Comment la fabrication avancée s'intègre-t-elle dans l'industrie 4.0 ?

27 mai 2022

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

L'industrie 4.0, appelée la quatrième révolution industrielle, a été introduite pour la première fois en 2011 par le gouvernement allemand en tant qu'initiative stratégique visant à numériser entièrement l'industrie manufacturière sans avoir besoin d'interaction humaine. L'industrie 4.0 représente une nouvelle étape dans l'organisation et la maîtrise de la chaîne de valeur industrielle. C'est la transformation numérique de la fabrication/production et des industries connexes.

La première révolution industrielle est venue avec l'avènement de la mécanisation, de la vapeur et de l'eau. Cela a été suivi par la deuxième révolution industrielle qui tournait autour de la production de masse et des chaînes de montage utilisant l'électricité. La troisième révolution industrielle est venue 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.

Industry 4.0
Fig. 1. De l'Industrie 1.0 à l'Industrie 4.0(1)

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

  1. Big Data et Analytics - Le premier pilier est Big Data et Analytics. Les mégadonnées font référence à toute collection importante et complexe de données. L'analyse de données est le processus d'extraction d'informations significatives à partir de données. En utilisant un flux continu de données et de capacités d'analyse, les entreprises peuvent réagir rapidement aux changements dans les modèles de données et réduire les coûts, prendre des décisions plus rapides et meilleures et créer de nouveaux produits et services.
  1. Simulations et jumeaux numériques - Le deuxième pilier est Simulations et jumeaux numériques. Une simulation reproduit ce qui pourrait arriver à un produit, mais un jumeau numérique reproduit ce qui arrive à un produit spécifique réel dans le monde réel. La disponibilité du Big Data et de l'analyse, combinée à une puissance de calcul en constante augmentation, étend l'application des simulations 3D des phases d'ingénierie générale des produits et des processus de production aux opérations de l'usine.
  1. Robots autonomes - Le troisième pilier est celui des robots autonomes. Un robot autonome est un robot qui agit sans recours au contrôle humain. Traditionnellement, les fabricants ont utilisé des robots industriels pour s'attaquer à des tâches et des missions complexes. Cependant, l'avancement des capacités technologiques permet une nouvelle génération de robots qui peuvent fonctionner de manière autonome, assumer des tâches de plus en plus complexes et difficiles et peuvent travailler aux côtés des humains ou même dans des espaces de travail restreints.
  1. Intégration horizontale et verticale du système - Le quatrième pilier est l'intégration horizontale et verticale du système. Dans le contexte de l'Industrie 4.0, l'intégration verticale fait référence à la connexion des systèmes informatiques internes à travers 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 différentes entreprises et à fournir des solutions de bout en bout.
  1. L'Internet industriel des objets (IIoT) - Le cinquième pilier est l'Internet des objets (IoT). L'IdO fait référence au concept de systèmes en réseau constitués d'objets physiques et d'appareils interconnectés connectés à Internet. Une sous-section de l'IoT, appelée Internet industriel des objets (IIoT) se concentre sur l'application des capacités de l'IoT à des fins industrielles. L'IIoT est une prémisse essentielle du concept d'Industrie 4.0 car il permet aux entreprises de collecter en continu des informations sur les machines, les capteurs, les produits et les appareils et d'utiliser ces informations pour détecter les pannes, surveiller la qualité et lancer des procédures de maintenance.
  1. 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 et 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. L'impact peut inclure des situations potentiellement mortelles pour les travailleurs, le vol de métiers industriels et de propriétés intellectuelles, des violations de la conformité à la sécurité et à la pollution, le déni de service aux réseaux et le sabotage d'infrastructures, de machines et de composants critiques.
  1. Cloud Computing - Le septième pilier est le Cloud Computing. Le Cloud Computing fait référence au partage des ressources informatiques et de la puissance de calcul sur 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 du travail, de fourniture de services et de création de nouveaux produits.
  1. Fabrication additive et impression 3D - Le huitième pilier est La fabrication additive (UN M). La FA fait référence à un processus qui comprend des technologies d'impression 3D qui créent des pièces en ajoutant de la matière. Ce processus est différent des processus de fabrication conventionnels tels que le fraisage et le tournage ou le moulage par injection (création de produits en injectant des matériaux dans un moule). Jusqu'à présent, la plupart des entreprises utilisaient la FA principalement pour prototyper et produire des pièces et des composants individuels. Cependant, à mesure que les technologies 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 à faible volume de produits personnalisés et sophistiqués dotés d'attributs avancés.
  1. Réalité augmentée et virtuelle - Le neuvième pilier est la réalité augmentée (AR) et la réalité virtuelle (VR). AR fait référence à l'intégration d'informations générées par ordinateur dans l'environnement réel en projetant une couche d'informations graphiques dans la vue de l'utilisateur via des appareils tels que des tablettes, des smartphones et des lunettes intelligentes. Cette couche d'informations supplémentaire peut aider les travailleurs à combler le fossé entre l'environnement numérique/virtuel et physique, en soutenant les tâches opérationnelles et la prise de décision. Réalité virtuelle (VR) est une étape au-delà de AR. Au lieu de couches graphiques d'informations projetées sur l'environnement réel, les appareils VR génèrent une réplique virtuelle d'un environnement réel, permettant 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 Fig.2 ci-dessous :

Fig.2. Aperçu des neuf piliers technologiques de l'Industrie 4.0(2)

Ainsi, l'industrie 4.0 englobe la promesse d'une nouvelle révolution industrielle et représente la manière dont la technologie intelligente et connectée serait intégrée au sein des organisations. Son utilisation des technologies numériques rend la fabrication plus agile, flexible et réactive aux clients grâce à l'optimisation du système de fabrication. 

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

  • Réduction des coûts et des déchets - gérez et optimisez le processus de fabrication et la chaîne d'approvisionnement en utilisant des données en temps réel pour prendre de meilleures décisions pour l'entreprise. Utilisant technologie intelligente élimine tout temps d'arrêt.
  • Il renforce la main-d'œuvre - le logiciel peut améliorer la collaboration et l'efficacité entre les départements en utilisant la technologie pour connecter les employés.
  • Cela rend les entreprises plus compétitives - investir dans la technologie et les solutions contribuera à améliorer le processus de fabrication et à fournir un meilleur service aux clients.
  • Traitez 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 détecter les problèmes potentiels de maintenance et de gestion de la chaîne d'approvisionnement.
  • La valeur des mégadonnées - la richesse des informations qui peuvent être collectées par le biais de machines et de processus peut être intégrée à des logiciels et à des systèmes commerciaux, créant ainsi une entreprise entièrement connectée.
  • Il accélère le processus de fabrication - les produits peuvent être construits directement à partir d'une conception CAO permettant aux ingénieurs de conception 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 sont prises en charge par la technologie cloud et la technologie Internet des objets (IoT) - les machines peuvent collecter des données de performance et les partager avec d'autres machines ou systèmes logiciels.
  • Renforcez 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 mises en lumière comme le 8e pilier de l'industrie 4.0 sont les principales technologies de fabrication émergentes de l'industrie 4.0. L'utilisation et la mise en œuvre de la fabrication additive en combinaison avec d'autres technologies produit 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. De plus, en tant que technologie capable de transformer une conception 3D en un produit sans intervention, l'impression 3D a un rôle de fabrication fondamental dans l'Industrie 4.0. Le besoin d'outils et d'accessoires 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 en s'adaptant aux besoins d'un marché de plus en plus exigeant et imprévisible. De plus, il permet de fabriquer toutes sortes d'objets personnalisés sans moules et 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 génération de déchets. En outre, la situation actuelle que connaît le monde en raison de COVID-19 [FEMININE, a conduit à de plus grands progrès et à la consolidation de l'impression 3D suite à un besoin accru d'éléments personnalisés rapidement.

Pour résumer

Les technologies intelligentes, telles que la fabrication additive, optimisées par l'industrie 4.0, permettent d'augmenter la productivité, d'améliorer la qualité des pièces, de réduire les coûts et les temps d'arrêt des employés. Il améliore 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 donnera un avantage concurrentiel aux entreprises manufacturières et permettra de nouvelles façons de commercialiser les produits, et comment les entreprises peuvent passer aux processus numériques.  

Références

  1. https://www.researchgate.net/figure/from-industry-10-to-40_fig1_346901544
  1. https://www.researchgate.net/figure/overview-of-the-nine-technological-pillars-of-industry-40_fig2_346901544
  1. https://www.horsfield-smith.co.uk/insights/blog/how-is-industry-4-0-revolutionising-the-manufacturing-industry/ 
  1. https://www.3dnatives.com/en/3d-printing-in-industry-4-0-150220215/

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