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Nouvelles technologies associées à lindustrie 4.0

5 types de technologies représentatifs de l’Industrie 4.0.

27/07/22 14:00

De nos jours, il est rare qu’un moyen de production produise des milliers de fois un même produit à la chaîne. Les consommateurs souhaitent désormais obtenir des produits personnalisés, réalisés spécifiquement en fonction de leurs besoins.

C’est une exigence à laquelle l’industrie 4.0 s’engage à répondre, tout en conservant des coûts de production équivalents. Pour ce faire, il existe diverses nouvelles technologies associées à l'industrie 4.0, notamment rencontrées sur le terrain français et allemand :

La conception optimisée, le design génératif

Parmi ces nouvelles technologies associées à l’industrie 4.0 se trouve le design génératif. En conception assistée par ordinateur, l’optimisation topologique permet d’initier ou de repenser la conception d’une pièce avec, à la clé, un allégement du produit et des caractéristiques optimisées en termes de déformation thermique et de résonance.

Grâce aux possibilités de calcul et de stockage, le design génératif propose un set de solutions envisageables avec un gain substantiel en termes de temps de développement et de coûts d’industrialisation. Les concepteurs définissent les fonctions et les contraintes et des algorithmes dédiés génèrent plusieurs propositions de conception de la pièce répondant à ces fonctions et contraintes. Les concepteurs peuvent ensuite sélectionner celle qui leur apparaît comme la plus adaptée.

L’image ci-dessous montre une application où le gain de poids a été d’environ 30%, où les délais de développement ont pu être divisés par 4 et les coûts d’industrialisation réduits de moitié :

Nouvelles technologies associées à lindustrie 4.0 - Design

Ces technologies sont souvent couplées avec de l’impression 3D pour répondre à la complexité des formes, difficiles à obtenir avec des procédés de fonderie ou d’usinage classiques.

La maintenance prédictive : produire sans panne

Dans le processus de production, la maintenance prédictive est une porte d’entrée privilégiée dans l’industrie 4.0 pour les industriels.

La maintenance curative consiste en des interventions destinées à gérer un problème identifié ou une panne. La maintenance préventive regroupe des interventions destinées à prévenir la survenue possible d’un incident en changeant notamment des pièces d’usure dont le temps de cycle approche la durée maximale d’utilisation.

La maintenance prédictive provoque l’intervention de maintenance en fonction d’un incident prévisible. En faisant le lien entre certaines informations de fonctionnement (vibrations, température, bruits), issues de capteurs existants ou spécifiquement installés, et des incidents déjà survenus, les algorithmes permettent de définir des scénarios et des seuils à partir desquels la survenance d’une panne est quasi certaine.

L’IA, outil d’optimisation du contrôle

Une autre des nouvelles technologies associées à l’industrie 4.0. est l’intelligence artificielle. Dans des industries à forte valeur ajoutée comme l’aéronautique, cette technologie est destinée à renforcer l’efficacité du contrôle des pièces.

Une technique de contrôle non destructif comme le ressuage permet de faire apparaître des criques ou des fissures sur des pièces en utilisant un produit qui pénètre à l’endroit où se trouve le défaut. Un contrôle optique identifie les endroits où des défauts apparaissent.

Dans ce cas, les systèmes d’intelligence artificielle permettent de capitaliser sur l’expérience humaine dans la détection des défauts. Une fois des bases constituées qui rassemblent l’ensemble des défauts constatés sur une longue période et le résultat des interprétations passées réalisées par des procédés classiques, les moteurs d’intelligence artificielle sont à même d’identifier les possibles non-conformités et d’alerter les contrôleurs.

Dans d’autres secteurs qui suivent le modèle de l’industrie 4.0, la détection visuelle est au cœur de la création de valeur. Les fabricants de machines industrielles de tri des déchets innovent aussi dans la vision intelligente pour identifier et sélectionner les différentes sortes de plastiques contenues dans un flux de collecte. Dans ce cas, où la compétence humaine de tri reste incontournable pour obtenir le niveau de qualité de tri nécessaire à la valorisation des déchets plastiques, les progrès de l’intelligence artificielle sont nécessaires pour augmenter le degré d’automatisation de ces usines.

Les AGV, l’automatisation des flux internes

Les véhicules autoguidés (AGV – Automated Guided Vehicles) sont des chariots électriques guidés par des repères au sol ou directement par géolocalisation. Ils sont autonomes car ils peuvent anticiper des risques de collision et recalculer en temps réel leur trajectoire. Employés en grand nombre dans les entrepôts logistiques ou les centres de tri postaux, ces AGV ont fait leur entrée dans les usines où les parcours sont plus complexes.

Les nouvelles usines issues de l’industrie 4.0. dont la conception est guidée par la réactivité à la demande et la déclinaison individuelle des produits font des flux logistiques une variable stratégique. Le système de pilotage de l’entreprise abandonne sa structure verticale et centralisée au profit d’un réseau décentralisé d’entités de production approvisionnées par des AGV.                                                          

Chez SEW Usocome, fabricant de moto-réducteurs, la diversité des produits est extrême. Les éléments servant à l’assemblage des pièces circulent sur des AGV entre le stock central automatisé et les postes de montage qui sont organisés en mini-usines au sein du site :

Nouvelles technologies associées à lindustrie 4.0 - AGV

L’introduction des AGV conduit à repenser de manière radicale les flux internes de l’usine. Ainsi dans l’automobile, la chaîne de production linéaire où étaient réalisées les opérations de montage disparaît au profit de multiples îlots disséminés dans l’usine. Le corps de la voiture circule sur un AGV et rejoint ces îlots en fonction des opérations à réaliser.                            

Le jumeau numérique, des applications tous azimuts

Les nouvelles technologies associées à l’industrie 4.0. se complètent avec le jumeau numérique, un double virtuel d’un élément physique qui reproduit son fonctionnement sur la base de données réelles. Il permet de simuler le processus de production pour évaluer des scénarios et anticiper certains événements de production.

Dans un premier temps, ce jumeau numérique est très précieux car il permet d’optimiser des choix de conception en simulant le fonctionnement d’ensembles complexes. Sont ainsi évités les nombreux processus de test, d’essais et d’erreurs, longs et coûteux.

Dans un second temps, il simule le fonctionnement d’un composant, d’un élément, d’un robot ou d’une machine existante en fonction de critères multiples : vitesse, température, pression... Cette simulation permet d’optimiser le déroulé d’opérations de production et d’améliorer la maintenance des équipements.

Cette technologie peut également être utilisée pour permettre de nouveaux apprentissages sur une machine complexe au moyen d’un environnement de formation virtuel.

Enfin, un jumeau numérique est un atout de poids dans un processus d’avant-vente, pour permettre au client de visualiser la solution industrielle proposée, par exemple une machine spéciale d’usinage.

Finalement, ces nouvelles technologies associées à l'industrie 4.0 permettent de réaliser des gains conformes au tryptique coût-qualité-délai :

  • Réduction des coûts de fabrication par l’amélioration de la productivité des équipements ;
                                                                                     
  • Amélioration de la flexibilité de l’outil de production et une meilleure disponibilité des machines liée à une baisse du coût de la maintenance ;
                                                                                     
  • Réduction des coûts liés à la non-qualité avec l’amélioration du fonctionnement des équipements et des systèmes de contrôle ;
                                                                                     
  • Réduction des coûts de stockage et des coûts logistiques grâce à la production en temps réel ;

Ces technologies réduisent également les coûts de complexité dus à la variabilité des produits, permettant ainsi d’aller dans le sens de la série unitaire idéalisée par l’industrie 4.0. Plus que par une somme ou un catalogue de technologies, c’est par rapport à cette finalité qu’il semble le plus opportun de construire et d’ordonner les différentes configurations de l’industrie 4.0 observées sur le terrain.

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