27 mai 2022

Quelle est la place de la fabrication avancée dans l'industrie 4.0 ?

Tout d'abord, qu'est-ce que l'industrie 4.0 ?

L'industrie 4.0, appelée quatrième révolution industrielle, a été présentée pour la première fois en 2011 par le gouvernement allemand comme une initiative stratégique visant à numériser entièrement l'industrie manufacturière sans qu'aucune interaction humaine ne soit nécessaire. L'industrie 4.0 représente une nouvelle étape dans l'organisation et le contrôle de la chaîne de valeur industrielle. Il s'agit de la transformation numérique de la fabrication/production et des industries connexes.

La première révolution industrielle a eu lieu avec l'avènement de la mécanisation, de la vapeur et de l'énergie hydraulique. Elle a été suivie par la deuxième révolution industrielle qui s'est articulée autour de la production de masse et des chaînes de montage utilisant l'électricité. La troisième révolution industrielle est apparue avec l'électronique, les systèmes informatiques et l'automatisation, ce qui a conduit à la quatrième révolution industrielle, associée aux systèmes cyber-physiques. La figure 1 ci-dessous résume les quatre révolutions industrielles.

La transition vers l'industrie 4.0 est liée aux neuf piliers technologiques numériques suivants ⁽²⁾:

1. Big Data et analyse - Le premier pilier est le Big Data et l'analyse. Le terme "big data" fait référence à toute collection de données importante et complexe. L'analyse des données est le processus d'extraction d'informations significatives à partir des données. En utilisant un flux continu de données et des capacités d'analyse, les entreprises peuvent réagir rapidement aux changements dans les modèles de données et réduire les coûts, prendre plus rapidement de meilleures décisions et créer de nouveaux produits et services.
2. Simulations et jumeaux numériques - Le deuxième pilier est constitué par les simulations et les jumeaux numériques. Une simulation reproduit ce qui pourrait arriver à un produit, mais un jumeau numérique reproduit ce qui arrive à un produit spécifique dans le monde réel. La disponibilité des Big Data et de l'analytique, combinée à l'augmentation constante de la puissance de calcul, étend l'application des simulations 3D des phases d'ingénierie générale des produits et des processus de production jusqu'aux opérations de l'usine.
3. Robots autonomes - Le troisième pilier est celui des robots autonomes. Un robot autonome est un robot qui agit sans avoir recours au contrôle humain. Traditionnellement, les fabricants ont utilisé des robots industriels pour s'attaquer à des tâches et à des missions complexes. Toutefois, les progrès technologiques permettent l'émergence d'une nouvelle génération de robots capables de fonctionner de manière autonome, d'accomplir des tâches de plus en plus complexes et difficiles et de travailler aux côtés de l'homme ou même dans des espaces de travail réservés à l'homme.
4. Intégration horizontale et verticale des systèmes - Le quatrième pilier est l'intégration horizontale et verticale des systèmes. Dans le contexte de l'industrie 4.0, l'intégration verticale fait référence à la connexion des systèmes informatiques internes entre les différents niveaux hiérarchiques d'une entreprise. L'intégration horizontale fait référence à la numérisation et à la connexion des différents systèmes sur l'ensemble de la chaîne d'approvisionnement et de valeur d'une entreprise. Cette connexion vise à créer des réseaux de valeur entre les différentes entreprises et à fournir des solutions de bout en bout.
5. L'internet industriel des objets (IIoT) - Le cinquième pilier est l'internet des objets (IdO). L'IdO fait référence au concept de systèmes en réseau constitués d'objets et de dispositifs physiques interconnectés et reliés à l'internet. Une sous-section de l'IdO, appelée "Internet industriel des objets" (IIoT), se concentre sur l'application des capacités de l'IdO à des fins industrielles. L'IIoT est une prémisse essentielle du concept d'industrie 4.0, car il permet aux entreprises de collecter en permanence des informations à partir de machines, de capteurs, de produits et d'appareils, et d'utiliser ces informations pour détecter les défaillances, surveiller la qualité et lancer des procédures de maintenance.
6. Cybersécurité - Le sixième pilier est la cybersécurité. Si la transition vers l'industrie 4.0 offre de nombreux avantages, elle pose également une préoccupation croissante en matière de cybersécurité. En effet, l'intégration des systèmes et la mise en œuvre de l'IIoT, du Big Data et de l'analytique ainsi que du Cloud Computing augmentent le risque de cyber-attaques. Bien que la menace des cyberattaques puisse varier, leur impact sur les entreprises peut être grave. Il peut s'agir de situations mettant en danger la vie des travailleurs, de vols de métiers industriels et de propriétés intellectuelles, d'infractions aux règles de sécurité et de pollution, de dénis de service sur les réseaux et de sabotages d'infrastructures, de machines et de composants critiques.
7. Informatique en nuage - Le septième pilier est l'informatique en nuage. L'informatique en nuage désigne le partage des ressources informatiques et de la puissance de calcul sur l'internet. Les services de Cloud Computing comprennent les serveurs, le stockage, les bases de données, la mise en réseau, les logiciels, l'analyse et l'intelligence. Dans le contexte de l'industrie 4.0, le Cloud Computing peut faciliter les activités de production et de fabrication au-delà des départements internes et des frontières de l'entreprise, ouvrant ainsi la voie à davantage de collaborations, de flexibilité dans le travail, de fourniture de services et de création de nouveaux produits.
8. Fabrication additive et impression 3D - Le huitième pilier est le suivant Fabrication additive (AM). L'AM est un processus qui inclut les technologies d'impression 3D qui créent des pièces en ajoutant des matériaux. Ce processus est différent des procédés de fabrication conventionnels tels que le fraisage et le tournage ou le moulage par injection (création de produits par injection de matériaux dans un moule). Jusqu'à présent, la plupart des entreprises utilisaient l'AM principalement pour créer des prototypes et produire des pièces et des composants individuels. Toutefois, à mesure que les technologies de l'AM évoluent et mûrissent, les entreprises industrielles les utilisent de plus en plus pour passer de la production de masse de produits identiques à des lots plus petits et de faible volume de produits personnalisés et sophistiqués dotés d'attributs avancés.
9. Réalité augmentée et virtuelle - Le neuvième pilier est la réalité augmentée (RA) et la réalité virtuelle (RV). La RA fait référence à l'intégration d'informations générées par ordinateur dans l'environnement réel en projetant une couche d'informations graphiques dans le champ de vision de l'utilisateur au moyen d'appareils tels que les tablettes, les smartphones et les lunettes intelligentes. Cette couche supplémentaire d'informations peut aider les travailleurs à combler le fossé entre l'environnement numérique/virtuel et l'environnement physique, en soutenant les tâches opérationnelles et la prise de décision. Réalité virtuelle (RV) est un pas en avant par rapport à la RA. Au lieu de couches graphiques d'informations projetées sur l'environnement réel, les dispositifs de RV génèrent une réplique virtuelle d'un environnement réel, ce qui permet aux utilisateurs d'interagir avec des éléments virtuels et d'évaluer et d'effectuer des activités dans un environnement virtuel.

Les neuf technologies de l'industrie 4.0 sont mises en évidence dans la figure 2, à gauche.

L'industrie 4.0 est donc la promesse d'une nouvelle révolution industrielle et représente la manière dont les technologies intelligentes et connectées s'intègrent dans les organisations. Son utilisation des technologies numériques rend la fabrication plus agile, plus flexible et plus réactive aux clients grâce à l'optimisation du système de fabrication. 

Les principaux avantages de l'adoption de l'industrie 4.0 sont les suivants ⁽³⁾: 

• Réduction des coûts et des déchets - gérer et optimiser le processus de fabrication et la chaîne d'approvisionnement en utilisant des données en temps réel pour prendre de meilleures décisions pour l'entreprise. L'utilisation de technologie intelligente élimine tout temps d'arrêt.
• Il renforce la main-d'œuvre - les logiciels peuvent améliorer la collaboration et l'efficacité entre les départements en utilisant la technologie pour connecter les employés.
• Elle rend les entreprises plus compétitives - investir dans la technologie et les solutions permet d'améliorer le processus de fabrication et de fournir un meilleur service aux clients.
• Traiter les problèmes potentiels avant qu'ils ne surviennent - investir dans la technologie permet aux entreprises d'être proactives plutôt que réactives en étant capables de repérer les problèmes potentiels de maintenance et de gestion de la chaîne d'approvisionnement.
• La valeur du big data - la richesse des informations qui peuvent être collectées par les machines et les processus peut être intégrée aux logiciels et aux systèmes d'entreprise, créant ainsi une entreprise entièrement connectée.
• Il accélère le processus de fabrication - les produits peuvent être construits directement à partir d'une conception CAO, ce qui permet aux ingénieurs concepteurs de créer un échantillon virtuel qui peut être testé dans le logiciel - cela permet aux fabricants d'accélérer le processus de conception et de développement et de produire des produits de meilleure qualité.
• Améliorer l'atelier - Les machines de l'industrie 4.0 s'appuient sur la technologie cloud et la technologie de l'internet des objets (IoT) - les machines peuvent collecter des données sur les performances et les partager avec d'autres machines ou systèmes logiciels.
• Renforcer la résilience des entreprises - les solutions numériques peuvent soutenir les opérations et transformer les entreprises pour qu'elles deviennent plus fortes et plus résilientes.

Fabrication additive et impression 3D dans l'industrie 4.0 : ⁽⁴⁾

La fabrication additive et l'impression 3D sont mises en avant en tant que 8^th Les technologies de fabrication émergentes de pointe de l'industrie 4.0 constituent le pilier de l'industrie 4.0. L'utilisation et la mise en œuvre de la fabrication additive en combinaison avec d'autres technologies produisent une évolution de l'industrie vers une production intelligente où les machines (autonomes, automatiques et intelligentes), les systèmes et les réseaux sont capables d'échanger des informations et de répondre aux systèmes de gestion de la production. En outre, en tant que technologie capable de transformer une conception 3D en un produit sans intervention, l'impression 3D joue un rôle de fabrication fondamental dans l'industrie 4.0. Le besoin d'outils et de montages coûteux est éliminé, ce qui réduit le post-traitement, le gaspillage de matériaux et l'intervention humaine. 

Grâce à l'impression 3D, les usines peuvent accroître leur flexibilité et s'adapter aux besoins d'un marché de plus en plus exigeant et imprévisible. En outre, elle permet de fabriquer toutes sortes d'objets personnalisés sans avoir recours à des moules et à des outils de fabrication coûteux. 

L'impression 3D est également un grand allié de l'environnement, une caractéristique importante compte tenu de notre situation climatique actuelle et de l'importance d'avoir des processus de fabrication durables avec moins de consommation de ressources et de production de déchets. En outre, la situation actuelle que l'on connaît dans le monde entier en raison de l'augmentation des émissions de CO COVID-19, a permis de faire progresser et de consolider l'impression 3D en raison d'un besoin accru d'éléments personnalisés rapidement.

En résumé

Les technologies intelligentes, comme la fabrication additive, alimentées par l'industrie 4.0 conduisent à une augmentation de la productivité, à une amélioration de la qualité des pièces, à une réduction des coûts et des temps d'arrêt des employés. Elles améliorent également l'utilisation des ressources. L'industrie 4.0 révolutionne la façon dont les entreprises fabriquent, améliorent la qualité de leurs produits et leur distribution. L'industrie 4.0 apportera un avantage concurrentiel aux entreprises manufacturières et permettra de nouvelles façons de commercialiser les produits, ainsi que la manière dont les entreprises peuvent passer aux processus numériques.  

Références

1. https://www.researchgate.net/figure/from-industry-10-to-40_fig1_346901544

2. https://www.researchgate.net/figure/overview-of-the-nine-technological-pillars-of-industry-40_fig2_346901544

3. https://www.horsfield-smith.co.uk/insights/blog/how-is-industry-4-0-revolutionising-the-manufacturing-industry/ 

4. https://www.3dnatives.com/en/3d-printing-in-industry-4-0-150220215/

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