Comment ?

De quelle manière s’engager sur le chemin de l’Industrie du futur ? Il convient d’abord d’identifier ses besoins, d’élaborer une feuille de route et de lancer des premiers POC (Proof Of Concept) sur une partie des process. Ensuite, les technologies validées pourront être généralisées. Et au-delà de la technologie, s’engager vers l’Industrie du futur requiert une réorganisation de l’entreprise, notamment dans ses méthodes de management, ainsi qu’une formation du personnel. L’évolution de l’humain et la technologie doivent ainsi être menées de front.

Comment commencer ?

De l’avis des principaux acteurs du secteur, la bonne méthode pour se lancer dans l’Industrie du futur n’est pas de « faire de la technologie pour de la technologie ». En d’autres termes, il convient d’abord de réaliser un diagnostic de départ, qui va permettre de définir des axes stratégiques et d’établir précisément une feuille de route. Il faut ainsi fonctionner en « mode projet ». « Chez nos clients, nous commençons par évaluer leurs besoins, en analysant leurs difficultés, leurs problèmes. Cela permet de définir des priorités », explique Alain Greffier, directeur adjoint de la division digital factory de Siemens. « Ensuite, nous évaluons avec eux la faisabilité technique et financière des solutions Industrie 4.0 qui pourraient répondre à leurs besoins. Et enfin, nous établissons une feuille de route pour tester et déployer les technologies. Sans ce type de plan d’actions clairement défini, les projets sont voués à l’échec ».

Afin de réaliser ce diagnostic de départ, l’entreprise peut faire appel aux services d’un cabinet de conseils, se tourner vers les grands fournisseurs de solutions ou encore s’orienter vers son conseil régional. La plupart des régions proposent en effet d’accompagner les entreprises dans la réalisation d’un diagnostic « Industrie du futur » (lire notre rubrique « Où », sur le soutien des régions). L’Alliance Industrie du futur (AIF) propose également d’accompagner les entreprises dans leur réflexion. Rappelons que l’AIF dispose de trois correspondants par région, plus un ambassadeur, c’est-à-dire un industriel référent qui peut accompagner d’autres entreprises.

Autre « bonne pratique » : s’inspirer des confrères. « Il ne faut pas aller seul vers l’Industrie du futur et apprendre plutôt à travailler en communauté en allant voir les autres entreprises », recommande Bruno Grandjean président de la Fédération des Industries Mécaniques (FIM). « Le tissu industriel français est suffisamment varié pour pouvoir facilement trouver d’autres acteurs travaillant sur l’Industrie du futur, qui ne soient pas des concurrents directs ». Les régions, tout comme l’AIF, proposent des sessions de networking facilitant la mise en contact des entreprises allant vers l’Industrie du futur.

Pour trouver les idées des premiers projets, les grands acteurs du secteur recommandent également de miser sur l' « intelligence collective ». Le principe est simplement d’impliquer un maximum de collaborateurs dans la genèse des projets, à commencer par les opérateurs.

C’est le principe retenu par le groupe Bosch qui réalise sa transformation numérique depuis cinq ans. « En 2013, le board a décidé : « il faut aller vers l’usine du futur mais sans imposer le comment ! » Nous avons donc mobilisé toutes nos ressources internes, avec une stratégie de déploiement bottom-up permettant de mettre en mouvement toute l’entreprise (390 000 personnes.), libérer la créativité, capter les bonnes idées et identifier des talents », explique Pascal Laurin Directeur Industrie 4.0 Bosch France. « Nous avons impliqué tout le monde, jusqu’aux techniciens et opérateurs, ainsi que les partenaires sociaux. Chaque usine a réalisé ainsi sa feuille de route i4.0. Nous avons eu en moyenne 10 projets par usine. Seules conditions : il fallait 6 à 24 mois de ROI, pas au-delà. Pour avoir des effets immédiats. Pour organiser cette intelligence collective, nous avons nommé un responsable 4.0 dans chaque usine ». Cette méthode a permis de voir émerger 3000 projets implémentés en production sur les 270 usines que compte l’industriel allemand dans le monde. Ensuite, 400 ont été retenus pour devenir des « standards » au niveau mondial, c’est-à-dire uniformisés pour pouvoir être utilisés par l’ensemble des sites de production.

Même approche chez Schneider Electric. « Sur notre usine de Vaudreuil, qui est une vitrine des technologies 4.0, nous avons mobilisé l’ensemble du personnel qui a été force de proposition, y compris les opérateurs et les ingénieurs méthode ou les techniciens de maintenance », indique Serge Catherineau, Directeur Marketing Industrie Automobile, Aéronautique et Système Intégrateurs chez Schneider Electric.

Comment assurer une continuité numérique ?

Quel cap se donner pour s’engager dans l’Industrie du futur ? Le principe général va être de digitaliser progressivement l’ensemble des échanges entre les différents départements de l’entreprise, en mettant en place une « continuité numérique ». L’idée maîtresse est que toutes les équipes travaillent sur un flux de données commun, qui va couvrir l’évolution d’un produit tout au long de son cycle de vie, de sa conception à sa livraison, en passant par sa fabrication.

« La première étape pour aller vers l’industrie du futur est de numériser la conception du produit. Il faut le produire dès le début sur ordinateur. Cela signifie, de dématérialiser le maximum d’opérations qui pourraient encore être réalisées sur papier afin de disposer de données numériques dès le démarrage d’un projet », nous indiquait récemment Diego Tamburini, Design & Manufacturing Sr. Industry Strategist chez Autodesk (lire Smart Industries N°14).

La conception est aujourd’hui relativement numérisée, via les outils de CAO (conception assistée par ordinateur) et de FAO (fabrication assistée par ordinateur). Tout l’enjeu est de partager les modèles numériques du design vers la production, avec un langage et une interface adaptée. C’est ce que promettent les outils de PLM (product lifecycle management), qui se veulent la « colonne vertébrale » de cette continuité numérique. « Avec un outil PLM, la maquette 3D d’un produit devient le référentiel numérique commun pour toutes les équipes, du bureau d’études à celui des méthodes, en passant par l’atelier de production, et même jusqu’à la maintenance par l’utilisateur final. Le PLM est ainsi une plate-forme qui va unifier les informations et les rendre accessibles à chaque département, dans un langage et une visualisation adaptée », explique Franck Eichenberger de Keonys. Le PLM intègre des briques logicielles spécifiques à chaque département, mais qui sont toutes connectées et interopérables. Les échanges de données et le travail collaboratif sont ainsi simplifiés.

« Grâce à des applications spécifiques pour chaque métier, des "Apps", on va pouvoir utiliser l’outil PLM que l’on soit au marketing, au bureau d’études, au service après-vente ou à l’industrialisation. Ces applications vont vous donner les informations dont vous avez besoin et uniquement celles-ci », confirme Philippe Barbarin directeur de Percall Solutions, interrogé par Manufacturing.fr. « Il est ainsi possible d’évoluer vers une gestion multi-nomenclature des projets, car on ne représente pas un produit de la même façon pour le concevoir, le fabriquer et le maintenir ».

Ces solutions se veulent intuitives. Un outil PLM peut par exemple s’intégrer aux outils de CAO ou FAO existants, sous la forme de nouvelles options ajoutées à l’interface. Un menu va ainsi permettre d’enregistrer un modèle 3D sur la plateforme PLM, plutôt que sur son disque dur. « Nous pouvons gérer des informations, pour un même projet, en provenance de plusieurs CAO différentes », poursuit Philippe Barbarin. Ensuite, le PLM se charge d’uniformiser certaines fonctions, comme la validation des modifications.

Le principal bénéfice de la continuité numérique est de concevoir des produits en tenant compte des contraintes de production, et ainsi de gagner en efficacité opérationnelle ainsi qu’en qualité produit. La société Amada donne comme exemple celui d’une pièce de tôlerie, qui est découpée, pliée puis soudée. « Nous proposons une approche de type reverse engineering. Notre suite logicielle reçoit les données 3D de la pièce finie, qui est virtuellement dessoudée et dépliée, pour arriver à la pièce d’origine à découper » explique Marc Troïa. « Avec cette approche on est certain d’avoir la bonne forme et les bonnes dimensions dès le début de la production, et programmer les machines depuis la source 3D initiale. Cette méthode de « Reverse engineering » est possible grâce à la continuité numérique et à un partage d’un même flux de données entre la conception et la production ».

Au final, la continuité numérique va permettre de « rassembler » et d’enrichir continuellement toutes les données sur un produit et ainsi d’en optimiser la réalisation, de bout en bout. « Les plateformes numériques sont essentielles car elles rassemblent les talents, les idées, les solutions et les données », résume ainsi Pascal Daloz : Directeur Général Adjoint, Stratégie et Affaires Financières chez Dassault Systèmes.

La quasi-totalité des grands groupes industriels français disposent d’outils PLM. Ces solutions se diffusent désormais auprès des PME. « Le PLM est déployé à des degrés divers chez les principaux sous-traitants de ces grands donneurs d’ordre, mais également chez des PME qui y voient une solution pertinente pour accroître leur productivité », conclut Franck Eichenberger.

Comment choisir les briques technologiques?

Une des premières difficultés pour amorcer son chemin vers l’Industrie du futur est bien souvent de choisir les briques à déployer. Les entreprises sont souvent confrontées à l’embarras du choix. « Il y a un foisonnement de technologies parmi lesquelles il n’est pas évident de faire un choix », observe Denis Debaecker de Mews Partners. « Nous avons identifié plus d’une quarantaine de briques technologiques Industrie 4.0. Et en général les entreprises en sélectionnent entre 8 et 10 », observe pour sa part Olivier Lluansi, associé pour les secteurs Manufacturing & Energy chez EY.

Pour s’y retrouver, le premier critère est bien entendu d’être en cohérence avec les axes stratégiques retenus par l’entreprise en fonction de ses besoins. Souhaite-t-elle développer prioritairement sa qualité produit ? Augmenter la disponibilité de son outil de production ? Gagner en efficacité énergétique ? Augmenter les cadences de production ? Chaque brique présente en effet ses bénéfices. Par exemple, la maintenance prédictive peut réduire les risques de pannes et donc augmenter la disponibilité de l’outil de production. La robotique collaborative peut servir à gagner en flexibilité car un cobot se programme rapidement… (lire ci-après pour de plus amples détails sur chaque brique).

Pour vérifier si l’on ne fait pas fausse route, il convient de tester la faisabilité et les bénéfices de chaque brique dans le contexte spécifique de l’entreprise. Pour cela, il faudra lancer des projets pilotes, les fameux POC (proof of concept), qui ne doivent durer que quelques mois (lire notre rubrique Quand ?). « Il faut expérimenter, et mener plusieurs projets de front, en multipliant les POC », indique Serge Catherineau de Schneider Electric. Un avis partagé par Jan-Rémi Fromentin, président d’ifm electronic : « Le POC est incontournable. Aucun de nos clients n’est arrivé en sachant exactement quelles solutions techniques mettre en place, sans la tester ».

Les retours sur investissements des projets sont bien entendu un autre critère clé dans le choix des technologies retenues. La plupart des acteurs ayant déjà commencé leur transition vers l’Industrie du futur misent plutôt sur des ROI relativement courts, ou du moins plus courts que ceux classiquement observés dans l’industrie. Bosch n’a ainsi implémenté que des projets avec un ROI de 6 à 24 mois maximum, afin « d’obtenir des effets immédiats de transformation digitale », indique Pascal Laurin.

L’équipementier Faurecia est encore plus drastique. Il déploie principalement des projets de « digital manufacturing » ayant un ROI de moins d’un an. Parfois, il peut « ouvrir la porte » à des retours sur investissements pouvant aller jusqu’à 18 mois. Mais au-delà, il ne valide aucun projet. « Il faut investir dans des solutions qui apportent de la valeur aujourd’hui et qui peuvent être obsolètes deux ans plus tard », explique son directeur du projet de transformation numérique : Grégoire Ferré. L’idée est donc de commencer par investir dans des projets qui apportent de la valeur à très court terme. Tout en acceptant le risque que ces technologies soient rapidement dépassées car elles évoluent très vite. Faurecia cite notamment comme exemples : la réalité augmentée ou l’impression 3D.

Un point de vue partagé par Franck Eichenberger, Director Strategic Alliances chez Keonys : « La meilleure méthode consiste à faire des petits incréments rapides selon l’expression : "Think big, start small and start now". Concrètement, cela se traduit par le lancement de petits projets, de 2 à 5 mois, autour de technologies ayant un ROI rapide. Ces projets "quick wins", permettent d’aller vers l’Industrie du futur en passant rapidement au concret ».

Comment réorganiser l’entreprise ?

Autre difficulté à laquelle il faut faire face dès le début : la réorganisation de l’entreprise. Selon l’étude EY-OpinionWay (1) : 89 % des dirigeants interrogés citent ainsi l’organisation de l’entreprise comme un des principaux axes de développement pour aller vers l’Industrie du futur. « L’Industrie du futur, c’est d’abord de l’organisation, avant d’être de la technologie », estime même Eric Teisseire, président de Yamazaki Mazak France.

Concrètement, un des principes de l’Industrie du futur est de traiter des données qui vont être partagées, sous forme de flux, entre différents départements de l’entreprise. Cela implique des échanges d’informations réguliers entre des équipes qui n’avaient parfois pas l’habitude de travailler ensemble. « L’Industrie 4.0 renforce la collaboration entre les équipes. Elle va permettre de décloisonner l’opérateur, l’ingénieur ou le développeur qui vont devoir désormais collaborer régulièrement. Le succès de l’Industrie du futur dépend grandement de cette collaboration. », indique Thierry Lecoeur, Automation Marketing Manager chez Phoenix Contact.

Parmi les rapprochements complexes, figurent ceux de l’IT et de l’OT. « Le département informatique (IT) et celui de l’opérationnel (OT) doivent se rapprocher. Aujourd’hui ce sont des départements distincts qui ne travaillent pas forcément ensemble. Ils doivent apprendre à collaborer. Les entreprises qui réussissent ce rapprochement vont plus vite dans leur projet d’usine du futur. On vit ça tous les jours », explique Gilles Pacaud, Directeur Général Rockwell Automation France.

La réorganisation interne d’une entreprise allant vers l’Industrie du futur consiste donc principalement à « casser les silos », en adoptant des méthodes de management avec davantage de transversalité et moins de verticalité. « C’est incontournable pour pouvoir travailler sur des projets Industrie 4.0 qui doivent être menés par des équipes multidisciplinaires, issues de différents départements de l’entreprise : la production, le bureau d’études, les métiers, le marketing, l’IT… », poursuit Gilles Pacaud.

Réduire le rapport hiérarchique et favoriser la collaboration entre salariés n’est bien évidemment pas chose facile. « C’est une très grande préoccupation des dirigeants d’adapter leur mode de management à la nouvelle situation qu’engendre l’intégration de technologies 4.0. », confirme Daniel Richet, directeur du développement du Cetim. « L’Industrie du futur va en quelque sorte propulser l’opérateur au cœur des projets, car c’est lui qui prend en main les outils et c’est son savoir-faire qui est exploité pour les développer. Il devient ainsi un des principaux acteurs du projet. Sauf que l’encadrement intermédiaire voit son rôle bouleversé, car il doit passer d’un rapport hiérarchique à une approche plus collaborative. Cette évolution transversale du management n’est pas toujours simple à mettre en place car elle rompt avec des années de rapports hiérarchiques verticaux ».

Selon les acteurs du secteur, pour réussir cette transformation de l’organisation, il ne faut pas miser sur un passage en force. Les premiers projets d’Industrie du futur, les fameux POC (Proof of concept), constituent une bonne occasion pour commencer à mettre en place cette nouvelle organisation. Ils vont fédérer les équipes autour d’un même projet, et permettent de tester de nouvelles formes de management, plus collaboratifs.

De nouveaux « outils d’animation transverses », comme les World Café peuvent également être exploités, en alternative aux réunions classiques. Il s’agit de réunions « ouvertes », où les participants peuvent tous prendre la parole. Concrètement, les salariés vont débattre d’un sujet en petits groupes autour de tables, comme dans un café. Et à intervalles réguliers, les participants changent de table. Un hôte reste pour résumer la conversation précédente aux nouveaux arrivés. Ce type de brainstorming permet d’impliquer tous les collaborateurs, en réduisant les rapports hiérarchiques.

Comment connecter son usine ?

L’échanges de données entre les machines et vers des plateformes de niveaux supérieurs, comme le MES, est un des piliers de l’Industrie du futur. Cette « Usine connectée » est bien souvent la première étape pour pouvoir ensuite collecter les informations et les exploiter. Faut-il connecter toute l’usine pour pouvoir profiter des premiers bénéfices de l’Industrie 4.0 ? « Non. Il n’est pas nécessaire de connecter toute l’usine pour aller vers l’Industrie du futur. Il est par exemple possible de commencer par connecter des machines critiques pour l’outil de production ou celles sur lesquelles auront été identifiées des faiblesses », estime Florent Poitrine, National Product Manager Identification et mesure chez Sick.

En théorie, toutes les machines, même les plus anciennes, peuvent être connectées en ajoutant des capteurs à ceux d’origine. Mais cette « sur-instrumentation » possède toute de même des limites. « L’objectif est quand même de sortir de l’obsolescence. À un moment donné, il faut investir dans du nouveau matériel. Les Allemands et les Britanniques sont passés à de nouveaux équipements, ce qui simplifie la communication entre les machines. On peut mettre à jour des équipements de 20 à 30 ans, mais je ne suis pas certain que ce soit un bon calcul sur le long terme », estime Eric Dubois, Sales & Marketing Manager chez ABB. Un avis partagé par Florent Poitrine. « On peut ajouter des capteurs sur une ancienne machine qui date d’une vingtaine d’années, mais il faut tout de même qu’elle soit automatisée, sinon cela n’a pas beaucoup de sens».

Au-delà de l’âge des machines, le principal obstacle au développement de l’usine connectée reste la grande variété de protocole de communications, pour la plupart incompatibles entre eux. Pour contourner cet obstacle, le système OPC UA (Open Platform Communication Unified Architecture) s’impose de plus en plus comme une solution pertinente. « Dans l’Industrie 4.0, il n’y a pas de place pour des protocoles de communications propriétaires. Ils doivent être standardisés, ouverts et interopérables », estime ainsi Stéphane Potier, Marketing Manager France chez B&R Automation et également représentant marketing de la fondation OPC pour la France. En janvier 2018, cette fondation d’origine américaine a créé l’association OPC UA France pour promouvoir cette technologie auprès de la communauté francophone.

Rappelons qu’OPC UA est une « surcouche d’architecture unifiée » qui vise justement à dépasser les incompatibilités des protocoles réseaux. Elle est développée depuis 2003 par la Fondation OPC qui regroupe les principaux acteurs du secteur des réseaux industriels, dont Siemens, Schneider Electric, Rockwell, B&R Automation ou Beckhoff Automation. « L’adhésion d’OPC UA s’accélère. Tous les constructeurs d’automatismes intègrent aujourd’hui OPC UA dans leurs équipements. Et cela devient une demande du marché. Des industriels comme Renault réclament par exemple à tous leurs fournisseurs d’intégrer OPC UA en 2018 », poursuit Stéphane Potier. « D’ici 2020, 100 % des équipements arrivant sur les marchés européens et asiatiques devraient être compatibles. Aujourd’hui, déjà plus de la moitié des machines neuves intègrent OPC UA ».

Autre solution de connectivité qui fait son chemin : IO Link. Il s’agit d’un standard de communication numérique dédié aux capteurs et actionneurs. En passant au numérique, ces équipements peuvent envoyer des informations de diagnostic, et alerter par exemple sur un niveau d’encrassement. Cette solution serait particulièrement adaptée aux « petits capteurs » pour lesquels une connexion numérique de type Ethernet Industriel est techniquement trop lourde à intégrer et trop coûteuse. « Depuis deux ans, il y a une vraie demande autour d’IO Link. Outre le diagnostic, elle permet aussi de faire du réglage à distance des capteurs et actionneurs, ce qui accélère le reparamétrage de l’outil de production, diminue les temps de maintenance lors du remplacement d’un capteur et en améliore la précision », explique Antoine Lavaux, National Product Manager Motion Control Sensors chez Sick.

Comment l’IoT facilite la connectivité ?

Dernière grande solution en vogue pour aller vers l’usine connectée : miser sur l’Internet industriel des objets (IIoT). Ce vocable correspond à une notion très large, qui a aujourd’hui tendance à être utilisée pour couvrir tous les modes de connexions dans l’usine. « Finalement, l’IoT c’est l’usine connectée grâce au numérique », résume Thomas Leseigneur, responsable innovation chez Actemium, la marque de Vinci Energies dédiée aux process industriels.

L’IIoT peut cependant se démarquer de la connectivité classique par l’usage de capteurs dits « intelligents ». « Le principe est d’utiliser l’intelligence et la puissance de calcul des capteurs pour qu’ils réalisent un traitement de l’information. Du coup, moins de données ont besoin de transiter sur le réseau de l’entreprise. Par exemple, un capteur va détecter classiquement des bouteilles, mais grâce à son processeur intégrée, il va aussi compter le nombre de bouteilles et envoyer un top à l’automate pour lui dire qu’il y a 4 bouteilles de passées, et donc qu’un lot de 4 bouteilles a été réalisé », explique Florent Poitrine, de Sick. L’avantage de déporter l’intelligence vers les capteurs sera de soulager l’automate, qui pourra donc être moins puissant, mais aussi de gagner en rapidité de traitement puisqu’une partie de celui-ci sera réalisé en local. « Ce sera une tendance de la connectivité de l’Industrie 4.0, de réaliser un maximum de prétraitement en local, pour gagner en productivité et alléger les structures des automatismes », estime Antoine Lavaux.

Autre élément spécifique à l’IoT : l’utilisation de réseaux de communications radios dédiés, tels que LoraWan ou Sigfox. Ces réseaux fonctionnent à bas débits et avec de faibles consommations, sur de très longues distances ou via des passerelles, et proposent des coûts de connexion relativement bas.

Même si le « wireless », n’est pas encore généralisé dans l’industrie, notamment pour des raisons de sécurité et de sûreté, il représenterait l’avenir. « L’intérêt d’ajouter un réseau radio IoT est qu’il est rapide à déployer. Comme il est parallèle au réseau de communication de l’usine, il ne va pas le surcharger, ce qui réduit les problématiques de gestion des volumes de données collectés par les capteurs et de sécurité à gérer par l’entreprise. Ce réseau permet également de déployer rapidement des capteurs autonomes non connectés au réseau électrique, en particuliers sur des objets ou des systèmes mobiles », explique Jean-Philippe Malicet, directeur national du programme gouvernemental Cap’Tronic.

L’utilisation de ces réseaux IoT favorise également le déploiement de larges volumes de capteurs. « L’entreprise va ainsi pouvoir collecter une plus large quantité d’information et aller vers des traitements de données de type Big Data. Grâce à ce gros volume de données, des mesures différentes et plus ciblées (température, vibrations, sons, fluides…) peuvent être fusionnées localement et/ou globalement avec les outils statistiques de type Big Data. Cela permet, en théorie, d’obtenir des résultats plus efficaces dans le traitement de ces informations, car elles sont plus complètes », poursuit Jean-Philippe Malicet.

Comment exploiter les données ?

Collecter et transmettre les données, n’est qu’une première étape vers l’Industrie du futur. « Le véritable enjeu est le traitement de ces données, c’est-à-dire "donner du sens" aux données. C’est là que réside toute la valeur, avec en plus : la possibilité d’un traitement en temps réel pour améliorer la flexibilité, la réactivité et donc la performance globale des systèmes. », estime Antoine Lavaux, de Sick. Un point de vue partagé par Mustapha El-Bouchouafi directeur général d’Hexagon Manufacturing Intelligence France. « La vrai question de l’Industrie du futur est de savoir ce que l’on va faire des données collectées dans l’usine. Accumuler des données sans savoir quoi en faire n’a pas beaucoup de sens ».

Que permet aujourd’hui le traitement des données industrielles ? Un premier usage est tout simplement d’analyser des données de production pour gagner en productivité. Le principe est ici d’exploiter les historiques de données pour trouver le meilleur scénario de production afin de le reproduire. C’est notamment le créneau de la société Braincube. « Nos algorithmes étudient les données en cherchant les facteurs qui ont le plus d’influence sur la performance », nous déclarait récemment son dirigeant : Laurent Laporte (lire Smart Industrie N°14). « Un simulateur de l’appareil de production, ou jumeau numérique de performance, sert ensuite à tester des optimisations possibles. Ce sont les ingénieurs qui sélectionnent les facteurs qui leur semblent les plus pertinents. Et ensuite nous leur envoyons des recommandations sur les meilleurs réglages. L’ingénieur garde son rôle d’interprétation des résultats, mais nous l’aidons à traiter les données et à analyser les résultats ».

Autre usage : faire du monitoring en temps réel de son outil de production. Un « monitoring » qui est en général automatisé par un système d’alertes. Le principe est ici de définir des seuils correspondant au bon fonctionnement des machines. Si ce seuil est dépassé, une alerte est lancée automatiquement permettant à l’industriel de réagir. Cela permet déjà de gagner en disponibilité de l’outil de production, en facilitant les travaux de maintenance, mais aussi en qualité produit, en évitant les dérives des machines.

Le niveau suivant dans ce domaine du monitoring est la maintenance prédictive. Il s’agit ici d’analyser des données en provenance des équipements, et de les croiser avec les historiques de maintenance, notamment ceux des logiciels de GMAO, afin d’identifier des prémisses d’une panne. Le dysfonctionnement peut ainsi être prédit plusieurs jours, voire plusieurs semaines à l’avance.

« Si je devais faire un parallèle avec une voiture, la maintenance curative consiste à aller jusqu’à la panne d’essence, la préventive de savoir que l’autonomie est de 800 Km, la conditionnelle de recevoir une alerte sur cette machine lorsqu’il ne reste que 5 litres d’essences… et la maintenance prédictive, d’évaluer en temps réel l’autonomie restante, en fonction notamment du comportement du conducteur, et même d’anticiper les travaux d’entretien pour que la voiture ne tombe jamais en panne », résume Jan-Rémi Fromentin d’ifm electronic.

Avantages de la maintenance prédictive : elle va permettre d’éviter les pannes tout en planifiant les opérations de maintenance suffisamment à l’avance pour les réaliser durant les heures creuses de la production. Elle permet aussi de gagner en qualité produit. « Nous proposons de la maintenance prédictive sur nos machines équipées d’une source laser », explique Marc Troia, Directeur Général, Amada SA. « Avant qu’elle ne découpe moins bien, un algorithme va exploiter la base de données de la machine, pour planifier un réglage ou une maintenance préventive».

Dernière grande brique basée sur l’exploitation des données : le jumeau numérique. Il s’agit d’un double virtuel d’une machine, d’un processus industriel, d’un atelier ou même d’une usine complète. Le principal bénéfice est de tester des paramétrages sur ce clone numérique, avant de les réaliser dans le monde réel. À la clé, des délais plus courts pour travailler sur les évolutions de l’usine et des économies de coûts. « DMG Mori AG et Heitec AG participent à un projet commun dont l’objectif est de développer un « jumeau numérique » des lignes de production automatisées. Cette ingénierie numérique au service des équipements automatisés va réduire les délais d’exécution de projets d’environ 20 % et la mise en route de 80 % », explique le Dr. Holger Rudzio, directeur général de DMG Mori Software Solutions GmbH.

Initialement, le jumeau numérique se limitait à la « surface des choses », en créant par exemple une maquette 3D d’un atelier, afin de travailler sur son ergonomie dans l’univers virtuel. Mais, il est aujourd’hui capable de simuler le comportement des machines, en intégrant des éléments mécaniques, électriques, chimiques, optiques, etc. Et ceci en temps réel. « Nous arrivons aujourd’hui à simuler des process avec un taux de pertinence de 80 %. Il ne reste que 20 % du réel qui nécessite encore des ajustements dans le monde physique », indique Alain Greffier de Siemens.

Pour les fabricants de machines, le digital twin peut ainsi servir au prototypage. Il permet par exemple de disposer d’un clone virtuel d’une machine avant sa fabrication pour l’évaluer et réaliser des premiers réglages en virtuel. Sa programmation peut ainsi être faite avant sa mise en place. « On peut ainsi passer de 8 à 2 semaines dans les délais de production d’une machine », indique Vincent Jauneau, vice-président de Siemens France.. « Et on libère de la place dans les ateliers, ce qui permet d’augmenter les volumes de production ».

Selon une étude du cabinet ABI Research, datant de septembre 2017 : 4 % des entreprises manufacturières ont actuellement des jumeaux numériques en exploitation, 83 % ont au moins commencé à enquêter sur cette technologie. Et 29 % prévoient de s’y essayer dans les 12 prochains mois.

Qu’apporte la robotique collaborative ?

Si la robotique était l’un des volets de l’Industrie 3.0, la robotique collaborative ou « cobotique » est une évolution attendue de l’Industrie 4.0. « Un robot collaboratif, ou cobot, est un robot industriel conçu pour réaliser des applications sans cage, ce qui facilite ainsi son interaction avec l’équipe de production. Il se veut léger, facile à utiliser et à programmer », résume Adrien Poinssot, Sales Development Manager, chez Universal Robots. Cette société danoise, pionnière de la robotique collaborative, a déployé 20.000 cobots dans le monde.

Avantages de ce nouveau type de collaboration homme/machine : les tâches ennuyeuses et répétitives sont confiées aux robots pendant que l’équipe de production se recentre sur le pilotage des process et le contrôle qualité. « L’opérateur est valorisé car il pilote son cobot. Il peut reprogrammer les mouvements et s’adapter aux besoins de productions », poursuit Adrien Poinssot. « Un cobot propose une programmation simplifiée par rapport à un robot industriel classique », confirme Samuel Segalen responsable produits robotique chez Yaskawa. « L’opérateur peut programmer son cobot via une console tactile, avec une interface simplifiée. Il peut aussi lui apprendre les mouvements en guidant lui-même, à la main, le bras articulé. Nous sommes alors en mode « hand guiding » », explique-t-il.

 

Pour Christian Verbrugge, directeur conseil et innovation chez Kuka : « Le principal avantage de la cobotique est sa simplicité de mise en place et sa flexibilité, car il peut facilement être déplacé à différents endroits de l’outil de production. Aujourd’hui, nos clients achètent des cobots, surtout pour leur facilité de programmation, plus que pour la dimension collaborative ».

 

Enfin, la robotique collaborative offre une solution de robotisation qui serait particulièrement bien adaptée aux besoins et contraintes des PME. « Les grands gagnants de la robotique collaborative seront les PME, car elles ont particulièrement besoin de simplicité et de flexibilité », estime Jean-Hugues Ripoteau, président de Fanuc France, interrogé par Manufacturing.fr. « Les PME sont aujourd’hui extrêmement sous-équipées en robots. Et je pense que la robotique collaborative possède un énorme potentiel de développement dans ce segment de marché ». Fanuc France n’exclut pas que d’ici 5 à 6 ans, la moitié des ventes de robots soit réalisée sur des modèles collaboratifs.

 

Jean-Hugues Ripoteau pointe également comme principal avantage la grande simplicité de programmation. En revanche, il rappelle que la limite technique de ces cobots reste leur capacité de charge. « Un robot collaboratif de charge lourde, cela paraît tout de même assez compliqué, notamment car il doit partager son environnement avec des humains », conclut-il.

 

Quels usages pour la fabrication additive ?

 

L’impression 3D ou « fabrication additive » (FA) a commencé à se développer dans l’industrie manufacturière au niveau de la R & D. Elle est ainsi aujourd’hui utilisée pour du prototypage dans l’industrie automobile ou l’aéronautique. Elle se décline peu à peu vers la fabrication de pièces, même si son coût en limite encore l’adhésion. Son principal avantage : une plus grande liberté dans la création des pièces, ce qui ouvre de nouvelles possibilités. « Nombreux sont ceux qui voient en la fabrication additive un complément aux procédés traditionnels d’usinage par enlèvement de copeaux. Un complément à même de réduire les délais et le coût total des composants complexes, tout comme d’améliorer leur performance, leur poids et leur fonctionnalité », souligne le Dr. Holger Rudzio, de DMG Mori, qui est positionné sur ce créneau. Rappelons que son principe est de fabriquer une pièce par ajouts successifs de matière. L’imprimante 3D exploite pour cela un modèle numérique de la pièce, réalisé par un outil de CAO doté de fonctions spécifiques à l’impression 3D.

 

Ce nouvel outil de production permet de modéliser des pièces qui ne sont pas possibles à fabriquer avec les méthodes conventionnelles, par exemple une pièce monobloc complexe, possédant plusieurs fonctions normalement réparties entre plusieurs pièces. Il permet aussi de créer des pièces plus légères, avec moins de matière, grâce à l’optimisation topologique.

 

« On est au démarrage. Il s’agit encore d’un complément aux méthodes traditionnelles », indique Eric Teisseire, de Yamazaki Mazak France. « Nous nous positionnons sur une approche hybride, avec des machines intégrant des fonctions de fabrication additive pour réusiner des pièces. On réinjecte de la matière sur la pièce usée. On injecte de la poussière de matière. Cela donne une seconde vie à certaines pièces. Cela est plus économique que de reproduire entièrement une nouvelle pièce ».

Parmi les industriels exploitant déjà les possibilités de l’impression 3D figurent Airbus. En juin 2016, le constructeur aéronautique a fabriqué son premier aéronef totalement conçu en impression 3D. Baptisé Thor (Test of High-tech Objectives in Reality), ce drone de 4 mètres d’envergure n’intégrait que des pièces réalisées par fabrication additive, à l’exception de sa partie électrique.

Pourquoi la réalité augmentée peut-elle être un bon début ?

Superposer des images virtuelles sur le réel, afin de guider un opérateur ou un technicien de maintenance dans ses tâches, via une tablette, un smartphone ou des lunettes 3D. Tel est le principe de la réalité augmentée (RA), qui se développe depuis trois ou quatre ans dans l’univers industriel. Ce type de solution ne nécessite pas d’infrastructure complexe pour être mise en place, juste un support de visualisation et des logiciels. Le plus difficile reste de « documenter » les applications, en les alimentant par un maximum de données techniques sur les machines ou le process à virtualiser. Mais pour les entreprises qui disposent déjà de modèles 3D de leurs produits ou équipements : « C’est une technologie relativement simple à mettre en place et le ROI est inférieur à 12 mois », assure Franck Eichenberger, de Keonys.

Pour la maintenance, ce type de solution permettra ainsi à un technicien de visualiser toutes les étapes d’une réparation en plaçant par exemple sa tablette face à la machine. Pour la production, l' « opérateur augmenté » pourra suivre en temps réel les étapes d’assemblage. À chaque fois, les indications virtuelles sont placées dans le champ de vision à l’endroit correspondant à la pièce à changer, au réglage à réaliser ou au composant à assembler. À la clé : des temps d’intervention ou de production plus courts. Et des gains en qualité produit, car le taux d’erreur dans les manipulations serait sensiblement réduit.

« Avec la réalité augmentée voir l’invisible devient possible ! », résume Christophe Gontier, Responsable commercial manufacturing, Autodesk France. « L’utilisation de la RA ajoute du contexte, de la projection sur n’importe quel type de projet industriel, conduisant à des prises de décision avisées. Les ingénieurs superposent le modèle numérique d’un produit à ce qu’ils voient en réel et réagissent en direct. Ils sont ainsi aptes à interpréter des signaux complexes et imbriqués, et de les assigner au contexte concret de leur travail », poursuit le responsable.

Enfin, la RA peut aussi servir à la formation. Les opérateurs et techniciens de maintenance peuvent ainsi apprendre sur le terrain en suivant les enseignements affichés en temps réel sur leur tablette ou leurs lunettes 3D. « Cela peut être une solution pour la reconversion des ouvriers dans une usine. En capturant les années d’expérience et la connaissance des employés sur le point de partir à la retraite, on anticipe la formation de la nouvelle génération, qui bénéficiera d’un apprentissage pratique », conclut Christophe Gontier.

Comment trouver les compétences ?

L’Industrie 4.0 nécessite de nouvelles compétences autour de la robotique, de la fabrication additive, des réseaux de communications industriels, de l’analyse de données, de la simulation numérique… Où dénicher de jeunes diplômés dans ces nouveaux domaines ? Un premier interlocuteur peut être la région dans le cadre de leur responsabilité en termes de formation professionnelle. Ces dernières sont en effet nombreuses à participer à la mise en place de formations intégrant des briques Industrie 4.0 (lire notre rubrique Où ?). Pour avoir une vision globale de ce que propose l’éducation nationale, le bon interlocuteur reste le délégué académique à la formation professionnelle initiale et continue (Dafpic). Il en existe un par rectorat et il connaît l’ensemble des diplômes existants ainsi que les lieux de ces formations.

« Mais vous ne trouverez pas de formations ou de diplômes spécifiques à l’Industrie du futur », prévient Jean-Pierre Collignon, inspecteur général de l’éducation nationale, groupe sciences et techniques industrielles. « Nous avons intégré les briques 4.0 dans des formations plus larges. Par exemple, le BTS "conception et réalisation de systèmes automatiques (CRSA)" intègre la robotique. Même chose avec le BTS "systèmes numériques", qui intègre les réseaux de communication industriels ou les procédés additifs avec les rénovations récentes des BTS de la mécanique. »

Selon le responsable, l’offre de formation autour de l’Industrie du futur est tout à fait conséquente, du moins sur les principales technologies comme la robotique, la fabrication additive ou les réseaux industriels. Elle est en revanche plus perfectible en ce qui concerne l’analyse et le traitement des données. Si les écoles d’ingénieurs en informatiques forment bien des data scientists et autres data analysts, il manque encore des passerelles vers l’industrie. Ces étudiants ciblent plutôt d’autres secteurs, dont l’IT, pour aller décrocher un premier emploi. « L’image de l’industrie reste encore assez négative et il y a une vraie problématique d’attractivité des métiers. D’une manière générale, nos formations autour de l’industrie, du bac pro au BTS, ne font pas toujours salle comble », précise Jean-Pierre Collignon.

Redorer le blason de l’industrie auprès des jeunes générations, est ainsi l’un des enjeux de l’Industrie 4.0 (lire notre rubrique « Qui ? »). Mais « l’image de l’industrie du passé et les effets de la désindustrialisation ne vont pas disparaître du jour au lendemain », conclut Jean-Pierre Collignon.

Comment former les équipes ?

L’industrie du futur nécessite également une montée en compétences internes. Car elle entraîne une évolution de rôles de bon nombre de collaborateurs, à commencer par les opérateurs qui passent d’un rôle de production à un rôle de supervision (lire notre rubrique « Qui ? »). Même chose pour les techniciens de maintenance qui vont réaliser davantage de surveillance et de diagnostics à distance, via des outils numériques. Pour apprendre à maîtriser toutes ces technologies, les employés doivent se tourner vers les offres de formation continue. Comme pour la formation initiale, l’offre de formation professionnelle autour de l’Industrie du futur serait aujourd’hui relativement étoffée. Mais elle ne serait pas toujours assez lisible pour les entreprises. « Il y a un besoin de simplification. Et également un besoin de meilleure identification de la qualité des formations », souligne Laurent Carraro, ex-directeur général des Arts et Métiers ParisTech et aujourd’hui rapporteur général de l’AGORA Industrie du Futur, interrogé par Manufacturing.fr. « Au-delà des structures de formation, l’entreprise doit aussi elle-même intégrer cette dimension de formation dans son activité pour aller vers le concept d’entreprise formatrice », poursuit-il.

Pour aider les entreprises à s’auto-former, les fournisseurs de solutions proposent également des solutions d’apprentissage en ligne afin d’acquérir les fondamentaux des technologies. Universal Robot a par exemple créé en 2016 : l’« UR Academy ». Cette plateforme d’e-learning intègre neuf modules, d’une durée globale de 2 heures, pour apprendre les bases de la robotique collaborative.

(1) Enquête EY-OpinionWay (Octobre 2016) : Croire en « l’industrie du futur » et au futur de l’industrie – réalisée par téléphone par OpinionWay pour EY France en Octobre 2016 auprès de 127 industriels français interviewés.

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