Industrie 4.0 dans le secteur manufacturier : la voie de la convergence IT/OT

L’industrie 4.0 ou quatrième révolution industrielle est enfin là ! Elle n’est pas alimentée par la vapeur, comme la première, par les chaînes de montage, comme la deuxième, ni même par les seules technologies de l’information, comme la troisième au milieu du XXe siècle.

Ce changement de paradigme est alimenté par un ensemble de technologies intelligentes. De l’Internet industriel des objets (IIoT) aux analyses alimentées par l’IA, en passant par des cadres de mise en réseau innovants, au cœur de l’industrie 4.0, on trouve bien sûr l’automatisation.

C’est quoi l’industrie 4.0 ? Définition !

Nous sommes au milieu d’une transformation importante concernant la façon dont nous fabriquons des produits grâce à la numérisation, ou digitalisation, du processus de production. Cette transition est si convaincante qu’elle est appelée Industrie 4.0 pour représenter la quatrième révolution qui s’est produite dans la production.

De la première révolution industrielle (mécanisation grâce à l’énergie électrique hydraulique et à la machine vapeur) à la production de masse et aux chaînes de montage utilisant l’électricité lors de la deuxième, la quatrième révolution industrielle reprendra ce qui a été commencé lors de la troisième avec l’adoption des ordinateurs et de l’automatisation. Elle l’améliorera avec des systèmes intelligents et autonomes alimentés par les données, l’apprentissage automatique et bien évidement grâce à l’électronique.

Même si certains considèrent l’industrie 4.0 comme une simple expression marketing à la mode, des changements techniques se produisent dans le secteur manufacturier et méritent notre attention. 

Quelle relation existe entre industrie 4.0 et transformation digitale ?

L’Industrie 4.0 est une fusion de technologies qui brouille les frontières entre les sphères physique, numérique et biologique. Sur la base de cette signification de l’Industrie 4.0, la quatrième révolution industrielle est la transformation numérique elle-même. Cependant, la transformation numérique ne se limite pas à cette transformation de l’industrie.

En quoi la technologie 4.0 optimise l’informatisation de l’industrie 3.0 ?

Lorsque les ordinateurs ont été introduits dans l’industrie 3.0, l’ajout d’une technologie entièrement nouvelle a eu un effet perturbateur à bien des niveaux.

Aujourd’hui, et à l’avenir, avec le développement de l’industrie 4.0, les ordinateurs sont connectés et communiquent entre eux pour prendre des décisions sans intervention humaine. La combinaison de systèmes cyber-physiques, de l’internet des objets et de l’internet des systèmes rend l’industrie 4.0 possible et le concept d’usine intelligente une réalité.

Grâce au soutien de machines intelligentes qui deviennent de plus en plus intelligentes au fur et à mesure qu’elles ont accès à davantage de données, nos usines deviendront plus efficaces en améliorant leurs processus de production, optimiseront la consommation d’énergie grâce à un suivi économe des consommations et génèreront moins de déchets. Elles optimiseront également leur propre cycle de vie.

En fin de compte, c’est le réseau de ces machines qui sont numériquement connectées de bout en bout les unes aux autres et qui créent et partagent des informations qui donne la véritable puissance de l’industrie 4.0.

Industrie 4.0 dans le secteur manufacturier la voie de la convergence ITOT

Quelles applications pour cette 4 ème révolution industrielle ?

Alors que de nombreuses entreprises nient encore l’impact que pourrait avoir l’industrie 4.0 sur leur activité ou s’efforcent de trouver les talents ou les connaissances nécessaires pour l’adopter au mieux en fonction de leurs besoins spécifiques, plusieurs autres mettent en œuvre des changements dès aujourd’hui et se préparent à un avenir où les machines intelligentes amélioreront leur activité. 

Voici quelques-unes des applications possibles :

Identifier les opportunités et enjeux pour les entreprises

Étant donné que les machines connectées collectent un énorme volume de données qui peuvent informer sur la maintenance, les performances et d’autres problèmes ; ainsi qu’analyser ces données pour identifier des modèles et des idées qu’il serait impossible pour un humain de faire dans un délai raisonnable. L’ère de l’industrie 4.0 offre la possibilité aux entreprises d’optimiser leurs processus de production rapidement et efficacement en sachant ce qui a besoin d’attention. 

En utilisant les données des capteurs de ses équipements, une mine d’or africaine a identifié un problème avec les niveaux d’oxygène pendant la lixiviation. Une fois réparé, ils ont pu augmenter leur rendement de 3,7 %. Ce qui leur a permis d’économiser 20 millions de dollars par an.

Optimiser la logistique et les chaînes d’approvisionnement

Une chaîne d’approvisionnement connectée peut s’ajuster et s’adapter lorsque de nouvelles informations sont présentées. Si un retard météorologique immobilise une expédition, un système connecté peut s’adapter de manière proactive à cette réalité et modifier les priorités de fabrication ; et la transformer en fabrication intelligente.

Les délais entre le lancement et la mise en production de nouveaux produits n’a jamais été aussi rapide et optimisé.

Équipements et véhicules autonomes

Certains chantiers d’expédition utilisent des grues et des camions autonomes pour rationaliser les opérations lorsqu’ils réceptionnent les conteneurs d’expédition des navires.

Robots et IA

Autrefois réservée aux grandes entreprises disposant de budgets conséquents, la robotique est désormais plus abordable et accessible aux entreprises de toutes tailles.

De la recherche et la collecte des produits dans un entrepôt à leur préparation pour l’expédition, les robots autonomes alimentés par l’intelligence artificielle (IA) peuvent aider les fabricants rapidement ; et en toute sécurité. 

Désormais, les robots déplacent les marchandises dans les entrepôts d’Amazon et permettent également de réduire les coûts et de mieux utiliser l’espace au sol pour le géant du e-commerce. L’apport de la robotique dans ce domaine est certain en terme de gain de productivité certain. 

Usine 4.0, c’est quoi ?

Cette technologie s’est énormément améliorée au cours de la dernière décennie. Elle est passée d’une utilisation principalement pour le prototypage à une production réelle. Les progrès réalisés dans l’utilisation de la fabrication additive (impression 3D) de métaux ont ouvert de nombreuses possibilités de production ; et de gestion des matières premières.

L’internet des objets, cloud computing et big data

Un élément clé de l’industrie 4.0 est l’Internet des Objets qui se caractérise par des appareils connectés. Cela aide à améliorer et optimiser les opérations internes grâce à une permet une traçabilité précise.

Aussi, grâce à l’analyse de la remontée des données et des informations via le cloud, les équipements et les process peuvent être également optimisés en tirant parti des connaissances d’autres personnes utilisant le même équipement ; ou pour permettre aux petites entreprises d’accéder à une technologie qu’elles ne pourraient pas utiliser seules.

Alors que le concept d’industrie 4.0 est encore en pleine évolution et que nous n’aurons peut-être pas une vue d’ensemble complète avant 30 ans. Les entreprises qui adoptent ses technologies et innovations réalisent le potentiel de l’industrie 4.0 pour leur chaine de valeur.

Formation des emplois actuels

Ces mêmes entreprises sont également aux prises avec la question de savoir comment améliorer les compétences de leur main-d’œuvre actuelle pour qu’elle puisse assumer les nouvelles responsabilités professionnelles rendues possibles par l’internet 4.0 ; ainsi que recruter de nouveaux employés possédant les bonnes compétences. Le contrôle qualité est une des illustrations classiques de ces évolutions. 

Grâce à ces innovations, l’organisation du travail des ouvriers s’en trouve aussi améliorée. Les tâches pénibles et répétitives des ouvriers, désormais assignées à des robots, leur permettent de se concentrer sur des tâche impliquant un plus grand savoir faire.

Enfin, la mise en place d’une organisation du travail AGILE des ouvriers permettra de passer de la production de masse à la personnalisation de masse.

La cybersécurité ne doit pas être oubliée dans le cadre de l’industrie 4.0

Il existe de nombreuses raisons pour lesquelles l’industrie manufacturière n’a pas mis en place les technologies de l’Industrie 4.0 aussi rapidement que prévu. L’un des plus importants d’entre eux est la cybersécurité ; car les acteurs malveillants ont la possibilité de se déplacer latéralement à travers un réseau de fabrication, en passant par les systèmes informatiques et opérationnels pour leurs activités malveillantes.

Sans une gestion des problèmes de sécurité renforcée, les pirates peuvent exploiter les systèmes à des fins d’espionnage industriel, de vol de propriété intellectuelle, de fuite de propriété intellectuelle ; ou même de sabotage de production. Les fournisseurs deviennent plus flexibles car ils cherchent à répondre aux demandes des consommateurs en rendant les produits plus précis et plus flexibles.

Pourtant, les défis de cybersécurité associés à la quatrième révolution industrielle n’ont jamais été aussi grands.

Cas pratique : focus sur le secteur manufacturier

Le défi est particulièrement difficile à relever pour le secteur industriel manufacturier. Les mises à jour technologiques peuvent arrêter les lignes de production. Les nouveaux équipements opérationnels sont d’un coût ahurissant. Et le pire, c’est que les architectures informatiques actuelles ne sont pas conçues pour une large intégration ; une condition préalable essentielle à toute usine intelligente.

Nous l’avons vu précédemment, les promesses de l’industrie 4.0 sont énormes. Accélération de la mise sur le marché, réduction des coûts de production, meilleure utilisation des actifs, informations commerciales et données en temps réel. Tous ces avantages reposent sur l’élément vital de la transformation numérique : le big data. Mais même s’ils peuvent collecter ces données, les fabricants ont souvent du mal à les mouler sous une forme utilisable.

Enjeux de l’industrie 4.0 dans le secteur manufacturier : réaliser la convergence IT/OT

La technologie opérationnelle (OT) comprend l’ensemble du matériel, des logiciels et des protocoles de communication qui gèrent et contrôlent les processus industriels. Les technologies de l’information (IT), quant à elles, couvrent les systèmes et réseaux informatiques qui transfèrent et traitent les données. Pendant des décennies, ces domaines sont restés cloisonnés, enfermés les uns dans les autres par des protocoles incompatibles, des réseaux à forte latence et des paradigmes différents de traitement des données.

Pour atteindre les objectifs de l’industrie 4.0, l’OT doit partager ses données avec l’IT. La collecte d’informations de première ligne, un avantage particulier de l’IIoT, relève du mandat de l’OT. Transformer ces informations en connaissances, les rendre utilisables au sens large de l’activité, en dehors du contrôle pur et simple des machines, est le travail de l’informatique. Les projets d’industrie 4.0 ne sont pas possibles si ces deux parties ne peuvent pas communiquer ou interagir pour produire de la valeur pour l’entreprise.

Les architectures traditionnelles d’OT ont été construites pour superviser et contrôler les processus industriels ; et non pour partager largement les données. Elles utilisent une poignée de protocoles de communication (Modbus, OPC-UA, BACnet) qui isolent leurs données en îlots indépendants ; des flaques de données, comme les appellent les technologues. Même si vous pouviez connecter les systèmes OT et IT, les réseaux à forte latence, basés sur le cloud computing et les systèmes de trafic court-circuité rendent l’analyse en temps réel impossible.

Mais il y a aussi une bonne nouvelle : la convergence IT/OT est possible. Il suffit d’adopter une nouvelle approche de la mise en réseau, un protocole de communication qui circule de manière transparente dans les deux systèmes et un modèle commun pour partager et échanger des données. Deux technologies permettent d’atteindre ces trois objectifs : l’informatique périphérique et le protocole MQTT.

Convergence IT/OT dans l’industrie manufacturière : bases de données IIoT en périphérie et protocole MQTT

Une nouvelle approche de la convergence IT/OT doit résoudre deux problèmes à la fois. Premièrement, elle doit permettre aux systèmes informatiques et OT de communiquer librement. Deuxièmement, elle doit permettre le transfert de données à faible latence qui est essentiel pour l’intelligence en temps réel. Voici les solutions pour chaque défi.

Rapprocher l’OT et l’IT avec le protocole MQTT

Le premier problème se résume aux protocoles de communication, c’est-à-dire aux formats de fichiers et aux règles formelles qui permettent à une machine de « parler » à une autre. Comme nous l’avons mentionné, les protocoles traditionnels d’OT sont enfermés dans leurs propres domaines. Heureusement, une meilleure option est désormais disponible.

Pour les systèmes IIoT, MQTT est le protocole de messagerie idéal. Il est rapidement devenu la norme de facto dans toutes sortes de réseaux IoT. MQTT est suffisamment léger pour fonctionner sur les demandes de données à faible encombrement des appareils IoT ; y compris ceux dont la bande passante n’est pas fiable. Et il n’est pas nécessaire d’arrêter la production pour passer à la nouvelle norme. Les clients MQTT peuvent être installés sur les systèmes OT (y compris IIoT) existants. Du côté de l’informatique, les serveurs MQTT peuvent fonctionner aux côtés des serveurs traditionnels en cloud ou sur site.

Cela règle la question de la convergence informatique/OT. Ensuite, il vous faut une architecture IoT capable de gérer tout ce trafic MQTT ; de manière fiable, sécurisée et rapide.

L’Edge Computing permet d’obtenir des informations commerciales en temps réel

N’oubliez pas que l’industrie 4.0 ne se limite pas à l’IIoT ou aux équipements automatisés sur la chaîne de production. Il s’agit également de techniques et technologies innovantes qui peuvent améliorer considérablement l’environnement industriel ; l’analyse des données massives, l’apprentissage automatique et l’intelligence artificielle, par exemple.

Ces innovations et nouvelles technologies conduisent à des avantages tels que la maintenance prédictive et une prise de décision plus intelligente et plus rapide. Plus vos flux de données sont proches du temps réel, plus votre entreprise peut être réactive dans le cadre de sa maintenance prédictive.

Le problème est que plus les données voyagent loin, plus vos outils numériques sont lents à réagir. L’informatique de périphérie, dans laquelle les données sont collectées, organisées et traitées à proximité de leur point d’origine, augmente la vitesse en limitant la distance. Et la vitesse n’est pas le seul avantage de placer votre base de données IoT à la périphérie.

Un hub IoT Edge est un nouvel élément technologique de plus en plus courant dans les topologies de l’industrie 4.0. Il permet à différentes sources et cibles de données d’interagir de manière transparente, en apportant robustesse et résilience à la couche de communication qui constitue l’épine dorsale de ce nouvel environnement.

Un hub IoT Edge peut également :

  • réduire les demandes de bande passante ;
  • réduire les coûts de stockage en cloud computing ;
  • minimiser les dépenses liées au traitement des données dans le cloud ;
  • faire plus avec une empreinte informatique plus réduite ;
  • prendre en charge les jumeaux numériques en stockant les mêmes données à plusieurs endroits.

Ces systèmes sont la clé de la convergence informatique/OT dans le secteur de la fabrication ; pierre angulaire de l’industrie 4.0 Ils éliminent efficacement la dernière pierre d’achoppement de la mise en œuvre d’une usine intelligente.

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