Bienvenue dans l'industrie du futur

Au début du XIXème siècle, l’économie est disruptée par l’avènement de la première révolution industrielle, qui consiste à mécaniser les outils de production, et qui est marquée par l’invention de la locomotive à vapeur. A la fin du XIXème siècle, l’implémentation de la production de masse et l’utilisation de l’énergie électrique constituent la seconde révolution industrielle. Dans la seconde moitié du XXème siècle, la troisième révolution industrielle, aussi connue sous le nom de révolution numérique, du fait l’utilisation de l’électronique et des technologies de l’information, vient à nouveau bouleverser les procédés de production avec l’automatisation. Aujourd’hui, nous vivons une quatrième révolution industrielle, celle qui marque l’avènement de l’industrie 4.0.

Quelle définition donner à l’industrie 4.0 ?

A leur époque, les locomotives à vapeur ont réduit les barrières géographiques. Les nouvelles technologies du numérique les ont presque abolies, entraînant la mutation de nos sociétés : le travail, la communication, la consommation, la production ont été profondément affectés, ainsi que notre rapport à ces activités.

Il n’existe pas de définition particulière de l’industrie 4.0 : aussi appelée industrie du futur, c’est un terme large qui se réfère à un paradigme industriel dans lequel les réseaux de production sont des structures numérisées et dynamiques, où les machines et les produits peuvent communiquer les uns avec les autres sans intervention humaine. La quatrième révolution industrielle réorganise l’espace et les processus de production autour de l’échange d’information et y intègre les nouveaux outils du numérique.

Pour les entreprises, prendre le train de l’industrie 4.0 signifie plusieurs choses. Il s’agit d’une part de revoir la chaîne de valeur, définie comme l’ensemble des étapes déterminant la capacité d’un domaine d’activité stratégique d’une entreprise à obtenir un avantage concurrentiel, afin de répondre aux mieux aux nouvelles attentes des clients. Il s’agit d’autre part d’adapter la chaîne logistique afin de répondre opérationnellement de la manière la plus efficace et la plus efficiente aux nouveaux défis.

Les piliers de l’industrie 4.0

L’industrie 4.0 intègre un ensemble de concepts informatiques qui se concrétisent au travers de technologies numériques.

L’industrie 4.0 repose d’abord sur les systèmes cyber-physiques (CPS), qui connectent l’espace cyber, c’est-à-dire le monde numérique, à l’espace physique. Concrètement, il s’agit de systèmes fonctionnant en réseau qui intègrent des logiciels embarqués associés à des capteurs et des actionneurs qui permettent d’enregistrer, d’évaluer et de stocker les données. Les CPS sont autonomes et collaboratifs, dans la mesure où ils peuvent communiquer entre eux et avec les machines. Ils contrôlent et monitorent les processus physiques, et peuvent les modifier si nécessaire.

Un capteur est un élément de base des systèmes d’acquisition et de contrôle de données (SCADA) permettant de transformer des grandeurs physiques telles que la température, la pression ou la position, en signaux électriques. Ils permettent aux appareils d’une chaîne de production de communiquer et d’adapter l’outil de production aux différents besoins.

Les CPS peuvent communiquer entre eux grâce à l’internet des objets (Internet of Things, IoT). L’IoT correspond à la communication entre plusieurs objets via internet, et plus largement au réseau d’objets interconnectés communiquant entre eux. L’IoT bouleverse la gestion des chaînes de valeur de plus en plus dispersées dans le monde, dans la mesure où l’information est collectée et identifiée de façon unique. Grâce aux technologies de l’IoT, il est possible d’obtenir des informations en temps réels, ce qui permet de raccourcir les délais requête/réponse et augmenter la productivité.
Un autre concept dérive de l’IoT : l’internet industriel des objets (Industrial IoT, IIoT). Grâce à l’intermédiaire du cloud, les machines et les objets en cours de fabrication peuvent informer directement les autres machines ou composants de la ligne de leur état (température, vitesse, défaillance…). Les données fournies pourront permettre aux machines de se paramétrer automatiquement sans passer par un système central.

L’internet des services (Internet of Services, IoS) est un autre concept de l’industrie 4.0 : à l’image de Netflix ou Blablacar, l’IoS permet à des prestataires d’offrir leurs services en ligne. Les participants, l’infrastructure de service et le service en lui-même constituent l’IoS.
Par exemple, dans le cas de Netflix, l’entreprise et les abonnés correspondent aux participants, la plateforme correspond à l’infrastructure de service, et la possibilité de regarder en illimité un certain nombre de films correspond au service.
L’IoS est à la fois une réponse et un catalyseur de la nouvelle façon dont nous consommons les services. Il bouleverse également leur distribution, puisqu’ils sont de plus en plus dématérialisés.

Enfin, les usines intelligentes, ou smart factories en anglais, sont les usines du futur. Il ne s’agit pas simplement d’un endroit physique où sont fabriqués les produits : l’usine intelligente est un système qui intègre l’ensemble de la chaîne de production en communiquant avec les CPS. Elles sont équipées de systèmes permettant aux personnes et aux machines d’effectuer leurs tâches correctement. Les usines intelligentes permettent en particulier de produire en masse, de façon personnalisée et flexible, à bas coûts, tout en garantissant la qualité.

Tous ces concepts s’appuient sur une myriade de technologies de l’informatique, découvrez-les ci-dessous !

• Infrastructure réseau

L’industrie 4.0 repose sur la communication. Celle-ci doit être performante, fiable et ne présenter quasiment aucune latence. Les réseaux sans fils industriels représentent ainsi une technologie clé dans le déploiement de l’industrie 4.0. Flexibles, peu coûteux et faciles à déployer, ils offrent un accès aux services internet en haut débit. Pour répondre aux besoins de l’industrie 4.0, il devront être plus “intelligents” et plus mobiles.
Il existe différents protocoles de communication sans fil, comme par exemple la 4G, la 5G, le Wi-Fi, Bluetooth, la Radio Frequency Identification (RFID), etc. Chaque protocole est mieux adapté à tel ou tel besoin. La RFID est par exemple utilisée pour tracer les produits, de la conception jusqu’à la distribution. Dans l’industrie 4.0, les infrastructures réseau sans fil reposent sur une combinaison de différents protocoles de communication.

• Appareils mobiles

Les smartphones, les tablettes, les ordinateurs portables, etc. sont les outils qui permettent de rester connecté et d’avoir accès en permanence à son environnement de travail. La mobilité est essentielle dans l’industrie 4.0 !

• Fabrication additive

La fabrication additive, plus connue sous le nom d’impression 3D permet de transformer un modèle numérique 3D en objet physique par ajout de couches successives de matériaux grâce à une imprimante 3D. L’impression 3D permet entre autres de prototyper facilement, de produire en masse à grande échelle, de personnaliser le produit, et de réduire l’impact environnemental de la production en utilisant la juste quantité de matière.

• Robotique avancée

Il ne s’agit pas uniquement des robots, mais également des cobots, ou robots collaboratifs. Les cobots sont plus autonomes et sont équipés de capteurs et de logiciels, ce qui leur permet d’évoluer aux côtés des humains et de les assister sans danger. L’exosquelette motorisé est un autre exemple de robotique avancée : il s’agit d’une structure robotique « enfilée » par un humain qui permet, dans le cas de l’industrie, de démultiplier ses capacités physiques, de simuler un retour d’effort dans un environnement virtuel, ou de contrôler à distance des systèmes robotiques.

• Réalité augmentée et réalité virtuelle

La réalité augmentée correspond à l’introduction d’un élément virtuel dans un environnement réel au travers d’un écran, tandis que la réalité virtuelle correspond à l’immersion de l’utilisateur dans un environnement virtuel construit par ordinateur grâce à l’utilisation d’un casque ou de lunettes spéciales.

• Digital Twin

Un jumeau numérique correspond à une réplique numérique d’un objet, d’un processus ou d’un système. Les jumeaux numériques se nourrissent de données afin de créer des modèles de simulation numériques dynamiques qui évoluent d’eux-mêmes grâce à l’IA et l’analyse de données. Dans l’industrie 4.0, les jumeaux numériques permettent d’optimiser la création d’un nouvel objet, en le vérifiant et en l’adaptant au fur et à mesure si besoin, le fonctionnement et la maintenance.
N’hésitez pas à jeter un coup d’oeil à notre article La VR à l’épreuve de l’industrie 4.0 pour un exemple concret d’utilisation des jumeaux numériques.

• Technologies du Big Data

Le Big Data (ou « données massives ») désigne des ensembles de donnés si volumineux qu’ils dépassent les capacités d’analyse humaines et des outils informatiques classiques. Dans le cas de l’industrie 4.0, il s’agit donc de pouvoir à la fois collecter, stocker sur le cloud et traiter en temps réel des grands flux de données nourris en permanence par les machines, les produits, les usines et les personnes tout le long de la supply chain.

• Cloud Computing

L’informatique en nuage correspond à l’accès à des ressources et des services informatiques à la demande par internet, plutôt que par support physique comme les disques durs. Dans le cas de l’industrie 4.0, le cloud est crucial, car il permet de stocker, de mettre en commun et de centraliser les données collectées tout le long de la supply chain, et permet aux différents acteurs de collaborer plus facilement.

• Data Mining

Selon lebigdata.fr, l’exploration de données consiste à analyser un très grand nombre de données sous différents angles puis de les transformer en informations utiles en établissant des relations et en établissant des patterns. Le data mining repose sur des algorithmes complexes et sophistiqués qui permettent de segmenter les données et d’évaluer les probabilités de futurs événements ou tendances.

• Les technologies de l’Intelligence Artificielle

Selon la société d’ingénierie Neovision, dans le cas de l’industrie 4.0, l’IA pourrait en particulier permettre d’automatiser et d’optimiser le contrôle qualité, de fluidifier la production avec la maintenance prédictive, de tracer les composants grâce au Deep Learning et au Computer Vision, ou encore d’identifier visuellement un équipement ou une pièce détachée.

• Blockchain

Comme expliqué par l’entreprise Sopra Steria, la blockchain est une base de données distribuées de transaction enregistrées. Chaque transaction est associée à la précédente et la suivante, ce qui constitue une chaîne. Chaque bloc de la chaîne doit être vérifié par plusieurs intervenants. Une blockchain est donc une base de de données immuable et vérifiable. Dans le cas de l’industrie 4.0, la blockchain est très utile pour gérer les risques sur la chaîne de distribution, en particulier prévenir les cyberattaques.

Numériser l’industrie : quels bénéfices ?

Chaque révolution industrielle a été source d’avantages, du moins en termes de performance. Il en va de même pour la quatrième révolution industrielle. Les smart factories seront beaucoup plus flexibles et efficientes grâce au partage et à l’accès en temps réel des données dans le cloud et leur capacité à s’adapter selon ces données. Ainsi, les processus et les performances des lignes de production pourront être optimisées, les ressources utilisées de façon plus économes, les procédés pourront être simulés avant d’être effectivement mis en place, les produits et les composants pourront être tracés sans erreurs, la maintenance prédictive pourra être implémentée, et l’ensemble des acteurs de la supply chain, des fournisseurs aux clients, pourront davantage être intégrés.
Globalement, la révolution 4.0 est celle qui achève le recentrage de l’industrie vers le client, avec des produits hyper-personnalisés et les services désormais indissociables qui les accompagneront. A noter également que l’industrie 4.0 permet de supprimer certaines tâches pénibles et rend les procédés de production manuels plus sûrs.

Voilà donc à quoi ressemblera l’industrie de demain ! Mais elle qui semble apporter plus d’avantages que d’inconvénients soulèvent malgré tout de nombreuses question. Les révolutions industrielles transforment les sociétés et, comme les précédentes, les enjeux de celle-ci seront nombreux. Qu’ils soient économiques, politiques, sociaux ou environnementaux, ils ne doivent pas être négligés au détriment de l’humain.

Pauline Sicsik

Sources

• Ayhan, F. (2019). Several Dimensions of Innovation, Technology and Industry 4.0
• Julien, N., Martin, E. (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
• Poissard, M. (2019, novembre 19). L’intelligence artificielle et ses applications dans l’industrie 4.0 (consulté le 1 juin 2020)
• Eich Gozzi, A. (2018, février 26). Comment l’Industrie 4.0 utilise la Technologie de la Blockchain (consulté le 1 juin 2020)