À l’heure actuelle, en raison de la mondialisation et de l’évolution constante de la concurrence sur le marché en fonction des demandes des clients, la philosophie de production d’Industrie 4.0 peut être appliquée pour fournir la quantité et la qualité requises du produit final. La science et la politique doivent travailler ensemble pour mettre en pratique le concept Industrie 4.0. Cela signifie que dans le secteur de la production, une restructuration complète des processus de production est nécessaire et que le flux de travail analogique centralisé actuel doit être transformé en processus de production numérique décentralisé. Dans le même temps, le concept d’Industrie 4.0 propose de nouveaux modèles commerciaux, de nouveaux produits et de nouveaux services. Toutes ces transformations reposent sur des systèmes de production à commande et à contrôle automatique pilotés par Internet, grâce à une programmabilité accrue, une connectivité utilisant l'Internet des objets ( IoT ), une capacité de stockage en mémoire pour le Big data et des capacités basées sur un capteur.
Ces changements radicaux dans l’industrie conduiront à la création d’usines intelligentes et rendront les secteurs de la production et de la logistique plus efficaces, plus flexibles et plus axés sur les clients. Ce changement de paradigme économique signifie réduction des coûts, réduction des délais et amélioration de la qualité des produits finis.L'usine intelligente joue un rôle clé dans le concept d’Industrie 4.0 : c'est une usine sensible au contexte qui aide les personnes et les machines à leurs tâches de manière autonome. Il comprend une technologie d'intégration verticale et des réseaux de systèmes de fabrication afin de réaliser des systèmes de production intelligents et très flexibles utilisant l'IoT comme outil de communication. L’usine intelligente s'auto-organise, s'adapte automatiquement et apprend de nouvelles conditions et exigences en temps réel (ou presque). L'usine intelligente ( Smart Factory ) combine de nombreuses technologies afin de satisfaire les demandes des clients, allant des produits et services intelligents connectés à Internet à la collecte et à l’analyse de données à l’aide d’applications intelligentes. La technologie d’IoT permet aux clients d’être plus impliqués dans le processus de conception de la production.
Les technologies utilisées dans le récent concept Industrie 4.0 pour créer une usine intelligente sont plus interconnectées, plus communicatives et plus intelligentes que la fabrication traditionnelle. Au lieu des chaînes d'approvisionnement traditionnelles, le concept Industrie 4.0 nécessite un réseau numérique mondial, capable de s'adapter avec souplesse aux demandes changeantes de clients uniques, à l'activité des membres de la chaîne d'approvisionnement et à l'évolution de l'environnement du marché.
L’Industrie 4.0 peut être défini comme une transformation numérique prenant des décisions décentralisées autonomes dans tous les systèmes cyber physiques où chaque élément travaille en interaction. Les produits et les machines communiquent les uns avec les autres et le transfert d'informations est mis en œuvre par des capteurs, reliés dans un réseau mondial, lui-même connecté à l'ensemble de la chaîne d'approvisionnement, qui garantit les besoins individuels des clients.
L'interopérabilité, la virtualisation, la décentralisation, la capacité temps réel et la modularité doivent être présents dans les systèmes de production de l'industrie du futur. Selon le Boston Consulting Group, ces fonctions reposent sur neuf piliers et constituent les technologies les plus récentes connues dans le monde entier.
1. Les systèmes multi-agents (SMA) :
Il peuvent être des machines intelligentes, des robots collaborateurs, des capteurs, des contrôleurs, etc., qui communiquent avec le système de contrôle de la production et les pièces intelligentes. Les machines se coordonnent, se contrôlent et s'optimisent ainsi processus de production entier.• Les robots autonomes :
Ce sont des robots industriels intelligents capables de coopérer et de collaborer les uns avec les autres lors de la fabrication afin de réaliser des tâches plus complexes avec une efficacité accrue.• L'intelligence artificielle :
C'est est la capacité des robots à apprendre et à penser de manière logique et autonome, et pas seulement en fonction de programmes écrits par des personnes.2. L'intégration système :
Elle signifie la reconfiguration optimale des systèmes physiques cyber connectés, qui peuvent être des capteurs, des actionneurs, etc. (intégration verticale); et le fonctionnement optimal de toute la chaîne d'approvisionnement, y compris les fournisseurs, les fabricants, les fournisseurs de services, etc. (intégration horizontale).3. Les mégadonnées ( Big data ) :
Elles désignent l'énorme quantité d'informations nécessaire au fonctionnement optimal des systèmes de type réseau intelligent. La collecte, l'analyse et l'évaluation de cet ensemble de données sont essentielles pour la prise de décision en temps réel.4. Les outils de simulation :
Ils sont utilisés pour l'optimisation des processus de production et l'utilisation maximale des ressources. La simulation est une méthode efficace pour modéliser les processus déterministes et stochastiques et faciliter la prise de décision.5. La cybersécurité :
Elle comprend les technologies développées pour protéger les systèmes, les réseaux et les données des cyberattaques.6. L'informatique en nuage ( Cloud Computing ) :
Elle fournit une puissance de calcul illimitée pour transférer, stocker et analyser l'énorme quantité de données nécessaire au fonctionnement optimal des systèmes.7. La fabrication additive :
Elle est une technologie innovante permettant de construire des objets tridimensionnels en ajoutant couche après couche un matériau donné. Cette technologie d'impression 3D offre la possibilité de fabriquer des composants et des produits plus complexes et uniques, nécessaires pour une production plus flexible et unique.8. La réalité augmentée ( VR ) :
Elle offre la possibilité de visualiser les processus de fabrication en transformant l'environnement réel en environnement virtuel.9. La technologie de l'Internet des objets (IoT) :
Elle permet aux objets (machines, véhicules, produits ou autres dispositifs, par exemple) de communiquer et d'interagir les uns avec les autres. IoT fournit la connexion réseau et l'échange de données d'objets.Rôle des outils de simulation et de l'IA dans l'amélioration de l'efficacité d'usines intelligentes
Simulation 3D :
La simulation 3D dans une usine intelligente décrit la modélisation et la visualisation du fonctionnement de processus réels ou du comportement système dans le temps afin de prévoir, évaluer et valider les performances de systèmes stochastiques complexes, de processus et de tâches de production. Grâce à la croissance exponentielle de la puissance de calcul, les outils de simulation industriels ont été largement utilisés afin d'optimiser la conception et le fonctionnement des systèmes. Le point essentiel de l'outil de simulation dans l'industrie du futur est sa capacité à transformer les concepts de base de l'usine intelligente en réalité grâce à la représentation structurelle et dynamique exacte des lignes de production. Cela permet de trouver le comportement et le contrôle optimaux des unités de fabrication et d'identifier les opportunités de réduction des coûts telles que l'optimisation des effectifs directs et indirects.L'Intelligence artificielle :
L'intelligence artificielle est reconnue comme une discipline informatique qui vise à modéliser ou à simuler des comportements humains dits intelligents tels que la perception, la prise de décision, la compréhension, l'apprentissage, etc. Elle concerne le développement de programmes informatiques capables d'effectuer des tâches complexes. Le concept d'intelligence artificielle représente le cerveau numérique de l'industrie 4.0 et en est le moteur. Il consiste en un apprentissage automatique qui permet aux machines de prédire leurs opérations futures et leur permet de tirer des leçons de l'expérience de manière autonome. Il permet également la communication entre les machines et les interfaces utilisant l'IA distribuée dans le concept de systèmes multi-agents. Grâce aux capteurs installés dans les systèmes de production, elle permet aussi de capturer la consommation d'énergie de machines individuelles, d'analyser les cycles de maintenance, puis de les optimiser au cours de la prochaine étape. Il peut également indiquer quand les données d'exploitation sont erronées. À mesure que la quantité de données augmente, le système optimise son efficacité et permet des prévisions plus précises. En utilisant des techniques d'intelligence artificielle, les systèmes intelligents de l'industrie 4.0 peuvent, par exemple, identifier des objets sur des chaînes de convoyeurs avec reconnaissance d'image, les trier automatiquement et identifier les défauts du produit en termes de précision et de qualité.En conclusion
On peut en conclure que la mise en place des usines intelligentes et l'application de dispositifs intelligents (robots, machines, capteurs, etc.) et de pièces à usiner seront indispensables à l'avenir pour réaliser une production plus compétitive, flexible, durable et personnalisée . On peut également résumer que l’utilisation des méthodes de simulation et d’intelligence artificielle pour la collaboration de robots est un outil essentiel pour un fonctionnement efficace et optimal des processus de production.
Source :
Rabab Benotsmane, György Kovács, László Dudás, "Economic, Social Impacts and Operation of Smart Factories in Industry 4.0 Focusing on Simulation and Artificial Intelligence of Collaborating Robots"
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