L’usine du futur

Dans l’usine du futur, également appelée « usine intelligente » ou « Industrie 4.0 », la main d’œuvre et la technologie collaborent dans un environnement qui associe parfaitement les mondes physique et virtuel, avec l’objectif d’améliorer l’efficacité et le développement durable.

« L’association du « virtuel » et du « réel », afin d’obtenir une vue complète de la chaîne de valeur, permettra aux usines de produire plus rapidement et plus efficacement, et d’obtenir un meilleur rendement avec moins de ressources. », affirme la Commission électrotechnique internationale (IEC), une organisation internationale de normalisation basée en Suisse, dans son livre blanc « Factory of the Future »

Même si cette idée peut paraître futuriste, elle porte déjà ses fruits chez les fabricants mondiaux les plus avancés. D’après une étude sur les perspectives de production réalisée en 2014 par l’American Society for Quality, 82 % des entreprises ayant mis en place la fabrication intelligente (en anglais, smart manufacturing) ont déclaré avoir gagné en productivité, 49 % ont indiqué avoir réduit le nombre de défauts dans leurs produits et 45 % ont affirmé avoir augmenté la satisfaction de leurs clients.

Pour que tous les fabricants puissent profiter de l’usine du futur, ils doivent disposer d’une main-d’œuvre « très qualifiée sur le plan technique », conseille l’IEC. Il faut que les ouvriers soient capables de comprendre et de manipuler les modèles virtuels de leur environnement physique. C’est un défi pour les enseignants et certains des meilleurs centres mondiaux de formation technique adoptent de nouvelles approches pour aider les ouvriers à développer les compétences exigées dans les usines du futur.

PRÉPARATION À L’« INDUSTRIE 4.0 »

Le concept d’usine du futur, en Allemagne « Industrie 4.0 », nécessite de faire évoluer les mentalités, à la fois dans l’industrie et dans l’éducation.

« Nous sommes confrontés, pour nos programmes, au même défi que l’industrie, pour ses processus de fabrication », affirme Vera Hummel, professeur de logistique de production et de transport, de techniques d’achats et d’ingénierie industrielle, à l’université de Reutlingen, en Allemagne. « Nous devons donner aux étudiants une vision globale du système, qui comprend la technologie, les systèmes hybrides, les systèmes de localisation, ainsi que les nouveaux processus et business models qui peuvent en résulter. »

Pour les étudiants, cela implique l’apprentissage de trois compétences non conventionnelles.

« La première difficulté pour les étudiants est d’apprendre à utiliser un système hybride combinant assistance technique et systèmes cyber-physiques », indique-t-elle.

« La deuxième est l’environnement d’ingénierie numérique totalement intégré. Auparavant, les étudiants travaillaient soit avec des logiciels de CAO, soit avec des logiciels de simulation de procédés ou de simulation robotique. À présent, ils doivent travailler avec tous ces outils, au sein d’un seul et même processus de développement intégré. La troisième difficulté est d’apprendre à exploiter des produits intelligents dans un environnement de production opéré par pilotage automatique en fonction des demandes clients. »

Selon Vera Hummel, l’enseignement de ces compétences nécessite de s’éloigner des cours traditionnels, où les matières sont séparées par disciplines, afin de fournir aux étudiants une compréhension globale des relations et des interdépendances qui régissent les procédés mécaniques, informatiques et automatisés.

Les étudiants en licence travaillent donc, deux jours par semaine, sur des projets au sein d’une « usine d’apprentissage » spécialement conçue pour cette formation et qui associe l’infrastructure physique de production et les outils virtuels du cloud pour l’ingénierie numérique.

« Ils apprennent à gérer les big data, les processus numériques, ainsi que les nouveaux modèles de gestion et de coopération entre les services ». Selon Vera Hummel, l’objectif est de créer un modèle virtuel qui reproduit chaque élément de l’équipement, de la gestion et des commandes d’une usine, afin de « fournir aux étudiants une expérience concrète d’utilisation des nouvelles technologies dans le cadre de l’Industrie 4.0 ».

DES PROJETS D’INGÉNIERIE MONDIALISÉS

En France, l’École nationale d’ingénieurs de Metz (ENIM) est membre de l’Institut national polytechnique de Lorraine (Lorraine-INP), un collegium de 11 écoles d’ingénieurs de l’université de Lorraine. L’ENIM a mis en place un programme baptisé « Factory Futures » qui réunit des étudiants du monde entier autour d’un projet collaboratif de PLM (product lifecycle management) dans le cloud. Il s’agit de les préparer à concevoir, simuler et fabriquer des produits dans le contexte des usines du futur.

« Les modèles pédagogiques des écoles d’ingénieurs en France et à l’étranger ne fournissent pas de programmes permettant aux jeunes de se préparer à des projets d’ingénierie mondialisés », indique Julien Zins, directeur de projet PLM et coordinateur Amérique Latine à l’ENIM.

« L’INDUSTRIE 4.0 N’EST PAS SEULEMENT UNE AFFAIRE DE RENDEMENT. IL S’AGIT ÉGALEMENT DE CRÉER DE NOUVEAUX BUSINESS MODELS, EN PHASE AVEC LES SOLUTIONS TECHNOLOGIQUES ET LES SERVICES NOUVEAUX. »

VERA HUMMEL
PROFESSEUR DE LOGISTIQUE DE PRODUCTION ET DE TRANSPORT, DE TECHNIQUES D’ACHATS ET D’INGÉNIERIE INDUSTRIELLE, UNIVERSITÉ DE REUTLINGEN

Le projet Global Factory, lancé en 2012, puis Factory Futures, lancé à la rentrée 2016, offrent aux étudiants la possibilité de mener un projet d’ingénierie avec 17  universités partenaires soit 100 étudiants et professeurs de 10 pays différents. Selon Julien Zins, l’autre objectif pour les universités était de partager, avec leurs partenaires, leur expérience en termes de solutions 3D numériques de PLM.

« Une approche pluridisciplinaire, axée sur la résolution de problèmes, permet d’intégrer des partenaires internationaux aux compétences variées, telles que la mécatronique ou la gestion de l’innovation », indique-t-il. « Cette année, par exemple, nous avons intégré deux écoles membres du collegium Lorraine-INP de l’université de Lorraine : l’École supérieure des sciences et technologies de l’ingénieur de Nancy et l’École nationale supérieure en génie des systèmes et de l’innovation (ENSGSI), ce qui permet d’intégrer ces deux compétences. »

« LES UNIVERSITÉS DOIVENT ADMETTRE QU’IL N’EST PAS SUFFISANT D’ENSEIGNER AUX ÉTUDIANTS LA CRÉATION D’UN PRODUIT UNIQUEMENT DU POINT DE VUE DE L’INGÉNIERIE. ELLES DOIVENT ÉGALEMENT LEUR ENSEIGNER LA PRODUCTION. »

MICHAEL GRIEVES
PROFESSEUR ET DIRECTEUR EXÉCUTIF DU CENTRE POUR L’INDUSTRIE AVANCÉE ET LA CONCEPTION INNOVANTE (CAMID), INSTITUT DE TECHNOLOGIE DE FLORIDE

Les enseignants doivent rester à la page pour pouvoir espérer fournir les compétences nécessaires aux étudiants.

Julien Zins et ses collègues, par exemple, suivent de près les actions du gouvernement français et le projet « Industrie du futur », une initiative nationale qui implique des entreprises de technologie, des associations de professionnels et des partenaires universitaires, et dont l'objectif est de promouvoir le programme gouvernemental de transformation numérique de l'industrie française.

« Du point de vue informatique, les écoles françaises sont bien équipées en matériel pour relever ce défi. Les enseignants devront cependant être attentifs à réactualiser plus souvent leurs cours en terme d’outils et rester compétents sur les logiciels les plus récents », indique Julien Zins. « Il est primordial que les enseignants comme les équipes d’ingénieurs soient certifiés sur les solutions appropriées. Par chance, en France, le réseau AIP-PRIMECA centralise les besoins en formation des professeurs de l’enseignement supérieur concernant les solutions 3D que nous utilisons. Tout au long de l’année, ce réseau propose aux enseignants qui le souhaitent des formations spécialisées. »

TRANSFORMER L’ENSEIGNEMENT

Selon les enseignants américains, l’usine du futur pourrait signifier une croissance du nombre d’emplois d’ouvriers dans l’industrie.

« Une pression est exercée sur les universités américaines pour qu’elles proposent des cours dans le domaine de l’industrie, ce qu’elles n’ont pas réellement fait dans le passé », indique Michael Grieves, professeur et directeur exécutif du centre pour l’industrie avancée et la conception innovante (CAMID) de l’Institut de technologie de Floride. « Cette pression est due au besoin d’emplois dans le secteur de l’industrie aux États-Unis, mais également à l’utilisation de technologies de pointe, qui transforment le visage de l’industrie et réduisent les coûts de production. »

Si des technologies telles que l’Internet des objets et la fabrication additive permettent aux fabricants américains de produire des biens à des coûts équivalents à ceux des pays à bas salaires, « ce sont les coûts de transport qui feront la différence et les fabricants souhaiteront produire au plus près de leurs clients », affirme Michael Grieves.

Délivrer les compétences nécessaires aux fabricants de demain implique, selon lui, que les institutions aillent au-delà des méthodes traditionnelles d’éducation en silos.

« Aux États-Unis, les meilleures universités forment des ingénieurs sans vraiment comprendre le monde de l’industrie », déclare-t-il. « Il existe tout un ensemble de sujets que nous n’enseignons pas et que les étudiants doivent apprendre après leurs études, quand ils commencent à travailler dans l’industrie. Les universités doivent admettre qu’il n’est pas suffisant d’enseigner aux étudiants la création d’un produit du point de vue de l’ingénierie. Elles doivent également leur enseigner la production, afin de s’assurer que les produits puissent, à l’issue de leur conception virtuelle, être réellement fabriqués de manière efficace et économique. »

« IL EST ESSENTIEL DE CRÉER UN ENVIRONNEMENT D’APPRENTISSAGE QUI REPRODUIT L’ENVIRONNEMENT DE PRODUCTION, AFIN QUE LES ÉTUDIANTS PUISSENT LES RELIER AU MONDE DU TRAVAIL. »

ASHOK SHETTAR
VICE-CHANCELIER DE L’UNIVERSITÉ DE TECHNOLOGIE KLE

Parmi les meilleures institutions américaines dans ce domaine, Michael Grieves cite notamment l’Institut de technologie de Floride, l’université Purdue et l’Institut de technologie de Géorgie, mais il souligne que même ces établissements doivent renforcer leur approche interdisciplinaire.

« La plupart des universités américaines possèdent des facultés d’ingénierie, et non des facultés d’ingénierie et de fabrication », indique-t-il. « Il ne s’agit plus de concevoir un produit et de l’expédier au service fabrication. Pour créer un produit, il faut aborder la question de sa conception et de sa production de manière holistique. Les enseignants doivent donc prendre ce virage stratégique vers une approche globale afin de suivre l’évolution rapide des pratiques de l’industrie. »

DES IDÉES ET DES HOMMES

En 2014, l’industrie représentait seulement 16 % du produit intérieur brut de l’Inde, d’après la Banque mondiale. La même année, le Premier ministre indien Narendra Modi a lancé l’initiative « Make in India », pour attirer les investisseurs étrangers et faire de l’Inde une plaque tournante mondiale de l’industrie.

« Pour rivaliser au niveau mondial, nous avons besoin d’ingénieurs qualifiés et multidisciplinaires, et cela nécessite une nouvelle approche de la formation des ingénieurs », déclare Ashok Shettar, vice-chancelier de l’université de technologie KLE, en Inde. « Nous enseignons de nombreuses technologies qui sont adaptées à l’usine du futur, telles que le big data, le cloud, l’analytique, les systèmes embarqués, la robotique et l’automatisation, mais pas de manière intégrée. »

« L’usine du futur est également un lieu de collaboration, où de nombreuses opérations peuvent avoir lieu dans des lieux physiques différents, avec les problèmes de différences culturelles que cela peut créer. Il est essentiel de créer un environnement d’apprentissage qui reproduit l’environnement de production, afin que les étudiants puissent appliquer leurs connaissances en contexte et les relier au monde du travail. »

Le programme d'ingénierie de l'université de technologie KLE met l'accent sur un apprentissage par l’expérience. Les cours de première année incluent l'innovation sociale, qui applique le design thinking pour répondre aux besoins sociaux, et l'ingénierie exploratoire, qui regroupe de nombreuses disciplines d'ingénierie pour favoriser une vision globale de la production. Les autres cours encouragent une approche pluridisciplinaire de la réalisation de produit au sein des 557,40 mètres carré de l'usine d'apprentissage de l'université.

« Les étudiants travaillent au sein d’équipes interdisciplinaires qui associent les étudiants d’ingénierie mécanique et ceux d’ingénierie électrique. Ainsi, ils comprennent comment des équipes de différentes disciplines peuvent travailler ensemble vers un objectif commun », indique Ashok Shettar.

Afin de transmettre ces compétences, les enseignants de l’université de technologie KLE ont dû eux-mêmes enrichir leur expérience, au-delà de leur domaine de spécialité.

« Nous avons identifié des lacunes dans notre pratique actuelle et nous avons travaillé en collaboration avec l’industrie afin de les combler et de renforcer notre capacité à enseigner ces matières », explique Ashok Shettar. « Puisque nous demandons à nos étudiants de savoir travailler dans des équipes interdisciplinaires, nous devions d’abord réaliser nous-mêmes l’expérience. Nous avons donc expérimenté cela avant de commencer à enseigner cette nouvelle approche à nos étudiants. »

UNE NOUVELLE COLLABORATION ENTRE L’INDUSTRIE ET L’UNIVERSITÉ

Développer les compétences nécessaires à l’usine du futur est un défi qui demande une coopération croissante entre les disciplines universitaires et entre l’éducation et l’industrie, et de s’engager avec détermination dans l’adoption des nouvelles stratégies et méthodes, dans l’enseignement comme dans l’industrie.

« Nous devons démontrer une réelle volonté de travailler ensemble et développer une culture de coopération entre l’industrie et le monde universitaire », déclare Ashok Shettar.

Pour plus d'informations: http://3ds.one/FactoryFutures