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L’industrie connaît une nouvelle révolution depuis 2011. Le concept de l’usine 4.0 est évoqué pour la première fois lors de la foire de Hanovre (Salon de la technologie industrielle) de 2011.

Cette révolution concorde avec l’arrivée sur le marché d’un objet qui a démocratisé les IoT : l'iPhone.

Comment l'iPhone, qui en fin de compte n’était pas révolutionnaire en termes de technologie, a su bouleverser les usages ? Sa réussite est le fruit d’une campagne marketing très bien menée, utilisant une communauté d'utilisateurs forte (celle des iPod). L'iPhone 1 sort en 2007, et, en 2008, voit sa version 3G se doter de l’AppStore. La facilité d’utilisation permet à tout un chacun l’utilisation d'applications faisant rentrer un grand nombre de néophytes dans la catégorie des utilisateurs de technologie.

Depuis 2008, les usages et la mobilité n’ont cessé de rentrer dans nos vies quotidiennes et ont permis une acculturation numérique grandissante. Cette acculturation, ainsi que la diminution des coûts des IoT, du machine learning, du Edge et du Cloud, a rendu possible, avec moins de freins au changement, l’introduction de davantage de technologie dans le quotidien industriel.

Oui mais… les utilisateurs sont habitués à utiliser des applications bien conçues, aux ergonomies bien pensées et des interfaces simples (d’apparence). Leurs comportements sont trackés pour améliorer sans cesse les performances et expériences d’usage. La plupart des applications ont des vocations commerciales et les utilisateurs sont devenus plus exigeants. Ils sont prêts à faire moins d’effort que par le passé et veulent aller à l’essentiel. Ils vivent un gap entre la technologie qu’ils ont au quotidien entre les mains, et ce qu’on leur donne au travail.

  • D’un côté, ils ont de la technologie embarquant de l’intelligence artificielle, des assistants vocaux, de la dictée vocale, des clouds pour centraliser les données de l’ensemble de leurs appareils connectés (montre, balance, téléphone, tablette, PC). Le tout est constamment amélioré.
  • D’un autre, ils ont encore énormément de papier à remplir, des procédures à lire, des documents à signer et des systèmes informatiques aux interfaces graphiques austères et peu intuitives. Bien souvent les systèmes sont statiques, les comportements des utilisateurs ne sont pas enregistrés ni analysés. Les systèmes évoluent peu pour des raisons de validation des systèmes et par défaut de mesure.

Vivant ce grand écart, ils ont parfois le sentiment que rien n’est simple dans leur travail. Sauf lorsqu’on commence à déployer des technologies 4.0, et là tout change (si c’est bien fait).

Mais qu’est ce que cette révolution englobe ? Petit panorama des objectifs et technologies de l’usine 4.0.

Les différents objectifs de l’usine 4.0

Contrairement aux précédentes révolutions industrielles, la quatrième révolution n’a pas pour objectif premier de produire davantage en plus grande série en diminuant les coûts (Je vous incite à découvrir l'histoire de la révolution industrielle sur cet article LinkedIn).

Les enjeux de production actuels ne sont plus de cette nature.

Une usine 4.0 est une usine interconnectée dans laquelle la fluidité du flux physique va de pair avec la fluidité du flux d’informations. Les méthodes, machines, salariés, ERP et autres systèmes sont tous connectés les uns aux autres.

Chaine de production

L’industrie 4.0 est phygitale, elle opère une convergence du monde virtuel, de la conception numérique, de la gestion des opérations, des finances (notamment le cashflow) et du marketing, avec les produits, services et objets du monde réel pour mieux répondre aux besoins de ses acteurs (clients, co-traitant et salariés).

Une usine 4.0 pourra être :

  • Une usine totalement digitalisée, sans papier, avec une utilisation importante de la réalité augmentée pour la guidance opérateur.
  • Une usine flexible, permettant une production avec une différenciation retardée, de la production de pièce à la demande, jusqu’à 100% custom.
  • Une usine extraconnectée avec ses clients, fournisseurs, partenaires sur une ou plusieurs plateformes numériques.
  • Une usine temps réel, dans laquelle les temps de cycles et la rapidité de décision sont augmentés par la remontée en temps réel de l’ensemble des données logistiques, de production et de contrôle qualité.
  • Une usine responsable sur le plan sociétal, qui saura prendre en compte les besoins de ses salariés et adapter le travail à son capital humain en mettant en place le télétravail, les déplacements doux, l’implication de ses équipes dans les décisions d’usine (atelier autonome, lean management, design sprint, brainstorming), l’intégration de l’activité industrielle dans le contexte local (économie circulaire, mutualisation de moyens, création de circuits courts…).
  • Une usine responsable sur le plan environnemental, avec une gestion des énergies et des process intelligents, permettant un redesign régulier des productions pour améliorer l’impact environnemental.
  • Une usine économe, qui consomme peu d’énergie, pourra recycler ou autoproduire sa source d’énergie, ce qui limitera ses déchets et sa consommation de matières aux stricts minimum.

Quoiqu’il en soit, une usine 4.0 doit être une usine rentable et pérenne. L’objectif premier de l’Industrie 4.0 est d'acquérir des avantages concurrentiels.

Panorama des technologies

Illustration technologie

Ne pouvant pas, dans cet article, faire un panorama complet des technologies utilisées, je me propose d’en sélectionner quelques-unes :

L’IIoT

Quoi de mieux qu’un petit objet qui nous suit pour suivre et interagir avec son environnement industriel ? Les IIoT sont des objets qui vont s'interconnecter sur une plateforme numérique et/ou directement les uns aux autres pour renseigner différentes opérations.

  • La RFID permet, avec des étiquettes actives ou passives, l'identification des matières premières, produits semi-ouvrés, produits finis et leur quantité et position dans l’usine. Les étiquettes actives permettent une écriture de données tout au long de la transformation et donc une traçabilité des lots et des unités produites. Elles permettent des contrôles en cours de process et la création de lots de fabrication. La RFID permet également une gestion des stocks en temps réel en connaissant à un instant "T"  la quantité de chaque article dans chaque zone d’une usine.
  • Le Edge Computing Intelligent correspond à la mise en place d’informatique distribuée, de traitement et de stockage des données physiquement au plus près de leur production. Cette stratégie permet de traiter à haute fréquence les données en limitant les consommations de bandes passantes et en sécurisant les données aux pieds des machines. Ce sont concrètement des PCs qui permettent un traitement rapide des données directement en production. Les informations remontées vers le Cloud seront faites à fréquence déterminée.
  • La Réalité Augmentée consiste à l’utilisation d’un dispositif (tablette ou lunettes connectées) permettant l’ajout d’informations numériques à ce que l’utilisateur voit autour de lui. Cette technologie est utilisée pour décrire et contrôler le travail à réaliser en même temps que la personne le réalise ou encore à montrer, en temps réel sur une machine, la localisation d’une panne et faire apparaître de la documentation technique ou permettre de l’assistance à distance d’un téléconseiller.
  • La Réalité Virtuelle est une approche immersive dans un environnement virtuel que j’ai eu le plaisir d’utiliser pour concevoir l’implantation d’un poste de travail par exemple, ou encore pour former des techniciens sur un process avant que la machine ne soit livrée. La réalité virtuelle permet également de simuler des organisations de travail ou des flux et ainsi aider à la décision avec un regard concret sur les impacts sur le terrain.

La cobotique

Illustration usine

La cobotique consiste à faire travailler une personne avec un collègue quelque peu particulier, un robot collaboratif. Un peu comme dans Starwars, R2D2 et Luke Skywalker. La différence entre un cobot et un robot classique est que le cobot est programmable et permet une grande polyvalence. L’utilisation d’un cobot permet de réduire les expositions aux risques musculosquelettiques pour les opérateurs notamment.

Intelligence artificielle et machine learning

Concernant l’intelligence artificielle et le machine Learning, sans rentrer dans le détail, il existe différents types d’intelligences artificielles. Pour résumer, ce sont des dispositifs qui apprennent et donc sont capables d’évoluer dans le temps. L’intelligence artificielle va donc apprendre en consommant des données et des apprentissages (dans le cas du machine learning) pour toujours mieux vous conseiller. Ce sont des aides à la décision.

Le Cloud

Le Cloud, ou nuage en français, correspond à un service de centralisation des données et algorithmes utilisant de la technologie web permettant d’héberger des suites pour les IIoT, des services SaaS ou d’autres données sur un serveur web. Les Clouds permettent de connecter plusieurs entités à une et même base de connaissances et donc de faciliter les échanges et bonnes pratiques multi-sites dans l’industrie.

La fabrication Additive

Mise en lumière lors du premier confinement avec les réseaux de maker 3D, la fabrication additive consiste en la fabrication à la demande, d’objet 100% sur mesure sur des imprimantes 3D.

Illustration cobotique

Leur utilisation est présente dans l’industrie pour imprimer une pièce cassée d’une machine en attendant de recevoir la pièce et ainsi diminuer le temps d’arrêt de production ainsi que diminuer le coût des pièces détachées. D’autres utilisations sont la fabrication de produits customisés pour les clients en petites séries ou le prototypage de solution pour tester une innovation.

Les jumeaux numériques

Les jumeaux numériques sont une version numérique, capable de simuler le fonctionnement d’une machine ou d’une usine. L’usine Latécoère à Toulouse a d’abord créé le jumeau numérique de l’usine afin de la concevoir. Maintenant ce jumeau numérique permet de simuler les flux de productions et les améliorations process.

Au-delà de cette liste de technologies, il faut comprendre que ce ne sont que des outils qui permettent d’atteindre un objectif. L’industrie 4.0 permet de mettre en avant l’humain sur ce qu’il a de plus précieux, son intelligence : Intelligence du geste, Intelligence de réseau, Créativité et Innovation.

Quelques fournisseurs de solutions 4.0

IIoT

Une approche exhaustive des acteurs de l’IIoT n’est pas possible car de nombreux OEM proposent leurs propres solutions et de nombreuses suites d’éditeurs sont disponibles.

En IIoT, il y a les fournisseurs de Device et les fournisseurs de plateforme IIoT. L’un sans l’autre ne permet pas une stratégie complète.

Les acteurs les plus connus sont Schneider Electric, Nexcom, Advantech, ABB, Siemens, Bosch, PTC, Samsung, C3, Microsoft, IBM, Google (avec Google Cloud Platform), Amazon (avec AWS Green Grass), CISCO, SAP.

Cobot

Voici une liste de quelques Cobots connus : YuMi (ABB), Gamme CR (FANUC), LBR (KUKA), Panda (Franka Emika), La gamme UR (Universal Robots), SIA series (Yaskawa Motoman).

Plateforme permettant le déploiement 4.0

Voici quelques plateformes permettant le déploiement de solution 4.0 : Accelerate™ IoT and Data Integration Platform de AVEVA, EcoStruxure de Schneider Electric, FactoryTalk de Rockwell Automation, Thingworx de PTC.

Point de vigilance

Si vous souhaitez déployer des technologies 4.0, et notamment de l’IIoT, la sécurisation des données et des réseaux industriels devient stratégique. Les IIoT sont la nouvelle cible des hackers et les Shadow IT sont souvent des portes ouvertes dans les entreprises.

Illustation fabrication

Le Shadow IT regroupe tous les réseaux qui sont souvent mis en place par les services opérations, pour interconnecter leurs systèmes et qui ne sont pas connus et encore moins gérés par l’IT. Ces Shadow IT naissent souvent dans les entreprises lorsque la mise en place de solutions pour la production n’est pas une priorité pour le service IT ou que l’IT répond mal aux besoins de souplesse des opérations. Ils sont souvent révélateurs d’un manque de coopération entre les deux départements.

Avant de déployer des technologies IIoT, il convient d’identifier ces potentiels Shadow IT et de mettre en place une équipe pluridisciplinaire entre les opérations et l’IT pour créer des objectifs communs.

Un audit complet des infrastructures sur le terrain est indispensable et une fois les Shadow IT identifiés et intégrés dans la stratégie IT Groupe, le déploiement d’une informatique industrielle devient possible avec une vraie stratégie de Cybersécurité.

Mais ceci est un autre sujet...

crédit photo : Marcelo Montero / Remy Gieling / Alexandre Debiève / My Name is Yanick /Thiago Medeiros Araujo - Unsplash