Imaginez une usine où tout se passe comme prévu. Les processus fonctionnent toujours dans des limites contrôlées, les variations sont éliminées et tous les produits finaux sont identiques. Rien ne tombe jamais en panne et les temps d'arrêt imprévus n'existent tout simplement pas. Aucune matière première n'est gaspillée, les rendements sont exactement ceux escomptés, jour après jour, et les coûts énergétiques sont réduits au minimum. Ajoutez à cela une multitude de données sur les processus, permettant aux ingénieurs d'identifier et de hiérarchiser les possibilités d'amélioration.
Cela ressemble à une utopie industrielle, mais ce n'est pas si lointain si l'industrie 4.0 réalise son potentiel. Ce livre blanc d'OMEGA Engineering explique les concepts qui sous-tendent l'industrie 4.0 et leurs implications pour les ingénieurs et les technologues dans les industries manufacturières et de transformation. Les sections abordent les thèmes suivants :
- L'origine et la signification de « l'Industrie 4.0 »
- L'IIoT et le M2M
- Les applications commerciales et industrielles
- Le statut actuel
- Problèmes et préoccupations
Origine et signification de l'« industrie 4.0 »
Le secteur manufacturier est sur le point de connaître un changement aussi important que l'arrivée de la machine à vapeur, le passage à l'énergie électrique et l'adoption du traitement informatisé des données et de l'automatisation. Les industriels et les universitaires allemands ont baptisé cette évolution « Industrie 4.0 », reconnaissant qu'elle représente une nouvelle approche de la fabrication.
L'Industrie 4.0 consolide les progrès déjà réalisés dans le domaine des capteurs et des communications. Il s'agit d'un programme coordonné visant le développement et le déploiement d'appareils « intelligents ». Cela englobe des concepts tels que l'« Internet des objets » (IoT), l'« Internet industriel des objets » (IIoT), la communication de machine à machine (M2M), l'IPv6, la RFID, le cloud computing et l'exploration de données. IIoT et M2M Les réseaux Ethernet sont bien établis, mais à mesure que les processeurs ont rétréci, les ordinateurs sont passés des bureaux aux usines et aux entrepôts, et sont désormais intégrés dans des capteurs et des actionneurs. L'intégration de capacités de communication telles que le Wi-Fi 802.11, le Bluetooth ou le ZigBee dans ces appareils leur permet d'envoyer et de recevoir des messages. Ajoutez à cela l'IPv6, qui augmente considérablement le nombre d'adresses disponibles, et chaque appareil connecté dispose d'une identité unique. C'est cela, l'IoT.
Historiquement, les capteurs utilisés dans les industries manufacturières et de transformation se contentaient de capturer des données (température, humidité, éventuellement pression barométrique) et laissaient une boucle PID réagir ou affichaient les résultats sur un enregistreur graphique. Les actionneurs avaient des capacités de capture de données très limitées, généralement restreintes aux sorties des codeurs. L'avènement de l'IoT a stimulé la création de l'IIoT, la version industrielle des appareils en réseau. Ceux-ci utilisent des protocoles industriels basés sur Ethernet pour envoyer et recevoir des informations sur les processus.
La prochaine étape logique consiste à faire « communiquer » directement ces appareils entre eux, en éliminant la salle de contrôle ou le contrôleur de supervision et en supprimant l'intervention humaine. C'est ce qu'on appelle la communication « machine à machine ». Il s'agit d'une automatisation décentralisée.
Applications commerciales et industrielles
Les appareils en réseau existent dans le domaine grand public depuis plusieurs années. Le thermostat Nest a été l'un des premiers appareils connectés, suivi par les babyphones intelligents, les systèmes de contrôle d'accès et même les appareils électroménagers intelligents. Imaginez un babyphone qui déclenche une alarme en cas de changement du rythme cardiaque ou de la température, puis indique aux parents l'emplacement du centre de soins d'urgence le plus proche, ou un réfrigérateur qui connaît la date de péremption de tous les produits qu'il contient.
Dans les industries manufacturières et de transformation, l'IIoT offre deux avantages :
- Les capteurs et actionneurs en réseau assureront un contrôle distribué et autonome, réagissant aux événements selon les besoins. La qualité de la production s'améliorera grâce à l'élimination des variations et la productivité augmentera grâce à la réduction des déchets et des rebuts. Par exemple, la surveillance des niveaux de lumière réfléchie pourrait permettre à un processus d'impression de s'adapter aux changements dans les revêtements des matériaux. Alternativement, un processus pourrait adapter les temps de chauffage et de séchage en fonction de la teneur en humidité variable des matériaux d'entrée.
- À mesure que la capacité à surveiller les actifs physiques, en particulier ceux qui sont largement répartis, se développe, les équipements signaleront leur « état de santé » physique. Les pannes appartiendront au passé, tandis que l'entretien & service deviendra plus précis, prolongeant la durée de vie des actifs et augmentant le retour sur investissement. Par exemple, une pompe pourrait surveiller les pressions, les températures et les vibrations. Un changement dans la signature l'inciterait à identifier les pièces à remplacer, à vérifier si elles sont déjà en stock et à créer une commande si ce n'est pas le cas. Elle communiquerait ensuite avec le système de contrôle de la production pour planifier un temps d'arrêt, et même imprimer un bon de travail pour le technicien lorsque le moment serait venu d'effectuer la tâche.
Situation actuelle
Certaines de ces capacités de l'IIoT sont encore en phase de recherche, mais beaucoup sont déjà disponibles. Un nombre croissant d'appareils sont équipés de capacités d'intelligence et de communication intégrées. Une sonde intelligente de mesure de la température connaît les valeurs de correction nécessaires pour obtenir des lectures précises et peut être directement connectée à un enregistreur. Les enregistreurs de données ne se contentent plus d'enregistrer des propriétés telles que la température et la pression, mais transmettent ces chiffres par Ethernet ou sans fil à d'autres systèmes.
Issues and concerns
Aucune discussion sur l'IIoT ne serait complète sans mentionner les défis à relever. Ceux-ci comprennent :
- Alimentation — Lorsqu'une alimentation 24 V n'est pas disponible, l'alternative consiste à utiliser des batteries longue durée associées à des stratégies innovantes de veille/« Wake-On-LAN » afin de minimiser la consommation électrique. De plus, des variantes Wi-Fi à faible consommation d'énergie font leur apparition afin de prolonger encore davantage la durée de vie des batteries.
- À l'avenir, les techniques de récupération d'énergie pourraient fournir de l'énergie « gratuite » pendant toute la durée de vie de l'appareil.
- Sécurité — Les utilisateurs industriels d'appareils intelligents sont conscients des risques d'interception des communications et exigeront de plus en plus que les fournisseurs intègrent des mesures de sécurité et des protocoles de cryptage appropriés.
- Assurance des données — Toutes les transactions de mesure sont confirmées par des tentatives automatiques et des dispositifs de sécurité sont en place pour assurer l'enregistrement local des données à chaque point de défaillance possible du réseau.
- Plage — Les protocoles Bluetooth et Wi-Fi__33 ont une portée limitée, mais certains appareils sont efficaces à plus de 1 000 m (3 280 pieds). Les murs et autres obstacles réduisent la portée.
- Débit de données — Lorsqu'les appareils transmettent des échantillons, le débit de données pose rarement un problème. Cependant, cela pourrait devenir un problème à l'avenir, à mesure que la quantité de données à envoyer augmente. Des débits de transmission de données adaptatifs en fonction de la valeur mesurée peuvent atténuer la congestion du réseau à mesure que la quantité de données augmente.
- Validité des données — Surveillance de l'état et de la durée de vie des capteurs pour favoriser la maintenance prédictive.
- Immunité aux interférences. Les équipements électriques, en particulier les moteurs ou tout autre dispositif créant un arc électrique, peuvent provoquer des interférences électromagnétiques. Cela peut entraîner une perte de données ou une réduction de la portée. Ces facteurs doivent être pris en compte lors du choix de l'emplacement des transmetteurs et des récepteurs.
La technologie Industrie 4.0 est arrivée
Le terme « Industrie 4.0 », qui englobe l'« Internet industriel des objets » (IIoT) ainsi que la communication de machine à machine (M2M) et l'IPv6, vise à consolider les progrès déjà réalisés dans le domaine des capteurs et des communications. Bien qu'il reste encore beaucoup à faire, des appareils intégrant les concepts de l'IIoT sont déjà disponibles. Les émetteurs et récepteurs sans fil, associés à la communication Ethernet et à la technologie des serveurs web, permettent à toute personne ayant l'autorisation d'accéder à distance aux informations sur les processus. Cette visibilité accrue permet une surveillance supérieure et une réponse plus rapide en cas de problème, ce qui permet aux entreprises de fabrication et de transformation d'économiser du temps et de l'argent tout en améliorant l'utilisation des actifs.
Enregistreurs graphiques Présentation des enregistreurs graphiques