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Un employé surveillant les performances dans une usine intelligente

Qu'est-ce qu'une usine intelligente ?

Comme son nom l'indique, une usine intelligente se démarque par son… intelligence. Réseau interconnecté de machines et de mécanismes de communication bénéficiant de capacités informatiques performantes, l'usine intelligente est un système cyber-physique qui utilise des technologies avancées comme l'intelligence artificielle (IA) et le Machine Learning pour analyser des données et gérer des processus automatisés, tout en apprenant au fil du temps.

 

Les usines et la production intelligentes font partie de la transformation technologique dénommée « Industrie 4.0  » ou « quatrième révolution industrielle ». Chacune des trois premières révolutions industrielles a découlé de l'émergence d'une technologie innovante (respectivement, la machine à vapeur, la chaîne de montage et la puissance informatique) qui a complètement bouleversé les méthodes de travail et de production des marchandises. Aujourd'hui, la transformation numérique et l'automatisation intelligente sont à l'origine de la quatrième révolution.

Qu'est-ce qu'une usine intelligente ?

Des usines intelligentes adaptées à un monde en pleine mutation

Au cours des dernières années, les dirigeants d'entreprises ont pu constater de plus en plus clairement que la transformation digitale était une priorité urgente au niveau des supply chains et des opérations de production afin de maintenir leur compétitivité et leur résilience pour les années 2020. La pandémie n'a fait que souligner davantage les faiblesses des supply chains mondiales et les vulnérabilités sectorielles. Selon un article publié dans le magazine Forbes, « la pandémie de COVID-19 a révélé au monde entier un élément que les acteurs du secteur manufacturier auraient déjà dû savoir, à savoir l'échec des supply chains et des écosystèmes de production conventionnels. Les entreprises doivent alors trouver une solution plus agile et flexible entièrement optimisée par les technologies digitales. »

 

Les attentes des consommateurs contribuent également au développement des technologies utilisées dans les usines intelligentes et de l'usine du futur. Connu sous le nom d'« effet Amazon », la demande des consommateurs pour les livraisons le lendemain de la commande progresse à un rythme rapide et régulier. Selon un article du magazine Entrepreneur publié en 2019, « pour le meilleur ou pour le pire, l'économie américaine et l'économie mondiale sont en proie à l'effet Amazon. […] Les acteurs du e-commerce font l'objet de pressions accrues pour égaler la vitesse et l'efficacité d'Amazon et rien n'indique que l'intensité des attentes des consommateurs va s'atténuer. » Cette tendance est un facteur important dans la demande croissante de technologies liées à l'usine intelligente, car les systèmes obsolètes ne permettent pas de s'adapter à l'ampleur des capacités requises en termes de logistique et de stockage pour suivre le rythme de ce phénomène.

 

Les fabricants et les responsables de supply chains peuvent être confrontés à des risques et à des disruptions opérationnelles supplémentaires, à mesure qu'ils s'efforcent de réduire leur dépendance vis-à-vis de leurs partenaires internationaux. Les solutions d'usine intelligente comme la production à la demande et les stocks virtuels peuvent parfaitement réduire la dépendance à l'égard des fournisseurs et industriels étrangers. Toutefois, comme un article de la revue américaine Harvard Business Review l'a souligné en 2020, la relocalisation de la production aux États-Unis n'est pas une mince affaire. « Les fabricants se sont tournés vers des experts et des sous-traitants qui concentrent plus étroitement leurs actions sur un seul domaine, alors que les activités de ces mêmes experts s'appuient sur différents domaines. Et tout comme le monde entier en est venu à dépendre de différents pays pour l'exploitation des ressources naturelles (minerai de fer ou lithium-métal, par exemple), il en va de même pour ces experts. » L'augmentation de la production nationale peut réduire efficacement les coûts et les risques au niveau de la supply chain, mais elle n'éliminera pas forcément la dépendance vis-à-vis des partenaires étrangers, ni ne réduira le nombre total de liens dans la supply chain. La mise en place de technologies d'usine numérique permettant d'optimiser l'efficacité et la visibilité est donc plus importante que jamais.

Comment fonctionne une usine intelligente ?

Nous parlons souvent des processus automatisés comme s'ils étaient propres à l'usine intelligente. Pourtant, l'automatisation et la robotique sont utilisées depuis des décennies dans les opérations de production. De nombreuses usines traditionnelles utilisent des machines automatisées comme des scanners de codes à barres, des caméras et des équipements de production digitaux à différentes étapes de leurs opérations. Cependant, ces appareils ne sont pas interconnectés. Les systèmes de gestion des collaborateurs, des actifs et des données d'une usine classique fonctionnent de manière isolée et doivent être coordonnés et intégrés manuellement de manière continue.

 

Une usine numérique intelligente intègre les machines, les collaborateurs et le Big Data à un écosystème digital unique et connecté. Non seulement elle organise et analyse les données, mais elle apprend également de cette expérience. Elle interprète et génère des insights à partir des jeux de données pour prévoir les tendances et les événements, ainsi que pour recommander et mettre en œuvre des workflows de production et des processus automatisés intelligents. Une usine intelligente fait l'objet d'améliorations procédurales continues permettant des corrections et des optimisations automatiques. Elle apprend à partir des processus gérés afin d'améliorer la résilience, la productivité et la sécurité, des avantages dont peuvent aussi bénéficier les opérateurs humains.

 

Structure d'une usine intelligente

 

La structure de base d'une usine intelligente se compose globalement de trois étapes :

Structure d'une usine intelligente

Les trois procédures principales constituant une usine intelligente

  1. Acquisition des données : l'intelligence artificielle et les technologies de bases de données modernes permettent l'organisation et l'acquisition d'ensembles disparates de données utiles à l'échelle de l'entreprise, de la supply chain et du monde entier. Grâce aux capteurs et aux passerelles, l'Internet des Objets industriel (IIoT) permet aux machines connectées de rassembler des données dans un système. Via une multitude d'autres portails de données, les systèmes optimisés par l'IA peuvent compiler les jeux de données relatifs aux performances, aux tendances de marché, à la logistique ou à n'importe quelle autre source potentiellement pertinente.
  2. Analyse des données : le Machine Learning et d'autres systèmes d'entreprise intelligents utilisent l'analytique avancée et des solutions de gestion des données modernes pour exploiter les données disparates collectées. Les capteurs IIoT peuvent envoyer des alertes de réparation ou de maintenance des machines, le cas échéant. Les données de marché et opérationnelles peuvent être compilées pour repérer les opportunités et les risques. L'efficacité des workflows peut être étudiée au fil du temps afin d'optimiser les performances et d'apporter des corrections automatiques si besoin. En effet, les jeux de données qui peuvent être comparés et analysés présentent d'innombrables combinaisons possibles pour fournir des informations pour l'optimisation de l'usine digitale et les prévisions de la supply chain.
  3. Automatisation de l'usine intelligente : une fois l'acquisition et l'analyse des données réalisées, des workflows sont définis et des instructions sont transmises aux machines et aux appareils du système. Ces appareils peuvent se trouver dans les locaux de l'usine ou à distance au niveau des étapes de logistique ou de production de la supply chain. Les workflows et processus intelligents sont surveillés et optimisés en permanence. Si une alerte indique un pic de demande pour un produit spécifique, le système peut transmettre des instructions aux workflows d'imprimante 3D pour rendre la production de cet article prioritaire. Si une livraison de matières premières est retardée, les stocks de réserve peuvent être mis en rotation pour éviter toute disruption.

Avantages de l'usine intelligente

De nombreuses entreprises se sont contentées d'utiliser des opérations et des systèmes de supply chain qui n'ont pas du tout évolué au cours des dernières décennies. Mais avec l'évolution sans précédent des attentes des consommateurs et de l'instabilité économique, les responsables des supply chains recherchent des solutions capables d'offrir rapidement des avantages importants et tangibles. Selon le magazine Forbes, en 2017 seulement 43 % des fabricants avaient lancé des projets d'usines intelligentes. D'ici 2019, 68 % d'entre eux avaient franchi le cap. Les entreprises investissant dans la transformation numérique et les solutions d'usines intelligentes vont pouvoir bénéficier d'avantages commerciaux considérables, dont voici quelques exemples :   

  • Productivité et efficacité : tout au long de son histoire, la production s'est principalement basée sur la réactivité, qui consiste à étudier un événement ou une tendance passé(e) afin d'orienter de manière appropriée les activités de l'entreprise après cet événement ou cette tendance. Les technologies d'usines intelligentes sont conçues pour réduire la nécessité de pratiques réactives afin d'améliorer la résilience et l'adaptabilité de la gestion de la supply chain. L'analytique prédictive et l'analyse du Big Data permettent d'identifier et de mettre en place des processus optimisés. La gestion des stocks à flux tendu, des prévisions précises de la demande et une amélioration du délai de mise sur le marché ne sont que quelques-uns des avantages en termes d'efficacité offerts par les usines intelligentes. Leurs tâches étant optimisées par des insights numériques, les collaborateurs travaillant dans des usines intelligentes peuvent également rationaliser leurs efforts, un avantage supplémentaire pour la productivité globale de l'opération. Dans son étude de 2019 sur l'usine intelligente, Deloitte précise que « les entreprises ayant investi dans des projets d'usines intelligentes signalent jusqu'à 12 % de gains dans des domaines comme la production manufacturière, l'utilisation de l'usine et la productivité des effectifs. Par ailleurs, les fabricants disposant d'usines intelligentes sont susceptibles de surclasser les usines classiques d'ici 2030 grâce à une productivité nette des équipes 30 % plus élevée. » 
  • Développement durable et sécurité : les consommateurs sont de plus en plus enclins à dépenser un peu plus pour acheter des produits dont l'approvisionnement et la fabrication dépendent de méthodes responsables sur les plans sociaux et environnementaux. Grâce aux technologies modernes des usines intelligentes, il est plus facile que jamais d'identifier et de mettre en œuvre des opportunités au niveau des entreprises pour favoriser des pratiques industrielles plus écologiques, sûres et socialement responsables. Les innovations numériques comme la blockchain et les capteurs RFID peuvent être utilisées par les responsables de l'usine intelligente pour garantir la provenance et un contrôle de qualité de tous les matériaux et fournitures, même lorsqu'ils sont issus des maillons les plus lointains de la supply chain. En outre, l'association américaine International Society of Automation assure que les robots et les appareils automatisés peuvent faciliter la réduction ou la suppression de trois des cinq causes principales de blessures sur le lieu de travail.
  • Qualité des produits et expérience client : à l'instar du jeu du passe-parole chez les enfants, les fabricants traditionnels rencontrent souvent des difficultés pour s'assurer de la réception et du respect de leurs directives par les petits fournisseurs et fabricants de leurs supply chains. Dans les usines intelligentes, la connectivité cloud et la visibilité de bout en bout offrent des insights et des recommandations en temps réel à tous les niveaux du processus de production. La possibilité de personnalisation et de réponse rapides face à l'évolution des tendances signifie que les produits répondent de manière optimale aux besoins des clients. L'analyse avancée des données système permet d'identifier rapidement les points faibles ou les domaines d’amélioration. L'entreprise améliore ainsi sa compétitivité sur le marché et les évaluations de ses produits, tout en réduisant les retours ou rappels onéreux.

Technologies de l'usine intelligente

Les technologies de l'usine intelligente sont très agiles. À mesure que les initiatives de transformation digitale progressent au sein d'une entreprise, les possibilités d'évolutivité, de modification et d'adaptation selon les besoins sont presque illimitées. 

  • Connectivité cloud : qu'il soit public, privé ou hybride, le cloud est le canal par lequel transitent toutes les données et informations dans une usine intelligente. Une connectivité cloud à l'échelle de l'entreprise et globale permet de s'assurer que chaque domaine d'activité utilise des données en temps réel et bénéficie d'une visibilité immédiate sur toutes les ressources et systèmes connectés de la supply chain.  
  • Intelligence artificielle : les systèmes opérationnels exploitant des technologies d'IA intégrées possèdent la vitesse, les performances et la flexibilité requises non seulement pour collecter et analyser des jeux de données disparates, mais aussi pour offrir des insights en temps réel et des recommandations réactives. Les processus automatisés et les systèmes intelligents d'une usine intelligente sont optimisés et renseignés de manière continue par l'intelligence artificielle.  
  • Machine Learning : un des avantages majeurs offerts par le Machine Learning pour l'usine intelligente est sa capacité de maintenance prédictive avancée. Grâce à la surveillance et à l'analyse des processus de production, des alertes peuvent être transmises avant une panne du système. En fonction de la situation, une maintenance automatisée peut être réalisée ou une intervention d'un opérateur humain peut être recommandée le cas échéant. 
  • Big Data : dans une usine intelligente, les jeux de données soutenus et volumineux permettent une analytique prédictive et avancée. Les entreprises ont compris depuis longtemps la valeur stratégique du Big Data mais, jusqu'à récemment, elles ne disposaient pas souvent des systèmes nécessaires pour en tirer pleinement parti. La transformation numérique dans les supply chains et les usines intelligentes a élargi l'éventail des possibilités pour les entreprises en termes d'optimisation et d'innovation via les insights offerts par le Big Data.  
  • Internet des Objets industriel (IIoT) : lorsque des appareils et des machines au sein d'une usine intelligente sont équipés d'identifiants uniques et qu'ils sont capables d'envoyer et de recevoir des données digitales, ils font partie d'un réseau IIoT. Il se peut que les machines modernes disposent déjà de portails numériques, mais des terminaux de passerelle IIoT peuvent être installés sur des machines analogiques existant depuis plusieurs décennies pour les rendre rapidement opérationnelles. En principe, les données transmises depuis l'appareil indiquent son statut et son activité, et les données transmises à l'appareil contrôlent et automatisent ses actions et workflows.  
  • Jumeaux numériques : il s'agit d'une réplique virtuelle exacte d'une machine ou d'un système. Ce procédé permet d'exploiter au maximum des idées innovantes et créatives tout en minimisant les risques opérationnels. Un jumeau numérique peut être poussé à la limite de ses capacités, reconfiguré virtuellement de multiples façons ou testé pour vérifier sa compatibilité avec un système existant, tout en évitant les risques et les gaspillages de ressources dans le monde physique.  
  • Impression additive : également appelé « impression 3D », ce procédé permet aux usines intelligentes d'utiliser l'automatisation intelligente pour la production à la demande. Cet avantage est particulièrement crucial en cas de disruptions inattendues des supply chains ou de pics de demande soudains pour un produit spécifique. Mais même lorsque tout se passe comme prévu, les stocks virtuels peuvent réduire considérablement les risques et les gaspillages en permettant une production juste-à-temps. 
  • Réalité virtuelle (RV) et réalité augmentée (RA) : en 2019, le magazine Assembly a décrit certaines des applications des dispositifs technologiques portables de réalité virtuelle (RV) d'une usine intelligente comme étant « capables d'unifier les conditions environnementales, les niveaux de stock, l'état des processus, les données relatives aux erreurs d'assemblage, et les indicateurs d'utilisation et de rendement en tenant compte du contexte (le lieu que vous regardez ou dans lequel vous vous déplacez, par exemple). » Cette expérience sensorielle immersive permet aux utilisateurs d'optimiser leurs sens à l'aide de données en temps réel en tout lieu ou à tout instant pour leur donner une meilleure connaissance du statut de l'usine.  
  • Blockchain : heureusement, à mesure que les technologies d'usine intelligente progressent, les solutions de sécurité s'adaptent au rythme de leur évolution. La blockchain a de nombreuses applications au niveau de la supply chain, de la création de « contrats intelligents » avec les fournisseurs au suivi de la provenance des marchandises en passant par leur traitement tout au long de la supply chain. Dans les usines intelligentes, la blockchain est particulièrement utile pour gérer l'accès aux ressources et machines connectées à l'échelle de l'entreprise, renforçant ainsi la sécurité du système et la précision des enregistrements conservés par ces appareils.  
  • Base de données moderne : les bases de données In-Memory et les systèmes ERP modernes sont les rouages indispensables de l'Industrie 4.0 et des solutions d'usines et de supply chains intelligentes. Les bases de données sur disque héritées sont exploitées, souvent bien au-delà de leurs limites, pour suivre l'évolution des fonctionnalités complexes de gestion des données et d'analytique nécessaires à la gestion des usines intelligentes et des supply chains modernes. 

Réussir la transformation en usine intelligente

L'année 2020 a donné lieu à d'énormes disruptions et risques opérationnels pour les entreprises dans le monde entier. Avant la pandémie de COVID-19, une étude de Deloitte menée en 2019 auprès de 600 cadres supérieurs du secteur manufacturier précisait que 86 % d'entre eux pensaient qu'au cours des cinq prochaines années, « les projets d'usines intelligentes seraient le principal facteur de compétitivité des systèmes de production. » Aujourd'hui plus que jamais, la transformation numérique et la modernisation de la supply chain ne sont plus basées sur des objectifs à long terme, mais au contraire sur des priorités immédiates et urgentes pour les entreprises déterminées à innover et à rester compétitives.  

 

Les modalités de lancement de votre projet de transformation en usine intelligente dépendront de votre situation actuelle et des processus les plus stratégiques pour votre entreprise. Un audit initial de vos systèmes vous aidera à analyser et à prendre conscience des processus, des ressources et des systèmes d'entreprise existants.  Avant de commencer à automatiser les workflows et les processus de production, vous devrez évaluer leur situation actuelle.   

 

Au début de votre parcours de transformation digitale, il est également important de vous rappeler qu'une usine « intelligente » doit cette spécificité à ses capacités avancées d'analyse et de gestion des données. Une usine intelligente repose sur une base de données moderne et un système ERP performant. Ils prennent en charge les fonctionnalités avancées pilotant le système. Un facteur clé de la réussite de la transformation en usine intelligente sera la capacité des systèmes d'entreprise existants à gérer le Big Data et à intégrer des technologies comme l'IA, le Machine Learning et l'analytique avancée. 

 

Enfin, l'une des grandes caractéristiques de la transformation en usine intelligente est que son efficacité ne dépend pas de son exécution immédiate. Pas plus qu'elle n'exige que les activités commerciales existantes soient interrompues ou mises en pause. Chaque initiative prise par une entreprise en vue de moderniser et d'optimiser ses systèmes digitaux la rapproche de son projet d'usine intelligente entièrement intégrée. De plus, de par leur nature même, les technologies d'usine intelligente collectent et analysent les données. Il est donc possible de mesurer et d'évaluer l'impact et le retour sur investissement des nouvelles technologies digitales, et ce dès leur installation.

Usines intelligentes en action

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