Et les visions de Weiser se sont réalisées ; nous vivons précisément dans un tel monde, où appareils photo, téléphones portables, appareils électroménagers et voitures sont tous contrôlés par des ordinateurs. Les ordinateurs miniatures (ou systèmes embarqués) rendent cette prouesse possible. Cependant, le véritable progrès ne sera atteint que lorsque ces ordinateurs miniatures ne fonctionneront plus de manière autonome, mais seront capables d'échanger des informations sur un réseau. Ceci sera possible grâce aux avancées technologiques en matière de réseaux au cours des dix dernières années : porté par l'immense marché grand public, nous disposons de dispositifs techniques performants et abordables pour de nombreux domaines d'application. Face à cette situation, les technologies d'automatisation commencent elles aussi à adopter ces idées.
Exemple de panne de machine
Lorsqu'une machine tombe en panne dans une usine, toute la chaîne de production s'arrête.
La machine envoie un message au smartphone de son opérateur via Bluetooth. L'opérateur se rend sur place, effectue quelques tests et identifie la panne : un problème de moteur. À l'aide de son smartphone, il émet un ordre de maintenance et de réparation prioritaire, qui est reçu par le centre de maintenance de l'entreprise. Sur place, la panne de la machine est d'abord diagnostiquée en ligne. Le technicien est ensuite dépêché (toujours via le smartphone) pour effectuer la réparation. Il prend son véhicule, entre les données de localisation dans le système de navigation, et le GPS le guide à travers le vaste complexe de l'entreprise jusqu'au bâtiment concerné. Une fois sur place, le système de géolocalisation prend le relais et interagit avec le smartphone de l'opérateur pour le guider jusqu'à la machine défectueuse.
Ici, le technicien connecte sans fil sa tablette au système de commande de la machine et effectue des tests. Il confirme le remplacement d'un moteur, photographie la plaque signalétique avec son smartphone et transmet l'information à l'entrepôt central de pièces détachées. La pièce adéquate est alors identifiée et expédiée immédiatement. Le technicien peut suivre le parcours de la pièce sur sa tablette et la récupérer à l'entrée pour effectuer la réparation. Toujours avec son smartphone, il vérifie la référence et la version de la pièce grâce à l'étiquette RFID afin d'éviter tout problème lié à l'interaction complexe des différents composants. Il démarre ensuite le système via sa tablette et vérifie son bon fonctionnement sur le grand écran. Une fois la réparation réussie, il finalise l'ordre de maintenance sur son smartphone et lance une nouvelle commande pour la pièce auprès de l'entrepôt, en saisissant également les données pour la comptabilisation des coûts.
Des idées à la réalité
D'un point de vue technique, c'est déjà possible, même si les entreprises sont encore loin d'y parvenir. Cependant, la tendance évolue dans ce sens, bien que sur un chemin différent de celui du secteur des biens de consommation. Les entreprises industrielles attendent des dispositifs et équipements installés un haut degré de maturité et une fiabilité extrêmement élevée. Les utilisateurs industriels souhaitent également avoir la certitude qu'un smartphone de remplacement sera disponible dans dix ans, sans être (comme c'est la norme actuellement) remplacé au bout de neuf mois par un autre modèle potentiellement très différent du précédent. Mais ce qui est utile dans le secteur des biens de consommation l'est aussi dans le domaine industriel. En 2004, un groupe de représentants des communautés industrielles et scientifiques s'est constitué pour discuter des effets et des domaines d'application des technologies intelligentes de l'information et de la communication. Ceci a conduit à l'idée d'une « usine intelligente », qui s'est concrétisée en 2005 sous la forme d'un centre de recherche et de démonstration situé à Kaiserslautern.
L'initiative SmartFactory
L'élément central de SmartFactory est une installation de test et de démonstration où un processus de production de savon liquide a été mis en œuvre à l'aide de composants industriels standards. La ligne de production gère le prétraitement du savon, suivi de la coloration, du remplissage des contenants et de l'étiquetage.
Elle est gérée par l'association « Technology Initiative SmartFactory KL eV », qui regroupe actuellement 15 membres de premier plan issus de l'industrie et du monde scientifique. L'objectif principal de cette initiative est de créer une installation de test et de démonstration indépendante des fabricants, permettant d'étudier et de développer le potentiel des nouvelles technologies pour les opérations industrielles. Dans ce contexte, il ne s'agit pas de remplacer l'humain par l'automatisation, mais plutôt de fournir le meilleur soutien possible aux travailleurs grâce à l'informatique omniprésente.
Ce processus de production industrielle réel et typique constitue la base sur laquelle diverses disciplines de recherche peuvent mener leurs travaux en vue de l'« usine du futur ».
Mémoire numérique des produits : pour contrôler le processus de remplissage, une puce RFID (identification par radiofréquence) est apposée sur chaque bouteille et contient tous les paramètres importants de la commande et du processus de production. Ainsi, chaque produit possède sa propre mémoire. À l’avenir, les produits « intelligents » influenceront leur environnement grâce à la communication M2M (machine à machine) et permettront des processus de fabrication plus efficaces.
Les systèmes de communication sans fil améliorent également la flexibilité et l'agilité des usines. Les travaux d'installation et de modification sont réduits grâce à la miniaturisation des systèmes de communication filaires classiques. Cependant, en milieu industriel, les exigences imposées à un réseau sans fil sont bien plus élevées que dans d'autres secteurs : la fiabilité et la sécurité sont primordiales, ce qui rend indispensable une planification et un contrôle rigoureux des bandes radio.
Dans le cas de connexions filaires, la position d'un appareil est connue de manière implicite.
Lorsque de nombreuses connexions filaires sont supprimées, la localisation des machines devient cruciale. En particulier avec les systèmes d'exploitation mobiles, le contexte opérationnel est déterminant : certaines fonctions de l'installation ou du système ne peuvent être activées que lorsque l'opérateur se trouve à proximité. À la SmartFactory, trois systèmes de géolocalisation et de suivi en temps réel ont été installés en intérieur. Ces systèmes permettent aux techniciens de maintenance de localiser les appareils défectueux ou fournissent aux opérateurs des données importantes pour des tâches spécifiques, selon la position de l'appareil sur la ligne de production ou au sein du système.
Les systèmes d'automatisation autoconfigurables constituent une avancée supplémentaire vers des usines flexibles et adaptables. Dans une certaine mesure, des mécanismes « plug and play » peuvent également être utilisés en usine.
Cela nécessite l'émergence de nouvelles normes et de modèles abstraits des composants installés.
Devenir intelligent
Grâce aux technologies actuelles des systèmes embarqués, de nombreux appareils de terrain simples peuvent devenir des « objets intelligents » et offrir leurs fonctions au sein du réseau d'automatisation, à l'instar des serveurs web. Cette homogénéité techniquement réalisable des informations et des fonctions, du terrain à la planification, entraînera des changements dans les structures informatiques des entreprises : la pyramide d'automatisation strictement hiérarchique évoluera vers un réseau convergent, offrant un accès aux différents niveaux de contrôle et de planification. À l'image de l'« Internet des objets », où de plus en plus d'objets physiques du monde réel sont identifiés et associés à leur représentation virtuelle dans l'univers informatique, l'image d'une « usine d'objets » de plus en plus interconnectée et intégrée commence déjà à se dessiner.
À l'avenir, la sécurité informatique revêtira une importance capitale pour protéger la sécurité des données et l'intégrité des systèmes informatiques et de production contre les menaces internes et externes.
Auteur:
Detlef Zühlke, professeur et docteur en ingénierie, directeur scientifique du Centre allemand de recherche sur l'intelligence artificielle DFKI GmbH, Innovative Factory Systems, Kaiserslautern.
