette flexibilité était cruciale pour gérer la complexité de cinq sites avec une chaîne d'approvisionnement verticale. Westinghouse s'est associé à MOSIMTEC, une société de services de conseil ayant plus de 14 ans d'expérience dans l'application de la modélisation et de la simulation dans divers secteurs.

Méthodologie de mise en œuvre

MOSIMTEC a suivi un processus éprouvé pour déployer des modèles de simulation et mettre en œuvre des jumeaux numériques sur les sites de Westinghouse :

• Spécification des exigences fonctionnelles: Élaboration d'un document de spécification détaillé décrivant le système à modéliser, l'approche de modélisation et les entrées/sorties requises.
• Développement progressif du modèle: Construction itérative du modèle, permettant à Westinghouse de voir des versions provisoires fonctionnelles dès le début du processus.
• Vérification: Test du modèle pour s'assurer qu'il répond aux spécifications et qu'il fonctionne comme prévu
• Collecte des données et ETL: définition des exigences en matière de données avant le début du développement, permettant des flux de travail parallèles.
• Validation: S'assurer que le modèle reflète fidèlement le comportement du système dans le monde réel
• Analyse: Obtenir des informations sur les performances et le comportement du système
• Intégration et gestion du changement: Application efficace du modèle pour améliorer l'activité de l'entreprise
• Analyse et soutien continus: Continuer à utiliser le modèle pour la prise de décisions stratégiques, tactiques et opérationnelles.

Architecture du jumeau numérique et flux de données

La mise en œuvre a intégré des données provenant de sources multiples pour soutenir la planification et l'ordonnancement des capacités :

• SAP: Fournit des informations sur les ressources, les flux de matériaux, les nomenclatures, les ordres d'acheminement et les stocks.
• IMS: a fourni des données en temps réel, notamment sur l'état des équipements, les travaux en cours et les tâches actuelles.
• SAP Ariba: gestion des données relatives aux paramètres de réapprovisionnement, aux délais de livraison et aux quantités à commander.
• Excel: Incluait les qualifications de la main-d'œuvre, les données relatives aux processus et la disponibilité du personnel.

Une fonctionnalité ETL (Extract, Transform, Load) a transféré les données de ces sources dans Simio, qui les a traitées pour produire une planification et un ordonnancement réalisables en termes de capacité. Pour une mise en œuvre rapide, Westinghouse a d'abord utilisé une approche basée sur Excel Power Query comme solution provisoire.

Processus de mise en œuvre : Construire le jumeau numérique

Compréhension et définition du système

La mise en œuvre a commencé par l'élaboration d'une spécification fonctionnelle détaillée. Comme l'a expliqué MOSIMTEC, "si vous ne pouvez pas décrire clairement un système, vous ne pouvez pas le modéliser efficacement". Ce document décrit à la fois le système réel et le modèle prévu, en utilisant des diagrammes et des textes pour transmettre le niveau de détail nécessaire.

La spécification a été examinée et approuvée par Westinghouse avant le début du développement du modèle, mais elle est restée un document vivant qui a évolué en même temps que le modèle. Westinghouse a trouvé ce document particulièrement précieux, car il constituait une référence unique et complète couvrant l'ensemble du processus, du début à la fin.

Préparation et intégration des données

Pour créer un véritable jumeau numérique capable d'extraire des données en temps réel et d'exécuter des plans d'ordonnancement, il était essentiel de s'assurer que les bonnes données provenaient des bonnes sources au bon moment. MOSIMTEC a développé des solutions ETL pour nettoyer et intégrer les données brutes, un processus itératif impliquant les parties prenantes sur site, avec de nombreux ajustements en cours de route.

Tout au long du développement du modèle, l'utilisation intensive des journaux d'erreurs a permis à Westinghouse d'obtenir des informations en retour, l'aidant ainsi à nettoyer et à normaliser ses données. Les modèles créés étaient entièrement basés sur des données, s'appuyant sur des entrées de données dynamiques en temps réel. Cette approche a permis aux utilisateurs d'actualiser et de générer rapidement de nouveaux plans sur plusieurs années.

Tableaux de bord et résultats

Après chaque simulation, les utilisateurs pouvaient accéder à plusieurs tableaux de bord clés :

• Performance de la production: Une vue d'ensemble complète comparant les résultats du plan généré aux objectifs opérationnels ou contractuels réels.
• Flux de matières: visualisation du mouvement des matières tout au long du processus de production, en s'assurant qu'il correspond à la nomenclature.
• Analyse de la production: Données de production détaillées par zone, offrant une vision claire de la performance des matériaux et des ressources dans les différentes parties de l'installation.
• Utilisation des ressources: Statistiques offrant un aperçu de l'efficacité de l'utilisation des ressources, telles que les machines et la main-d'œuvre, ce qui est essentiel pour identifier les goulets d'étranglement.
• Diagramme de Gantt des ressources: L'un des tableaux de bord les plus utilisés chez Westinghouse, qui fournit une vue d'ensemble de l'évolution des commandes clients dans les différents processus de fabrication.

Résultats : Transformation de la planification et de la prise de décision

Réduction considérable du temps de planification

La mise en œuvre de la solution de fabrication de jumeaux numériques de Simio a considérablement réduit le temps nécessaire à la planification et à l'analyse des scénarios. Comme l'a souligné Brad Parker :

"Avec l'implémentation de Simio, nous avons pu prendre ces décisions beaucoup plus rapidement. Le modèle de simulation peut fonctionner et nous pouvons modifier les paramètres, comme vous le savez, dans Simio en fonction des tableaux et des données relatives à la demande.

Ce qui prenait auparavant jusqu'à deux semaines peut désormais être réalisé en quelques heures seulement, ce qui permet une prise de décision plus rapide et des processus de planification plus efficaces.

Planification intégrée entre les sites

Le jumeau numérique a fourni un calendrier intégré pour tous les secteurs, éliminant les lacunes dans l'analyse et améliorant la visibilité tout au long de la chaîne d'approvisionnement. Cette intégration s'est avérée particulièrement précieuse pour la fonction de planification centrale de Westinghouse :

"Pouvoir voir ce que cela signifie, à quoi ressemble votre programme maintenant. Oh, je vois qu'il va y avoir de la lumière ici. Est-ce que cela a un impact, quel impact, un scénario. Cela nous a permis de disposer d'une fonction de planification intégrée, ce qui nous posait auparavant des problèmes.

Amélioration des capacités de prise de décision

La mise en œuvre a considérablement amélioré la capacité de Westinghouse à

• d'exécuter rapidement des scénarios de simulation
• répondre plus rapidement aux demandes des clients
• gérer plus efficacement les pannes non planifiées
• Évaluer l'impact de la priorisation d'un client par rapport à un autre
• Prévoir les contraintes et les domaines nécessitant une amélioration

Amélioration de la qualité des données

La mise en œuvre a également mis en évidence des problèmes de qualité des données et des incohérences entre les systèmes. Comme l'a expliqué Brad Parker :

"Vous vous demandez pourquoi vous avez du mal à planifier lorsque quatre systèmes vous donnent des chiffres différents. Cela ne fonctionne pas bien."

En rassemblant les données dans le jumeau numérique, Westinghouse a pu identifier et traiter ces incohérences, améliorant ainsi la qualité des données et la prise de décision dans l'ensemble de l'organisation.

Autonomisation des utilisateurs

Les planificateurs de Westinghouse peuvent désormais mettre à jour toutes les tables et exécuter les plans de manière autonome, sans intervention de MOSIMTEC. Ils ne contactent les consultants que lorsque les résultats leur paraissent étranges ou lorsqu'ils ont besoin de nouveaux tableaux de bord ou de modifier des tableaux existants. Cette autonomie a permis à l'équipe de planification de s'approprier le jumeau numérique et de l'utiliser efficacement pour la planification quotidienne.

L'impact sur l'entreprise

Défis et leçons apprises

Qualité et cohérence des données

L'un des plus grands défis était la qualité et la cohérence des données. Comme l'a souligné Brad Parker :

"Ces données, leur compréhension a été un long voyage... une grande partie a été liée aux conclusions sur les divergences de données. La plupart des données intactes avec l'ETL nous ont aidés. Cela nous a permis d'accélérer la mise en œuvre. Évidemment, en reconnaissant ces problèmes, j'ai constaté que les écarts de données ralentissent la mise en œuvre de Simio lorsque vous trouvez les problèmes dans Simio".

S'il avait pu recommencer, Brad aurait fait plus de cartographie des données en amont pour identifier les divergences plus tôt. Cependant, il n'aurait pas attendu d'avoir des données parfaites pour mettre en œuvre le projet, car "on ne mettrait jamais en œuvre le projet si l'on attendait d'avoir des données parfaites".

Allocation des ressources et engagement des parties prenantes

L'importance de l'affectation des ressources et de l'engagement des parties prenantes est un autre enseignement clé :

"Il faut consacrer des ressources. En effet, à certains moments, je gérais seul trois mises en œuvre sur trois sites. Cela ralentit la mise en œuvre. Mais si vous disposez de ressources dédiées, vous pouvez y arriver".

L'implication des bonnes personnes - celles qui comprennent vraiment les processus - a été cruciale pour la réussite de la mise en œuvre. Sans ces connaissances, l'équipe aurait dû procéder à davantage d'itérations pour obtenir un modèle correct.

Soutien de la direction

Brad a souligné l'importance du soutien continu de la direction :

"J'ai été fortement soutenu par Westinghouse... L'une des choses dont vous devez bénéficier lorsque vous vous engagez dans cette voie est non seulement le soutien initial de la haute direction, mais aussi la continuité de ce soutien. Tout ne sera pas parfait du jour au lendemain. Et beaucoup de gens s'attendent à ce qu'il suffise de cliquer sur un bouton pour que cela fonctionne. Ce n'est pas réaliste.

Ce soutien durable a permis à l'équipe de surmonter les difficultés et de continuer à affiner la mise en œuvre au fil du temps.

Projets futurs : Extension du jumeau numérique

Westinghouse a déjà déployé ce que Brad Parker considère comme un "logiciel de simulation simple et basique" et voit d'importantes possibilités d'étendre son utilisation :

"Nous nous sommes concentrés sur le combustible nucléaire. eVinci en est un exemple, mais la manière dont nous documentons et utilisons ce logiciel à l'avenir, avec les fonctionnalités que nous n'avons pas encore abordées, est la voie que nous allons essayer d'emprunter pour amener l'organisation Westinghouse à utiliser une solution unique".

Les projets futurs comprennent

• L'extension à d'autres unités commerciales au-delà du combustible nucléaire
• Mise en œuvre du portail Simio pour un accès plus large des parties prenantes
• Automatiser les flux de données pour éliminer les processus manuels
• Améliorer l'intégration avec la planification financière et le reporting
• Explorer des fonctionnalités plus avancées au sein de Simio

Conclusion : Une base pour la transformation numérique

La mise en œuvre de la technologie de jumeau numérique de Simio a transformé les processus de planification et d'ordonnancement de la production de Westinghouse, en fournissant une vue intégrée de leur chaîne d'approvisionnement mondiale complexe et en réduisant considérablement le temps nécessaire à la planification des scénarios et à la prise de décision.

En s'associant à MOSIMTEC et en suivant une méthodologie de mise en œuvre structurée, Westinghouse a jeté les bases d'une transformation numérique continue. Le succès de cette mise en œuvre démontre la puissance de la fabrication de jumeaux numériques dans des environnements de fabrication complexes et fournit des enseignements précieux pour d'autres organisations qui se lancent dans des voyages similaires.

Comme le résume Brad Parker : "En choisissant Simio, les entreprises peuvent exploiter tout le potentiel de la technologie du jumeau numérique, atténuer les risques et rester en avance sur les demandes du marché, tout en favorisant la résilience opérationnelle et l'amélioration continue."