Industrie 4.0 : exploiter l'automatisation pour transformer la fabrication

En 1784, la première révolution industrielle a commencé avec des machines alimentées par l'eau et la vapeur. La seconde révolution est venue en 1870 avec la production de masse d'acier et d'électricité ; le monde a également été témoin de l'invention des avions pendant cette période. En 1960, la troisième révolution industrielle a introduit l'électronique sophistiquée, les ordinateurs et l'automatisation. Cette révolution était principalement axée sur la révolution numérique dans le processus industriel. Aujourd'hui, nous vivons dans un système cyber-physique qui vise à synchroniser le monde réel avec le monde virtuel. C'est ce qu'on appelle la quatrième révolution, ou Industrie 4.0, un terme officiellement inventé en 2015 par M. Klaus Schwab, le président exécutif du Forum économique mondial.

L'Industrie 4.0 est la nouvelle révolution industrielle pour créer des usines intelligentes alimentées par la mise en réseau de machines et de processus avec des plateformes intelligentes. Il existe divers éléments de la révolution manufacturière de l'Industrie 4.0, tels que l'analyse de données, l'Internet des objets (IdO), la robotique avancée, la réalité augmentée, la fabrication additive, les logiciels d'usine virtuelle et la traçabilité numérique.

Cet article examinera en profondeur la fabrication de l'Industrie 4.0, y compris les processus et technologies qui excellent et ce qui doit encore être amélioré.

Principaux éléments technologiques de la fabrication Industrie 4.0

Ci-dessous, nous détaillons certains des principaux éléments technologiques qui composent les processus de fabrication de l'Industrie 4.0 d'aujourd'hui et examinons leurs avantages et limitations.

Fabrication additive

La fabrication additive (FA), également connue sous le nom d'impression 3D, utilise un modèle CAO 3D pour fabriquer des pièces couche par couche par addition de matériaux, contrairement aux techniques de fabrication soustractives conventionnelles qui impliquent l'enlèvement de couches d'un bloc de matériau pour construire un design. Par exemple, couper une barre de métal en pièces est un exemple très simple d'un processus de fabrication traditionnel. Cependant, avec la popularité croissante de l'impression 3D et la disponibilité de métaux plus adaptés, les fabricants envisagent d'appliquer les deux processus dans la ligne de production. Le but est de combiner la fabrication additive et la fabrication traditionnelle comme un processus complémentaire pour offrir une finition de produit parfaite.

Au cours des vingt dernières années, la technologie FA a évolué à travers différentes phases. La stéréolithographie était la première technique de prototypage rapide brevetée développée sous FA en 1986. Après cela, elle a traversé les successions suivantes :

• 3DP (impression tridimensionnelle) — 1993
• Modélisation par dépôt fondu — 1992
• Frittage sélectif par laser — 1989
• Fabrication d'objets stratifiés — 1988
• Mise en forme laser par dépôt d'énergie — 2000

Avantages

Contrairement aux processus soustractifs traditionnels, la technologie FA peut vous aider à concevoir un prototype fonctionnel dans un court délai. Le gaspillage de matériau est significativement réduit, car la technologie utilise la matière première requise pour la pièce et offre une option pour réutiliser le matériau restant. Comme la pièce est fabriquée en utilisant un seul processus et avec peu de configuration requise, vous gagnez du temps et de l'argent sur plusieurs étapes de fabrication et d'assemblage.

Limitations

La fabrication additive est encore au stade bêta. Il y a des limitations fonctionnelles, telles que des vitesses faibles, qui ne la rendent pas adaptée à la production de masse. Les prototypes créés avec la fabrication additive ont souvent aussi besoin de retouches de post-production. De plus, comme la fabrication additive utilise des poudres liquides et des polymères métalliques, les matériaux manquent de résistance suffisante pour fabriquer des pièces de grande taille.

Usines virtuelles

Les usines intelligentes d'aujourd'hui emploient des systèmes cyber-physiques et exploitent le pouvoir de la technologie de l'information dans une grande mesure. Dans les usines intelligentes, le système facilite la communication, la collaboration et le travail d'équipe des machines et autres ressources de fabrication avec peu ou pas d'interférence humaine. Cependant, l'installation de ces systèmes de fabrication est coûteuse et peut être risquée à tester. À cet égard, le cadre d'usine virtuelle fournit le soutien décisionnel nécessaire.

Avantages

Le cadre d'usine virtuelle (VF) est un environnement logiciel de simulation 3D avancé pour évaluer la performance de votre usine intelligente sous une demande variable et des conditions d'usine dynamiques. Vous pouvez l'utiliser pour un seul équipement ou pour l'usine entière. La technologie VF est très utile pour prédire la variabilité du processus d'un nouveau système de fabrication en l'absence de données historiques.

Limitations

Pour que le programme de simulation retourne des résultats fiables, il doit recevoir un synopsis précis des conditions spécifiques de votre installation. Ce sont des personnalisations intensives en main-d'œuvre et nécessitent des experts en la matière. Comme la simulation s'exécute sur la base d'une entrée de données en temps réel continu, tout changement de paramètre au sein du système de fabrication, des machines ou des robots peut affecter la précision du résultat.

Robots industriels

Avec l'aide de technologies telles que l'intelligence artificielle et l'analyse de données massives, les processus de fabrication de l'Industrie 4.0 s'appuient sur des robots industriels pour augmenter la vitesse de production et réduire les coûts de processus.

Avantages

Contrairement à leurs ancêtres traditionnels, les robots dans la révolution de la fabrication de l'Industrie 4.0 sont conçus pour avoir des capacités d'auto-conscience, d'auto-maintenance et d'auto-prédiction. Avec des systèmes sensoriels avancés, ces robots de nouvelle génération interagissent avec d'autres robots et travailleurs humains pour améliorer la qualité de fabrication. Ils utilisent des technologies de capteurs avancées pour renforcer leur perception pour diverses tâches manuelles, telles que la détection automatique de pièces, la prise correcte de matériaux et la manipulation sécurisée de l'article.

Limitations

L'intégration de robots hautement sensibles et économes en énergie est difficile. De plus, les robots dans la phase industrielle 4.0 ne sont pas encore suffisamment développés pour remplacer les travailleurs expérimentés pour des tâches complexes dans les lignes d'assemblage et les centres de distribution.

Industrie 4.0 et installations de traitement des métaux

L'industrie du traitement des métaux peut grandement bénéficier de la révolution de l'industrie 4.0 en termes de coûts d'exploitation réduits, faible gaspillage de matériau, livraison rapide et faible possibilité de révisions. Les fabricants peuvent récolter des avantages à chaque étape du processus de fabrication.

Les machines CNC intelligentes peuvent construire des modèles prédictifs en utilisant des données historiques pour se prémunir contre les points de défaillance potentiels. L'effet combiné des capteurs IdO et des compteurs intelligents peut aider les grandes machines à gérer efficacement le flux d'énergie pendant les heures creuses. Le retour de processus en temps réel des machines serait un choix idéal pour les opérateurs pour éliminer toute erreur potentielle pendant sa phase alpha.

L'automatisation peut augmenter la vitesse de production et réduire les erreurs humaines, mais certains éléments seraient encore hors de leur portée. Un tel élément est l'approvisionnement en matériaux appropriés pour le projet. Une machine CNC intelligente automatisée n'est d'aucune utilité si la pièce à usiner est de mauvaise qualité.

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