La technologie de fabrication intelligente transforme la production de masse

La fabrication intelligente (SM), c’est-à-dire l’utilisation de technologies avancées et hautement intégrées dans les processus de fabrication, révolutionne le fonctionnement des entreprises. L’évolution des technologies, conjuguée à un marché toujours plus mondialisé et numérisé, pousse désormais les fabricants à adopter des solutions de fabrication intelligente afin de préserver leur compétitivité et leur rentabilité.

Application innovante de l’Internet industriel des objets (IIoT), les systèmes SM s’appuient sur l’utilisation de capteurs de haute technologie pour collecter des données essentielles sur la performance et l’état de santé des actifs critiques d’une organisation.

La fabrication intelligente, au cœur de la transformation numérique de l’Industrie 4.0, déploie une combinaison de technologies émergentes et d’outils de diagnostic, tels que l’intelligence artificielle (IA), l’Internet des objets (IdO), la robotique ou encore la réalité augmentée, pour optimiser la planification des ressources d’entreprise (ERP), rendant les entreprises plus agiles et adaptables. 

Cet article présentera les principales technologies associées aux systèmes de fabrication intelligente, les avantages liés à l’adoption des processus SM, ainsi que les différentes manières dont la SM transforme les secteurs manufacturiers.

La fabrication intelligente (SM) est un processus avancé qui repose sur un ensemble de technologies de pointe travaillant de manière intégrée afin de rationaliser et d’optimiser l’ensemble de l’écosystème de production.

Voici les principaux outils de SM :

Internet industriel des objets (IIoT)

L’IIoT est un réseau de machines, d’outils et de capteurs interconnectés qui communiquent entre eux ainsi qu’avec le cloud afin de collecter et de partager des données. Les actifs connectés à l’IIoT aident les installations de fabrication industrielle à gérer et à entretenir leurs équipements en utilisant le cloud computing et en facilitant la communication entre les machines compatibles. Ces fonctionnalités utilisent simultanément les données de plusieurs machines, automatisent les processus et offrent aux fabricants des analyses plus sophistiquées.

Dans les usines intelligentes, les appareils IIoT sont utilisés pour renforcer la vision industrielle, suivre les niveaux de stock et analyser les données afin d’optimiser l’ensemble du processus de production de masse. 

L’IIoT ne permet pas seulement aux actifs intelligents connectés à Internet de communiquer et de partager des données diagnostiques, ce qui permet de comparer instantanément les systèmes et les actifs, mais il aide également les fabricants à prendre des décisions plus éclairées concernant l’ensemble de leurs opérations de production de masse.

Intelligence artificielle (IA)

L’un des principaux atouts de la technologie d’IA dans la fabrication intelligente réside dans sa capacité à analyser efficacement des données en temps réel. En collectant des données sur les machines, les équipements et les chaînes d’assemblage, les capteurs et appareils IdO permettent aux algorithmes alimentés par l’IA de traiter et d’analyser rapidement ces informations, d’identifier des modèles et des tendances, et d’aider ainsi les fabricants à mieux comprendre les performances de leurs processus de production.

Les entreprises peuvent également utiliser des systèmes d’IA pour identifier les anomalies et les défauts des équipements. Les algorithmes de machine learning et de réseau de neurones, peuvent, par exemple, identifier des tendances dans les données et prendre des décisions basées sur ces tendances, permettant aux fabricants de détecter précocement les problèmes de contrôle qualité dans le processus de production.

De plus, l’utilisation de solutions d’IA dans le cadre de programmes de maintenance intelligents peut aider les fabricants à :

• Mettre en œuvre la maintenance prédictive
• Rationaliser la gestion de la chaîne d’approvisionnement
• Identifier les risques liés à la sécurité sur le lieu de travail

Robotique

L’automatisation robotisée des processus (RPA) a été l’un des principaux moteurs de la fabrication intelligente, les robots effectuant des tâches répétitives et/ou dangereuses telles que l’assemblage, le soudage et la manutention. La technologie robotique permet d’exécuter des tâches répétitives plus rapidement et avec une précision bien supérieure à celle des opérateurs humains, améliorant ainsi la qualité des produits tout en réduisant les défauts. 

La robotique est également extrêmement polyvalente et peut être programmée pour effectuer un large éventail de tâches, ce qui en fait la solution idéale pour les processus de fabrication qui nécessitent une flexibilité et une adaptabilité élevées. Dans une usine Phillips aux Pays-Bas, par exemple, des robots fabriquent les rasoirs électriques de la marque. Et une usine japonaise de Fanuc utilise des robots industriels pour fabriquer des robots industriels, réduisant ainsi les besoins en personnel à seulement quatre superviseurs par équipe.

Sans doute plus important encore, les fabricants souhaitant adopter une approche SM peuvent intégrer la robotique aux capteurs IIoT et à l’analyse de données afin de créer un environnement de production plus flexible et réactif.

Cloud et edge computing 

Le cloud computing et l’edge computing jouent un rôle important dans le fonctionnement des usines de fabrication intelligentes. Le cloud computing permet aux entreprises de gérer à distance la collecte et le stockage des données, supprimant ainsi le recours à des logiciels et équipements sur site tout en renforçant la visibilité des informations au sein de la chaîne d’approvisionnement. Grâce aux solutions basées sur le cloud, les fabricants peuvent exploiter les applications IIoT et d’autres technologies, comme l’edge computing, pour surveiller en temps réel les données de leurs équipements et faire évoluer plus facilement leurs opérations.

L’edge computing, en revanche, est un paradigme de l’informatique distribuée qui rapproche le traitement et le stockage de données des opérations de fabrication, plutôt que de les stocker dans un centre de données central basé sur le cloud. Dans le contexte de la fabrication intelligente, l’edge computing déploie les ressources de calcul et de stockage de données à la périphérie du réseau, plus près des appareils et machines générant les données. Cela permet un traitement plus rapide et la gestion de volumes plus importants de données d’équipements.

Dans le domaine de la fabrication intelligente, l’edge computing aide également les fabricants à :

• Réduire les besoins en bande passante, limiter les problèmes de latence et diminuer les coûts liés à la transmission de grandes quantités de données sur de longues distances
• Garantir que les données sensibles restent au sein du réseau interne, renforçant ainsi la sécurité et la conformité
• Renforcer la fiabilité opérationnelle et la résilience en assurant le fonctionnement des systèmes critiques même en cas de pannes des centres de données ou de perturbations réseau
• Optimiser les workflows en analysant les données provenant de sources multiples (par exemple, niveaux de stock, performance des machines et demande client) afin d’identifier les axes d’amélioration et d’accroître l’interopérabilité des actifs

Ensemble, l’edge computing et le cloud computing permettent aux entreprises d’utiliser un logiciel en tant que service (SaaS), étendant ainsi l’accessibilité de la technologie à un plus large éventail d’opérations de fabrication.

Dans les environnements de fabrication, où tout retard dans la prise de décision peut affecter significativement les résultats, le cloud computing et l’edge computing permettent aux entreprises de détecter rapidement les pannes d’équipement, les défauts de qualité ou les goulots d’étranglement sur la chaîne de production, et d’y faire face efficacement.

Blockchain

La blockchain est un registre partagé qui aide les entreprises à enregistrer les transactions, à suivre les actifs et à améliorer la cybersécurité au sein de leur réseau. Dans un système intelligent d’exécution de la fabrication (MES), la blockchain crée un enregistrement immuable de chaque étape de la chaîne d’approvisionnement, des matières premières au produit fini. En utilisant la blockchain pour suivre le mouvement des marchandises et des matériaux, les fabricants peuvent garantir la transparence et la sécurité à chaque étape du processus de production. Cela réduit le risque de fraude et renforce la responsabilité.

La blockchain peut également être utilisée pour améliorer l’efficacité de la chaîne d’approvisionnement en automatisant de nombreux processus impliqués dans le suivi et la vérification des transactions. Par exemple, une entreprise peut utiliser des contrats intelligents, des contrats auto-exécutables dont les termes de l’accord sont inscrits directement dans des lignes de code, pour vérifier l’authenticité des produits, suivre les expéditions et effectuer les paiements. Cela peut contribuer à réduire le temps et les coûts associés aux processus manuels, tout en améliorant la précision et en réduisant le risque d’erreurs.

Les fabricants peuvent également utiliser les technologies blockchain pour protéger la propriété intellectuelle en créant un registre de propriété et améliorer les pratiques de durabilité en suivant l’impact environnemental des processus de production.

Jumeaux numériques

Les jumeaux numériques sont un concept de plus en plus populaire dans le monde de la fabrication intelligente. Un jumeau numérique est une réplique virtuelle d’un objet ou d’un système physique, équipée de capteurs et connectée à Internet, ce qui lui permet de collecter des données et de fournir des informations sur les performances en temps réel. Les jumeaux numériques sont utilisés pour surveiller et optimiser les performances des processus de fabrication, des machines et des équipements. 

En collectant les données des capteurs des équipements, les jumeaux numériques peuvent détecter des anomalies, identifier des problèmes potentiels et fournir des informations pour optimiser les processus de production. Les fabricants peuvent également utiliser des jumeaux numériques pour simuler des scénarios et tester des configurations avant de les mettre en œuvre, ainsi que pour faciliter la maintenance et le support à distance.

Impression 3D

L’impression 3D, également appelée fabrication additive, est une technologie en pleine expansion qui a transformé la manière dont les entreprises conçoivent, prototypent et fabriquent leurs produits. Les usines intelligentes utilisent principalement l’impression 3D pour fabriquer des pièces et des composants complexes de manière rapide et précise.

Les procédés de fabrication traditionnels, tels que le moulage par injection, peuvent être limités par la complexité de la géométrie des pièces d’un prototype et nécessitent souvent plusieurs étapes et opérations. Avec l’impression 3D, les fabricants peuvent produire des géométries complexes en une seule étape, réduisant ainsi le temps et les coûts de fabrication.

L’impression 3D peut également aider les entreprises à :

• Développer des produits et composants personnalisés en utilisant des fichiers de conception numérique
• Créer et tester des prototypes directement dans les ateliers
• Permettre la fabrication à la demande pour rationaliser les processus de gestion des stocks

Analyse prédictive 

La fabrication intelligente repose fortement sur l’analyse de données pour collecter, traiter et analyser des données provenant de diverses sources, y compris les capteurs IIoT, les systèmes de production et les systèmes de gestion de la chaîne d’approvisionnement. Grâce à des techniques avancées d’analyse des données, l’analyse prédictive permet d’identifier de manière proactive les inefficacités, les goulots d’étranglement et les problèmes de qualité.

L’avantage principal de l’analyse prédictive dans le secteur manufacturier est sa capacité à améliorer la détection, permettant aux fabricants de prendre des mesures préventives pour éviter les temps d’arrêt et les pannes d’équipement. L’analyse prédictive aide également les entreprises à optimiser les plannings de maintenance en déterminant le moment le plus approprié pour effectuer les interventions et les réparations.

Les solutions de fabrication intelligentes, comme IBM® Maximo Application Suite, offrent de nombreux avantages par rapport aux approches de fabrication plus traditionnelles, notamment les suivants :

• Efficacité accrue : la fabrication intelligente peut améliorer l’efficacité des entreprises en optimisant les processus de production et en facilitant les initiatives de convergence des données. En tirant parti des nouvelles technologies de l’information, les fabricants peuvent réduire les erreurs de production, limiter les déchets, diminuer les coûts et optimiser l’efficacité globale de leurs équipements.
• Qualité des produits améliorée : la fabrication intelligente aide les entreprises à fabriquer des produits de meilleure qualité en améliorant le contrôle des processus et les tests de produits. Grâce aux capteurs IIoT et à l’analyse de données, les fabricants peuvent surveiller et contrôler les débits de production en temps réel, en identifiant et en corrigeant les problèmes avant qu’ils aient un impact sur la qualité du produit.
• Flexibilité accrue : la fabrication intelligente améliore la flexibilité de la production en permettant aux fabricants de s’adapter rapidement à l’évolution des demandes du marché et en maximisant les avantages de la prévision de la demande. En déployant des outils de robotique et d’IA, les fabricants peuvent rapidement reconfigurer les lignes de production tout au long du cycle de vie pour s’adapter aux changements dans la conception du produit ou le volume de production, optimisant ainsi efficacement la chaîne de valeur.

IBM® Maximo Application Suite est un système complet de gestion des actifs d’entreprise qui aide les entreprises à optimiser les performances des actifs, à prolonger leur durée de vie et à réduire les temps d’arrêt imprévus. IBM® Maximo offre aux utilisateurs une plateforme intégrée, basée sur le cloud, alimentée par l’IA, dotée de fonctionnalités CMMS complètes. La solution fournit des analyses avancées de données et aide les responsables de maintenance à prendre des décisions plus intelligentes et basées sur les données.