L'usine du futur s'édifie brique par brique

Le 01/06/2014 à 14:00
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C onsidérées comme l'«l'épine dorsale » de l'industrie 4.0, les connexions Ethernet ne sont pas encore très répandues dans les installations industrielles. Pour Philippe Charles, responsable produits chez ABB France, filiale du groupe ABB, spécialiste des technologies de l'automation et de l'énergie, « très peu de robots sont effectivement connectés de façon permanente au réseau d'une usine » , même si le protocole de réseau Ethernet est depuis longtemps utilisé en «point à point», par exemple en connectant ponctuellement le PC d'un opérateur de maintenance au robot pour une réparation. Cela s'explique. « La principale raison historique est que le déploiement d'un réseau Ethernet dans un atelier coûtait encore très cher dans les années 1995-2000,lorsqu'il était nécessaire d'ajouter une carte Ethernet optionnelle sur la baie de commande des robots », précise-t-il. « Désormais, les robots ABB sont dotés d'une connexion Ethernet en standard.» La baie de commande IRC5 –cinquième génération des armoires de commande d'ABB– est par exemple équipée de quatre ports Ethernet «natifs», utilisables pour la programmation, les réseaux de terrain ou les transferts de fichiers…

Ford entend offrir une vue cartographique de toutes ses usines d'assemblage grâce au service en ligne de modélisation 3D IntoSite de Siemens.

Siemens

La collecte des données

Dans le contexte de l'industrie 4.0, les capteurs –internes ou extérieurs aux machines– devraient aussi continuer à se multiplier et à gagner en performance. Philippe Charles table ainsi sur de nouvelles améliorations au niveau des systèmes de mesure et des « coûts de fabrication et de mise en œuvre », tandis que Camille Héroult, responsable export de Guelt, un fabricant français d'équipements pour lignes de production et d'emballage, relève que « les capteurs d'image permettent de multiplier les contrôles à partir d'une seule et même image – présence du produit, détection d'intrusion, contrôle des formes,des couleurs ou des dates limites de consommation… ».

Même son de cloche chez Schneider Electric, qui se félicite, par la voix d'Arnaud Pichard, directeur des activités commerciales «automatisation industrielle», d'être « le premier constructeur au monde à proposer un automate pour procédé entièrement basé sur Ethernet ». Le Modicon M580, c'est son nom, utilise Ethernet « depuis le bus fond de panier jusqu'au cœur du processeur et dans les architectures d'automatismes collaboratives et intégrées PlantStruxure ». Ce qui permet, d'après le groupe, « de concevoir, de mettre en place et d'exécuter un processus exploitant tous les avantages qu'offrent les réseaux ouverts : meilleure visibilité des données et des événements clés des processus, transparence et cohérence des informations, amélioration des capacités de gestion du trafic de données ».

les cyberusines sont-elles assez cyberprotégées ?

En 2010, l'affaire du ver informatique Stuxnet, utilisé pour attaquer des systèmes de contrôle industriel SCADA employés dans le cadre du programme nucléaire iranien, a semé le trouble parmi les industriels lorgnant du côté des usines numériques. Deux ans plus tard, l'attaque informatique de grande ampleur ayant visé les quelque 30000 ordinateurs du groupe pétrolier de la compagnie pétrolière Saudi Aramco (Saudi Arabian Oil Co) n'a rien arrangé.

Mais pour autant, ces attaques ne sont pas une fatalité et «le législateur est en train d'imposer, partout dans l'hémisphère nord, une sécurisation accrue des environnements industriels», relève Eric Lemarchand, ingénieur système chez Fortinet, spécialiste de la sécurité réseau. Par l'intermédiaire de l'ANSSI (Agence nationale de la sécurité des systèmes d'information), la France a notamment défini un ensemble de mesures visant à améliorer le niveau de cybersécurité des systèmes industriels: des mesures de bon sens (l'application systématique des mises à jour et des correctifs de sécurité) et d'autres visant à mettre en place d'une veille active sur les vulnérabilités et les menaces.

Pour Eric Lemarchand, outre le fait de «patcher régulièrement ses systèmes d'exploitation, applications et composants SCADA afin de se mettre l'abri des failles déjà repérées», les entreprises industrielles ont intérêt à «cloisonner leur réseau SCADA», en l'isolant des autres réseaux de l'entreprise et en le protégeant par l'intermédiaire d'un antimalware et d'un système de prévention d'intrusion (IPS).

«Une entreprise industrielle doit aussi mettre en œuvre une politique de sécurité et définir qui a le droit de faire quoi vis-à-vis de qui», explique le spécialiste. «Il faut établir des règles d'accès par authentification pour que seules les personnes autorisées puissent accéder au réseau, aux données et aux applications». Enfin, il est conseillé d'installer un outil de corrélation et de gestion d'événements, permettant à l'administrateur de visualiser en permanence l'état de sécurité de l'ensemble du réseau.

La nouvelle gamme HMI GTU (Graphic Touch Universel) de Schneider Electric répond aux « nouvelles » attentes des collaborateurs équipés de smartphones et tablettes.

Schneider Electric

Les produits devraient eux aussi être de plus en plus connectés pour remonter de précieuses informations pendant et après la fabrication. C'est en tout cas l'objectif du rachat début 2014 par PTC, spécialiste des solutions de conception assistée par ordinateurs (PLM : Product Life-cycle Management ; Gestion du cycle de vie des produits), de ThingWorx, un éditeur américain de plates-formes dédiées à l'Internet des objets. Avec cette acquisition, d'un montant de 112 millions de dollars, PTC entend permettre à ses clients de collecter de nouvelles données en temps réel sur les produits, notamment pour évaluer leurs performances et faire remonter automatiquement vers les concepteurs et techniciens des diagnostics permettant d'optimiser les processus de fabrication ou de faire de la maintenance préventive.

Schneider Electric est le premier constructeur au monde à proposer un automate pour procédé entièrement basé sur Ethernet. ” Arnaud Pichard, directeur des activités commerciales «automatisation industrielle» chez Schneider Electric

La jeune pousse françaiseAdents International est elle aussi animée par la volonté de rattacher au produit une étiquette numérique avec la plupart des informations le concernant: date et lieu de fabrication, lot… Elle développe des logiciels de traçabilité, associés à des codes de marquage unitaire 2D (Datamatrix ou QR Code), permettant « de suivre et géolocaliser en temps réel chaque produit, issu de chaque carton et de chaque palette », explique Christophe Devins, directeur général d'Adents International. « Lorsqu'un produit revient avec une anomalie, par exemple, il est possible d'identifier et de retrouver les produits qui ont été fabriqués dans les mêmes conditions ou de s'appuyer sur ces informations pour appliquer un correctif », poursuit-il. Dans des industries comme le secteur des pièces automobiles, où les cycles de vie des produits sont très courts, ces solutions sont en outre déjà déployées pour enrichir une base de connaissance sur les retours d'usage et « réduire ainsi le temps nécessaire pour stabiliser un produit et le mettre en production ».

Les échanges de données

Le plus difficile pour les industriels est de fluidifier les échanges de données entre équipements. Fort de sa double expertise dans les automates et les solutions PLM, Siemens se félicite d'ores et déjà de sa capacité à jeter des ponts entre les logiciels de CAO et les machines-outils. « Il est notamment possible de prendre les données de conception d'une pièce à usiner sur un logiciel de CAO, comme NX,et de gérer ce que l'on appelle la notion de fin de course », indique Vincent Jauneau, directeur du secteur Industry de Siemens France. « Nous savons faire le lien entre la création virtuelle de la pièce et la génération de la codification dans la commande numérique de la machine-outil.L'impact est immédiat, avec un temps d'immobilisation de la machine pour le changement de pièces réduit au minimum et un très faible risque d'erreur ». Dans le même esprit,Vincent Jauneau ajoute que la division Industry Automation a « intégralement retravaillé l'atelier logiciel de ses automatismes et équipements de production » avec la solution TIA Portal (pour Totally Integrated Automation ), définie comme le «réceptacle de toute la codification issue du monde virtuel ». Une application qui offre, d'après Siemens, « un environnement harmonisé pour les automates programmables, les terminaux HMI et les entraînements, une gestion des données centralisée, une cohérence des données à toutes les étapes (configuration, communication, diagnostic…) ainsi que des bibliothèques pour tous les objets d'automatisation ».

La démocratisation des connexions Ethernet constitue l'épine dorsale de l'usine du futur. ” Philippe Charles, responsable produits chez ABB France

ABB

La contextualisation de l'information

L'enjeu pour les industriels est de travailler sur la « contextualisation » des données. ” Olivier Vallée, responsable marketing et communication de Rockwell Automation France.

Rockwell Automation

Mais face à l'avalanche de données qui s'annonce, « la difficulté sera également de plus en plus d'arriver à contextualiser les informations», estime de son côté Olivier Vallée, responsable marketing et communication de Rockwell Automation France. Il précise que « tous les constructeurs mènent actuellement des recherches sur le sujet ». Pourquoi est-ce si important? « Avec les nouveaux débitmètres à connectivité Ethernet, par exemple, vous avez instantanément accès à près de 800 informations dès la connexion du débitmètre sur le switch » (commutateur). « Or, c'est bien connu, trop d'informations tuent l'information ! » Les logiciels vont donc devoir apprendre à contextualiser les données pour « transmettre la bonne information à la bonne personne au bon moment ». De premiers progrès ont été effectués en ce sens avec les superviseurs, « qui ne se contentent plus d'afficher les alarmes mais donnent aussi des éléments de contexte », souligne le même spécialiste.

les prototypes industriels se virtualisent eux aussi

Dans le commerce, la mode ou la culture, les imprimantes 3D font le buzz du moment, avec moult exemples de créateurs en herbe s'appuyant sur ce procédé pour imprimer des objets en trois dimensions. Les industriels ne sont pourtant pas en reste, selon Bertier Luyt, fondateur de Le FabShop, distributeur des imprimantes 3D Replicator de MakerBot, l'un des principaux fabricants d'imprimantes 3D (racheté par le géant américain de l'impression 3D Stratasys mi-2013), aux côtés de 3D Systems, Leapfrog et Ultimaker… «75% de nos clients sont des industriels», lorsqu'on l'interroge sur sa clientèle. Parmi eux, il y a ceux qui souhaitent s'équiper de machines de prototypage rapide afin de compléter leurs dispositifs existants.

Et il y a ceux qui se dotent en interne de leurs propres FabClubs, ces ateliers regroupant des imprimantes 3D, des systèmes de découpes laser et des fraiseuses numériques… C'est le cas du Technocentre de Renault à Guyancourt (Yvelines), qui souhaite ainsi inciter ses collaborateurs à se familiariser avec les nouveaux outils de création virtuels…

La maintenance prédictive

Pour autant, il ne suffit pas de savoir collecter les données avec des capteurs et de les restituer pour mettre en œuvre l'industrie 4.0. Il faut aussi apprendre à les exploiter pour gagner en productivité. C'est l'un des objectifs que s'est fixé ABB avec la baie de commande IRC5. Avec deux premiers bénéfices concrets pour les utilisateurs. Le premier repose sur l'utilisation de Profienergy – basé sur le protocole de communication Ethernet Profinet – pour offrir une « gestion fine de la mise sous puissance/hors puissance du bras du robot », indique Philippe Charles. « Il s'agit d'activer les freins du robot au plus tôt si on sait que le robot va devoir attendre la prochaine pièce, ce qui permet d'économiser l'énergie nécessaire pour maintenir le robot sous asservissement » (à noter que sur un robot forte charge, environ la moitié de l'énergie consommée est utilisée pour maintenir le robot en position statique).

Des visites sur site… en virtuel !

Avec la méthode Kayzen –contraction des mots japonais kai et zen , qui signifient respectivement «changement» et «bon »- tous les opérateurs d'un site de production sont déjà incités à réfléchir à des pistes d'amélioration de leur environnement de travail. Et si Ford était en train d'inventer une démarche Kayzen internationale et multisites, s'appuyant sur la modélisation virtuelle de tous les environnements de production?

Fin 2013, le constructeur a commencé à s'appuyer sur un service en ligne de Siemens, baptisé IntoSite, en vue de modéliser en trois dimensions toutes ses usines d'assemblage, y compris les lignes de production et les stations de travail. Cette étape accomplie, des contenus textuels, vidéos et photos ont été épinglés sur les vues de chaque site. L'intérêt? « Un opérateur peut aller voir sur son ordinateur l'environnement de travail de l'un de ses confrères à l'autre bout du monde… », remarque Vincent Jauneau, directeur du secteur Industry de Siemens France. Pour lui, c'est le gage d'un partage d'expériences plus efficace dans les usines du futur… Et à n'en pas douter une nouvelle composante de l'industrie 4.0.

Les codes unitaires offrent de nouvelles informations sur les usages des produits et les anomalies rencontrées par les usagers. ” Christophe Devins, directeur général d'Adents International

L'autre avantage a trait à la possibilité d'optimiser la maintenance du robot, en utilisant les données de la baie pour faire de la maintenance prédictive et « évaluer l'usure de composants sensibles, tels les faisceaux de câbles et les réducteurs du robot », précise Philippe Charles. Le boîtier Remote Service de la baie collecte dans ce cas, par le biais d'une connexion Ethernet ou GPRS, les informations pertinentes pour la maintenance et l'exploitation et les envoie vers un serveur où elles sont analysées afin de générer automatiquement des alertes et des rapports d'anomalies…

Les terminaux mobiles

Reste à faciliter l'accès de tous, sur le terrain, à ces nouvelles données numériques. « La démocratisation des smartphones et des tablettes dans l'entreprise nous ouvre de nouvelles possibilités », observe Olivier Vallée de Rockwell Automation. En connaisseur : le logiciel Rockwell FactoryTalk VantagePoint offre en effet déjà la possibilité de consolider un large éventail de données issues de la production (des données temps réels, transactionnelles…) dans des tableaux de bord personnalisés, accessibles sur les terminaux mobiles. Dans le même esprit, Berner & Mattner, filiale allemande du groupe d'ingénierie Assystem, a récemment développé une application pour les mobiles Android permettant de gérer les tests d'équipement secondaires d'Omicron, utilisés par les équipementiers en relais et mesures industrielles et les entreprises œuvrant dans les domaines de l'électricité, de l'industrie et du ferroviaire. Preuve s'il en est que le Web ne s'arrête plus à la porte des ateliers…