Les technologies de l'Industrie 4.0, moteurs de changement du secteur manufacturier

L'Industrie 4.0 révolutionne la façon dont les entreprises fabriquent, améliorent et distribuent leurs produits. Les fabricants intègrent à leurs sites de production et à l'ensemble de leurs activités des technologies porteuses d'autonomie, notamment l'Internet des objets (IoT), le cloud computing et l'analyse, ainsi que l'IA et l'apprentissage automatique. Ces usines intelligentes sont équipées de capteurs avancés, de logiciels embarqués et de solutions robotiques qui collectent et analysent les données et permettent une meilleure prise de décision. La rentabilisation est encore plus importante lorsque les données des opérations de production sont combinées à des données opérationnelles provenant des différents systèmes de l'entreprise (ERP, chaîne d'approvisionnement, service à la clientèle, autres), offrant une visibilité sans précédent à partir d'informations autrefois cloisonnées en silos. Cette technologie conduit à une automatisation accrue, à la maintenance prédictive, à l'auto-optimisation des améliorations des processus, et surtout à une efficacité et une réactivité inédites vis- à-vis des clients.

Le développement des usines intelligentes offre aux fabricants une occasion incroyable d'entrer dans la quatrième révolution industrielle. L'analyse des grandes quantités de données collectées à partir des capteurs installés dans les zones de production de l'usine assure une visibilité en temps réel des actifs de fabrication et permet une maintenance prédictive, avec à la clé une diminution des temps d'arrêt des équipements. 

L'utilisation d'appareils IoT dans les usines intelligentes permet d'accroître la productivité et d'améliorer la qualité. Le remplacement d'une inspection manuelle par des indications visuelles basées sur l'IA réduit les erreurs de fabrication et se traduit par un gain de temps et d'argent. Moyennant un investissement minimal, les membres du contrôle qualité peuvent configurer un smartphone connecté au cloud pour surveiller les processus de fabrication quel que soit le lieu où ils se trouvent. En appliquant des algorithmes d'apprentissage automatique, les fabricants peuvent détecter les erreurs immédiatement, et non lors des étapes ultérieures, lorsque des rectifications entraînent des coûts plus élevés.

Les concepts et les technologies de l'Industrie 4.0 peuvent s'appliquer à tous les types de secteur industriel, notamment la fabrication discrète et de type process, ainsi que les secteurs du pétrole et du gaz, de l'exploitation minière et d'autres segments industriels. 
 

De la vapeur au capteur : contexte historique de l'Industrie 4.0

Première révolution industrielle

À partir de la fin du XVIIIème siècle en Grande-Bretagne, la première révolution industrielle a rendu possible la production de masse, l'eau et la vapeur se substituant à l'énergie humaine et animale. Les produits finis étaient désormais fabriqués par des machines et non plus laborieusement confectionnés à la main.

Deuxième révolution industrielle

Un siècle plus tard, la deuxième révolution industrielle voyait apparaître les chaînes de montage et l'utilisation du pétrole, du gaz et de l'électricité. Ces nouvelles sources d'énergie, ainsi que des communications plus avancées par téléphone et télégraphe, ont apporté aux procédés de fabrication la production de masse et un certain degré d'automatisation.

Troisième révolution industrielle

La troisième révolution industrielle, qui a commencé au milieu du XXème siècle, a introduit les ordinateurs, les télécommunications sophistiquées et l'analyse des données dans les procédés de fabrication. La numérisation des usines a commencé par l'intégration aux machines de contrôleurs logiques programmables (PLC) afin d'automatiser certains processus et de collecter et partager des données.

Quatrième révolution industrielle

Nous sommes à présent dans la quatrième révolution industrielle, également appelée Industrie 4.0. Elle se caractérise par une automatisation croissante et l'utilisation d'usines intelligentes informées par les données qui permettent une fabrication plus efficace et plus productive. La flexibilité a été améliorée, permettant aux fabricants de mieux répondre aux demandes des clients à l'aide de la personnalisation de masse. Le but ultime est la recherche de l'efficacité avec, dans de nombreux cas, un produit unique de départ. En collectant davantage de données dans les zones de production et en les combinant avec d'autres données opérationnelles d'entreprise, l'usine intelligente améliore le processus décisionnel.

Quelles sont les technologies à l'origine de l'Industrie 4.0 ?

icône représentant une machine

L'Internet des Objets

L'Internet des objets (IoT) est un élément clé des usines intelligentes. Les machines sont équipées de capteurs dotés d'une adresse IP qui leur permet de se connecter à d'autres appareils Web. Cette connectivité permet de collecter, d'analyser et d'échanger de grandes quantités de données précieuses.

icône représentant un téléchargement

Cloud computing

Le cloud computing est la pierre angulaire de toute stratégie d'Industrie 4.0. La concrétisation à part entière de la fabrication intelligente exige la connectivité et l'intégration de l'ingénierie, de la chaîne d'approvisionnement, de la production, des ventes, de la distribution et du service. Tout cela est possible avec le cloud. En outre, le cloud permet un traitement plus efficace et plus économique des quantités généralement importantes de données stockées et analysées. Le cloud computing réduit également les coûts de démarrage des petites et moyennes entreprises, qui peuvent dimensionner correctement leurs besoins et évoluer au fur et à mesure de la croissance de leur activité métier.

icône représentant l'intelligence artificielle

Intelligence artificielle et apprentissage automatique

L'intelligence artificielle et l'apprentissage automatique permettent aux entreprises du secteur manufacturier de tirer pleinement parti du volume d'informations généré non seulement dans l'usine, mais aussi dans leurs unités commerciales, et même par leurs partenaires et des tiers. Ils obtiennent des informations fournissant une visibilité et une prévisibilité des opérations et des processus métier, et permettant de les automatiser. Voici un exemple : Les machines industrielles subissent souvent des pannes pendant le processus de production. L'utilisation de données collectées sur ces actifs aide les entreprises à effectuer une maintenance prédictive basée sur des algorithmes d'apprentissage automatique, avec à la clé une disponibilité et une efficacité accrues.

icône représentant l'analyse des données

Informatique en périphérie

Les exigences des opérations de production en temps réel signifient que certaines analyses de données doivent être effectuées en “ périphérie ”, c'est-à-dire à l'emplacement où sont créées les données. Il en résulte une diminution du temps de latence entre le moment de la génération des données et celui où une réponse est requise. Par exemple, la détection d'un problème de sécurité ou de qualité peut nécessiter une intervention en temps quasi réel sur l'équipement. Le temps nécessaire pour envoyer des données au cloud de l'entreprise puis pour les renvoyer à l'usine peut être trop long et dépend de la fiabilité du réseau. L'utilisation de l'informatique en périphérie, ou edge computing, permet aux données de rester proches de leur source, avec des risques de sécurité moindres.

icône représentant la sécurité des données

Cybersécurité

Le secteur manufacturier n'a pas toujours eu une réflexion sur l'importance de la cybersécurité. Cependant, la même connectivité des équipements en usine ou sur le terrain (technologie OT) qui optimise l'efficacité des processus de fabrication ouvre également de nouvelles brèches pour les attaques et les logiciels malveillants. Lors d'une transformation numérique vers l'Industrie 4.0, il est essentiel d'envisager une approche de cybersécurité englobant à la fois l'IT et l'OT.

icône représentant un jumeau numérique

Double numérique

La transformation numérique introduite par l'Industrie 4.0 a permis aux fabricants de créer des jumeaux numériques, qui sont des répliques virtuelles de procédés, de lignes de production, d'usines et de chaînes d'approvisionnement. Un jumeau numérique est créé à partir des données des capteurs IoT, des appareils, des contrôleurs logiques programmables (PLC) et d'autres objets connectés à Internet. Les fabricants peuvent utiliser des jumeaux numériques pour accroître la productivité, améliorer les flux de travaux et concevoir de nouveaux produits. En simulant un processus de production, par exemple, ils peuvent tester des modifications du processus afin de trouver des solutions pour limiter le temps d'indisponibilité ou d'améliorer la capacité.

Caractéristiques d'une usine intelligente

Homme travaillant sur un ordinateur

L'analyse des données au service d'une prise de décision optimale

Les capteurs intégrés et les machines interconnectées génèrent un volume important de données dans le secteur manufacturier. L'analyse des données peut aider les fabricants à étudier les tendances historiques, à identifier des modèles et à prendre de meilleures décisions. Les usines intelligentes peuvent également utiliser des données provenant d'autres parties de l'entreprise et de leur écosystème élargi de fournisseurs et de distributeurs pour acquérir des perspectives plus approfondies. En examinant les données qui proviennent des ressources humaines, des ventes ou de l'entreposage, les fabricants peuvent prendre des décisions de production en fonction des marges de vente et des effectifs. Une représentation numérique complète des opérations peut être créée sous la forme d'un "jumeau numérique".

Opérateur en usine réglant une machine

Intégration IT-OT

L'architecture réseau de l'usine intelligente dépend de l'interconnectivité. Les données en temps réel collectées à partir des capteurs, des appareils et des machines de l'usine peuvent être consommées et utilisées immédiatement par d'autres actifs de l'usine. Elles peuvent aussi être partagées avec d'autres composants de la pile logicielle de l'entreprise, notamment avec les logiciels d'ERP (planification des ressources d'entreprise) et d'autres logiciels de gestion.

Homme travaillant sur une solution d'automatisation d'usine

Fabrication personnalisée

Les usines intelligentes peuvent créer des produits personnalisés qui répondent de façon plus économique aux besoins de chaque client. Grâce aux applications de simulation avancées et aux nouveaux matériaux et technologies comme l'impression 3D, les fabricants peuvent facilement créer des lots de petite taille d'articles spécialisés destinés à des clients précis. Alors que la première révolution industrielle était axée sur la production de masse, l'Industrie 4.0 cible la personnalisation de masse.

Grand entrepôt

Chaîne d'approvisionnement

Les opérations industrielles dépendent d'une chaîne d'approvisionnement transparente et efficace, qui doit être intégrée aux opérations de production dans le cadre d'une stratégie d'Industrie 4.0 robuste. Il en résulte une transformation dans la façon dont les fabricants s'approvisionnent en matières premières et distribuent leurs produits finis. En partageant certaines données de production avec les fournisseurs, les fabricants peuvent mieux planifier les livraisons. Si, par exemple, une chaîne d'assemblage subit une interruption, les livraisons peuvent être réacheminées ou retardées afin de réduire le temps perdu ou les hausses de coût. De plus, en étudiant les prévisions météorologiques, les données sur les transporteurs partenaires et les distributeurs, les entreprises peuvent utiliser l'expédition prédictive pour envoyer les produits finis exactement au moment opportun pour répondre à la demande des consommateurs. La blockchain s'affirme aujourd'hui comme la technologie clé pour mettre en place la transparence des chaînes d'approvisionnement.

L'Industrie 4.0 et l'architecture IT de multicloud hybride

La création d'une infrastructure IT de multicloud hybride est un élément clé de la transformation numérique pour les fabricants cherchant à tirer parti de l'Industrie 4.0. On parle de multicloud hybride lorsqu'une entreprise dispose de deux ou plusieurs clouds publics et privés pour gérer ses charges de travail informatiques. Elle peut optimiser sa charge de travail dans tous ses clouds, car certains environnements sont mieux adaptés à certaines charges de travail ou plus rentables. Les fabricants cherchant à opérer leur transformation numérique et à se doter d'un environnement sécurisé et ouvert peuvent migrer leurs charges de travail sur site vers un environnement cloud optimal. 

L'Industrie 4.0 et IBM

Les données visuelles fournies par l'IA optimisent la productivité

Les inspections manuelles complétées par des inspections automatisées basées sur l'IA permettent de réduire le nombre de défauts des produits, d'améliorer l'efficacité et de diminuer les faux positifs. En général, un modèle d'apprentissage en profondeur peut être rapidement formé à l'aide d'images et de vidéos existantes. Une fois connecté à la caméra d'un smartphone, ce modèle d'inspection automatisé est prêt à être ajouté à la ligne de production.

Fabrication basée sur l'IA

La transformation numérique avec le passage à l'Industrie 4.0 commence par la collecte des données, puis fait intervenir l'intelligence artificielle pour interpréter ces données. Les usines intelligentes emploient des appareils IoT qui connectent les machines et les ordinateurs pour obtenir une image claire du site de fabrication à l'aide de données en temps réel. L'IA et l'apprentissage automatique entrent alors en jeu pour extraire des informations exploitables de gros volumes de données.

Gestion et maintenance intelligentes des actifs

La gestion des actifs d'entreprise (EAM) est essentielle pour préserver la continuité opérationnelle. Les fabricants qui mettent en œuvre les technologies de l'Industrie 4.0 ont fréquemment plusieurs milliers d'appareils IoT connectés dans leurs usines intelligentes. Pour répondre aux exigences de l'Industrie 4.0, chacun de ces appareils doit fournir un temps de disponibilité maximum pour garantir l'efficacité. La gestion des actifs d'entreprise favorise la résilience et l'agilité opérationnelles en permettant la surveillance à distance des équipements, grâce à des fonctionnalités qui prolongent le cycle de vie des actifs et fournissent des analyses pour la maintenance prédictive.

La convergence de l'IT et de l'OT, pierre angulaire de l'Industrie 4.0

L'Industrie 4.0 fait converger les technologies de l'information (IT) et les technologies d'exploitation (OT), créant une interconnectivité entre les équipements de fabrication autonomes et les systèmes informatiques généraux. Les données OT des capteurs, des PLC et des systèmes SCADA sont intégrées aux données informatiques des systèmes MES et ERP. Enrichie par l'apprentissage automatique, cette intégration se répercute sur l'ensemble de l'entreprise, de l'ingénierie aux opérations, en passant par les ventes et la qualité.

Ressources

Fabrication et transformation numérique : des usines intelligentes

Concrétisez la promesse de l'Industrie 4.0 : transformez vos technologies de production en connectant des appareils IoT, en collectant et en analysant les données en temps réel et en optimisant votre processus de fabrication.

Sécuriser l'Internet des objets

36 % des cadres estiment que la sécurisation de leurs plateformes d'IoT constitue un défi majeur pour leurs entreprises.

Pourquoi une entreprise pense que ce plan de travail est crucial pour une usine intelligente

Le fabricant britannique de composants aéronautiques Meggitt mise sur l'Industrie 4.0 pour garantir une livraison sans faille et le zéro défaut.

La fabrication intelligente : une solution pour optimiser les usines pour la nouvelle ère

Combinez les données recueillies par l'Internet industriel des objets (IIoT) afin de développer des capacités de maintenance prédictive et de favoriser la collaboration entre les équipes clés de la fabrication.

Les indications visuelles de l'IA optimisent l'efficacité en fabrication

Apportez des améliorations importantes aux processus et à la qualité des produits à l'aide d'inspections visuelles des environnements d'exploitation basées sur l'IA.

Articles du blog sur l'Industrie 4.0

Lisez des articles du blog consacrés à toute une gamme de sujets en lien avec l'Industrie 4.0, dont la fabrication basée sur l'IA, l'inspection visuelle intelligente et l'Internet industriel des objets.

Solutions

Services de conseil en IoT

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Qu'est-ce que la gestion des actifs d'entreprise (EAM) ?

Les experts IBM vous aident à gérer vos actifs et vos équipements physiques grâce à des capteurs et des appareils IoT qui améliorent l'efficacité et maximisent les investissements en matière de ressources.

IBM Maximo Visual Inspection - Améliorer l'inspection visuelle avec l'IA

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Moderniser les applications d'entreprise avec les applications SAP

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Améliorer la gestion de la chaîne d'approvisionnement et la logistique du secteur manufacturier

Les solutions IBM vous aident à créer une chaîne d'approvisionnement optimisée et à réduire la complexité, à l'aide de l'automatisation basée sur l'IA et du déploiement de l'Internet industriel des objets (IIoT).

Internet des objets (IoT) sur IBM Cloud

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