Industrie 4.0: l'usine du futur

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11 / 06 / 2015
Industrie 4.0:
L’usine du futur

Marc ENGEL - Agileo Automation – Juin 2015
Reproduction interdite sans l’accord écrit d’Agileo Automation
Intervenant

• Ingénieur en Génie Informatique et Industriel
• Diverses expériences industrielles
– SSII (Atos): EADS (Airbus), Motorola (téléphonie)
– Fabricant de machines de production robotisées pour le
semi-conducteur (RECIF) : Intel, IBM, Samsung
• Croisés des chemins entre BE produit et Méthodes de
production
• Depuis 2010: Dirigeant d’Agileo Automation
Intervenant : Marc ENGEL

• Développement de solutions logicielles et
robotiques pour l’industrie numérique
• Compétences:
– Informatique industrielle
– Automatisme
– Robotique
• Localisations:
Agileo Automation
Poitiers (86)
Montauban (82)

Expertise
• Le wafer – le cœur du numérique Plus
d’un milliard de transistors
• Usines de production « futuristes » 100%
automatisées
• Semi-conducteur identifié par l’UE comme
« Technologie clé générique »
 Essentiel à l’usine du futur
Automatisation de machines de production pour
le semi-conducteur

Un peu d’histoire

• 4000 Avant JC: Début de l’écriture
– Passage de la tradition oral à l’écrit
– Du conteur à l’auteur
– Reproduction par scribe/copiste, très couteuse
• XVème S.: Imprimerie, Gutenberg
– Diffusion de la connaissance à un petit nombre
– Livre reste cher
• Fin du XXème S.: Internet et Le numérique
– Partage de la connaissance facile
– Coût de reproduction faible voire nul
– Modifications profondes de la société en cours
Révolutions de la transmission de la
connaissance

• Passage d’une société paysanne et artisanale à
une société industrielle et commerçante
• Les révolutions industrielles: étapes majeures de
cette transformation
LA Révolution industrielle

Fin XVIIIème S
• 1ère Révolution
industrielle
• Remplacement du
bois par le Coke
• Machine à vapeur
Fin XIXème S
• 2ème Révolution
industrielle
• Pétrole
• Electricité
• Taylorisme
Milieu du XXème S
• 3ème Révolution
industrielle
• Electronique
• Informatique
• Automatisation
Début XXIème S
• 4ème révolution
industrielle
• Internet entre dans
l’usine
Les révolutions industrielles
1871: Première dynamo (Zénobe GRAMME)
1947: Transistor (AT&T's Bell Labs USA)
1968: Automate programmable (Richard
Morly)
1969: Microprocesseur
1993: Premier navigateur web texte et image

• Le numérique est un moyen d’augmenter la
productivité:
– Fluidifie les flux d’informations
– Evite les erreurs de copie
– …
• Le numérique est la cause du changement
(révolution numérique):
– Modifications profondes de la chaine de valeur
– Risque de perdre l’interface client
Maurice LEVY, Publicis, à propos de ses clients : « Tout
le monde commence à craindre de se faire Uberiser.
C'est l'idée qu'on se réveille soudainement en
découvrant que son activité historique a disparu...
[phagocytée par un nouvel entrant] »
Le numérique:
Moyen et Cause du changement

Les technologies de l’usine du futur

S ocial
Mobility
A nalytics
C loud
Des ruptures technologiques
Internet des objets
Robotique avancée
Impression 3D
Energies
renouvelables
Plusieurs ruptures technologiques vont transformer
l’industrie d’ici 2025 (Cf. Rapport McKinsey) dont:

Technologies “de l’internet” en amont
de la production
Gestion
Production
Machines
Commercial
Marketing
Achats
Entreprise
Usine
SAV
• Tablette
• Mobilité
• Paiement en
ligne
@
WWW
Consommateur
Expedition
• Site marchand
• Mobilité
• Big data
• Cloud (ERP)
• Réseaux
sociaux
@
WWW

Technologies “de l’internet” entrent
dans l’usine
Gestion
Production
Machines
Commercial
Marketing
Achats
Entreprise
Usine
SAV
Expedition
Consommateur
• Réseau
• Cloud
• Mobilité
• Big data (prod)
• Internet des objets
@
WWW

• Hébergement des applications sur serveurs
maintenus par un tiers
• L’informatique devient une ressource
proposée par un fournisseur comme
l’électricité, l’eau
• Modèle SaaS (Software as a Service): Achat
vs Location
• Systèmes informatiques des entreprises sur le
Cloud  Ouverture de l’usine vers
l’extérieur
Cloud 1/2

• Intérêt:
– Réduction des coûts (investissement et
opérationnel)
– Délégation de service (mises à jours)
– Réactivité (Scale Up)
– Mobilité: Accessibilité en tout lieu connecté
• Problématique:
– Confidentialité/Sécurité
– Dépendance
– Propriété données (sortie du Cloud)
– Réglementation et loi (localisation)
Cloud 2/2

• Faire émerger des corrélations
entre des facteurs en analysant
de grandes quantités de
données
• Data mining (découverte de
corrélations inattendues)
• Analyse en temps réél
• Exemple: Google Trends / Criteo
Big Data

• Chaque niveau devient « smart »:
SmartFactory, SmartMachine, SmartSensor,
SmartProduct, SmartGrid (réseau électrique)
• Génération de données à tous les niveaux
• Besoin d’analyse rapide de ces données (Big Data)
• Analyse des problèmes
• Recherches d’optimisation
• Prévisions
• Prise de décision
• Exemple: Croiser données de production et données
externes: consommation d’électricité machine et
ensoleillement, prévision météo
Du numérique partout

• Les objets communiquent entre eux et avec l’extérieur (fabriquant
par ex) via le cloud
• Dans l’usine des composants (capteur, machine,…) pourront
communiquer selon différents points de vue, ex:
– Consommation d’énergie
– Information de production
– Information de maintenance
• SmartObjects synthétisent l’information
• Nouveaux type de réseaux (Ex: SigFox, ZigBee)
• Exemples : Wytek, Spirax Sarco
Internet Industriel des objets

• Dans l’industrie, plutôt réseaux privés
• Echanges d’information (multi-site)
• Capitalisation du savoir
• Exemple: Yammer
• Orthogonal à l’organisation
hiérarchique en silo
Réseaux sociaux

• Collaboration + Robotique = Cobotique
• Le robot sort de sa cage (norme ISO/TS 15 006)
• Simplification d’apprentissage
• Fonctions de sécurité plus performante
• Plus d’interactivité
• Assistance à l’opérateur,
• Réduction des TMS
• Exemple: Baxter
Robotique avancée

• Fabrication additive et non par
enlèvement de matière ou moulage
• Différentes matières (ABS, Acier, Aluminium,…) et
différentes techniques + électronique imprimée
• Fabrication directe: du modèle numérique à la pièce sans
outil ni outillage
• Maitrise des propriétés physiques des objets imprimés
progresse
• Possibilité de produire des pièces non réalisables avec
techniques traditionnelles
• Gain de temps de réalisation
Impression 3D 1/2

• Révolutionne la relation à l’objet
– Modification des flux de production
– Coût fabrication: Plus de différence entre unitaire et
série
– Problématique: Propriété intellectuelle
– Photocopieur 3D: Scanner 3D + Imprimante 3D
• Ouverture du champs des possibles
– Implication de toute l’entreprise sur l’objet: BE
(prototypage), commerciaux (démonstration client),
production (réparation)
• Quelques acteurs: Prodways (Groupe Gorgé),
Sculpteo, Fusia (Lauréat des trophées de
l’aéronautique 2014)
Impression 3D 2/2

• Réalité augmentée
– Maquette virtuelle en 3D pour la conception
– Google glass pour la maintenance.
• Gant robotique : ajout de doigts à un opérateur
• Exosquelettes : démultiplication de la force
• Exemple: RB3D
Humain « augmenté »

Des processus industriels de plus en plus
complexe

• Ere préindustrielle: « sur mesure »
• XXème S.: « prêt à porter »
– Produits conçus pour le plus grand nombre (notions de
« taille » ou gammes)
– Nombreux stocks et intermédiaires
• XXIème S.: Retour au « sur mesure »:
– Produit hyper personnalisable
– Produit unique (impression 3D pour implants auditifs)
– Modification de l’approche de conception par les bureaux
d’études (PLM) et des méthodes de fabrication
– Modification des comportements des clients (création de
la demande)
Retour au sur mesure

• Produits intégrant mécaniques,
électroniques et informatiques
 Nécessité d’outils communs inter-BE
• Evolution et mise à jour des produits une
fois livrés: voitures, téléphones,
vêtements intelligents,…
 Traçabilité de la conception à l’utilisation en
passant par la fabrication
Des produits mécatroniques complexes
Méca-
nique
Infor-
matique
Electro-
nique

• Norme ISO 50001: Management de l’énergie
• L’usine du futur devra permettre
l’amélioration continue décrite dans la norme
– Internet des objets: acquisitions des données de
consommation au plus bas niveau
– Plateforme logicielle de gestion énergétique
– Energy harvesting : récolter l’énergie au plus près:
freinage, dissipation thermique, etc,…
– Optimisation de la consommation en temps réel
Les besoins de la transition énergétique

Exemple actuels
• Bonbons customisés avec un logo
• Citroën DS3 customisée par l’acheteur
• 90 pièces d’un F-18 imprimées en 3D
• SmartWatch
• Usine de production semi-conducteur:
Une machine constituée de machines

Bouleversement des organisations
humaines et IT

Organisation IT usine actuelle
ERP
MES
SCADA
Machine
1
Machine
2
Machine
n
Enterprise Resource Planning
Manufacturing Execution System
Supervisory Control and Data
Acquisition
Produit
HW SW
Fabrication
produit
(méthodes)

Organisation IT BE conception produit
mécatronique actuelle
PLM
CAD
Product Lifecycle Management
Computer Aided Design
SW
IDE
…
Software Integrated Development
Environment
Produit
HW SW
Produit mécatronique avec
logiciel et matériel
Bureaux d’études

Modification de l’organisation IT usine
Conception
produit (BE)
Fabrication
produit
(méthodes)
@
Interconnexion des systèmes et ouverture vers l’extérieur

• Le responsable maintenance est prévenu
sur son portable des défauts
• Le chef de ligne suit le rendement sa
tablette
• Le responsable BE valide une modification
de conception produit à la sortie de l’avion.
• Le fabricant de machine intervient sur une
machine à distance
• L’utilisateur fait une mise à jour de son
produit via le PLM du fabriquant
Exemples d’interconnexions

Horizontalité de l’organisation
Communication horizontale des services, des hommes, des
machines et des environnements de conception

• Intégration HW / SW virtuelles
• Simulation du produit
• Simulation de la production
• Simulation de la maintenance
Fusion du réel et du virtuel
 Gain de temps (développement, mise
au point, maintenance)
 Besoin d’interfaces communes
Simulations généralisées

• Donner accès aux indicateurs à tous
• Redonner du sens aux métiers
• Rendre le personnel acteur de
l’amélioration continue
Exemple: Siemens (usine d’Amberg)
Organisation plus « lean »
Vers une usine libérée?
Horizontalité des échanges humains

Nouvelle organisation usine
Smart product: de la conception à l’utilisation

• Le produit sait comment il doit être
fabriqué
• Le produit communique avec les
machines, avec l’usine
• La communication continue hors de l’usine
(mise à jour)
Smart product

• Machines interconnectées:
– Moins de recopie et de perte de temps
– Meilleur synthèse de l’information
– Prise de décision facilité
• Reconfiguration et optimisation de la
production en fonction de différents
critères:
– Demandes client
– Imprévus: pannes, manque de matière
première
– Consommation d’énergie
Agilité et Anticipation

Entreprise étendue
Sous-
traitants (N-1)
Entreprise de
niveau N
Client niveau
N + 1
Site A Site B

• Interconnexion des SI des entreprises:
– Améliore la traçabilité
– Anticipe les problèmes (approvisionnement par
exemple)
– Améliore la gestion des références et la
personnalisation des produits
– Vision du process à 360°
• Exemple: GALIA dans l’automobile, Boost
Aerospace dans l’aéronautique
Entreprise étendue

Conséquences

• Nouveaux moyens pour
l’amélioration continue:
– Meilleur suivi et pilotage de la production
– Economies d’énergie
– Maintenance simplifiée
– Auto diagnostique au plus bas niveau
(capteur/actionneur)
 L’usine fournit une information synthétisée
permettant aux hommes de prendre rapidement les
décisions
Conséquences techniques

Prise de conscience politique:
L’usine du futur dans le monde
Date Pays Plan
2008 Europe Horizon 2020 – Usine du futur (FoF)
2011 Royaume-Uni High Value Manufacturing Catapult
2011 Etats-Unis Advance Manufacturing Partnership
2012 Allemagne Industrie 4.0
2013 France
Plan 34: Usine du futur
Industrie du futur

• Communication généralisée:
 Les machines doivent parler le même langage
 Les entreprises doivent échanger des données (sous-traitance)
• Groupes de travail: IIC (Industrial Internet Consortium),
IEEE avec CoAP (Constrained Application Protocol)
• EFFRA: European Factories of the Future Research
Association
• Exemple: Airbus, projet Smart devices lancé en 2010
• Développement d’une librairie de communication pour les
équipementiers
Besoin fondamental de normalisation

•  de qualification
– Besoin de formation
initiale et continue
– Changement des métiers
•  besoin main d’œuvre
non qualifiée
– Baisse du poids de la
main d’œuvre dans coût
produit,
– Relocalisation d’activité?
Conséquences sur le travail

• Interdisciplinarité,
Décloisonnement
• Nouvelle organisation +
distribuée et –
hiérarchique
• En phase avec
Génération Y (mais pas
avec les Conventions
collectives)
Conséquences sur le travail

• Ouverture des réseaux accentue les
problèmes
• Risques:
– Prise de contrôle d’installation
– Vandalisme, Terrorisme, Cyberguerre
– Piratage de PI (produit ou process)
• Entreprises et états encore peu armés contre
cette menace
• Défi majeur
• Une offre est en train de se construire
Sécurité

Conclusion

Qu’est-ce qu’une usine du futur?
• Une usine dans une entreprise connectée par des flux
numériques internes : Machines / MES, MES / PLM,
MES / ERP
• Visant à s’étendre aux flux externes : accès
numérique à l’écosystème de l’entreprise (clients,
fournisseurs) via des plateformes
• Transversalité dans l’organisation humaine de
l’entreprise : Gestion en mode projet, communication
plus direct entre les services (type réseaux sociaux)
• Transversalité des Systèmes d’information
• Mise à profit de nouvelles technologies dites « de
rupture »

• Certaines briques sont déjà là (objets connectés,
imprimante 3D,…)
• D’autres pays mettent de gros moyens (Retard
français de 40 Milliards d’€ d’investissement par
rapport à l’Allemagne)
• Un investissement nécessaire pour rester dans la
course internationale
• Besoin de repenser notre organisation industrielle
mais également notre organisation du travail
• Une opportunité à saisir pour rattraper notre retard
industriel
Une trajectoire déjà engagée

Questions

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Notes de l'éditeur