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Industrie 4.0

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Le terme Industrie 4.0 renvoie à la transformation significative que connaissent les entreprises dans leurs modes de production industrielle grâce au recours à une nouvelle catégorie de technologies numériques convergentes, collaboratves et intelligentes. Cette transformation est si profonde qu’elle a permis qu’on la qualifie d’Industrie 4.0 à l’image du Web 4.0 ou Web intelligent. Dans les deux cas, il s’agit d’écosystème informationnel et industriel dans lequel la personnalisation sera poussée à son paroxysme.

Délimitons le concept

L’industrie 4.0 est un sujet très populaire aujourd’hui en raison de sa grande influence dans le domaine de la fabrication industrielle. Il se distingue par sa concentration sur la création d’un environnement « intelligent » dans le système de production. Pour qu’une entreprise se rapproche de l’état de l’industrie 4.0, plusieurs domaines d’action prioritaires sont nécessaires, notamment le domaine de l’information et de la communication numérique qui interviennent fortement dans les opérations de la fabrication industrielle et l’intelligence des systèmes numériques. Plusieurs fabricants, leaders dans le marché des technologies de l’Industrie 4.0, explorent de nouvelles pistes commerciales et élaborent des stratégies d’adaptation à la nouvelle révolution industrielle.

Regard historique

D’un point de vue historique, l’industrie 4.0 est la quatrième révolution industrielle, bien qu’il existe un désaccord sur la définition des révolutions. La première révolution industrielle, qui s’étend entre la fin du XVIIIe et le début du XIXe siècle celle, est celle de la mécanisation rendue possible grâce à la vapeur et à l’eau, à l’extraction massive de charbon couplée à l’invention de la machine à vapeur, ou encore l’usage du métier à tisser et les nouveaux savoir-faire en termes de métallurgie. Ces inventions vont tous, peu à peu, dessiner les premières ébauches des usines et des villes telles que nous les connaissons aujourd’hui.

La deuxième révolution industrielle, qui a eu lieu au début du XXe siècle, a été marquée par l’électricité, le gaz et le pétrole qui ont permis la mise au point du moteur à explosion, la sidérurgie et la fabrication de l’acier, la chimie de synthèse, etc. Les moyens de communication ont connu un grand essor grâce aux inventions successives du télégraphe et du téléphone, de même que les moyens de transports avec l’apparition de l’automobile puis de l’avion au début du XXe siècle. C’est l’époque de d’une économie et d’une industrie structurées se basant sur les nouvelles « grandes usines » selon des modèles d’organisations productives imaginés par Taylor et par Ford.

La troisième révolution, qui a eu lieu vers le début des années 1970, est celle de l’électronique notamment le transistor et le microprocesseur, mais également des télécommunications et de l’informatique, sans toutefois oublier le nucléaire. Autant de nouvelles technologies ont permis la production de matériels miniaturisés qui ont ouvert la voie vers la recherche spatiale et la biotechnologie. Pour l’industrie, cette révolution est marquée par deux inventions majeures : l’automatisme et la robotique.

Le terme « quatrième révolution industrielle » ou industrie 4.0 a été inventé par Klaus Schwab, fondateur et président exécutif du Forum économique mondial qui, dans son livre éponyme portant le même titre, préconise que cette révolution serait fondamentalement différente des trois précédentes. Elle se déroulera à un rythme exponentiel en présence de nouvelles technologies intelligentes qui changeront la société de manière imprévisible. Du supercalculateur mobile aux Robots intelligents, à la voiture autonome, voire volante, jusqu’aux améliorations neuro-technologiques du cerveau, etc., tous constituent des preuves d’un changement dramatique qui se produit à une vitesse exponentielle. L’industrie 4.0 se traduira dès lors par une usine intelligente et utilisera pleinement la fabrication numérique. Encore embryonnaire, on s’attend à ce que la numérisation de bout en bout du secteur manufacturier soit exponentielle grâce à un écosystème de machines et de partenaires parfaitement interopérable qui fonctionneront à l’aune d’une intelligence artificielle qui sera déployée tout au long de la chaîne d’e production dans laquelle les données guideront et corrigeront le déroulement des actions.

Source : www.apave.fr

Caractéristiques fonctionnelles

Les caractéristiques de l’industrie 4.0 peuvent être étudiées du point de vue de l’intégration numérique horizontale et verticale au sein de l’écosystème industriel. 

L’intégration horizontale numérique fait référence à l’intégration de systèmes informatiques pour et entre les divers processus de production et de planification d’entreprise. Entre ces différents processus, il y a des flux de matériaux, d’énergie et d’informations. De plus, ces processus couvrent à la fois les ressources internes et externes, à savoir. les partenaires, les fournisseurs, les clients, les autres écosystèmes, les membres de la logistique et les acteurs de l’innovation. Connecter tout cela n’est pas une tâche facile. Pour commencer, le défi que doivent relever les organisations impliquées dans les productions concerne les systèmes informatiques déconnectés. L’image devient encore plus complexe lorsque l’accent est mis sur l’intégration transparente et l’échange de données avec les fournisseurs, les clients et les autres parties prenantes externes.

Tandis que l’intégration horizontale concerne les systèmes informatiques et les flux dans la chaîne d’approvisionnement / valeur et les différents processus qui la traversent, l’intégration verticale comporte un élément hiérarchique conçu en une solution complète. Il s’agit de l’intégration de systèmes informatiques à différents niveaux de production et de fabrication hiérarchiques, plutôt qu’à des niveaux horizontaux. Ces composants hiérarchiques incluent le niveau de terrain (interface avec le processus de production via des capteurs et des actionneurs), le niveau de contrôle (régulation des machines et des systèmes), le niveau de ligne de processus ou le niveau de processus de production réel (qui nécessite une surveillance et un contrôle), le niveau d’exploitation (planification de la production, gestion de la qualité et des ressources en main-d’œuvre), et enfin le niveau de planification de l’entreprise (gestion et traitement des commandes) où la planification de la production globale et l’approvisionnement des fournisseurs sont plus grands.

Caractéristiques technologiques

Les usines intelligentes modifient le modèle de production industrielle en série grâce aux technologies numériques. Les technologies de l’industrie 4.0 sont au cœur d’un nouveau modèle commercial de production sur mesure qui permet de réduire les coûts des produits et des services. Les technologies de l’industrie 4.0 sont notamment :

  • L’Internet des objets industriel (IIoT) et l’utilisation généralisée des capteurs. Une industrie hautement connectée fait partie de la transformation numérique menant à la quatrième révolution industrielle. L’IdO industriel est l’élément clé pour que tout soit interconnecté afin d’avoir des usines vraiment intelligentes. De façon plus générale, le concept d’IdO a gagné en popularité ces dernières années, car l’importance de la connectivité – à la fois pour la création de produits et de services et pour la satisfaction croissante des clients – a été mieux comprise. Actuellement, une multitude de technologies connectées évoluent rapidement, notamment des capteurs de haute qualité, des réseaux plus fiables et plus puissants, le calcul haute performance (HPC), la robotique, l’intelligence artificielle et les technologies cognitives, ainsi que la réalité augmentée. Les technologies peuvent transformer la fabrication de manière profonde. Notre analyse des flux d’information qui en résulte motive un cadre qui capture la série et la séquence d’activités à travers lesquelles les organisations créent de la valeur à partir de l’information. Car finalement, tout processus de fabrication est tributaire d’un autre processus de création, de communication et d’information. Alors que la fabrication donne lieu à un produit physique, la fabrication commence inévitablement par des informations abstraites i.e une conception créée via un dessin puis un logiciel de conception et de numérisation d’un modèle d’objet physique calculé à base de données. Ces données sont ensuite communiquées aux machines qui exécutent la conception. Idéalement, les données du processus de création (et d’utilisation ultérieure) sont davantage capturées, déclenchant des cycles continus entre les domaines numérique et physique. C’est ici que le chevauchement entre les concepts d’Industrie 4.0 et de l’IdO devient apparent.Les Big data et les data-analytics: La transformation numérique du secteur 4.0 génère d’énormes quantités de données qui, grâce au Big Data Analytics, ouvrent la voie à une réduction des coûts des produits et des services.

  • L’Intelligence artificielle (AI) et l’apprentissage automatique (deep learning). Alors que l’intelligence artificielle émergeait de la science-fiction pour devenir la frontière des technologies en constante évolution, il était urgent de développer et de mettre en œuvre systématiquement l’intelligence artificielle afin de déterminer son impact réel sur la prochaine génération de systèmes industriels, à savoir l’industrie 4.0.

  • LPWAN (Low-power, wide-area wireless technology) ou liaisons sans fil à faible consommation énergétique. Il s’agit à la base d’un réseau public étendu (WAN) capable de connecter des dizaines de milliards d’appareils répartis sur des centaines de millions de kilomètres carrés.

  • Les réseaux de machine à machine (M2M). M2M est une appellation large qui peut être utilisée pour décrire toute technologie permettant aux appareils en réseau d’échanger des informations et d’effectuer des actions sans l’assistance manuelle des humains. Les composants clés d’un système M2M sont des capteurs de données du type RFID, une liaison de communication cellulaire ou Wi-Fi et un logiciel informatique autonome pour l’analyse des données.

  • Les Interfaces tactiles et vocales. Aujourd’hui, les assistants personnels accessibles à travers une interface vocale sont rentrés dans le paysage numérique des chaines de production industrielle.

  • Les systèmes de réalité augmentée. La réalité virtuelle et la réalité augmentée aident le secteur à former et à simuler des opérations complexes sans mettre en danger la vie des personnes, créant ainsi un environnement beaucoup plus sûr et des employés plus efficaces. La réalité augmentée repose sur l’affichage d’informations en superposition à l’environnement visible (celui du monde réel). Cette technologie ouvre un large horizon aux simulations et reconstitutions, et s’invite de plus en plus dans les domaines de l’industrie pour les simulations et le prototypage.

  • La Robotique avancée ou cobotique. La cobotique renvoie à l’homme collaborant naturellement avec des robots. En effet, il est de plus en plus fait référence à l’émergence de robots destinés à interagir physiquement avec des humains dans un espace de travail partagé. Dans le monde de l’industrie, ce concept est en train de créer une nouvelle acception du problème historique du remplacement de l’homme par la machine. Il repose cette même question dans un esprit plutôt de complémentarité et d’interaction que de menace et de substitution. C’est probablement la phase la plus excitante de l’entrée des entreprises dans la quatrième révolution industrielle. Ces cobots ont une particularité : ils travaillent « main dans la main » avec l’opérateur, dopant sa productivité en le soulageant des tâches les plus ingrates et répétitives (assemblage, emballage, chargement-déchargement de machines, etc.).

Source : www.navi-mag.com

La fabrication additive. Il s’agit d’une approche transformative de la production industrielle qui permet de créer des pièces et des systèmes plus légers et plus résistants. Comme son nom l’indique, la fabrication additive ajoute du matériau pour créer un objet à l’aide de scanneurs d’objets 3D afin de diriger le matériel afin de déposer du matériau, couche par couche, dans des formes géométriques précises., la fabrication additive réduit les coûts, réduit les délais de mise sur le marché et améliore la prochaine génération de production industrielle.

Chacune de ces technologies apporte à sa façon son propre lot d’innovation, de convergence et d’intelligence pour l’industrie, mais il est évident que l’intégration horizontale ou verticale de ces technologies dotées d’intelligence créera la rupture avec les modèles industriels classiques pour laisser place à une créativité sans borne dans les moyens et méthodes de la chaine industrielle.

En somme, l’industrie 4.0 constituera la prochaine étape de la numérisation du secteur manufacturier, entraînée par quatre perturbations: l’étonnante augmentation des volumes de données, la puissance de calcul et la connectivité, en particulier les nouveaux réseaux étendus de faible puissance; l’émergence de capacités d’analyse et de veille économique; nouvelles formes d’interaction homme-machine telles que les interfaces tactiles et les systèmes de réalité augmentée; et des améliorations dans le transfert d’instructions numériques vers le monde physique, telles que la robotique avancée et l’impression 3D. (Les quatre tendances ne sont cependant pas la raison du « 4.0 ». Il s’agit plutôt du quatrième bouleversement majeur dans la fabrication moderne, après la révolution maigre des années 1970, le phénomène de la sous-traitance des années 1990 et l’automatisation qui a pris son essor dans les années 2000.

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