Industrie 4.0, usine du futur…de quoi parle-t-on ?

Publié le jeudi 25 mars 2021 à 14:47 , mis à jour le jeudi 25 mars 2021
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Intrigant n’est-ce pas ? L’industrie 4.0 ou l’usine du futur a trouvé son élan dans les profondes transformations de notre société qui se sont imposées par le biais des technologies numériques. Notre façon de consommer ayant évolué, au même titre que nos besoins et nos attentes en termes de produits et de services, l’heure est à la personnalisation de masse. Un défi de compétitivité relevé par le secteur de l’Industrie 4.0 à grands coups d’innovation dans les modes de production. Mais alors comment fonctionne l’industrie 4.0 ? Quels sont les enjeux ? Mise au point. 

L’industrie du futur : une révolution interactionnelle

Quatrième sur l’échiquier des révolutions industrielles

L’industrie 4.0 est la petite dernière d’une lignée de révolutions industrielles. La première commence dès le XVIIIe siècle, en Grande-Bretagne, avec l’apparition de la machine à vapeur en 1705, puis la machine à tisser mécanique en 1769 et la locomotive à vapeur en 1804. La seconde démarre à la fin du XIXe siècle et marque les développements de l’électricité, de la mécanique, du pétrole et de la chimie ainsi que des moyens de communication (télégraphe et téléphone) et du transport collectif (chemins de fer et bateaux à vapeur) pour les échanges internationaux. Rappelons par ailleurs qu’en 1911, l’ingénieur américain Frederick Winslow Taylor invente le taylorisme, une organisation scientifique du travail permettant d’augmenter la productivité des salariés, et Henry Ford crée le montage à la chaîne.

D. Napier & Son Ltd, « Moteur aérodynamique en cours de fabrication », Angleterre, vers 1918.

La troisième, quant à elle, apparaît à partir de 1970 avec l’électronique et la création du transistor. C’est l’essor des télécommunications, de l’informatisation et de l’automatisation avec notamment l’arrivée du robot en 1959 et de l’automate en 1968. Enfin, l’émergence récente de l’industrie 4.0 comme quatrième révolution industrielle relève d’un système global inter-communiquant via des usines flexibles, intégrées et connectées. C’est une révolution non pas technologique mais plutôt systémique, voire interactionnelle entre des briques technologiques déjà existantes : objets connectés et capteurs, automates, robotique, mobilité, big data et cloud, biotechnologies, énergies renouvelables, intelligence artificielle, stockage de l’énergie électrique, nouveaux matériaux…

Un pilotage « intelligent » et personnalisé

Cette révolution numérique comporte deux domaines : la digital factory et le digital manufacturing.

Le premier consiste à dématérialiser et interconnecter des produits, des machines et des individus afin de façonner des usines connectées et ainsi aboutir à une production flexible, économe et intelligente accompagnée de services personnalisés.

Le digital manufacturing lui intègre des technologies comme la mécatronique, l’intelligence artificielle dans des techniques de façonnage comme l’impression 3D ou encore la cobotique

La cobotique est le fruit d’une collaboration entre l’homme et un système robotique souvent destiné à suppléer l’humain dans des tâches difficiles.

Vous l’aurez compris, l’industrie 4.0 s’affranchit des anciens modes de production destinés à produire massivement pour proposer un pilotage “intelligent” et personnalisé de la production, intégrant toute la chaîne de valeur et la relation avec le client. Cette chaîne de valeur concentre tout le cycle de vie des produits : depuis l’idée en passant par la commande, le développement et la fabrication, la livraison du produit au client final jusqu’au recyclage du produit, avec tous les services associés. Un réseau est tissé entre toutes les instances impliquées dans la création de valeur, toutes les informations pertinentes y sont échangées de façon autonome et directe.

Le big data, par exemple, peut traiter (via des analyses prédictives, du machine learning, deep learning etc.) les données recueillies grâce à l’internet des objets, stockées sur le cloud grâce à des systèmes de cybersécurité fiables. Cela va permettre de révéler des informations difficilement détectables par les voies traditionnelles et susceptibles de créer de la valeur, comme sur les usages des produits, les comportements des consommateurs, la prévision des ventes mais aussi des futures pannes ou dysfonctionnements via la maintenance prédictive.

La chaîne de création de valeur structurée autour de systèmes cyber-physiques

Ils sont au cœur de l’Industrie 4.0. Les systèmes cyber-physiques (SCP) regroupent des systèmes embarqués qui utilisent des capteurs pour récupérer des données et qui agissent sur des processus physiques au moyen d’actionneurs. 

L’introduction de ces systèmes cyber-physiques vise la production en petite série, c’est à dire la production en nombre restreint de produits standardisés, dans des délais plus courts et aux mêmes coûts qu’une production en grande série. Ainsi, l’usine du futur peut répondre plus rapidement aux besoins du client final et de manière personnalisée. Les possibilités de personnalisation sont quasi-infinies grâce à la multiplication de capteurs dans les produits en cours de fabrication et les machines qui les manipulent. Chaque produit reçoit un traitement spécifique à chacune des étapes de fabrication. Autres avantages de ces technologies : elles peuvent détecter et corriger des défauts ou organiser la maintenance prédictive

L’industrie 4.0 représente un potentiel énorme de croissance pour certains secteurs comme les constructeurs automobiles (et les fabricants de pièces détachées)

La mise en place de systèmes cyber-physiques (SCP) nécessite que l’on s’intéresse à la recherche de transversalité ou d’interopérabilité, c’est-à-dire le fait d’ ”opérer ensemble”. C’est l’ajout d’une brique technologique transversale qui va venir interconnecter et synchroniser les différents systèmes de production les uns avec les autres, quelle que soit leur localisation géographique. La compatibilité et l’interopérabilité des systèmes est donc un prérequis obligatoire pour faire éclore des systèmes cyber-physiques. Cela impose de définir des standards de communication communs entre machines, tel que le standard ouvert OPC UA utilisé pour connecter de manière sécurisée et fiable une grande variété de systèmes et d’équipements. Une fois interconnectés, les systèmes communiquent les uns avec les autres et s’autorégulent sans commande centrale. Les lignes de production ont la possibilité d’être configurées en fonction des commandes clients avec des modules qui sont soient ajoutés ou retirés, grâce à des fonctions de “plug and work” ou “plug and produce”. Puis la boucle est bouclée avec un modèle virtuel de l’usine qui teste les différentes configurations de modules, en plus de pouvoir simuler et piloter l’ensemble du cycle de vie du produit et du processus de production. 

Des produits…mais aussi des services 

La numérisation de l’industrie a conduit les industriels à repenser totalement leur modèle d’affaire en plus des modalités de fabrication. C’est ce qu’on appelle l’économie de la fonctionnalité : un concept, apparu en Europe à la fin des années 1980, qui considère que ce n’est plus la propriété d’un produit qui importe mais l’usage qui en est fait. Concrètement, le numérique permet de développer des services associés à la vente du produit : maintenance, paramétrage personnalisé, conseil, logiciels de gestion de production, outils de conception…à l’image du smartphone qui est devenu le support d’une multitude d’applications. Des services qui permettent aux industriels de différencier leur offre et de générer d’autres sources de revenus. 

L’industrie du futur : une industrie performante, agile et responsable

Une industrie performante

Performante et efficace au sens de la qualité et la variété des produits et services associés mais aussi de leur adaptation au client : ses exigences variées, pressantes, changeantes pilotent la production. Pour répondre à ses besoins et attentes, une différenciation des produits est donc appliquée via une configuration personnalisée. L’approche “client centric” se fait aussi ressentir au niveau de la qualité et la traçabilité des produits ainsi que dans l’apport de solutions complètes avec les services associés. 

L’innovation fait également figure de performance. Les techniques et organisations de production, que l’on peut déjà simuler et optimiser en réalité virtuelle, sont amenées à évoluer constamment au vu du rythme effréné de l’évolution des technologies et des connaissances scientifiques associées et leur diffusion massive.

Une industrie agile

C’est d’abord une industrie connectée en réseau avec ses fournisseurs et ses clients. Et puis c’est surtout une industrie flexible, connectée par le IIOT et le cloud comme nous l’avons vu, afin de piloter la production de manière performante avec des modes de production flexibles et des outils de production reconfigurables comme les robots ou l’impression 3D. Ces derniers sont mis au point par simulation et optimisation en mode virtuel et sont capables de fournir des produits et services individualisés à des prix compétitifs, en petites et moyennes quantités.

Une industrie responsable

L’industrie du futur est aussi l’occasion de renouveler notre réflexion sur la place de l’industrie dans nos sociétés et particulièrement en terme de respect de l’environnement. Une usine propre, silencieuse, impliquée dans son écosystème industriel, économe en matières premières et en énergie répondra positivement à la demande sociétale de développement durable. Mais aussi en termes de conditions de travail, de pénibilité…Une industrie centrée sur l’humain prend en compte les attentes des collaborateurs, développe une organisation participative et collaborative afin d’encourager la responsabilité, la formation et la créativité. Les tâches pénibles ou répétitives vont être prises en charge par l’automatisation et la robotique collaborative.

Références

  • Julien, N., & Martin, É. (2018). L’usine du futur – Stratégies et déploiement – Industrie 4.0, de l’IoT aux jumeaux numériques : Industrie 4.0, de l’IoT aux jumeaux numériques (Hors Collection) (French Edition). DUNOD.
  • Thibaut, B. M. (2016). L’industrie du futur : une compétition mondiale. Ecole des Mines.
  • Charlet, V., Dehnert, S., & Germain, T. (2017). L’industrie du futur : progrès technique, progrès social ? : Regards franco-allemands (La Fabrique) (French Edition). Ecole des Mines.
  • Kohler, D., & Weisz, J. (2016). Industrie 4.0, les défis de la transformation numérique du modèle industriel allemand. (French Edition). La documentation Française.