Industrie 4.0 : la quatrième révolution industrielle ?

Dans l’industrie 4.0, un système cyber-physique associe logiciels, capteurs et moyens de communication pour gérer la complexité, anticiper les dysfonctionnements et piloter la performance en temps réel. Pour la première fois, les ressources, les informations, les machines, les outillages et les personnes sont mises en réseau pour créer l’Internet industriel des objets et des services.

L’enjeu de l’industrie du futur est d’augmenter la productivité des processus industriels :

• Par la flexibilité et la personnalisation des productions.
• En réduisant les coûts et la consommation d’énergie.
• Avec moins d’intervention humaine au niveau de la maintenance et de la gestion des pannes.

L’industrie 4.0 est plus rapide, plus qualitative, plus productive, plus fiable et totalement intégrée dans un système productif automatisé, étendu aux capacités de sous-traitance et aux appareils logistiques. L’usine du futur se pilote à distance avec une extrême finesse, détectant le moindre écart de production et sachant dans une large mesure le corriger automatiquement.

L’industrie 4.0 est-elle la quatrième révolution industrielle ? Les éléments pour en juger :

• Les bénéfices de l’industrie 4.0.
• Les innovations associées à l’industrie 4.0.

Les bénéfices de l’industrie 4.0

Des lignes de production plus flexibles

Grâce à l’Internet des objets et des services, l’industrie 4.0 donne de la flexibilité au processus de production. La mise en réseau des postes, des lignes et des sites permet à l’entreprise de piloter la fabrication au plus près des besoins.

Il est plus rapide de lancer une production complémentaire en cas de pic en réaffectant une capacité de production, dans une logique de plateforme multi-site et de production distribuée. Et grâce à la robotisation des équipements, il est également plus simple de changer d’outillage sur une machine pour changer de référence à produire.

Les attentes des consommateurs mieux prises en compte

Dans l’industrie 4.0, les processus de développement évoluent également. La chaîne de valeur s’appuie sur des semi-produits modulaires et configurables. La spécialisation des productions est retardée pour obtenir à la fois un maximum de personnalisation en aval et un maximum de standardisation en amont.

Ce double mouvement profite aux consommateurs, qui bénéficient de produits davantage personnalisés avec des coûts en baisse.

La traçabilité de chaque phase de conception, de fabrication et de logistique enrichit les analyses marketing de données de production qui améliorent l’adéquation aux attentes du marché.

Une meilleure intégration des métiers

La mise en réseau des objets et des hommes, idée centrale de l’industrie 4.0, permet une intégration plus achevée des processus métier et des processus d’ingénierie.

L’intelligence collective est nourrie de données captées à chaque étape de la supply chain. Les interfaces entre les métiers sont 100 % fluides. Le langage est commun et les objectifs de production partagés tout au long de la ligne, à partir de la maquette numérique du projet.

Une logistique plus efficace

Le flux d’informations constant généré par l’industrie 4.0 est supérieur à celui produit par des systèmes de production plus classiques. L’échange de données est plus rapide et plus étendu, notamment aux processus logistiques d’approvisionnement des lignes et de stockage de produits semi-finis et finis.

L’unicité du réseau d’information reliant l’ensemble des sites logistiques et l’ensemble des sites de production permet d’optimiser en temps réel la répartition des charges et la direction des flux logistiques correspondant. C’est l’ensemble de la supply chain qui se trouve ainsi fiabilisé et fluidifié.

La simulation en renfort

La masse de données recueillies tout au long du système de production permet de constituer une réplique virtuelle de chaque type de ligne de production.

Cette possibilité de simulation ouvre la voie à différentes applications :

• Modélisation des processus de fabrication et facilitation du suivi de production par comparaison instantanée à chaque étape de la fabrication.
• Formation des opérateurs à la fabrication et à la maintenance sur des simulateurs.
• Tests de nouveaux procédés de fabrication.
• Assistance à la configuration de lignes de production complètes et aide à la décision d’investissement.
• Assistance à la planification des ressources et à l’ordonnancement des productions.
• Optimisation des flux logistiques et de la répartition des charges entre les capacités de production.

Une usine économe en énergie et en matières premières

L’unification du réseau d’information de la supply chain et la fluidification des interfaces induisent l’optimisation de chaque étape. Le processus de production perçu comme une continuité entre la conception, la fabrication et la logistique est piloté selon une logique de flux tendus.

Les stocks intermédiaires sont réduits au maximum, les besoins et les disponibilités sont mieux coordonnés. Les défauts qualité éventuels sont détectés au plus tôt et la production de pièces défectueuses stoppée. Les consommations sont régulées au plus juste grâce à un réglage plus fin des équipements et des lignes de production.

Les innovations associées à l’industrie 4.0

L’Internet industriel des objets

L’Internet industriel des objets (IIoT) est la technologie qui permet de mettre en réseau l’ensemble des postes de travail, lignes et capacités logistiques. Les composants du réseau communiquent entre eux et chacun d’entre eux communique avec le système de contrôle de production.

Les objets intégrés à un processus de fabrication (machines, outillages, équipements, racks de stockage…) contiennent des informations sous la forme de paramètres de conception, de production ou logistiques. L’Internet industriel des objets permet à des machines et à des systèmes de fabriquer des produits pratiquement de manière indépendante.

Dans l’industrie 4.0, l’intégration à tous les objets industriels de capacités de traitement et de communication donne également des possibilités nouvelles à l’interaction entre les humains et la technologie. Smartphones, tablettes et lunettes connectées, écrans tactiles, reconnaissance vocale et reconnaissance des gestes induisent des potentialités de programmation, de pilotage et de maintenance des équipements sans commune mesure avec les configurations industrielles classiques.

Les systèmes cyber-physiques

Un système cyber-physique est un système autonome composite, associant des capteurs, des capacités logicielles de traitement de données et des capacités de communication. Il interagit avec son environnement pour piloter les processus physiques et optimiser la production industrielle.

Colonne vertébrale de l’industrie 4.0, les systèmes cyber-physiques intègrent des machines intelligentes, des systèmes de stockage et des équipements de convoyage capables d’échanger les informations de façon autonome et de déclencher des actions correctives en cas de dysfonctionnement ou de panne.

Le Cloud computing industriel

Les machines et équipements de l’industrie 4.0 échangent en permanence des données sensibles. Le Cloud computing industriel fournit la plateforme indispensable au partage sécurisé de ces données, notamment dans la perspective étendue où la plateforme de production unifiée intègre plusieurs sites de production et de logistique.

Le Cloud computing industriel protège ainsi les informations stratégiques, comme la nature exacte des composants, les procédés de fabrication et les paramètres de réglage des machines.

La robotique et la cobotique

Un robot industriel est un équipement manipulateur automatisé, programmable et polyvalent. Il se compose d’un bras susceptible de se positionner avec une extrême précision, d’un outillage orientable selon trois axes positionné à l’extrémité du bras et d’un pupitre de commande. Un robot accomplit des tâches répétitives, manipule des charges lourdes ou effectue des opérations à haute cadence.

On distingue les robots de montage et les robots mobiles. Ils peuvent disposer d’un mode d’apprentissage et se voir associés un système de vision artificielle. Pour des raisons de sécurité, les robots sont confinés dans des cages ou isolés par des carters.

Les cobots sont des robots collaboratifs. Équipés de capteurs et d’applicatifs adaptés, les cobots interagissent avec les opérateurs, avec lesquels ils partagent des tâches. Dépourvus d’autonomie globale, les cobots sont des robots assistants. Ils sont placés en lien direct avec l’opérateur, évitant la mise en place d’une enceinte sécurisée.

La réalité augmentée

Un système de réalité augmentée superpose à la réalité observée des éléments (son et/ou images). Dans l’industrie 4.0, la réalité augmentée est utilisée en formation, en maintenance et même en conception.

Un équipement de réalité augmentée utilise des capteurs, un logiciel et un affichage approprié pour améliorer l’expérience des opérateurs. Littéralement, l’opérateur « augmente » ce qu’il perçoit et dispose d’informations supplémentaires telles qu’une logique de fonctionnement, des possibilités de configuration ou des paramètres d’utilisation.

La réalité augmentée s’applique aussi à des opérations à distance, notamment de télémaintenance, grâce à des lunettes connectées ou à un gant connecté qui renseignent un expert distant au moyen de paramètres de référence.

L’impression 3D

L’impression 3D, appelée en contexte industriel fabrication additive, est un procédé de fabrication de pièces en volume par ajout ou agglomération de matière.

La future réalisation est tout d’abord conçue en 3D grâce à un logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO). Le fichier 3D est ensuite traité par un logiciel spécifique qui organise le découpage de la pièce en couches successives. L’imprimante 3D dépose ou solidifie la matière couche après couche pour obtenir le produit fini.

Utilisée au départ avec de la résine pour réaliser des prototypes, la fabrication additive maîtrise aujourd’hui la plupart des matériaux, verre, métal, céramique ou matières plastiques. Des séries industrielles de plus en plus longues sont réalisées en impression 3D, permettant de gagner en précision, de simplifier les fabrications complexes et d’alléger les pièces.

L’intelligence artificielle

Basiquement, l’intelligence artificielle (IA) permet à des machines d’imiter les formes d’intelligence réelle et de suppléer le cerveau humain en intégrant une capacité à adapter son mode opératoire en fonction de stimuli externes. Un réseau de neurones artificiels se livre à de lourds calculs en puisant dans de gigantesques bases de données.

Célèbre pour permettre à une machine d’atteindre un niveau record aux échecs, l’intelligence artificielle s’applique au contexte industriel en exploitant les données issues des capteurs connectés de l’industrie 4.0. L’IA est par exemple utilisée pour anticiper les pannes et programmer des maintenances préventives. Mais également pour simuler une configuration industrielle en ajoutant aux paramètres de production des données prévisionnelles de flux, des données climatiques et des paramètres de comportement humain.

Le big data

Le big data, ou métadonnées, se nourrit de la capacité de l’industrie 4.0 à recueillir des données en nombre. Les différentes sources telles que les équipements, les personnes et les infrastructures génèrent une grande quantité de données qui constituent le big data.

Ce matériau riche et inédit offre la possibilité de mettre en œuvre des traitements de plus en plus sophistiqués pour contrôler la qualité produit tout au long de la supply chain ou organiser la maintenance préventive. La gestion des stocks, la gestion des transports, la gestion commerciale et la gestion des achats se trouvent naturellement largement optimisées par l’exploitation intelligente des données du big data.

L’enjeu est de mieux comprendre le passé, d’analyser le présent en temps réel, de prédire l’avenir et de tester des scénarios alternatifs. L’objectif final est de faire fonctionner dans des conditions de productivité et de fiabilité jamais atteintes l’usine intelligente.

La maquette numérique

Une maquette numérique est une représentation géométrique d’une pièce ou d’un produit complexe réalisée en 3D sur ordinateur.

La maquette numérique, après validation, constitue le référentiel de données de fabrication et de logistique qui partage entre tous les opérateurs et tous les équipements les informations nécessaires à la réalisation conforme de chacune des étapes de la supply chain.