Libérer les avantages des usines intelligentes compatibles IIoT

L'Internet industriel des objets (IIoT) continue de repousser les limites de la quatrième révolution industrielle, aussi connue sous le nom d'Industrie 4.0. Cette ère industrielle se caractérise par des technologies d'automatisation embarquées et des capteurs sans fil puissants qui pilotent la fabrication et la production dans des usines intelligentes et connectées.

Une tendance vers plus d'automatisation

De nombreux dispositifs IIoT dans les systèmes autonomes d'usine intelligente s'associent à l'intelligence artificielle (IA), à l'infrastructure de calcul en périphérie mobile (MEC), aux caméras, aux systèmes de contrôle, à la vision par ordinateur, à la réalité augmentée (RA), à la robotique et à l'apprentissage automatique (ML) pour une communication de données interactive en temps réel. Ces technologies d'automatisation innovantes passent continuellement de la « science-fiction » à une adoption commerciale à grande échelle.

À mesure que cette ère de transformation numérique progresse, nous voyons de plus en plus de robotiques alimentées par l'IoT, l'IA, le ML et d'autres innovations dans les usines intelligentes connectées. Nous sommes dans une ère extraordinaire de connectivité, d'interopérabilité et d'automatisation bien au-delà de la simple interaction machine-à-machine (M2M). Les données IoT provenant d'une plateforme diversifiée de solutions de détection sans fil peuvent transformer les opérations d'usine connectées.

Une époque de décisions en temps réel

Aujourd'hui, les machines d'usine connectées prennent bon nombre de leurs propres décisions en temps réel, rendues possibles par l'IoT, l'IA et le ML, pour contrôler et automatiser les processus et maintenir la production en marche de manière fluide. Simultanément, la direction au bureau principal et sur le terrain de l'usine surveille à distance les équipements, les travailleurs et les machines grâce à des capteurs sans fil à faible consommation et à longue portée, et prend rapidement des décisions basées sur les données pour :

• Améliorer l'efficacité opérationnelle et les coûts

• Renforcer la sécurité de la production et des produits

• Prédire la maintenance des machines et équipements

• Transformer les processus métier et la valeur

Des informations précieuses issues des machines connectées

La disponibilité est primordiale dans la fabrication. Lorsqu'une machine dysfonctionne ou tombe en panne, cela peut créer des effets en cascade : allongement du délai de mise sur le marché et temps d'arrêt potentiellement dommageables, jusqu'à la livraison du produit et le service client.

Les données de l'IIoT sont la « monnaie » de l'usine intelligente et connectée. Elles génèrent une valeur réactive, prédictive et même transformative en influençant fondamentalement comment et quand une personne ou une machine prend le contrôle, effectue des corrections, réalise la maintenance et rationalise la production. Les données exploitables de l'IIoT constituent le principal avantage d'une usine connectée.

L'utilisation des données pour alimenter des tableaux de bord, des outils analytiques et des systèmes de gestion opérationnelle conduit une organisation vers une meilleure innovation, efficacité et rentabilité. Les données des capteurs sans fil activent la valeur de l'IIoT à travers l'usine — des réactions correctives plus rapides à la gestion prédictive en passant par l'innovation métier transformative.

Faire prospérer les données des capteurs d'usine

Les personnes et les machines doivent collaborer et partager l'information de manière transparente pour orchestrer une performance de production idéale. Des capteurs sans fil intégrés ou fixés à pratiquement tous les actifs peuvent fournir les données dont les gestionnaires ont besoin pour maintenir l'usine en activité et affiner les processus.

Les fabricants peuvent utiliser de nombreuses stratégies pour garantir que les données des capteurs sans fil leur apportent le maximum de valeur depuis leur usine connectée. Voici trois approches importantes de gestion des données.

• Exploiter les fonctions autonomes des systèmes de contrôle. De nombreux actifs critiques fonctionnent ensemble comme une unité transparente dans une usine connectée. Mais deux des actifs les plus importants sont les systèmes de contrôle industriels (ICS) et les automates programmables (PLC). Un ICS œuvre à l'exécution et à l'automatisation des processus industriels en gérant collectivement les données, les dispositifs, les systèmes, les réseaux et les contrôles dans toute l'usine. En comparaison, un PLC peut fonctionner seul comme un concentrateur de collecte de données de capteurs ou s'intégrer dans un ICS comme composant de contrôle critique du système global.

La maintenance prédictive dépend des ICS et des PLC. Les données en temps réel provenant des capteurs qu'ils reçoivent, traitent et mettent en œuvre sont vitales pour faire fonctionner, maintenir et automatiser une usine.

Les fabricants peuvent tirer parti de diagnostics avancés, d'analyses et d'informations en utilisant les données des systèmes de capteurs pour augmenter la productivité, réduire les coûts et améliorer la sécurité. Un ICS est au cœur de cette démarche. Les processus automatisés initiés par les ICS libèrent les professionnels de l'informatique (IT) et de la technologie opérationnelle (OT) pour optimiser l'usine sans avoir à se soucier des tâches de maintenance réactives ou de routine. Les gestionnaires d'usine peuvent connaître à l'avance les problèmes de performance des machines et passer à une maintenance prédictive plutôt que répétitive et planifiée. Avec les données des capteurs filtrées par un ICS, les techniciens savent quelles machines contrôler et quand elles nécessitent une maintenance.

• Éliminer les barrières et les silos de données. Les ensembles de données ne devraient pas rester confinés à des départements individuels. Il était essentiel d'éliminer les silos de données au début de l'ère de l'information, et c'est encore plus impératif depuis que les machines ont commencé à se parler entre elles et à nous parler.

Une mine d'idées révolutionnaires et d'opportunités de transformation métier peut provenir de l'exploitation des données IIoT — c'est l'un de ses avantages principaux. L'analyse des données devrait se faire de manière transparente à travers le spectre, du niveau micro au macro — de l'analyse de performance d'une machine individuelle à l'usine connectée dans son ensemble. Vous êtes dans la meilleure position pour innover lorsque les barrières d'accès et d'analyse des données IIoT sont levées pour tous, des gestionnaires de maintenance de la chaîne de production aux analystes métier en passant par les dirigeants.

• Adopter une approche plus légère du partage des données. À l'échelle industrielle mondiale, l'IIoT génère des données en volumes massifs. Même à une échelle significativement plus petite, la direction d'usine peut encore être submergée par la vitesse et le volume des données. Le calcul en périphérie (edge computing) peut aider en fournissant des données de capteurs exploitables aux gestionnaires et machines de première ligne pour prendre des décisions rapides ou automatisées en temps réel. Avec des capteurs et passerelles intelligents effectuant le calcul en périphérie — la méthode consistant à capturer, stocker et traiter efficacement les données là où elles sont générées — les gestionnaires n'ont pas à analyser une grande quantité de données brutes pour agir. Ils n'ont pas non plus à attendre que les données soient envoyées dans le cloud, exportées, mappées et analysées pour parvenir à la même conclusion que les périphériques de périphérie ont déjà fournie.

S'il est important d'améliorer constamment l'accès et l'analyse des données, il est crucial de ne pas surcharger quiconque n'est pas analyste de données. Maintenez les alertes, flux et rapports de données à ce qui s'applique au rôle d'une personne. Lorsque vous obtenez de nouvelles informations significatives, assurez-vous que les parties prenantes clés en sont informées et partagez pourquoi des points de données spécifiques importent pour différents départements.

Les plateformes de capteurs sans fil soutiennent la maintenance et l'optimisation métier

Il est important d'adopter une approche prudente et systématique de l'automatisation d'usine. Peu importe le degré d'automatisation de votre usine si vous n'êtes pas conscient qu'une machine vibre excessivement. Une machine vibrante peut signifier qu'elle est prête à dysfonctionner. À son tour, cette défaillance pourrait entraîner la mise hors ligne de l'ensemble, ou d'une partie, d'un système automatisé de machines, créant un temps d'arrêt imprévu et inutile. La leçon ici est que l'automatisation peut s'effondrer même si un seul rouage est lâche.

Une plateforme de capteurs sans fil à faible consommation et à longue portée distribuée dans l'usine peut remédier à cela — une solution fondamentale fonctionnant indépendamment, mais de manière complémentaire, aux systèmes d'automatisation. Ce réseau de capteurs peut comprendre des accéléromètres, des mètres de vibration, la détection et la mesure de tension et de courant, l'inclinaison, la détection de mouvement infrarouge passif (PIR), la température, la qualité de l'air, l'humidité, et bien d'autres.

Une plateforme de capteurs sans fil en réseau fonctionnant principalement en coulisses garantit que la surveillance principale de la performance et de l'état de votre usine connectée n'est pas seulement prédictive, mais transformée en optimisation métier et innovation.

Composants clés d'une plateforme de capteurs

Afin de suivre l'évolution de l'Industrie 4.0, les usines connectées s'efforcent de mettre en œuvre ce qui suit.

• Fonctionner sur une plateforme de capteurs sans fil industrielle, à faible consommation, axée sur la transmission de données en temps réel, la maintenance prédictive et l'augmentation du temps de fonctionnement. Un réseau de capteurs sans fil peut être conçu pour :

  • Ne consommer de l'énergie que lorsque les capteurs communiquent, économisant ainsi l'énergie et prolongeant la durée de vie de la batterie

  • Fournir des alertes instantanées par SMS, e-mail ou appel vocal lorsque des paramètres prédéfinis sont dépassés

  • Fournir des données de tendance et des journaux de données pour des informations générales et des données de conformité

  • Rationaliser la collecte, la transmission et l'analyse des données avec des algorithmes préconfigurés et un traitement à la demande en utilisant des capteurs et des passerelles de périphérie plutôt que de surveiller manuellement les machines et de collecter des données sur des listes de contrôle papier. Ensuite, filtrer les données via les systèmes de contrôle en utilisant des interfaces de programmation d'applications (API), des passerelles Modbus série et des PLC. Seules les données exploitables et les alertes de capteurs circuleront en temps réel grâce à cette pratique, et les données brutes pourront être journalisées ou stockées dans une base de données pour une analyse ultérieure.

  • S'intégrer aux systèmes de gestion de bâtiments (BMS) via le protocole de communication de données Building Automation and Control Network (BACnet™) ou Modbus TCP/IP

• Renforcer la gestion des risques en ajoutant une plateforme de sécurité des données de bout en bout au réseau de capteurs dans l'usine.

  • Utiliser des systèmes de capteurs qui incluent le chiffrement des données utilisant l'algorithme d'échange de clés Diffie-Hellman et le chiffrement symétrique AES-128 (Advanced Encryption Standard 128-bit) en mode CBC (Cipher Block Chaining) pour protéger les données contre les violations.

  • Protéger les serveurs web et navigateurs connectés à un réseau de capteurs avec le chiffrement Transport Layer Security (TLS).

  • Ajouter une authentification SHA-3 (Secure Hash Algorithm 3) 256 bits pour protéger les données du point de génération à la consommation. Un jeton de données sécurisé est évalué via une fonction de hachage cryptographique contre une clé secrète unique par capteur.

• Amplifier la fiabilité de la communication sans fil à longue portée des capteurs avec le spectre étalé à saut de fréquence (FHSS). Avec ce spectre robuste et à longue portée, les signaux s'étalent et sautent parmi des fréquences radio changeant rapidement. Ce spectre de communication est hautement résistant aux interférences, et les signaux sont difficiles à intercepter car ils ne transmettent que sur des intervalles extrêmement courts. Cela rend le FHSS essentiellement cybersécurisé. Avec le FHSS, les communications de données des capteurs sans fil ont :

  • Une forte immunité aux perturbations provenant d'obstructions physiques, de systèmes radiofréquences externes et d'interférences électromagnétiques (EMI)

  • Une connectivité jusqu'à 1200+ pieds dans les environnements de fabrication

• Les gestionnaires d'usine connectée peuvent utiliser un système sans fil intégré pour optimiser tous les aspects des opérations d'une usine. Ils peuvent mettre en œuvre des systèmes d'automatisation en parallèle avec l'optimisation des processus de maintenance et de production, par exemple.

  • Ajouter des véhicules à guidage automatique pour le prélèvement et l'emballage d'inventaire, la manutention, le placement et la livraison.

  • Utiliser des robots industriels pour le soudage à l'arc et par points, le tending de machines, la peinture de produits, le levage et l'assemblage, le collage et la connexion de pièces, et plus encore.

  • Fixer des accéléromètres sur les lignes d'assemblage et les bras robotiques, des mètres de vibration sur les moteurs de machines, des capteurs d'inclinaison pour détecter un fonctionnement sûr des machines, et des ampèremètres pour surveiller la consommation d'énergie.

  • Installer des capteurs de température et d'humidité dans les systèmes CVC, les zones de production et les moteurs, ainsi que des capteurs de mouvement PIR dans les zones de contrôle de production et restreintes.

En résumé

Les fabricants devraient mettre en œuvre une plateforme de capteurs IIoT qui fournit des données exploitables en temps réel pour prévoir les temps d'arrêt des machines, augmenter l'efficacité opérationnelle, améliorer le résultat net et récolter les bénéfices de la dernière révolution industrielle.

Cet article a été rédigé par Brad Walters, fondateur et PDG de Monnit (South Salt Lake, UT). Pour plus d'informations, contactez M. Walters à Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser. ou visitez ici .