Les technologies de l’usine du futur

Êtes-vous prêt à découvrir les technologies innovantes qui transforment nos industries ? Bienvenue dans l'ère du 4.0 !

Née au tournant du 21ème siècle, dans le prolongement de la révolution numérique, la 4ème révolution industrielle connu sous le nom d’industrie 4.0 ou encore Usine du futur, donne une nouvelle définition du paysage de la production industrielle ainsi que des moyens de collaboration. Teintée par l’intégration croissante de nouveaux outils numériques et technologiques, elle ouvre de nouvelles perspectives vers des usines plus performantes, agiles, responsables et orientées vers la satisfaction personnalisée des consommateurs.

Dans cet article nous explorerons les plus importantes.

I- Outils Technologiques

Robotique

Dans l’usine du futur, la robotique devient collaborative. Elle correspond à une nouvelle génération de robots (Cobots) coopérant étroitement avec l’homme, sans les restrictions de sécurité généralement requises appliquées dans les applications typiques de la robotique industrielle. Dotés de capteurs et de logiciels avancés qui leur permettent de détecter la présence humaine, d'analyser l'environnement et de réagir de manière sûre et adaptative. Elle se caractérise par sa flexibilité, son accessibilité et sa relative facilité de programmation.

Impression 3D

Également connu sous le nom de fabrication additive (FA), l’impression 3D désigne l’ensemble des procédés permettant de fabriquer, couche par couche, par ajout de matière, un objet physique à partir d’un objet numérique. Ainsi, du fait de ce principe d’ajout de matière, la FA bouleverse les méthodes traditionnelles de fabrication soustractive, que sont les procédés par enlèvement de matière (tels que l’usinage) ou les procédés de formage (tels que la fonderie ou la forge).

Réalité virtuelle et augmentée

Grâce à l’accessibilité accrue et à la facilité d’utilisation des technologies, ces deux innovations utilisées dans l’industrie 4.0 combinent à la fois le réel et le virtuel, rendant possible les interactions en temps réel et de mettre en correspondance en 3D les informations contextualisées.

La réalité augmentée (RA) superpose des éléments virtuels tels que des images, des vidéos ou des informations sur notre vision du monde réel. Ces éléments virtuels sont généralement affichés à travers des dispositifs tels que des lunettes intelligentes, des smartphones ou des tablettes. La RA permet aux utilisateurs de voir et d'interagir avec le monde réel tout en bénéficiant d'informations supplémentaires ou d'expériences virtuelles.

La réalité virtuelle, en revanche, crée un environnement entièrement virtuel dans lequel les utilisateurs sont immergés et peuvent interagir à l'aide de casques ou de lunettes spécialement conçus. Les utilisateurs perçoivent et explorent cet environnement virtuel comme s'ils y étaient physiquement présents.

Ces deux avancées servent principalement à optimiser la conception, à contrôler la fabrication et la construction, à former les travailleurs, et aux tâches de maintenance et de surveillance

Maintenance prédictive intelligente

Même si la maintenance corrective demeure inévitable en raison du caractère aléatoire de l’occurrence des pannes, la priorité est aujourd’hui donnée à ce qui est appelée la maintenance prédictive intelligente. Il s’agit d’une approche de maintenance basée sur l'analyse des données et l'utilisation de technologies telles que l'intelligence artificielle et l'apprentissage automatique pour prédire les défaillances et les besoins de maintenance des équipements ou des machines. Elle vise à optimiser la disponibilité, la fiabilité et les coûts de maintenance en identifiant les problèmes potentiels avant qu'ils ne se produisent. Cela permet de planifier les interventions de maintenance de manière plus efficace, d'éviter les arrêts de production imprévus, de réduire les coûts de maintenance et d'améliorer la durée de vie des équipements.

Capteurs intelligents

Également appelés capteurs connectés, il s’agit de dispositifs équipés de microcontrôleurs et de capacités de communication sans fil leur fournissant des fonctionnalités avancées telles que le traitement local des données collectées en temps réel, leur transmission vers d’autres dispositifs ainsi que la capacité de prendre des décisions autonomes.

Ces capteurs vont donc au-delà des capteurs traditionnels qui se contentent de collecter des données brutes en fournissant des informations plus riches et plus utiles. Ils sont utilisés dans l'industrie pour la surveillance des équipements, la maintenance prédictive, la gestion de la chaîne d'approvisionnement, la logistique intelligente, etc. Ils peuvent détecter les anomalies, optimiser les processus et permettre une gestion plus efficace des ressources.

II- Outils numériques

Simulation numérique

La modélisation et la virtualisation représentent des avancées très importants pour l’industrie 4.0. Véritable outil d’aide à la décision pour les responsables, elle permet de réaliser une réplique virtuelle d’un système physique afin de générer des simulations de procédés et d’établir des scénarios pour créer des configurations optimales. Ces technologies couvrent la conception virtuelle de l’usine, la validation des processus, la planification des capacités, l’intégration robotique, la mise en service virtuelle et les opérations de maintenance.

Intelligence artificielle

L’IA (à lire ici) englobe un large éventail de techniques et d'approches visant à créer des systèmes informatiques capables d'imiter ou de reproduire certaines capacités humaines telles que l'apprentissage, la perception, la compréhension et la prise de décision. Dans le domaine de l'usine du futur, ces systèmes sont utilisés pour résoudre des problèmes complexes notamment l’automatisation des tâches, la surveillance et la maintenance prédictive, l’optimisation des processus de production, le contrôle qualité intelligent, la planification de la chaîne d'approvisionnement et logistique, la personnalisation de la production, etc…

Internet des objets

L'IoT, ou Internet des Objets (en anglais, Internet of Things), fait référence à un réseau d'objets physiques ou virtuels interconnectés qui sont équipés de capteurs, de logiciels et de technologies de communication permettant de collecter et d'échanger des données. Dans la vision globale de l'Internet des objets, les objets qui nous entourent sont dotés d'une capacité à communiquer, traiter des informations, prendre des décisions, envoyer des informations et des commandes. Ces fonctionnalités rendent ces objets « intelligents » dans le sens où ils sont capables d'opérer de manière autonome.

L'Internet des objets repose donc sur des communications entre machines (M2M), sans intervention humaine dans ces échanges. Les données collectées par les objets connectés peuvent être utilisées pour surveiller des processus, optimiser des opérations, améliorer l'efficacité énergétique, fournir des services personnalisés, faciliter la prise de décision et automatiser des tâches.

Cloud

Considéré comme la colonne vertébrale permettant d'exploiter pleinement le potentiel des technologies numériques dans l’ère du 4.0, Le cloud computing (à lire ici) s'intègre en fournissant l'infrastructure nécessaire pour exploiter et transformer les opérations industrielles traditionnelles en opérations intelligentes, connectées et efficaces. Il permet entre autres :

• Stockage de données massives : Les systèmes IoT génèrent une quantité massive de données provenant des capteurs et des dispositifs connectés. Le cloud offre une capacité de stockage pratiquement illimitée pour stocker et gérer ces données, permettant ainsi leur analyse en temps réel ou ultérieure pour obtenir des informations précieuses.
• Traitement et analyse de données : Le cloud fournit des ressources de calcul puissantes pour traiter et analyser les données collectées par les systèmes IoT. Les algorithmes d'IA et d'apprentissage automatique peuvent être exécutés dans le cloud pour détecter des schémas, prévoir des pannes, optimiser les processus de production, etc.
• Connectivité et intégration : pLe cloud agit comme une plateforme centralisée pour connecter et intégrer divers systèmes et dispositifs au sein de l'environnement industriel. Il permet une communication fluide entre les machines, les logiciels et les humains, facilitant ainsi l'automatisation et l'optimisation des processus.
• Déploiement d'applications et de services : Les applications industrielles, telles que les systèmes de gestion de la chaîne d'approvisionnement, les systèmes de suivi des actifs, les systèmes de maintenance prédictive, etc., peuvent être déployées dans le cloud, offrant ainsi une accessibilité et une flexibilité accrues pour les utilisateurs.
• Sécurité et confidentialité des données : La sécurité des données est une préoccupation majeure dans l'Industrie 4.0, et le cloud offre des mécanismes de sécurité avancés, tels que le chiffrement, l'authentification multifactorielle, la surveillance des menaces, etc., pour protéger les données sensibles contre les cybermenaces.
• Agilité et évolutivité : Le cloud permet aux entreprises de s'adapter rapidement aux changements du marché et de faire évoluer leurs capacités informatiques en fonction des besoins. Ils peuvent facilement ajuster les ressources de calcul et de stockage en fonction de la demande, ce qui favorise l'agilité opérationnelle

Jumeaux numériques

Un jumeau numérique est une réplique numérique d’un système réel. Contrairement à une simulation numérique dont la partie statique du modèle représente l’état du système à un instant précis, le jumeau numérique évolue à l’identique du système réel et s’adapte à partir de données issues du système réel. Le jumeau numérique va donc permettre à la fois de retracer l’historique du système, d’analyser son état courant et d’anticiper l’état futur du système. Très adaptés pour la maintenance prédictive intelligente, il rend possible la détection des problèmes sur un équipement réel sans avoir à intervenir ou de prédire l’occurrence des défaillances.

A retenir

En résumé, l'Industrie 4.0 représente une opportunité stratégique majeure pour les entreprises en leur permettant d'améliorer leur flexibilité, leur productivité, leur qualité et leur capacité d'innovation. En adoptant ces technologies et en transformant leurs processus de production, les entreprises peuvent rester compétitives dans un environnement en constante évolution et répondre efficacement aux demandes changeantes du marché.