Que faut-il pour parvenir à une fabrication intelligente ?

À l'échelle mondiale, la production dans le secteur industriel est mise à rude épreuve - en raison de plusieurs facteurs interdépendants :

Contexte et situation actuelle

L'évolution constante des attentes des clients, la nécessité d'accélérer la mise sur le marché, la montée en flèche de l'inflation et les perturbations de la chaîne d'approvisionnement. La problématique n'est pas simple : « Comment les fabricants font-ils face à ces défis ? ». Dans un tel paysage concurrentiel, où de nouveaux fabricants surgissent, armés des équipements et des technologies les plus récents, la question devient « comment les industriels évoluent-ils ? ».

Pour accroître leur avantage concurrentiel, de nombreux acteurs du secteur cherchent à tirer parti du « smart manufacturing » - du concept d'intégration des technologies, des données, des processus et des interactions humaines pour améliorer les résultats de la production.

Cependant, certains hésitent encore à adopter de nouvelles technologies en raison de préoccupations relatives à la compatibilité et à l'évolutivité des systèmes, au passage à l’échelle ainsi qu'à la nécessité d'investissements importants.

Pour surmonter cette hésitation, il faut revoir la façon dont les dirigeants d'entreprise envisagent la gestion et l'intégration des « data » et des « processus ». Il ne s'agit pas seulement d'ajouter de nouvelles technologies : pour que les solutions « smart manufacturing » soient un succès, les organisations doivent réaliser une véritable convergence de leur usine (ou technologies opérationnelles, ou OT) et de leur entreprise (ou technologies de l'information, ou IT). Elles doivent gérer les usines de manière informatisée et considérer les opérations, les flux de travail et les interactions humaines de manière plus globale dans un contexte commercial plus large.

L'architecture à la base de la fabrication intelligente

Les fabricants ont besoin d'une base qui leur permette de concevoir, de mettre à l'échelle et d'exécuter des fonctions de production définies par des logiciels distincts sur une plateforme unie de type cloud.

Cette architecture fondamentale comprend des blocs de construction matériels et logiciels qui consolident des fonctions disparates, notamment le contrôle des processus, la visualisation et l'acquisition de données. Cela signifie également qu'il faut disposer du bon silicium, amélioré pour les applications industrielles exigeantes qui peuvent faire converger différentes applications qui, autrement, nécessiteraient plusieurs CPU, GPU et accélérateurs. Cela permet d'économiser de l'espace, de l'énergie et des coûts tout en offrant des performances de traitement de données et de contrôle de processus exceptionnelles. A titre d’exemple, les blocs de construction matériels et logiciels peuvent être des ordinateurs industriels qui intègrent plusieurs fonctions, telles que la visualisation et le contrôle de processus, pour simplifier l'installation et la maintenance des systèmes de production. En effet, le silicium amélioré pour les applications industrielles exigeantes peut être utilisé dans des capteurs qui mesurent des paramètres tels que la température ou la pression pour surveiller les processus de production en temps réel. De plus, la consolidation de plusieurs applications sur une seule plateforme matérielle peut réduire l'encombrement de l'espace et la consommation d'énergie dans les usines, ce qui peut réduire les coûts opérationnels. Et enfin, les performances de traitement de données et de contrôle de processus peuvent être utilisées pour optimiser la production en temps réel, en permettant aux fabricants de détecter les problèmes de qualité ou de performance dans les processus de production et de les corriger rapidement.

Production définie par logiciel

La production traditionnelle a longtemps été définie par le matériel, où les pièces individuelles d'équipement sont conçues pour une tâche répétitive. Apporter des modifications ou des mises à niveau en usine peut nécessiter des investissements importants.

En revanche, dans la production définie par logiciel, les usines fonctionnent comme un système informatique. Cela signifie que les logiciels peuvent configurer, surveiller et gérer les machines et leurs processus dans l'ensemble de l'atelier de fabrication. Elle permet aux fabricants d'en faire plus avec le matériel existant et de permettre à un matériel d'avoir de multiples fonctions ou de pivoter à d'autres fins.

Une usine traditionnelle fonctionne de manière indépendante et doit être surveillée et contrôlée par du personnel. Cependant, elle peut également fonctionner comme un système informatique grâce à la production définie par logiciel, où les machines sont équipées de capteurs qui envoient des informations en temps réel à un système de gestion centralisé. Ce système peut surveiller et gérer les machines et leurs processus dans l'ensemble de l'atelier de fabrication, détecter les pannes ou les dysfonctionnements, et envoyer des alertes à un technicien. Les logiciels peuvent également permettre à une même machine d'avoir de multiples fonctions ou de pivoter à d'autres fins, ce qui réduit les coûts d'investissement dans de nouvelles machines. En utilisant la production définie par logiciel, l'usine peut devenir plus efficace, plus flexible et plus rentable, tout en produisant des produits de haute qualité.

Cela apporte une plus grande flexibilité et une programmation plus rapide à la fois aux machines individuelles et à l'ensemble du processus de production via une interface unique. Les fabricants peuvent également virtualiser des machines physiques pour créer des jumeaux numériques dans un environnement sur site ou dans le cloud afin de simuler l'impact d'une mise à niveau sur une chaîne de production. Grâce à l'IA et à l'apprentissage automatique à la périphérie de la production, les données peuvent être analysées plus près de l'endroit où elles sont collectées, et des ajustements peuvent être effectués en temps quasi réel pour optimiser les opérations.

Les jumeaux numériques peuvent également être utilisés pour former les employés sur les nouveaux équipements et processus de production avant qu'ils ne soient mis en œuvre dans l'environnement de production réel. Les employés peuvent s'entraîner à utiliser les équipements et à suivre les procédures de production dans un environnement virtuel, ce qui réduit les risques d'erreurs et de temps d'arrêt coûteux dans l'environnement de production réel.

En résumé, les jumeaux numériques jouent un rôle clé dans l'automatisation de la production dans les usines en permettant une meilleure flexibilité, une programmation plus rapide et une optimisation continue des processus de production.

La prochaine étape dans le parcours intelligent et défini par logiciel d'un fabricant consiste à permettre des mises à jour, des mises à niveau et une évolutivité fréquente.

Une véritable convergence entre OT et IT

Traditionnellement, les technologies opérationnelles et les technologies de l'information fonctionnent séparément. Dans ce contexte, les machines et équipements d'usine qui font partie des technologies opérationnelles ne sont très souvent ni mis en réseau, ni interconnectés. Il s'agit souvent de systèmes propriétaires et verticalisés qui fonctionnent en silos. En raison du manque de compatibilité ou de normes communes entre les machines, des opérateurs humains sont nécessaires pour surveiller et gérer la programmation et les opérations physiques de chaque pièce d'équipement.

Les technologies émergentes, sous la forme de l'internet des objets (IoT), mettent au premier plan la communication entre machines et l'analyse des données, permettant ainsi la convergence entre les mondes de l'OT et de l'IT. Du point de vue de l'entreprise, l'informatique supprime les silos d'information de l'OT en partageant et en traitant les échanges de données dans les ateliers de fabrication. Il en résulte une automatisation intelligente qui permet de rationaliser les flux de travail et d'améliorer la productivité.

Les nouvelles technologies et la compatibilité des machines ne sont que la première étape du voyage vers la fabrication intelligente. Les étapes suivantes constituent le facteur de différenciation qui permettra de relier les usines à l'entreprise comme un ensemble cohérent et de créer un véritable avantage concurrentiel.

En résumé

Avec les fabricants impliqués dans un parcours plus intelligent défini par logiciel, le reste de l'écosystème de l'industrie doit également se mettre au diapason. La fabrication intelligente ne peut réussir que si l'ensemble de l'écosystème, y compris les fabricants d'équipements originaux (OEM), les usines, les intégrateurs de systèmes et autres, sont capables d'intégrer ensemble les technologies, les données, les processus et les interactions humaines.

Dans ce futur de la fabrication intelligente, chaque acteur de l'écosystème a adopté un système unifié ouvert, entièrement programmable et basé sur des normes, de sorte que les fabricants ont le choix, la flexibilité et l'interopérabilité pour optimiser les opérations et stimuler l'innovation, quels que soient les vendeurs ou les fournisseurs qu'ils utilisent.