La construction modulaire peut faciliter l'adaptation d'une installation à des produits, des recettes et des débits changeants. Elle n'est toutefois pas une fin en soi, ni une promesse générale que chaque fonction pourra être remplacée rapidement par la suite. Une installation n'est réellement modulaire que si ses interfaces mécaniques, de fluides, électriques, de commande et de sécurité ont déjà été clairement définies, documentées et suffisamment dimensionnées dès la planification. En l'absence de ces conditions préalables, un rétrofit reste souvent possible, mais s'apparente plutôt à une transformation avec l'effort d'ingénierie, de contrôle, d'arrêt et, le cas échéant, de qualification correspondant.

Dans l'industrie de procédé, des unités fonctionnelles clairement délimitées sont particulièrement pertinentes. Cela peut comprendre des modules de dosage, d'ajout de liquide, de mélange, de thermorégulation, de vide, de filtration, de nettoyage, de transport ou de remplissage. Un tel module nécessite non seulement des raccordements mécaniques définis, mais aussi des points de transfert univoques pour l'énergie, l'air comprimé, l'eau, la vapeur, le vide, l'air évacué, les signaux de commande, les fonctions de sécurité et les données de procédé. Ce n'est que lorsque ces points de transfert sont clairement établis qu'un module peut être ajouté ou remplacé avec un effort raisonnable.

Pour les installations de mélange, les options de modularisation typiques sont surtout des modules fonctionnels supplémentaires à l'intérieur ou sur l'installation existante. Cela comprend les dosages de liquide, les lances d'injection, les buses bicomposants, l'instrumentation supplémentaire, les enveloppes de thermorégulation, les raccordements de vide, les outils de coupe ou de désagglomération, les modules de nettoyage, les organes d'évacuation et la technique de tamisage, de transport ou de remplissage en aval. De telles extensions sont particulièrement efficaces lorsque des raccords de réserve, des positions de montage libres, des réserves d'espace, des entrées et sorties supplémentaires dans la commande, des chemins de câbles suffisamment dimensionnés et des capacités disponibles pour l'alimentation en énergie et en fluides ont déjà été prévus lors de la planification initiale.

La modularisation mécanique peut s'effectuer par des brides standardisées, des raccords clamp, des raccordements de tuyauterie, des plaques adaptatrices, des châssis skid, des équipements mobiles ou des conteneurs standardisés. Des raccords standardisés seuls ne garantissent toutefois pas une interchangeabilité simple. Les sollicitations, la résistance à la pression et au vide, les exigences d'étanchéité, l'hygiène, la protection contre les explosions, l'aptitude au nettoyage, l'accessibilité et les propriétés réelles des matériaux doivent également être adaptées. Pour les produits en vrac en particulier, le comportement à l'écoulement, la masse volumique apparente, l'humidité, l'abrasivité, la tendance à la ségrégation et le comportement à la poussière influencent de façon déterminante si un nouveau module de dosage ou de transport fonctionne de manière fiable avec l'installation existante.

Les systèmes à changement rapide sont particulièrement utiles lorsque les composants dépendant du produit changent fréquemment, tandis que l'installation de base reste inchangée. Des exemples sont les lances de dosage interchangeables, les tamis, les outils, les adaptateurs d'évacuation, les récipients, les éléments filtrants, les aides au remplissage ou les pièces d'usure. Dans la fabrication discrète, les systèmes de bridage à point zéro, les têtes de changement d'outil et les porte-pièces standardisés peuvent également être très efficaces. Pour les installations de mélange de poudres, leur importance est généralement moindre que dans l'usinage ou le montage robotisé, car l'aptitude au nettoyage, l'étanchéité, le confinement et le flux de matière sont souvent plus importants qu'un changement d'outil purement mécanique et rapide.

Le remplacement d'un mélangeur par une taille plus grande ou plus petite n'est pas une extension modulaire, mais une adaptation de capacité. Même en conservant le même principe de mélange, la cinétique de mélange, le taux de remplissage, la vitesse périphérique, le transfert thermique, le comportement au dosage, la vidange et la sollicitation du produit peuvent changer. Les recettes et les paramètres de procédé ne sont donc pas transposables sans autre vérification à une autre taille. Une évaluation du point de vue du génie des procédés et, dans de nombreux cas, des essais avec le produit d'origine sont nécessaires.

Une architecture de commande et logicielle évolutive est tout aussi importante pour une véritable modularité que la mécanique. Les nouveaux composants nécessitent des fonctions, des modes de fonctionnement, des phases de procédé, des messages, des alarmes, des verrouillages, des valeurs de consigne et des états sûrs clairement définis. Une programmation modulaire de l'automate peut aider à intégrer ces fonctions de façon structurée. L'automate programmable industriel, en abrégé API, désigne un ordinateur industriel destiné à la commande de machines et de procédés. Les interfaces vers les systèmes de niveau supérieur, comme le système de conduite, le Manufacturing Execution System ou l'Enterprise Resource Planning System, doivent également être décrites. Un Manufacturing Execution System, en abrégé MES, soutient la conduite opérationnelle de la production et la documentation des charges. Un Enterprise Resource Planning System, en abrégé système ERP, soutient la planification et la gestion des commandes, des matières et des ressources.

Le Module Type Package, en abrégé MTP, peut soutenir l'intégration, du point de vue de l'automatisation, d'unités de procédé modulaires. Le MTP est une description formelle et neutre du point de vue du fabricant, des fonctions et interfaces d'un module de procédé. Il est décrit dans le cadre de la série de directives VDI/VDE/NAMUR 2658 et permet l'intégration d'un module approprié dans un niveau d'orchestration de procédé de rang supérieur. Le MTP peut contenir des indications relatives aux écrans d'exploitation, aux services de module, aux informations de diagnostic et de maintenance ainsi qu'aux interfaces de communication. Il convient particulièrement à des modules de procédé délimités et largement autonomes, par exemple des skids de dosage ou de thermorégulation. Le MTP ne rend toutefois pas superflue une vérification de compatibilité mécanique ou relative au procédé et ne conduit pas automatiquement à un « Plug and Produce ». Pour cela, le système de conduite de procédé, les modules de procédé, les modèles de données et les déroulements d'exploitation doivent être effectivement conçus de façon compatible avec le MTP.

Pour la communication entre les modules et un niveau d'orchestration de procédé, OPC Unified Architecture, en abrégé OPC UA, est fréquemment utilisé. OPC UA soutient l'échange structuré et indépendant du fabricant de données de procédé et d'état. Il ne résout toutefois pas les questions de responsabilités, de validations, de logique de sécurité, de qualité des données ou d'interaction correcte entre plusieurs modules. La flexibilité réelle ne naît que lorsque les interfaces techniques, les modèles de données sémantiques, la logique des recettes, les fonctions de sécurité et les déroulements d'exploitation sont coordonnés entre eux.

Les modules mobiles ou déplaçables peuvent améliorer la flexibilité de l'implantation, par exemple pour les conteneurs, les stations de dosage mobiles, les unités de filtration, les systèmes skid ou les groupes de remplissage. Ils ne conviennent toutefois pas à toutes les applications. Les opérations supplémentaires d'accouplement, de transport et de positionnement peuvent créer des risques pour l'étanchéité, l'hygiène, la sécurité du travail, les raccordements de fluides et les confusions de matières. Les véhicules à guidage automatique, également appelés Automated Guided Vehicles ou AGV, peuvent automatiser la logistique des matières, mais nécessitent suffisamment d'espace, des voies de circulation sûres, un concept de transfert robuste et une intégration fiable dans la planification de la production. Pour les zones très poussiéreuses, à risque d'explosion ou soumises à des exigences hygiéniques strictes, leur utilisation doit être évaluée avec un soin particulier.

Une alimentation en fluides modulaire peut faciliter considérablement les extensions ultérieures. Cela comprend des raccords préparés et des réserves suffisamment dimensionnées pour l'électricité, les réseaux, l'air comprimé, l'eau, la vapeur, le refroidissement, le vide, le gaz inerte, l'air évacué et les eaux usées. Les raccords multiples peuvent réduire les temps de montage, mais doivent correspondre au niveau de pression, au fluide, au concept de nettoyage et de sécurité. Pour les applications critiques sur le plan hygiénique ou réglementaire, les points de raccordement supplémentaires ne doivent pas créer de nouveaux espaces morts, de risques de fuite, de risques de confusion ou de zones insuffisamment nettoyables.

Les modèles numériques et la mise en service virtuelle peuvent préparer les transformations et réduire les risques. Une mise en service virtuelle utilise un modèle de l'installation et de la logique de commande afin de tester les états de fonctionnement, les interfaces, les verrouillages, les scénarios de défaillance et les déroulements avant le montage réel. Elle peut rendre les erreurs visibles plus tôt et raccourcir le temps de mise en service sur site. Le National Institute of Standards and Technology décrit la mise en service virtuelle comme l'utilisation de la simulation pour développer, contrôler et évaluer des systèmes de commande avant leur connexion à l'installation réelle.

Un jumeau numérique s'en distingue. Un véritable jumeau numérique est une représentation numérique à usage défini d'un élément physique observable, synchronisée avec cet élément. Pour les procédés de mélange, un jumeau solide et physiquement pertinent serait particulièrement exigeant : il devrait représenter non seulement la géométrie, l'entraînement, la logique de commande et les données de mesure, mais aussi les propriétés du produit en vrac et leur évolution pendant le procédé. Cela comprend par exemple la distribution granulométrique, la masse volumique apparente, l'humidité, le comportement à l'écoulement, la cohésion, la tendance à l'agglomération, l'abrasivité, les adhérences et, le cas échéant, l'effet des ajouts de liquide. Ces propriétés varient souvent d'un lot de matière première à l'autre et évoluent au cours du procédé de mélange. En pratique, elles sont rarement documentées de façon complète, suffisamment précise et modélisable de façon dynamique. De nombreuses applications désignées comme jumeaux numériques sont donc plutôt des modèles de données, des modèles de commande virtuels, des modèles de capacité ou des historiques de procédé. Ils peuvent être très utiles, mais ne devraient pas être confondus avec une prédiction fiable de la qualité de mélange ou du comportement du produit.

La capacité d'adaptation d'une installation augmente globalement grâce à la combinaison de modules fonctionnels préparés dès la construction, d'interfaces claires, de réserves suffisamment dimensionnées en fluides et en commande, d'un logiciel modulaire et d'une architecture de procédé et de sécurité propre. En particulier pour les produits changeants, une stratégie de nettoyage adaptée est également déterminante. Toute variation de produit ne peut pas être maîtrisée économiquement par une reconversion modulaire. Lorsque les propriétés des matériaux, les exigences hygiéniques, le confinement, la protection contre les explosions ou les objectifs de qualité changent fondamentalement, une voie de procédé séparée, une installation supplémentaire ou un dimensionnement d'appareil différent peuvent être plus économiques et plus sûrs qu'une transformation continue d'une installation de mélange existante.