Des usines intelligentes

Les réseaux 5G sont la clé vers une ère de la fabrication

Alex Smith
12 July 2021

8 minutes

Les réseaux 5G offrent une vitesse et une fiabilité inédites en connectivité sans fil. Avec la démocratisation de la 5G, ces caractéristiques vont accélérer le développement de l'Internet des objets industriels (IIoT), en permettant aux appareils connectés de rendre les usines intelligentes et en établissant une infrastructure réseau capable de prendre en charge ces applications de pointe. Tout cela amènera à des processus de fabrication plus dynamiques et automatisé.

Alors que les fabricants se tournent vers un avenir digital, l'Internet des objets industriels (IIoT) apparaît de plus en plus comme incontournable. La prochaine ère de fabrication – souvent appelée la quatrième révolution industrielle – repose sur des informations fiables et à jour, fournies par la technologie digitale via l'analyse et le suivi de la ligne de production physique en temps réel.

« La première étape de la quatrième révolution industrielle consiste à connecter tous les actifs », déclare Guilherme Pizzato, responsable des partenaires de l'écosystème pour la fabrication et la logistique chez le géant des télécommunications et de l'électronique grand public Nokia. « Une fois connectés, les fabricants peuvent collecter et analyser toutes les données disponibles, et utiliser ces connaissances pour prendre les meilleures décisions possibles et passer à l'action. Cela offre de nombreuses possibilités telles que la surveillance d'actifs, la maintenance prédictive ou encore la robotique avancée. »

Cependant, jusqu'à présent, nous n'avons pas exploité le potentiel de transformation de l'IIoT. La raison ? Les capacités des générations précédentes de réseaux de communication sans fil – 2G, 3G et même 4G – étaient limitées et ne pouvaient pas offrir la faible latence (délais de transmission) et la sécurité nécessaires à nombre de précieuses applications. L'ancienne génération de réseau de communication sans fil n'est pas non plus capable de prendre en charge l'ensemble des appareils d'une usine intelligente.

Par conséquent, bien que certains aspects de la fabrication aient été digitalisés, la plupart des fabricants comptent toujours sur une connexion câblée pour collecter des données relatives à la planification et au fonctionnement de l'atelier, ce qui peut les bloquer dans la reconfiguration des réseaux à mesure que les besoins évoluent. Pour toutes ces raisons, les fabricants n'ont pas été en mesure d'exploiter pleinement le potentiel de l'IIoT pour optimiser leurs opérations. La bonne nouvelle, c'est que la 5G pourrait bientôt changer la donne.

À L'AUBE D'UNE NOUVELLE RÉVOLUTION

Avec une vitesse beaucoup plus élevée, une latence réduite, une connectivité plus fiable et une capacité à prendre en charge un grand nombre d'appareils connectés, la 5G devrait permettre à de nombreuses applications de voir le jour, que ce soit pour les consommateurs ou les industries.

Alors que l'on vante les mérites de la 5G aux consommateurs pour la qualité élevée du streaming et la rapidité de téléchargement, ses avantages pour l'industrie pourraient être bien plus nombreux.

« La 5G, c'est bien plus qu'une simple évolution, c'est une véritable révolution », déclare Andreas Mueller, président général de l'association industrielle 5G-ACIA, basée en Allemagne. « Contrairement aux générations précédentes, où le développement était axé sur la connexion des téléphones, la 5G se concentre principalement sur la connexion de toutes sortes d'appareils IIoT ; l'objectif étant d'offrir de nouvelles capacités à de nombreux secteurs différents. La 5G nous offrira non seulement des débits de données plus élevés, mais également une latence particulièrement réduite, une fiabilité très élevée et une efficacité inégalée. Par rapport aux générations précédentes de systèmes sans fil, ses avantages seront non négligeables. »

« Capable de prendre en charge un nombre important d'appareils, la 5G permet aux entreprises de réaliser différents cas d'utilisation avec des exigences diverses et variées et ce, au même endroit en même temps. »

Guilherme Pizzato
Responsable des partenaires de l'écosystème pour la fabrication et la logistique de Nokia

Grâce à une vitesse et une bande passante améliorées, la 5G offrira aux fabricants la possibilité de traiter plus de données à partir d'un réseau avancé de capteurs. Elle facilitera ainsi la collecte et l'analyse, plus précises et plus sécurisées, de quantités volumineuses de données de production qui seront fournies par des usines riches en capteurs. En utilisant toutes ces informations supplémentaires, les fabricants seront capables de prendre des décisions plus éclairées et pourront augmenter leur efficacité opérationnelle.

« Capable de prendre en charge un nombre important d'appareils, la 5G permet aux entreprises de réaliser différents cas d'utilisation avec des exigences diverses et variées et ce, au même endroit en même temps », ajoute M. Pizzato. « La réalité virtuelle et la réalité augmentée, par exemple, possèdent un potentiel incroyable. Elles peuvent servir pour le suivi de la production, la formation, le support à distance et de nombreuses autres fonctionnalités qui présentent des avantages immédiats. Avec la 5G, vous pouvez vous connecter sans fil pour obtenir des informations en temps réel sur les actifs et les lignes de production, mais aussi éviter d'avoir un câble qui vous empêche de vous déplacer librement. »

CONNECTIVITÉ EN TEMPS RÉEL

La 5G permettra également aux fabricants de combiner les données de fonctionnement de leurs usines intelligentes en interne avec des données externes, notamment des informations relatives à la production provenant d'entreprises de logistique, de fournisseurs, de produits en cours d'utilisation et de données de maintenance. Simuler la chaîne d'approvisionnement et assurer une traçabilité de bout en bout tout au long du cycle de vie de l'entreprise aidera les fabricants à réagir plus rapidement à des conditions fluctuantes, ce qui leur permettra de gérer la moindre perturbation et de respecter les délais. La 5G fournira également aux fabricants plus d'informations sur leurs chaînes d'approvisionnement. Ils seront alors capables d'identifier les sources de gaspillage et de prévoir la demande avec plus de précision, tout en réduisant les coûts induits par des excédents de stock ou des changements imprévus dans les volumes de production.

Vodafone fait partie des entreprises de télécommunications qui mettent en place des réseaux 5G à travers le monde, et qui offriront aux fabricants et à leurs usines des capacités sans fil jusqu'ici inégalées. (Image © Vodafone)

Pour appréhender le potentiel de la 5G et permettre à des applications IIoT de voir le jour au-delà de l'usine, Erik Brenneis, directeur IoT chez Vodafone Business, imagine une flotte de chariots élévateurs autonomes ou de véhicules de transport.

« L'IoT, optimisé par la 5G, vous permet de connecter à la fois vos centres de contrôle et vos véhicules à la chaîne d'approvisionnement extérieure afin que vous puissiez superviser et gérer efficacement différents aspects de votre usine. Quand vos produits arrivent-ils ? Où vos véhicules automatisés se trouvent-ils dans l'usine ? Où vos véhicules automatisés se trouvent-ils dans l'usine ? Quel est l'état de vos machines ? Vous pouvez surveiller et contrôler cela en temps réel, ce qui change la donne par rapport à ce que vous pouviez faire avec les précédentes générations de technologies et de réseaux. »

CRÉER DES JUMEAUX VIRTUELS

Une fois que les fabricants de hautes technologies auront réussi à combiner la 5G avec l'IIoT afin de créer des écosystèmes d'usines intelligentes, leur prochain défi à relever consistera à utiliser les informations de ces écosystèmes pour améliorer les opérations. Alors que les usines intelligentes ont le potentiel d'être considérablement plus efficaces que les méthodes de production existantes, les fabricants devront concentrer leurs efforts sur le maintien et le développement de leurs avantages concurrentiels. Pour ce faire, il sera nécessaire d'extraire rapidement les informations à partir de grandes quantités de données. La modélisation et la simulation de la chaîne d'approvisionnement et des actifs physiques permettront d'optimiser l'efficacité, la production et la qualité, afin de transformer à la fois le business model et les processus de production.

Les jumeaux virtuels des lignes de production aideront les fabricants à comprendre ce que les données signifient en contexte et à agir rapidement. Ces modèles virtuels dynamiques et multi-physiques des éléments et opérations de tout objet physique ou processus transforment les données en visuels, rapides et faciles à interpréter. Les jumeaux virtuels aident ainsi les fabricants à évaluer, partager et valider différents scénarios et opportunités de production en agrégeant les données de la ligne de production, de l'équipement de fabrication, des collaborateurs et des plans de production ; le but étant de permettre aux experts produits d'exécuter des scénarios hypothétiques afin d'identifier, de tester et de mettre en œuvre des améliorations.

« La 5G nous offrira non seulement des débits de données plus élevés, mais également une latence particulièrement réduite, une fiabilité très élevée et une efficacité inégalée. Par rapport aux générations précédentes de systèmes sans fil, les avantages de la 5G seront non négligeables. »

Andreas Mueller
Président général, 5G-ACIA

En intégrant l'IA et l'apprentissage automatique, les jumeaux virtuels peuvent également comprendre et réagir aux données en temps réel, relayées par un écosystème 5G-IIoT dans un contexte de paramètres prédéfinis, en adaptant de manière dynamique les activités de l'atelier ou en offrant à leurs partenaires humains des suggestions pour améliorer les flux de matières et de produits. Les jumeaux virtuels peuvent également mettre en lumière des problèmes de performance, de qualité et de maintenance qui pourront être résolus rapidement et ce, avant d'arrêter la production. Fournir à toutes les personnes travaillant au sein d'une entreprise un accès partagé à la visualisation 3D offre de nouvelles opportunités de collaboration.

Grâce à son usine intelligente compatible 5G, basée à Oulu, Nokia a augmenté de 30 % sa productivité, réduit de 50 % son « délai de livraison de produits sur le marché, et réalisé des économies annuelles de plusieurs millions d'euros ». (Image © Nokia)

« La 5G-IIoT est un véritable levier pour changer nos modes de production et dire adieu aux lignes de production statiques qui existent encore aujourd'hui », déclare M. Mueller. « Nous sommes capables de nous adapter à un type de production très flexible dans lequel la ligne de production peut être rapidement reconfigurée. Dans les cas extrêmes, il est possible, grâce à la 5G-IIoT qui facilite grandement la tâche, d'effectuer plusieurs reconfigurations par jour afin de résoudre un problème. »

ÉTABLIR UNE RELATION DE CONFIANCE

Bien qu'il existe peu d'obstacles majeurs à la mise en place de la 5G-IIoT dans les usines, la plupart des acteurs de l'industrie n'ont pas encore adopté cette technologie, car le nombre de tests dans le monde réel reste limité. Pour les fabricants, les fournisseurs de machines et d'équipements, les fournisseurs de plates-formes et les fournisseurs d'infrastructures de communication sans fil, il reste beaucoup à faire pour démontrer la fiabilité de la 5G et de l'IIoT dans un environnement industriel, mais aussi pour établir une relation de confiance au sein de l'industrie au sens large.

« C'est un véritable voyage qui nous attend », déclare M. Mueller. « Nous avons désormais une vision claire de la direction dans laquelle nous voulons aller, mais il nous reste encore beaucoup à faire. Ce qui manque encore actuellement, c'est une preuve solide des performances [de la 5G] dans des conditions réelles. Vous avez besoin d'avoir une certaine relation de confiance avec la technologie pour compter sur la 5G dans le cadre de votre production. Il est donc essentiel d'établir cette relation de confiance et c'est pourquoi les essais et bancs d'essais complets dans le monde réel sont nécessaires. »

Malgré cela, M. Mueller est convaincu que ceux qui montrent la voie en adoptant des modèles de production plus flexibles seront ceux qui en bénéficieront le plus.

« Selon moi, le marché décollera vraiment en 2022 », déclare-t-il. « Mais il est important que les entreprises n'attendent pas cette date et commencent dès maintenant à développer une stratégie 5G, car à ce moment-là, il sera peut-être déjà trop tard. Il est également primordial que tout le monde comprenne dès le début les améliorations et développements que la 5G implique, et adopte une stratégie efficace pour en tirer parti. N'attendez pas de suivre la tendance, initiez-la ! »

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