Les technologies de communication dans l'industrie 4.0

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Introduction

L'Industrie 4.0 repose sur une interconnexion intelligente des machines, des systèmes, et des appareils, nécessitant ainsi des méthodes avancées d'échange de données et de communication. La capacité des machines à communiquer de manière transparente avec d'autres appareils et systèmes est essentielle pour optimiser les processus de production, améliorer la qualité des produits, et accroître l'efficacité globale des opérations industrielles. Cette transformation numérique repose sur plusieurs technologies, telles que l'Internet des objets industriels (IIoT), les réseaux de capteurs, les systèmes SCADA, et les protocoles de communication spécifiques. Ces outils permettent de collecter, traiter et échanger des informations en temps réel pour créer un environnement industriel flexible, automatisé, et intelligent.

Dans cet article, nous allons exploorer les Méthodes d'Échange de Données et les Technologies pour la communication des appareils dans le 4.0

I. Méthodes d'Échange de Données dans l’industrie 4.0

L'échange de données fait référence au transfert d'informations entre deux systèmes ou plus et concerne à la fois le processus et le protocole utilisés pour cet échange. Un exemple simple d'échange de données serait un représentant du service clientèle entrant une commande d'un client dans une base de données en ligne, après quoi les données sont envoyées d'un système (la base de données en ligne) à un autre (le système de traitement des commandes).

Il existe trois méthodes principales pour échanger des données : la saisie manuelle, le transfert de fichiers et les méthodes programmatiques (interfaces de programmation d'applications (API), services web et communication standardisée). Voyons chacune de ces méthodes plus en détail.

Saisie Manuelle

La saisie manuelle consiste à entrer ou à copier des informations manuellement d'une source à une autre. L'utilisation de cette méthode comporte des risques de doublons ou d'erreurs, et elle peut être très laborieuse, surtout à grande échelle. Ce type de données, qui finit généralement sur des tableurs ou des bases de données locales, n'est pas facilement partageable dans l'organisation.

Transfert de Fichiers

Le transfert de fichiers implique le transfert de fichiers entre des ordinateurs ou des serveurs via Internet ou d'autres réseaux en utilisant des logiciels tels que FTP, SFTP, SCP ou d'autres. Les transferts de fichiers sont utilisés pour échanger rapidement et en toute sécurité de grandes quantités de données basées sur des documents.

API et Services Web

Les API et les services web permettent aux applications de communiquer entre elles sans avoir à entrer manuellement des informations dans chaque système. Ces méthodes sont souvent utilisées lorsqu'il est nécessaire d'avoir une communication en temps réel entre deux systèmes ou pour automatiser des tâches telles que l'envoi d'emails, la création de rapports, etc.

Standards d'Échange de Données

Les architectures de communication standardisées complètent les API et les services web pour offrir une option programmatique plus complète. Quelques exemples populaires sont OPC UA, IPC-CFX, OAGIS et MIMOSA. OPC UA provient de l'automatisation industrielle et est étroitement lié à celle-ci, tandis que les autres sont plus génériques et utilisés pour l'intégration d'applications commerciales. OPC UA est le plus mature et le plus répandu de ces exemples.

OPC UA

OPC est la norme d'interopérabilité pour l'échange de données sécurisé et fiable dans le domaine de l'automatisation industrielle et dans d'autres secteurs. Il est indépendant de la plateforme et garantit un flux d'informations fluide entre des appareils de différents vendeurs. La Fondation OPC est responsable du développement et de la maintenance de cette norme, qui est une série de spécifications élaborées par des fournisseurs de l'industrie, des utilisateurs finaux et des développeurs de logiciels. Ces spécifications définissent l'interface entre les clients et les serveurs, ainsi qu'entre les serveurs et les serveurs, y compris l'accès aux données en temps réel, la surveillance des alarmes et des événements, l'accès aux données historiques et d'autres applications.

Lors de sa première publication en 1996, le but de la norme était d'abstraire les protocoles spécifiques aux PLC (tels que Modbus, Profibus, etc.) en une interface standardisée, permettant aux systèmes HMI/SCADA d'interfacer avec un « intermédiaire » qui convertirait les requêtes de lecture/écriture OPC génériques en requêtes spécifiques à un appareil et vice-versa. En conséquence, toute une industrie a émergé, permettant aux utilisateurs finaux de mettre en œuvre des systèmes utilisant des produits de qualité qui interagissent tous de manière fluide via OPC.

En résumé, l'avantage d'OPC est qu'il s'agit d'une plateforme indépendante et flexible qui fournit une modélisation des données sur l'ensemble de l'entreprise de fabrication. Ses interfaces standard/communes facilitent l'intégration de systèmes disparates tels que les systèmes d'exécution de fabrication (MES), les systèmes de planification des ressources d'entreprise (ERP), les plateformes cloud et les bases de données. Utilisé pour les communications Machine à Machine (M2M) entre des contrôleurs/vendeurs disparates, OPC définit un langage commun pour communiquer entre les machines.

IPC-CFX

Le standard Connected Factory Exchange (CFX) est une norme moderne, basée sur des messages IIoT, provenant du secteur de la fabrication électronique. La conception de CFX répond aux demandes de plus en plus complexes de l'industrie intelligente 4.0 de manière économique, évitant complètement la nécessité de personnalisation logicielle ou de middleware, éliminant ainsi les difficultés et les retards de déploiement.

CFX consiste en un langage défini unique, couvrant tous les aspects de l'exécution de fabrication, y compris l'acheminement, la planification, la qualité, les matériaux, la performance, la gestion des recettes, la gestion de l'énergie et la durabilité, la maintenance prédictive, l'apprentissage machine, les boucles fermées et plus encore. CFX offre une véritable capacité « plug and play », avec une qualification des machines et des dispositifs fournis par l'IPC. CFX utilise le protocole bancaire sécurisé AMQP v1.0 qui permet le chiffrement de bout en bout des messages, de sorte que les messages soient directement « activés par Internet », soutenant de manière unique à la fois la diffusion de messages et le contrôle point à point.

CFX est en train de devenir la norme choisie par de grandes entreprises OEM et EMS mondiales de fabrication électronique, et s'étend à d'autres domaines de fabrication discrète. Des passerelles pour la connexion PLC, ainsi que des conversions à partir d'autres normes de transport de données telles qu'OPC-UA et MT-Connect, sont observées. De plus, la boîte héritage IPC CFX basée sur Raspberry Pi propose une solution matérielle et logicielle DIY « prête à l'emploi » pour la mise à niveau des connexions de machines non intelligentes.

II. Technologies pour la communication des appareils dans le 4.0

Pour communiquer en temps réel et récolter les données, plusieurs technologies sont utilisées dans l’industrie 4.0. Dans cette section, nous allons détailler les plus couramment utilisées.

RFID : Radio Frequency Identification

La communication par Radio Frequency IDentification (RFID) est une technologie qui utilise des ondes radio pour identifier des objets ou des personnes. Les étiquettes RFID sont généralement attachées à des objets ou à des individus pour permettre leur identification. Ces étiquettes contiennent un identifiant unique qui est lu par un lecteur RFID. Cela permet aux entreprises de suivre en temps réel le mouvement des objets ou des personnes. La RFID est largement utilisée dans les usines, les entrepôts, les aéroports, les hôpitaux, les magasins de détail et bien plus encore.

NFC : Near Field Communication

La communication par Near Field Communication (NFC) est une technologie qui utilise des champs électromagnétiques pour permettre une communication bidirectionnelle entre deux appareils sur de courtes distances, sans nécessiter de fils ou de câbles. Cela la rend idéale pour les paiements mobiles et d'autres applications où la rapidité est essentielle. La NFC devient de plus en plus populaire dans les magasins de détail pour rendre les achats plus sécurisés et pratiques pour les clients.

Technologie Wi-Fi

Le Wireless Fidelity (Wi-Fi) est une technologie couramment utilisée pour capturer et transmettre des données sans fil. Les capteurs IIoT compatibles Wi-Fi partagent des données sur des courtes à moyennes distances, ce qui est donc adapté pour connecter plusieurs appareils à grande échelle. Cependant, le Wi-Fi présente des défis en raison des interférences dans des environnements plus complexes, ce qui en fait un système moins fiable.

Technologie Bluetooth

La technologie Bluetooth est une technologie WLAN bien connue, principalement conçue pour connecter des appareils sans fil les uns aux autres sur de courtes distances, généralement jusqu'à 10 mètres. La technologie Bluetooth transmet sans fil des signaux audio et vidéo entre deux appareils compatibles. Parmi les cas d'utilisation dans le domaine de la production, on trouve le suivi d'actifs, la saisie automatique de données lors des inspections de qualité, des applications de localisation, ainsi que des applications de stockage et de récupération dans les entrepôts.

Internet des objets (IoT)

L' Internet des objets (Internet of Things : IoT) est une technologie émergente qui interconnecte des objets physiques localement ou avec des réseaux basés sur Internet. Les objets connectés à l'IoT recueillent et partagent des données via des protocoles Internet tout en utilisant du matériel courant, facilement disponible et peu coûteux ou des connexions sans fil. En élargissant et en démocratisant un écosystème de dispositifs intelligents, ces appareils travaillent ensemble plus facilement pour un objectif commun.

A retenir

Les méthodes d'échange de données et les technologies de communication utilisées dans l'Industrie 4.0 (à lire ici)sont les piliers d'une transformation industrielle qui favorise l'automatisation et l'efficacité. En adoptant des protocoles ouverts et des systèmes de communication interopérables, les entreprises peuvent intégrer diverses machines et systèmes dans un environnement de production harmonieux et connecté. La maîtrise de ces technologies permet non seulement d'optimiser les opérations actuelles, mais aussi de préparer l'avenir avec des solutions évolutives et innovantes qui renforcent la compétitivité des entreprises à l'échelle mondiale.



Commentaires
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@Anonyme

article très précis et concis. merci






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