Interférences : le facteur FPAD (les fuites et les pertes altèrent vos données) et le facteur humain

Sources d’interférences

Dans ce guide, le gaspillage est désigné par le terme interférences. Les interférences existent et détournent l’attention. La source de la plupart des interférences dans une installation de fabrication relève de ce que l’on appelle le facteur FPAD (les fuites et les pertes altèrent les données) et du facteur humain :

• fuites
• pertes
• temps d’arrêt imprévus
• maintenance excessive
• dépréciation des stocks
• gestion et élimination des déchets
• cycles commerciaux lents
• points de contact excessifs de la main-d’œuvre
• stock en stagnation
• consommation de services publics plus élevée que prévu et surtaxes d’égout

Les interférences peuvent aussi changer à l’intérieur même d’un processus. Nous les décrivons comme étant les interférences locales et continues. Les interférences locales sont une variable qui se retrouve à n’importe quelle étape de la séquence intrants-processus-extrants. Les interférences continues sont des interférences qui s’étendent aux trois étapes.

Les fuites et les pertes à l’étape des intrants sont des variables locales, propres à cette étape. Mais ces mêmes interférences peuvent s’étendre aux étapes des processus et des extrants en s’amplifiant. Quand les interférences locales ne sont pas maîtrisées, elles peuvent devenir continues et s’aggraver (avoir un coût plus élevé) à la fin de la chaîne ou à l’étape des extrants.

La séquence de fabrication

La séquence dans le secteur de la fabrication est la suivante :

• intrants
• processus
• extrants

Cette séquence réduit les interférences. Les variables des intrants sont des variables possibles qui sont maîtrisées pour qu’elles diminuent aux étapes des processus et des extrants. L’avantage de suivre cette séquence, et les mesures suggérées en annexe, est que l’efficacité de la production et l’efficacité environnementale avancent dans la même direction positive. La séquence est la même, quelle que soit l’échelle de l’entreprise. Il peut arriver que l’échelle ou la taille de l’entreprise limite certaines mesures. Le point de départ (ce que nous appelons dans le présent guide les MPG et les technologies fondamentales) reste le même.

Le facteur FPAD

Le facteur FPAD peut être divisé en trois catégories. Ces catégories sont les suivantes :

• les fuites physiques dans les systèmes de gestion de l’eau, de la vapeur, de l’échange d’air et de l’air comprimé ainsi que l’usure mécanique qui augmente la consommation de services publics
• la perte d’efficacité imputable à une conception des systèmes qui peut être corrigée
• la qualité de l’onde (QO), laquelle a une incidence sur la performance des moteurs et l’intégrité des données

Le délai de récupération des coûts de la réparation des fuites est immédiat. De nouvelles fuites apparaissent sans cesse puisque l’équipement se dégrade avec le temps. Les vérifications ne sont fiables que le jour où elles sont effectuées. Les estimations qui se fondent sur les spécifications du fabricant de l’équipement ne tiennent pas compte des fuites et des pertes. La solution pour gérer les fuites consiste notamment à faire ce qui suit :

• munir le personnel de la maintenance des compétences et des outils nécessaires pour détecter les fuites (savoir où et quand les fuites se produisent, c’est déjà la moitié de la solution)
• veiller à ce que la direction de la maintenance et la direction de la production contrôlent toutes les deux les performances de l’équipement doté de compteurs divisionnaires
• encourager le personnel à signaler les fuites
• instaurer une vérification mensuelle des fuites pour veiller à ce que les fuites soient réparées dès qu’elles sont décelées ou dès qu’elles se produisent

Les pertes sont souvent causées par une mauvaise conception des systèmes des intrants liés aux fluides (eau, vapeur et air). Le déplacement efficace des fluides et de l’électricité réduit ces coûts. Ces systèmes combinent des moteurs et des tuyauteries ou des gaines. Turbulence, vélocité et friction sont autant de facteurs qui peuvent contribuer aux interférences dans des systèmes de distribution de fluide.

Pour détecter et corriger les pertes, il faut procéder à ce qui suit :

• procéder à une cartographie de l’équipement présent dans l’installation. Il faut bien comprendre le fonctionnement des systèmes de chauffage, ventilation et climatisation ainsi que des moteurs, des convoyeurs et des pompes, en tenant compte des charges des intrants, de la demande d’énergie, du débit et des extrants
• effectuer une inspection visuelle des systèmes et les mesurer pour obtenir les extrants réels et pouvoir les comparer aux notices techniques des fabricants
• corriger les défectuosités

Conduits et tuyaux

Les conduits et les tuyaux peuvent constituer une importante source de perte. Leur inspection est la première étape logique d’une stratégie de gestion des interférences (cerner un défaut de conception existant, par exemple).

Les conduits acheminent l’air. Ils servent à échanger l’air ainsi qu’à le chauffer et à le refroidir. L’efficacité d’un conduit se mesure à la sortie (diffuseur) où le débit est calculé. Le problème est que les conduits fuient et que ces fuites ont une incidence de 10 à 25 %, en moyenne, sur l’efficacité ou le débit au point de mesure. Le scellement des conduits par aérosol diminue de 8 à 10 % la consommation d’énergie de l’équipement de traitement de l’air. La deuxième étape consiste à utiliser les systèmes de traitement de l’air neuf comme système d’assainissement de l’air avec des ions superoxydes. Il est prouvé que cette technologie neutralise les virus (y compris le COVID-19), les moisissures et les bactéries tout en offrant aux travailleurs une protection contre les gouttelettes respiratoires de 1 m.

Les tuyaux et les conduits qui comportent des changements brusques de direction, comme un angle droit à 90°, créent de la turbulence à l’entrée ou à la sortie qui réduit l’efficacité du débit jusqu’à 50 %. Il faut remplacer les intersections en T et les conduits à angle droit par des entrées et des sorties rondes. La turbulence oblige le moteur à travailler plus fort pour un extrant moins performant. Ce type de défaut de conception accélère donc aussi l’usure du moteur. La perte d’un ventilateur d’extraction ou d’une pompe à eau causée par une saute de puissance mettra la production à l’arrêt. Le plan de l’installation et la mesure des performances permettront d’établir ce risque. Une solution moins onéreuse que d’équiper tous les moteurs de compteurs divisionnaires consiste à utiliser un enregistreur de données portatif pour vérifier les moteurs chaque mois ou chaque trimestre. La maintenance préventive permettra alors d’éviter ce risque.

Les réseaux de gaines de traitement de l’air constituent eux aussi une source de fuites. Le taux d’apport d’air frais est mesuré à l’extrémité du conduit, au niveau du diffuseur. Il a été démontré que les fuites dans les conduits réduisent ce taux de 20 à 70 %, ce qui veut dire que les systèmes d’alimentation en air doivent travailler plus fort pour parvenir à fournir le débit voulu au niveau du diffuseur. Le scellement des conduits par aérosol permet de corriger ces fuites.

Contagions aérogènes

La propagation des virus et des bactéries aérogènes, tels que le rhume et la grippe, est un problème quand les membres du personnel s’infectent les uns les autres au bureau et dans l’aire de production. L’absence des travailleurs pour cause de maladie a une incidence sur la productivité. Un milieu de travail sûr est aussi un facteur dans l’attraction et la fidélisation de la main-d’œuvre. Les systèmes de purification active de l’air directement montés dans les conduits (une fois ceux-ci scellés) offrent une réduction vérifiée de 99 % des charges de COVID-19, de virus et de bactéries aérogènes; et une réduction de 98 % des moisissures aérogènes. La technologie REME-LED (seulement en anglais) est utilisée dans les salles d’opération des hôpitaux et en tant que traitement par contact direct aux fins de la salubrité alimentaire. Depuis 2020, cette technologie est utilisée dans des applications commerciales comme une solution de rechange à la désinfection par brumisation des espaces clos pour un résultat identique. En savoir plus sur cette technologie.

Avis de non-responsabilité : Ceci n’est pas une promotion de produit. C’est cependant la seule technologie actuellement disponible. La technologie REME-LED disperse du peroxyde d’hydrogène ionisé et ne génère pas d’ozone. C’est une solution de rechange à la désinfection par brumisation quand celle-ci ne peut pas être effectuée parce que les bureaux et l’aire de production sont occupés.

Moteurs et pompes

Il est possible de contrôler la vitesse de fluide avec un variateur de vitesse ou un variateur de fréquence. Ces variateurs remplacent les valves qui bloquent le débit et font diminuer la consommation d’énergie d’un moteur de 20 %. Les systèmes conventionnels et existants utilisent des valves pour réguler le débit. Une fois les valves paramétrées, elles sont généralement oubliées. Un variateur de vitesse ou un variateur de fréquence est une solution rentable pour les moteurs même de 1 hp seulement.

Pour réduire la friction, la circonférence des tuyaux et des gaines est également à prendre en compte. Un tuyau de 2 po fera circuler quatre fois le volume de fluide d’un tuyau de 1 po pour une même quantité de friction.

Pertes de moteur types

Parmi les pertes de moteur types :

• pertes de distribution électrique
• pertes de contrôleur
• pertes de moteur
• pertes de couplage
• pertes de charge entraînée
• modulation des charges

Après ces pertes, un moteur type assurera moins de 40 % de travail utile, tandis que plus de 60 % seront perdus. Un système optimisé ne sera pas concerné par ces pertes et conservera 100 % de son travail utile.

Qualité de l’onde

Les filtres et les contrôles de la QO favorisent la fiabilité des systèmes en réduisant l’usure des moteurs et la fréquence des temps d’arrêt imprévus. Les pannes mécaniques, les temps de main-d’œuvre improductive, les emballages endommagés et les déversements de produits peuvent représenter huit à dix fois le coût de remplacement d’un moteur.

Incidence du contrôle de la QO en cas de défaillance d’un moteur de 1 hp

Moteur

Contrôle de la QO :

• Un moteur de 1 hp fonctionne pendant un quart toute l’année et consomme 1 000 kWh d’électricité. Source : Prism Engineering
• Le prix de l’électricité est de 0,16 $/kWh pour un utilisateur de catégorie B au pic de la demande (selon les tarifs de la Société indépendante d’exploitation du réseau d’électricité ou SIERE, en 2018).

Incidence locale :

• Coûts associés au point d’occurrence

Incidence continue :

• Coûts associés au-delà du point d’impact

Dégradation des moteurs

Contrôle de la QO :

• Les problèmes de QO provoquent des bosses et des creux qui affectent et dégradent la qualité des moteurs.
• Il y a 20 à 40 incidents liés à la QO par an.

Incidence locale :

• Les problèmes de QO peuvent augmenter la consommation électrique d’un moteur jusqu’à 20 %, soit une incidence totale estimée à 16 $ par an.

Incidence continue :

• Aucune

Panne de moteur

Contrôle de la QO :

• Un moteur de 1 hp tombe en panne dans une chaîne de fabrication.
• 10 travailleurs demeurent improductifs pendant 15 minutes.
• La chaîne de fabrication est à l’arrêt pendant 1,5 heure, le temps du remplacement du moteur.
• Le coût du moteur de remplacement s’élève à 300 $.
• Le coût de la main-d’œuvre est de 22 $ de l’heure.
• La vitesse de la chaîne est de 200 caisses à l’heure.
• La valeur par caisse est de 25 $.
• La marge brute par caisse est de 25 %.
• Pas d’heures supplémentaires
• 5 caisses de marchandises perdues en raison de la panne

Incidence locale :

• 300 $ pour remplacer le moteur
• 55 $ de temps de main-d’œuvre improductive (10 × 22 $ × 0,25)
• Perte de production (200 caisses × 1,5 heure)
• 625 $ de perte de marge brute
• 125 $ de perte d’intrants (5 caisses × 25 $/caisse)
• Total de l’incidence estimée : 1 105 $ par occurrence

Incidence continue :

• La panne de moteur après seulement 3 ans (soit à 60 % seulement de sa durée de vie prévue) représente une perte de 120 $ (40 % de 300 $).
• Il faut ajouter 330 $ de main-d’œuvre supplémentaire pour remplacer la perte de production (10 travailleurs pendant 1,5 heure à 22 $ de l’heure).
• Il faut compter 1 heure de nettoyage pour 2 travailleurs (44 $).
• Total de l’incidence  : 374 $ par occurrence

Total du coût d’un incident de QO impliquant un seul moteur 1 hp

16 $ + 1 105 $ + 374 $ = 1 495 $ (d’après les coûts susmentionnés de l’incidence locale et de l’incidence continue). Selon Siemens, les corrections de QO permettent d’augmenter de 6 % le débit horaire des installations.

Le coût caché des incidents de QO :

• Installations ayant des coûts de services publics inférieurs à 25 000 $ par : 250 $ par événement
• Installations ayant des coûts de services publics de 25 000 $ à 150 000 $ par an : jusqu’à 2 500 $ par événement
• Installations ayant des coûts de services publics supérieurs à 300 000 $ par an : jusqu’à 25 000 $ par événement
• Installations ayant des coûts de services publics supérieurs à 1 000  $ par an : jusqu’à 250 000 $ par événement

Ces incidences sont tirées d’une observation de l’industrie où 20 à 40 incidents de QO par an ont entraîné plus de  interruptions de la chaîne de fabrication chaque année. Dans l’usine même, des problèmes de qualité de l’onde ont été repérés, où chaque incident coûtait 2 500 $. L’exemple suppose une panne moteur qui se produit une seule fois au cours d’une période de trois ans puis ventile les coûts, lesquels sont moins élevés que l’exemple sous-jacent.

Le délai de récupération s’étend de 1 à 3 ans pour les solutions de QO et d’efficacité des fluides, selon les économies d’énergie. L’entreprise enregistrera aussi une réduction des coûts liés à la maintenance et au remplacement des pompes et des moteurs, une fois le débit de fluide et d’électricité optimisé. Le ratio entre économies de maintenance et économies d’énergie est prudemment estimé à 25 % d’économies d’énergie.

Mise en service de compteurs de services publics

Des compteurs de services publics permettent de régler la question de la fiabilité et de l’efficacité des systèmes.

La première difficulté est la fiabilité de l’équipement automatisé. Les contrôles de la QO constituent la première moitié de l’équation. La seconde moitié est la manière dont fonctionne la maintenance. Une équipe de maintenance traditionnelle réparera l’équipement une fois celui-ci tombé en panne. Une telle pratique fonctionne dans un environnement mécanique où des équipes de maintenance qualifiées se servent du toucher, du bruit et de l’odeur pour diagnostiquer les problèmes mécaniques à mesure qu’ils se produisent. L’équipement automatisé abrite des semi-conducteurs. C’est un équipement informatisé qui tombera en panne en raison de problèmes de QO provenant de l’alimentation électrique et de problèmes de QO provenant de l’état des moteurs régulés. Des compteurs de services publics permettent de surveiller l’état des composants mécaniques. Les équipes de maintenance qui possèdent les outils et les compétences nécessaires pour surveiller l’équipement dans leur usine peuvent proactivement réparer et remplacer l’équipement, avant qu’il ne se dégrade au point que des pics et des creux de courant ne corrompent les composants informatisés.

La deuxième difficulté consiste à gérer l’efficacité de la gestion de l’énergie, de l’eau, des ingrédients et de la main-d’œuvre d’une chaîne de fabrication. La mise en service de compteurs de services constitue un outil de contrôle des coûts. Selon Siemens, l’inflation de l’énergie se chiffre en moyenne à 6 % par an sur les trois dernières décennies. Sans compteurs intégrés en temps réel, il faut procéder à des vérifications énergétiques tous les deux à trois ans. Les ingénieurs se rendent alors sur place pour faire les mesures et assignent une douzaine de projets à faire aux responsables de l’usine. Il faut ensuite compter deux ou trois ans pour mener à bien tous ces projets. Au retour des ingénieurs de la vérification, quelques années plus tard, tous les gains d’efficacité sont perdus en raison de la hausse des prix de l’énergie (liée à l’inflation et à l’absence de comptage de la consommation des services publics qui pourrait alerter la direction de tout problème éventuel). Or, l’efficacité des systèmes peut être mesurée, suivie et gérée.

Une usine de transformation alimentaire qui s’automatise peut s’attendre à voir sa consommation énergétique augmenter de 10 %. Cette augmentation chute à 5 % environ avec la mise en place d’un Système d'information sur la gestion de l'énergie (SIGE), quand le personnel possède les ensembles de compétences requis pour analyser et interpréter les données liées à la consommation de services publics.

Erreur humaine

Les interférences peuvent être intégrées aux systèmes ou négligées. L’erreur humaine représente une consommation inutile de services publics.

Temps d’arrêt de l’installation

L’éclairage et l’équipement peuvent être laissés en état de marche, une fois les lots de fabrication terminés. Une simple visite pendant la fin de semaine permettra de repérer ce qui est resté en marche et de cerner des améliorations possibles. Un équipement aura besoin d’un temps de refroidissement, tandis qu’un autre aura besoin d’un temps de préchauffage. Coordonner les procédures de démarrage et d’arrêt, s’exercer à utiliser ces procédures et faire un suivi pour s’assurer de leur respect constitue un ensemble de compétences.

Les lumières qui restent allumées peuvent augmenter de 20 % les coûts d’éclairage et usent les ballasts. Les moteurs, les compresseurs d’air et les convoyeurs qui tournent au ralenti consomment de l’électricité, accélèrent l’usure de l’équipement et ont des répercussions sur les coûts du facteur de puissance. Ce sont des coûts évitables qui ont des conséquences sur l’imputation des coûts indirects. La façon dont une usine se met au repos est un indicateur de la façon dont elle fonctionne.

Corriger l’erreur humaine

La correction de l’erreur humaine nécessite un degré élevé de vigilance, d’observation, d’expérience et de formation.

La vigilance fonctionne, à condition que la direction accepte d’y consacrer le temps nécessaire. Mais la vigilance a ses limites. Plus on passe de temps dans l’atelier, moins on voit les problèmes. L’usure progressive de l’équipement passe inaperçue avec la fatigue sensorielle. La vigilance permet d’éviter peut-être la moitié du gaspillage d’électricité et des fuites d’eau évitables. L’utilisation régulière de capteurs thermiques à main par les équipes de maintenance, une formation du Programme d’économies d’énergie dans l’industrie canadienne (PEEIC), des compteurs divisionnaires et des SIGE sont autant d’éléments constitutifs d’un comportement de maintenance préventive.

Meilleures pratiques de gestion

Le présent document aborde la question des MPG fondamentales plus en détail dans la section « Le guide des intrants ». La liste se veut un point de départ et ne prétend pas à l’exhaustivité. Il est recommandé d’explorer le PEEIC et les pratiques Lean auxquelles souscrit le Consortium d’excellence en fabrication (en anglais seulement). D’après les ouvrages qui traitent du soutien de la haute direction, de la gestion efficace des projets et de la consolidation d’équipe, un haut dirigeant doit diriger les activités et, selon le projet, il peut y avoir un ou plusieurs gestionnaires de projet. L’équipe des responsables, des superviseurs et des employés du gestionnaire de projet sera différente selon le projet. Certains projets auront une équipe spécialisée, tandis que d’autres auront une équipe interfonctionnelle. La formation et la gestion du comportement dépendront aussi de ce qui est adopté.

Technologie

Le présent document aborde la question des technologies fondamentales plus en détail dans la section « Le guide des intrants ».

La cybersécurité est un problème émergent. Plus de la moitié des petites entreprises font faillite après une cyberattaque. Les technologies fondamentales réduisent de façon rentable les risques économiques et environnementaux.

Le tableau suivant illustre l’échelle d’une entreprise et les mesures liées au facteur FPAD. Ces mesures (des investissements dans la formation et la technologie) se justifient, en partie, par leur incidence sur la gestion et les ensembles de compétences requis au stade suivant des processus. Ces mesures sont les éléments constitutifs de la gestion des données. Procéder à une estimation de l’ordre de grandeur des ventes permettra de discerner les mesures les plus rentables. Surtout, les compétences, la formation et les MPG qui sont fondamentales pour une jeune pousse du secteur de la transformation alimentaire sont aussi importantes que pour une société internationale bien établie. Une gestion efficace de la fabrication exige des compétences et des capacités de mesure. Les gens changent d’emploi et déménagent. Le tableau 2 présente les compétences et les pratiques élémentaires à acquérir, à mesure que l’entreprise se développe.

Tableau 2 : Contrôle des variables des intrants — Mesures suggérées concernant les compétences, le comportement et la technologie selon l’échelle de l’entreprise

Compétences, comportements et mesures technologiques	Moins de 250 000 $ de chiffre d’affaires	Entre 250 000 et 2 000 000 $ de chiffre d’affaires	Plus de 2 000 000 $ de chiffre d’affaires
Mise en place d’un champion, d’un leader et d’une équipe	Oui	Oui	Oui
Formation sur l’énergie du PEEIC	Oui	Oui	Oui
Culture d’entreprise de l’assainissement	Oui	Oui	Oui
Maintenance centrée sur la fiabilité	Oui	Oui	Oui
Détection/correction des fuites	Oui	Oui	Oui
Scellement des conduits par aérosol	Oui	Oui	Oui
Purification d’air active	Oui	Oui	Oui
Correction du facteur de puissance	Non	Oui	Oui
Contrôles de la QO	Non	Oui	Oui
Comptage divisionnaire	Non	Oui	Oui
Équilibrage de l’air	Non	Oui	Oui
Contrôle de l’humidité	Non	Oui	Oui
SIGE	Non	Oui	Oui
Cartographie numérique	Oui	Oui	Oui
Analyse du temps takt	Oui	Oui	Oui
Évaluation des coûts par activité	Oui	Oui	Oui
Lean	Oui	Oui	Oui
Correction des coûts liés aux intrants	Oui	Oui	Oui

Les profils de consommation d’eau et d’énergie des entreprises de petite taille dont le revenu net est inférieur à 250 000 $ ne justifieront probablement pas la dépense d’immobilisation que représentent la correction du facteur de puissance, les contrôles de la qualité de l’onde, les compteurs divisionnaires et les SIGE. Ces technologies améliorent les résultats de l’analyse du temps takt, de l’évaluation des coûts par activité, de la méthode Lean et à terme, de la gestion des émissions de carbone.

La formation sur la gestion de l’énergie offerte par l’Office de l’efficacité énergétique est un point de départ pour acquérir des compétences en gestion de données. Les connaissances et les compétences qui sont au cœur de cette formation s’appliquent aux entreprises de toute taille.

Formation sur l’efficacité

Dans toute planification où une équipe vise l’efficacité, il faut prévoir beaucoup de pratique. Dans un environnement de fabrication, la formation est synonyme de pratique et fait partie intégrante de la stratégie. L’acquisition des compétences s’accélère quand la formation (la pratique) est en lien avec les modalités de la stratégie. Les technologies, les outils et les pratiques qui figurent dans le tableau 2 sont des exercices d’entraînement essentiels pour parvenir à une synergie rentable dans le cadre de la fabrication d’un produit répondant à la demande de faibles émissions de carbone. Les compétences acquises lors de l’utilisation de ces technologies constituent les blocs élémentaires de l’automatisation numérique et de la gestion des émissions de carbone.

La formation du PEEIC, par exemple, est de l’argent bien investi même pour la plus petite des installations, tout comme le fait d’installer des compteurs divisionnaires sur un panneau électrique, parallèlement à un SIGE. Quant aux installations de plus grande taille, elles devraient chercher à mettre en place des systèmes plus complets.

Synergies découlant de la correction du facteur FPAD

Pour réduire les interférences à l’échelle d’un processus de fabrication, il est utile de créer une synergie progressive.

Tout d’abord, installer des compteurs et procéder à une cartographie numérique permet de corriger les réglages de l’équipement existant et les inexactitudes liées à la marge brute. Ensuite, le fait de procéder à une analyse du temps takt et de revoir l’évaluation des coûts des produits permet d’obtenir des valeurs de base et des mesures réelles qui serviront aux fins de la maintenance prédictive et du contrôle des coûts liés aux intrants. Enfin, le fait de détecter et réparer les fuites, et d’apporter des améliorations concernant le facteur de puissance et la qualité de l’onde, permet d’éliminer le gaspillage et les écarts évitables sur le plan des intrants et des processus.

Temps nécessaire pour corriger le facteur FPAD et le facteur humain

Après la vérification sur place et les corrections de procédure, la correction du facteur humain nécessitera :

• 1 mois pour changer le comportement
• 6 mois pour la formation, les compteurs divisionnaires, le SIGE et la maintenance préventive

La correction du facteur FPAD nécessite 1 à 3 ans.

Avec une formation et la mise en place de ces technologies, les pratiques de la fabrication Lean sont plus faciles à exercer. Des occasions d’amélioration faciles à saisir peuvent continuer à émerger pendant 5 à 10 ans, à mesure que l’équipement vieillit et que l’entreprise se développe. La clé est de pouvoir repérer et réduire les écarts de coût plus vite que le taux d’inflation n’influe sur ces coûts.