Comment l'IIoT transforme la conception et la fabrication de produits

Introduit pour la première fois par des scientifiques allemands en 2011, le concept d'industrie 4.0, ou la quatrième révolution industrielle a été conçue comme une stratégie pour le gouvernement.

La priorité était sur la production de masse flexible qui comprenait la personnalisation agile des produits, la coordination des humains, des machines, des appareils et des capteurs, la transparence des informations et la capacité de prendre des décisions à des points de fabrication décentralisés.

Faciliter l'industrie 4.0 a nécessité de nouveaux processus de fabrication, de nouvelles technologies, une formation et de nouveaux systèmes. L'Internet des objets industriel (IloT) joue un rôle central dans la connexion des éléments et dans la mise en place de processus et de prises de décision décentralisés.

Aujourd'hui, 10 ans plus tard, les entreprises ont fait des progrès en matière d'automatisation de la fabrication, d'intelligence et d'innovation qui sont évidentes partout dans les flux de production de bout en bout.

Jetons un coup d'œil.

Ingénierie et conception de produits pour l'IIoT et le jumeau numérique

Concevoir un nouveau produit, puis construire le produit et tester son fonctionnement, sont deux choses différentes.

Trop souvent, les services d'ingénierie publient une conception de produit, puis une équipe distincte d'ingénieurs examine la conception et demande des modifications de produit, en fonction du fonctionnement réel du produit. Bien que cette conception itérative puisse améliorer la qualité du produit, les révisions coûtent du temps et de l'argent.

Désormais, avec les jumeaux numériques virtuels IIoT, les concepteurs de produits peuvent exécuter des représentations virtuelles de simulation pour voir comment les produits fonctionnent dans divers scénarios. Le jumeau numérique, qui est un programme informatique, injecte des données du monde réel sur un objet ou un système physique, puis génère des prédictions ou des simulations du fonctionnement de cet objet ou système.

Les simulations de jumeaux numériques améliorent et révisent les produits. Étant donné que les jumeaux numériques sont des simulations de produits, leur utilisation peut éliminer le temps perdu dans l'atelier de fabrication lorsque des défauts sont découverts et sont plus coûteux à corriger.

« Les données en temps réel du jumeau numérique permettent au concepteur de « voir » en temps réel comment les fonctionnalités [du produit] sont utilisées ou ignorées, et les modèles d'utilisation abusive qui pourraient être dus à une mauvaise documentation », a déclaré W. David Stephenson, directeur de Stephenson Strategies, une société de conseil en IoT. « Fréquemment, le produit peut être mis à jour numériquement, via des mises à jour logicielles, ce qui réduit les problèmes de maintenance et augmente la satisfaction et la fidélité des clients.

Tesla, par exemple, le fait avec des mises à jour logicielles en direct. »

Automatisation, visibilité en temps réel sur l'atelier de fabrication

Une prémisse centrale de l'Industrie 4.0 est la fabrication décentralisée.

D'un point de vue informatique, cela signifie que davantage de calculs s'exécutent à distance en périphérie de l'entreprise et en dehors des centres de données centraux. Ce sont les technologies IIoT telles que les capteurs, la robotique, l'automatisation et le streaming vidéo qui facilitent la fabrication de pointe.

Au niveau de la fabrication, l'accent est mis sur l'automatisation des processus de fabrication et sur la visibilité de ce processus pour l'efficacité et les économies de coûts. En particulier dans les environnements de fabrication répétitifs, où un seul article tel qu'une boîte de céréales pour petit-déjeuner ou un rouleau d'essuie-tout est fabriqué à plusieurs reprises, la robotique IIoT a automatisé des chaînes d'assemblage en exécutant fidèlement les mêmes opérations encore et encore, sans écarts pouvant introduire des erreurs.

Cette automatisation accélère les processus et peut réduire les coûts de fabrication, mais la mise en garde est que les humains doivent pouvoir intervenir si nécessaire.

C'est là qu'intervient la visibilité en temps réel.

Les capteurs intégrés à la robotique et à d'autres équipements de fabrication automatisés émettent des alertes lorsqu'un processus ou un équipement particulier signale la possibilité d'une défaillance. Étant donné que les alertes prédisent un problème avant qu'il ne se produise, une maintenance préventive qui empêche les pannes peut être effectuée.

La visibilité IIoT permise par les capteurs et les flux vidéo joue un rôle essentiel, car le coût moyen des temps d'arrêt pour la fabrication répétitive a été estimé à 6 000 $ par heure.

Les usines de production sont également équipées de caméras qui diffusent la vidéo à partir de points situés dans chaque usine. Un superviseur de fabrication, s'il est loin du sol, peut observer un processus de fabrication qui pourrait être en difficulté depuis son téléphone intelligent et réagir immédiatement. Les équipements, produits et autres actifs de l'entreprise sur l'atelier de fabrication et dans des cages d'équipement sécurisées peuvent également être surveillés en continu grâce à la diffusion vidéo par caméra à des fins de sécurité.

« Il ne suffit pas d'effectuer l'analyse hors ligne, car l'objectif est de déterminer un problème en aval bien à l'avance, ce qui nécessite une surveillance en temps réel des informations d'événement pour les composants critiques », a déclaré Evan Guarnaccia, architecte de solutions SAS chez SAS, « Il peut s'agir d'un petit moteur électrique qui, en cas de problème, déclenchera une panne plus grave sur toute la ligne, ou il peut s'agir d'un composant très coûteux. »

IIoT proactif avec streaming vidéo

Les premiers IIoT étaient construits autour de capteurs, de robotique et d'automatisation. Ces technologies IIoT continueront de jouer un rôle crucial à mesure que la fabrication se fera dans des usines décentralisées.

À terme, nous pouvons nous attendre à voir davantage de vidéos en streaming  qui permettent aux superviseurs et aux responsables d'observer les pratiques dans les usines où ils ne peuvent physiquement pas être présents, et de réagir de manière proactive à ce qu'ils voient.

Historiquement, les ingénieurs de fabrication rencontraient des difficultés lorsqu'ils essayaient de communiquer entre eux sur la conception d'un produit. Aujourd'hui, un ingénieur de fabrication peut diffuser des vidéos vers un ingénieur de conception qui se trouve peut-être à l'autre bout du monde. De manière pratique, une ingénierie de fabrication peut en fait démontrer en temps réel une complication du produit à l'ingénieur de conception.

Cela facilite des révisions de produits plus rapides et plus efficaces, et cela ajoute à la puissance du jumeau numérique, qui offre aux ingénieurs du côté de la conception et de la fabrication de la discipline une visite virtuelle du produit avant une seule puce, boulon, moteur ou utilisateur l'interface est installée.