Industrie

Shop Floor Cloudification, apport de Red Hat et connectivité de l’usine

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Industrie 4.0

L’Industrie 4.0 est façonnée par l’internet des objets (IoT), la connectivité renforcée aux équipements, l’intelligence artificielle (AI) ou encore la blockchain.

En reliant les machines, les opérateurs autour des processus, l’Industrie 4.0 apporte de nombreux bénéfices : amélioration de l’efficacité opérationnelle, optimisation de l’outil de production, amélioration de la satisfaction client, élargissement de la gamme de produits.

Améliorer la productivité des systèmes de production a toujours été au cœur de chaque révolution industrielle. La 4-ème révolution industrielle ou Industrie 4.0 s’adresse au « Manufacturing », à l’ingénierie et à la Supply Chain.

D’un point de vue général, son objectif est de repenser les processus de production de manière à fabriquer des produits de plus en plus connectés et intelligents à des coûts de masse pour un marché de plus en plus mondialisé.

D’un point de vue opérationnel, la réduction des coûts de fabrication, l’automatisation, l’optimisation des processus et l’amélioration du rendement et des performances, incluant la qualité finale des produits, sont autant d’objectifs auxquels l’Industrie 4.0 essaient de répondre.

Nous sommes entrés depuis quelques années dans la 4-ème révolution industrielle, l’ère de la fabrication dite cognitive et de l’analyse des données par le Machine Learning et le Deep Learning. Elle se différencie totalement de toutes celles qui l’ont précédée (vapeur, électricité, automatisation, …) à la fois dans les cas d’usage, principes et solutions à adopter.

Grâce à l’IIoT (Industrial IoT), il est maintenant possible de remonter les données d’usage des produits vers l’ingénierie afin d’améliorer leur conception puis dans un second temps vers la fabrication.

Grâce à l’analyse des données par le Machine Learning et le Deep Learning, l’usine devient plus efficace, évite les arrêts intempestifs, consommant moins d’énergie et assurant une meilleure sécurité des personnes et disponibilité globale.

 

Cloudification de l’usine

Mettre en place une solution Industrie 4.0 se fait par un modèle d’architecture en couche basée sur trois niveaux :

  • niveau de l’atelier (Edge et Shop Floor Level),
  • niveau de l’usine (Plant Level)
  • niveau entreprise (Enterprise et Cloud Level)

Chaque niveau contient des éléments IT : logiciel, matériel et réseau, qui doivent se connecter aux éléments OT (Operational Technology).

Au niveau de chaque usine (Plant Level), il est recommandé de déployer un socle technique standardisé (shop floor middleware) permettant d’automatiser les processus de gestion ainsi que la connectivité avec l’environnement physique (PLC, SCADA, Skid, OPC et Edge).

Ce socle est composé de plusieurs fonctions :

  • La gestion des Edge (remontée des états, fonctions de back-end, ..)
  • Un ensemble de zones de stockage (data lake)
  • Un bus de communication et d’intégration (routage, transformation des données, rupture de protocole)
  • Connectivité OT/IT (PLC, SCADA, Gateway IIoT)
  • Automatisation et orchestration des déploiements
  • Supervision et audit, gestion des alertes…
  • Sécurisation des flux de données passant par le bus et les Edge
  • Processus DevOps pour déployer la logique métier dans les gateways

D’un point de vue implémentation, ce socle repose sur un package de type Cloud Paks basé sur la plate-forme OpenShift Container Platform de Red Hat et Kubernetes ainsi que sur l’offre Plant Service Bus d’IBM (IBM Integration Bus, Manufacturing Pack avec le support de SKID, Modbus, OPC, sans oublier le moteur de règles ODM (ex-ILOG) ..)

OpenShift permet aux entreprises de déployer et de gérer des conteneurs sur l’infrastructure de leur choix, aussi bien des cloud privés que publics, comme AWS, Microsoft Azure, Google Cloud Platform, Alibaba et IBM Cloud. Il est ainsi possible de déployer les fonctions du socle technique sous la forme de containers, idéalement des micro-services.

Dans un second temps une fois le socle technique déployé, il est important de déployer les applications métiers spécifiques à l’Industrie 4.0 telles que la gestion des actifs, la planification, la simulation, le MES, la gestion de la maintenance, le contrôle du taux de rendement global (TRS) ou la maintenance prédictive etc …

L’infrastructure nécessaire à l’exécution et au déploiement de ces applications peut être prise en charge par une combinaison de différents cloud ou d’installations locales dans un modèle hybride. Le niveau d’hybridation doit être déterminé en fonction des exigences non-fonctionnelles et l’équilibre est à trouver en fonction des éléments suivants : haute-disponibilité, couts et budget, confidentialité des données, temps de latence réseau, performance, efficacité souhaitée des traitements analytiques, sans oublier les contraintes de confidentialité des données.

IBM est très flexible en termes de modèles de déploiement dans le cloud. En plus des composants installés « At The Edge », notre stratégie consiste à tirer parti des technologies OpenShift, Docker et Kubernetes pour faciliter le déploiement des composants dans un mode hybride Multi-cloud.

OpenShift est une solution IBM de gestion des déploiements dans des environnement cloud hybride, exploitant Docker et Kubernetes. Elle permet de développer et de gérer des applications conteneurisées. Il s’agit d’un environnement intégré pour la gestion des conteneurs, qui inclut le gestionnaire Kubernetes, un référentiel d’images type, une console de gestion et des infrastructures de surveillance.

 

Exemple de CLOUD PAK pour l’intégration

Comme indiqué précédemment, pour de nombreuses organisations, la tendance est de passer à une approche dite cloud hybride. A ce titre, IBM et Red Hat ont annoncé unir leurs efforts pour accélérer la modernisation des applications et le développement dans le cloud.

Article co-écrit par :

Technical Leader, IBM Europe, Industrial Sector

Christophe Didier

Chief Technical Officer pour l’Internet des objets (IoT)

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