Industrie 4.0 » Mise en réseau et transformation numérique

L'industrie 4.0 se caractérise par l'intégration des technologies numériques dans tous les aspects de l'industrie, à commencer par la construction d'installations jusqu'à la planification de la maintenance. L'objectif : la suppression de l'effet silo et la mise en réseau des équipes, des appareils intelligents et des processus dans l'ensemble de l'entreprise et de la production. 

L'intelligence artificielle (IA) est au cœur de la quatrième révolution industrielle. Grâce à elle, les entreprises et les fabricants peuvent non seulement collecter, mais aussi utiliser les énormes quantités de données disponibles aujourd'hui dans le monde entier (Big Data). L'industrie 4.0 ne se limite toutefois pas à une technologie spécifique, mais se caractérise plutôt par toute une série de systèmes, d'outils et d'innovations, tels que les réseaux IoT industriels, la réalité augmentée, les cobots (robots collaboratifs), l'automatisation et la robotique, ou encore la surveillance des conditions. 

Ils permettent aux entreprises d'optimiser leurs processus de production et d'augmenter leur efficacité et leur flexibilité, créant ainsi des usines intelligentes


La base : Quatre principes de l'industrie 4.0

Grâce à la fusion des technologies numériques et physiques, l'industrie 4.0 est en mesure de révolutionner le secteur industriel, guidée par quatre principes :

  • Connectivité :

    Dans l'industrie 4.0, les machines, les installations, les capteurs et les personnes sont reliés entre eux et peuvent échanger des informations de manière naturelle. Cela facilite non seulement une prise de décision plus précise et en temps réel, mais permet également d'améliorer la surveillance, le contrôle et l'optimisation des processus de production.

  • Transparence de l'information :

    Grâce aux progrès de la technologie des capteurs et des méthodes de collecte de données, les entreprises ont aujourd'hui accès à d'énormes quantités de données opérationnelles et de performances. Celles-ci peuvent être utilisées pour créer une réplique virtuelle du monde physique - un jumeau numérique qui permet une meilleure compréhension et une modélisation plus précise des processus.

  • Assistance technique :

    Lorsque les systèmes sont dotés d'intelligence artificielle (IA) et de l'apprentissage automatique, ils sont capables d'aider les humains à prendre des décisions bien informées et à résoudre des problèmes complexes. Ils peuvent également effectuer des tâches potentiellement dangereuses ou désagréables pour les travailleurs humains.

  • Décisions décentralisées :

    Alors que jusqu'à présent, seuls les humains étaient capables de prendre des décisions simples de manière autonome, les systèmes cyber-physiques possèdent désormais cette capacité. Il en résulte une flexibilité accrue et des réactions plus rapides au sein des processus de production. 


Les piliers techniques de la transformation numérique de l'industrie

En principe, on peut dire que l'industrie 4.0 repose sur plusieurs piliers importants qui constituent la base de la transformation numérique du paysage industriel. En voici quelques-uns parmi les plus importants :

Réseau et digitalisation

Un point essentiel de l'industrie 4.0 est que les composants les plus divers au sein d'un système industriel sont reliés entre eux et peuvent communiquer de manière transparente. Cette mise en réseau, associée à la numérisation, permet une collecte complète des données en temps réel. Ces données peuvent ensuite être évaluées à l'aide de technologies analytiques et d'intelligence artificielle avancées afin de permettre une prise de décision éclairée

Il peut s'agir, au niveau horizontal, de processus de production liés entre eux sur plusieurs sites de production et sur l'ensemble de la chaîne d'approvisionnement. Par ailleurs, les informations peuvent également circuler verticalement à tous les niveaux de l'entreprise, de la production à la direction et inversement. Cela permet de réduire les silos de données et de connaissances et de rationaliser les processus. 

La communication intelligente entre les machines et les systèmes améliore l'efficacité et assure une flexibilité et une réactivité accrues. Grâce à la numérisation, les processus et informations physiques sont transformés en données numériques, ce qui permet un suivi, une analyse et une optimisation précis

Big Data et analytique

Dans l'industrie 4.0, de nombreuses données sont collectées à partir de différentes sources, notamment les installations, les pièces d'équipement et les appareils compatibles IoT. Cette collecte de données s'étend à tous les aspects de la fabrication et au-delà, y compris les activités commerciales. 

Dans l'industrie 4.0, de nombreuses données sont collectées à partir de différentes sources, notamment les installations, les pièces d'équipement et les appareils compatibles IoT. Cette collecte de données s'étend à tous les aspects de la fabrication et au-delà, y compris les activités commerciales. 

Le rôle du Big Data est de gérer, de stocker et de traiter ces énormes quantités de données. Cela permet aux entreprises de tirer des enseignements précieux de ces informations, que ce soit en termes d'augmentation de l'efficacité, d'amélioration de la qualité ou de développement de produits innovants. L'analytique, notamment les analyses basées sur l'IA et l'apprentissage automatique, joue un rôle central dans l'extraction de modèles pertinents, de tendances et de prévisions en temps réel.

Les connaissances acquises grâce au Big Data et à l'analytique permettent de prendre des décisions éclairées et d'améliorer les solutions d'automatisation dans la production et la gestion de la chaîne d'approvisionnement. De cette manière, le big data et l'analytique contribuent à augmenter l'efficacité, l'agilité et la capacité d'innovation des entreprises dans l'industrie 4.0. 

Automatisation et robotique

Par automatisation, les spécialistes entendent l'exécution mécanique de tâches qui nécessitaient auparavant l'intervention d'un être humain. Grâce à l'automatisation, les tâches répétitives et chronophages peuvent être exécutées avec précision et efficacité. Les robots peuvent travailler en continu, sans fatigue ni risque d'erreur, ce qui se traduit par une augmentation globale de la production. La robotique, quant à elle, décrit essentiellement le processus de développement de robots de fonctions et de tailles très diverses. Des drones pour la surveillance des stocks aux robots mobiles autonomes qui effectuent des opérations de placement. 

Les robots industriels sont souvent conçus de manière à pouvoir réagir de manière flexible à différentes tâches. La programmation et l'adaptabilité leur permettent de s'adapter rapidement à l'évolution des exigences de production. Grâce à la mise en réseau et à l'intégration des données en temps réel, les robots industriels peuvent non seulement exécuter des tâches complexes de manière autonome, mais aussi être intégrés de manière transparente dans des systèmes de production intelligents. 

Cobots

Les robots collaboratifs, également appelés Cobots, sont conçus pour interagir en toute sécurité avec les humains. Cette forme de robotique permet une collaboration directe entre l'homme et la machine, ce qui est particulièrement avantageux dans les environnements où les tâches sont variables ou complexes. 

En outre, les cobots sont également abordables pour les petites et moyennes entreprises, qui peuvent ainsi également profiter des avantages de l'automatisation sans craindre une explosion des coûts. Leur facilité d'intégration et leur adaptabilité permettent de réduire les coûts de mise en œuvre et d'accélérer le retour sur investissement (ROI). Dans l'ensemble, les cobots contribuent à renforcer l'agilité et la compétitivité des entreprises dans l'industrie 4.0. 

Systèmes cyber-physiques (CPS)

Les systèmes cyber-physiques (CPS) permettent de tisser un lien direct entre composants physiques et numériques

Une cellule de production intelligente, par exemple, se compose de machines de production et de robots (physiques) programmés en conséquence, équipés de capteurs et ayant accès à une base de données de production en réseau (numérique). Grâce à l'IIoT, les différents composants de la cellule sont mis en réseau et peuvent communiquer entre eux. 

Les CPS permettent une surveillance et un contrôle précis des installations de production. L'intégration de l'analyse des données et de l'intelligence artificielle permet d'optimiser les processus en temps réel afin d'accroître l'efficacité et la productivité. Ils sont également extrêmement flexibles et peuvent s'adapter rapidement à l'évolution des exigences et des variantes de produits, ce qui est un avantage dans une production de plus en plus individualisée. 

Internet industriel des objets (IIoT)

L'Internet industriel des objets (IIoT) se réfère à l'intégration de capteurs, d'appareils et de systèmes connectés à Internet dans les processus industriels. Il met l'accent sur la mise en réseau d'appareils physiques via Internet afin de collecter et de surveiller les données en temps réel. Les installations, les systèmes, les données et les logiciels sont ainsi reliés entre eux. Les données les plus diverses peuvent ainsi être reliées entre elles et analysées afin de rendre la production plus efficace. 

L'IIoT peut être considéré comme un sous-domaine des CPS car il s'agit de l'une des technologies pouvant être intégrées dans la création de systèmes cyber-physiques. L'IIoT est considéré comme la base de la mise en réseau et de l'interconnectivité dans l'industrie - et donc comme un facteur clé de la transformation numérique. 

Réalité augmentée (AR)
 

La réalité augmentée (en anglais: Augmented Reality - AR) superpose généralement un environnement réel à un contenu numérique. Les données IIoT peuvent être visualisées en temps réel à l'aide de lunettes spéciales ou d'appareils mobiles

Les techniciens peuvent par exemple voir les instructions de réparation ou de montage, les diagrammes ou les instructions directement sur les appareils physiques. Cela facilite les travaux de maintenance et de réparation car les informations pertinentes sont mises à disposition en temps réel. 

Il est également possible de projeter des informations sur le processus de fabrication directement sur les machines ou les lignes de production, ce qui facilite la surveillance des paramètres de production et permet de réagir immédiatement aux écarts. Les formations virtuelles peuvent être directement adaptées à l'environnement de travail de chaque employé et ils reçoivent des instructions en temps réel pour les tâches complexes. 

L'AR se perfectionne encore mais elle a un impact important sur la maintenance, le service et l'assurance qualité, ainsi que sur la formation et la sécurité des professionnels techniques. 

Simulation /
Jumeaux numériques

La simulation d'un jumeau numérique est étroitement liée au thème de la réalité augmentée (AR). Un jumeau numérique est une représentation virtuelle d'un objet physique (machine, produit), d'un système ou d'un processus. Il est créé par la collecte et l'actualisation continues des données de capteurs IIoT en temps réel. 

Ce jumeau numérique permet de reproduire virtuellement l'objet ou le système réel et de l'analyser, de le surveiller et de le simuler dans le monde virtuel. La RA est souvent utilisée pour projeter les informations et les analyses du jumeau numérique dans le monde réel. Par exemple, un exploitant d'usine peut utiliser un jumeau numérique pour identifier une pièce défectueuse spécifique, prédire les problèmes potentiels, améliorer le temps de fonctionnement et simuler différents scénarios et conditions

Outre la configuration et la maintenance des machines, un jumeau numérique peut également simplifier la collaboration entre différentes équipes. En visualisant les processus, les installations ou les produits, les discussions et la planification peuvent être menées plus efficacement. Cela favorise une approche globale et interdisciplinaire dans l'industrie 4.0. 

Sécurité informatique et
protection des données

L'intégration de technologies numériques dans l'industrie 4.0 offre des possibilités impressionnantes mais présente aussi de nouveaux défis. La connectivité étendue, un atout clé de cette révolution, constitue une surface d'attaque considérable. Les attaquants potentiels, qu'il s'agisse d'individus ou d'agences gouvernementales, ont augmenté de manière exponentielle ces dernières années, et l'exploitation des vulnérabilités des systèmes en réseau est devenue une menace sérieuse. 

C'est pourquoi, dans l'industrie 4.0, une cybersécurité efficace est d'une importance capitale

Une stratégie complète doit inclure des évaluations régulières des risques, une gestion globale des risques et des mesures de sécurité réseau essentielles telles que des pare-feu et des systèmes de détection des intrusions. La gestion des identités et des accès, le cryptage des transmissions de données et la formation aux bonnes pratiques de cybersécurité sont des aspects essentiels. Des plans clairs de réponse aux incidents, des mises à jour régulières des logiciels, le contrôle d'accès aux dispositifs IIoT et le respect des normes de sécurité et des lois sur la protection des données constituent une ligne de défense robuste face aux cybermenaces croissantes de l'industrie 4.0.