Usines connectées, Industry 4.0 et 5G : quels bénéfices et cas d'usages ?

Une usine connectée utilise la technologie numérique, les capteurs et le stockage sur le cloud pour permettre un partage transparent des informations. Ces données recueillies en temps réel aident les usines à améliorer la productivité, l'efficacité et les rendements.

Les usines connectées ne sont qu'une partie de la quatrième révolution industrielle, ou industrie 4.0. Ces usines "intelligentes" ou connectées exploitent l'infrastructure informatique existante, en la combinant avec de nouvelles technologies telles que les capteurs IoT, la 5G privée et l'intelligence artificielle (IA) pour stimuler l'innovation, réduire les coûts et améliorer les performances opérationnelles.

I. Quels sont les bénéfices attendus des usines connectées ?

Le personnel et les propriétaires d'entreprise peuvent bénéficier d'usines plus intelligentes et plus connectées. De l'automatisation aux insights avancés, voici les avantages qui stimulent la demande d'usines connectées.

A. Des connaissances combinées avancées

Les usines connectées ont une myriade d'opportunités supplémentaires pour collecter et traiter les données grâce à l'utilisation de capteurs IoT. Ces capteurs, petits mais puissants, surveillent et collectent des données sur tout, de l'humidité à la température en passant par les vibrations et la conductivité de l'emplacement. Une fois traitées, ces données sont utilisées pour glaner de nouvelles informations qui n'étaient pas possibles auparavant afin d'aider les entreprises à mieux comprendre les opérations et à découvrir des opportunités de croissance et d'efficacité.

Grâce à des analyses avancées, les entreprises peuvent obtenir des informations sur l'ensemble de leurs usines ou les filtrer en fonction de chaque site. Les entreprises disposent ainsi d'une vue globale et évolutive de leurs opérations à tout moment.

B. Une logistique plus efficace

Avant l'avènement des capteurs IoT, les équipes logistiques, opérationnelles et informatiques se retrouvaient souvent avec de nombreux angles morts dans leur processus de suivi, laissant place à de larges marges d'erreur. 

Aujourd'hui, les usines connectées peuvent suivre un produit de sa conception à sa livraison grâce à un large éventail de capteurs et de supports sans fil. L'amélioration de la logistique permet aux entreprises de suivre avec précision leur taux de production, leur calendrier de fabrication et leurs délais d'expédition.

C. L'automatisation et l'orchestration des usines

L'un des plus grands avantages des usines connectées est sans doute leur potentiel d'automatisation. Plutôt que de dépendre de l'apport humain, l'intelligence artificielle peut prendre des décisions intelligentes fondées sur des données en temps réel en fonction des événements qui se produisent dans l'usine.

Par exemple, des capteurs surveillant les niveaux d'huile et la température peuvent créer une demande de maintenance si les conditions s'éloignent trop d'un niveau acceptable. Cette même logique peut être appliquée à des situations plus immédiates. Par exemple, si les niveaux de température augmentent rapidement dans un environnement contrôlé, l'automatisation peut être utilisée pour activer rapidement un système CVC de secours et alerter la maintenance du problème.

D. L'amélioration de la sécurité des travailleurs

Des usines plus intelligentes et plus connectées peuvent signifier des conditions de travail plus sûres pour tout le personnel. Si la robotique peut remplacer les tâches les plus banales, elle peut aussi être utilisée pour aider les ouvriers à améliorer leur efficacité et à rendre la tâche plus sûre. Dans des cas comme l'exploitation minière intelligente, les robots peuvent remplacer entièrement les tâches dangereuses, libérant ainsi le personnel pour d'autres tâches.

II. Quels sont les cas d'utilisation de l'usine connectée ?

Maintenant que nous connaissons certains des principaux avantages, voyons comment les usines utilisent cette nouvelle technologie pour améliorer la productivité opérationnelle.

A. Surveillance du temps de cycle

De plus en plus d'usines exploitent le big data pour tout prévoir, des temps de production aux cycles de vie des machines. Cela est possible grâce à des capteurs intelligents placés dans l'atelier ainsi que sur les outils et les produits eux-mêmes.

Les usines intelligentes équipées de machines à commande numérique ont commencé à utiliser des capteurs pour détecter les vibrations plutôt que de demander au personnel de les vérifier manuellement à intervalles réguliers. Cette surveillance continue élimine le besoin de contrôles manuels et améliore considérablement le temps de fonctionnement et la fiabilité de la machine tout au long de sa durée de vie.

B. Création d'un jumeau numérique ("Digital Twin")

Les jumeaux numériques sont comme des simulations informatiques mais alimentées par des données réelles créées à partir du produit. Par exemple, les capteurs IoT peuvent collecter des données sur un moteur telles que les niveaux de température, les temps d'allumage et les révolutions. Ces données réelles peuvent être appliquées à une simulation numérique de ce même moteur où les ingénieurs peuvent mener des expériences, effectuer des tests et innover de nouvelles idées.

Le fait de disposer d'un jumeau numérique de votre produit vous permet de créer des répliques numériques avec un degré de précision supérieur à celui des simulations standard. Cela permet aux entreprises d'améliorer leurs produits et d'innover de manière presque illimitée.

C. Gestion de la qualité

Traditionnellement, l'assurance qualité (AQ) est réalisée par des humains avec des outils spécialisés qui mesurent et assurent la cohérence du processus de fabrication. Aujourd'hui, avec les usines connectées, les entreprises tirent parti de l'intelligence artificielle et des capteurs environnementaux pour effectuer l'assurance qualité.

Par exemple, des capteurs mesurant l'étanchéité peuvent garantir que chaque boulon est serré à la tension requise. Ces contrôles automatisés, qui nécessitent souvent une connectivité réseau, fonctionnent en continu 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7, sans qu'il soit nécessaire de faire appel à un opérateur humain. 

D. Centralisation des données

Au début de la révolution numérique, les usines ont été parmi les premières entreprises à commencer à mettre en œuvre des technologies de réseau et d'informatique. Mais au fil des ans, de nombreuses entreprises ont développé un patchwork complexe d'outils, de logiciels et de systèmes qui pilotent leurs processus.

Dans le but de réduire la complexité et les coûts, les usines connectées utilisent la centralisation des données pour éliminer les îlots de données et gérer tous les aspects de l'entreprise en un seul volet. Avec l'émergence de nouveaux réseaux 5G privés, les usines peuvent désormais créer leur propre infrastructure de réseau mobile sur tous les sites pour collecter des données sur tout, des machines CVC à l'éclairage des pièces.

Une fois collectées, ces données sont stockées et transformées sur des serveurs locaux ou dans le cloud pour être traitées et examinées. La centralisation des données fait de tout, des tâches du service d'assistance à la mise à l'échelle de nouveaux sites, un processus plus rapide et plus efficace.

III. Quels sont les défis de l'usine connectée ?

Si les usines connectées offrent de nombreux avantages, elles ne sont pas exemptes de défis. Passons en revue certains des défis les plus courants, assortis de quelques solutions viables.

A. Chaînes d'approvisionnement complexes

Les chaînes d'approvisionnement complexes peuvent rendre le développement d'une usine connectée difficile sans une planification adéquate et la bonne technologie. Par exemple, l'utilisation d'un système Wi-Fi pour assurer la communication alors que le cellulaire peut fournir une connectivité plus déterministe peut laisser les entreprises avec des angles morts ou des problèmes de fiabilité.

La bonne nouvelle est que même les usines les plus complexes peuvent tirer parti du modèle de l'usine connectée. Des solutions sans fil 5G privée entièrement intégrée existent pour aider à mettre en œuvre des performances et une couverture 5G privées prévisibles pour servir d'épine dorsale à votre usine connectée.

B. Soutien aux machines analogiques

Les entreprises se trouvent dans une situation difficile lorsqu'il s'agit de mettre à jour leurs machines. Dans de nombreux cas, les anciennes machines analogiques peuvent encore fonctionner, mais elles sont dépourvues de toute connectivité leur permettant de collecter des données essentielles. Le remplacement de ces machines peut être coûteux, ce qui entraîne des perturbations et des temps d'arrêt importants dans l'usine.

Heureusement, les usines connectées peuvent toujours avoir des machines analogiques et bénéficier du big data. Les capteurs IoT industriels peuvent tirer parti de Wi-FI, LTE ou5G pour communiquer sans nécessiter de connectivité de la machine elle-même. Ces capteurs sont souvent de faible puissance, et prennent même en charge des options d'ultra-puissance pour les environnements éloignés.

C. Performances du réseau

Sans planification ni connaissance de chaque support sans fil, les usines connectées peuvent souffrir de décalage de communication, de retards et de données inexactes. Déterministe La connectivité et les performances sont essentielles pour les usines, en particulier lorsqu'il s'agit de maintenir des niveaux de service de performance spécifiques.

Les progrès récents de la technologie 5G et de l'utilisation du spectre cellulaire ont permis aux usines d'obtenir plus facilement un meilleur contrôle des ressources vitales et des processus dépendant de la technologie réseau.

IV. Quels sont les industries les plus intéressées par les besoins de connectivités 5G ?

Les réseaux locaux 5G sont très polyvalents et conçus pour une fiabilité, une sécurité et une flexibilité inégalées. Bien que les réseaux locaux 5G puissent être utilisés dans n'importe quel environnement d'entreprise, il existe quelques domaines où leur conception est la plus efficace.

A. L'industrie manufacturière

Les fabricants sont constamment à la recherche de nouveaux moyens pour améliorer la sécurité des travailleurs, augmenter la production et éliminer les temps d'arrêt. 

Pour de nombreux fabricants, la fiabilité des réseaux sans fil est un défi. Les installations massives avec de grands obstacles métalliques ont tendance à créer des zones mortes et un service irrégulier pour les réseaux Wi-Fi. De nombreuses entreprises industrielles et manufacturières se tournent vers l'architecture 5G privée pour résoudre ces problèmes.

En utilisant de simples points d'accès plug-and-play, les administrateurs peuvent facilement couvrir l'ensemble de leur espace de travail avec une couverture 5G globale fiable. Grâce à des niveaux de puissance plus élevés et à des normes ODFM améliorées, les réseaux 5G privés couvrent une zone plus large et sont plus résistants aux interférences.

Les fabricants peuvent obtenir de nouvelles informations sur leurs anciennes machines grâce à l'IoT, sans avoir à remplacer le matériel ou à arrêter la production. Les capteurs IoT permettent d'améliorer les analyses en temps réel, d'évaluer avec précision les performances et de contribuer à améliorer le temps de fonctionnement grâce à la maintenance préventive.

Enfin, les réseaux 5G privés répondent aux exigences de faible latence pour prendre en charge les lunettes intelligentes de réalité augmentée de pointe. Le personnel de maintenance équipé de lunettes intelligentes peut facilement repérer les problèmes dans des environnements complexes grâce à leur affichage tête haute. Cette technologie permet non seulement de mettre en évidence les problèmes, mais aussi de fournir une analyse des causes profondes sur la base de données en temps réel.

Les fabricants utilisent les réseaux 5G privés pour faire ce qui suit :

• Mettre en œuvre et orchestrer des solutions IoT industrielles.
• Éliminer les zones mortes et les lacunes dans leurs réseaux sans fil.
• Alimenter des technologies de pointe comme les lunettes intelligentes pour effectuer une maintenance préventive.
• Améliorer les performances et la rentabilité en exploitant les analyses alimentées par l'IoT.
• Collecter de précieuses données de performance sur les anciennes machines hors ligne.

B. L'exploitation minière

Les entreprises minières sont confrontées à des défis uniques en matière de sécurité et de réseau, tant en surface que sous terre. De nombreux sites de travail se trouvent dans des zones rurales avec peu d'infrastructures publiques qui peuvent laisser les travailleurs coupés du siège social. 

Il en résulte des retards et des lacunes dans les données qui affectent les processus et la rentabilité des sociétés minières. Du balayage amélioré du corps minéralisé à la détection des effondrements souterrains, les réseaux 5G privés sont là pour soutenir l'avenir de l'exploitation minière intelligente. 

Les entreprises peuvent déployer des antennes portables à longue portée qui fournissent un service au site minier, ainsi qu'une connexion de retour au bureau principal. La conception du réseau local 5G simplifie ce processus et fournit une console dorsale intuitive pour la configuration et la gestion. 

Grâce à ce réseau, les sociétés minières peuvent partager en permanence des données précieuses avec le siège social et fournir un service directionnel aux puits souterrains et aux coupes transversales.

Les mines intelligentes utilisent les réseaux locaux 5G pour faire ce qui suit :

• Déployer des réseaux 5G privés dans les zones rurales.
• Établir une connexion réseau sécurisée entre le siège et le site de travail.
• Fournir un service directionnel aux puits et tunnels souterrains.
• Améliorer la sécurité du travail grâce à la détection des effondrements et à la surveillance des gaz dangereux.
• Alimenter les caméras de sécurité sur les chantiers éloignés
• Exploiter les drones et les radars à pénétration de sol pour aider les opérateurs à prendre de meilleures décisions.

C. L'IoT industriel (IIoT)

Les opérations liées au pétrole, au gaz, au traitement chimique et au réseau électrique exigent le plus haut niveau de sécurité et de performance possible. Les temps d'arrêt ayant un impact sur des milliers de vies, les installations industrielles ne peuvent pas se reposer sur des solutions commerciales limitées ou des modèles de réseau limitatifs.

L'architecture de réseau 5G privé crée une plateforme idéale pour les solutions d'IoT industriel. Les administrateurs peuvent facilement intégrer une couche 5G privée dans leurs systèmes SCADA existants tout en ayant un contrôle centralisé sur l'accès des utilisateurs et la segmentation du réseau.

De nombreux environnements IIoT utilisent leur réseau privé 5G conjointement avec les systèmes SCADA pour prendre en charge le basculement automatique, l'automatisation des processus et l'orchestration des appareils. Les administrateurs peuvent facilement approvisionner les appareils via l'eSIM et avoir l'esprit tranquille en sachant que les communications sont cryptées par défaut. Les opérations industrielles utilisent les réseaux privés 5G pour faire ce qui suit :

• Gérer de manière centralisée les opérations IIoT.
• Définir des basculements, des alertes et des mesures correctives automatisés pour améliorer la sécurité.
• Exploiter l'intelligence artificielle pour appliquer dynamiquement les niveaux de service.
• S'intégrer facilement aux systèmes SCADA

D. Robots mobiles autonomes (AMR)

Les entreprises utilisent la robotique autonome pour améliorer leur logistique, retirer les humains des situations dangereuses et soutenir les opérations d'entrepôt. Afin de traiter les données en temps réel, les AMR ont besoin d'une connexion continue à faible latence lorsqu'ils se déplacent vers leur destination. Les réseaux privés 5G peuvent facilement prendre en charge les exigences de latence, de couverture et de bande passante nécessaires à la gestion d'une flotte de véhicules autonomes.

Les services 5G privés fournissent une superposition de réseau simple qui exploite un système d'exploitation natif du cloud pour la qualité de service, la gestion et l'acheminement du trafic. Les réseaux privés 5G utilisent des réseaux auto-organisés pour gérer dynamiquement les spectres et assurer une gestion RF continue pour les véhicules autonomes des entreprises.

Les entreprises possédant des véhicules autonomes utilisent les réseaux locaux 5G pour faire ce qui suit :

• Gérer dynamiquement les ressources cellulaires et la disponibilité du spectre.
• Recevoir les dernières données de navigation et les instructions de l'utilisateur en temps quasi réel
• Ajouter automatiquement des paramètres de qualité de service aux nouveaux véhicules grâce à des services adaptés aux applications.
• Orchestrer des flottes de véhicules à partir d'un emplacement centralisé.

E. Secteur des soins et de la santé

Les réseaux de santé sont généralement vastes et complexes, s'étendant sur des milliers de mètres carrés. Ces réseaux prennent en charge un grand nombre de technologies, depuis les moniteurs de santé portables des patients jusqu'aux applications du personnel clinique. Les performances, la sécurité et la conformité sont primordiales pour les établissements de santé. 

Les administrateurs utilisent l'architecture privée 5G pour synchroniser les niveaux de service sur leurs réseaux filaires et cellulaires tout en développant des niveaux de service spécifiques aux applications pour différents services de santé. Par exemple, les administrateurs peuvent définir des exigences de latence maximale et de débit minimal pour leurs appareils IoT, leurs apps cliniques et leurs systèmes de sécurité. La 5G privée fonctionne aux côtés des réseaux Wi-Fi existants, ce qui permet aux fournisseurs de soins de santé de déployer un réseau local 5G sans impacter leurs services sans fil actuels.

Ce contrôle granulaire des ressources cellulaires, associé à une méthodologie de déploiement simple, fait de l'architecture privée 5G une solution idéale pour les réseaux très fréquentés qui exigent les normes les plus élevées en matière de performance et de fiabilité.

Les réseaux de santé utilisent les réseaux privés 5G pour effectuer les opérations suivantes :

• Surveiller les dispositifs IoT de soins de santé.
• Fournir un service aux équipements de sauvetage (machines CPAP, ventilateurs, appareils de dialyse, etc.).
• Alimenter des technologies avancées telles que la formation en réalité augmentée et les chirurgies robotiques à distance.
• Segmenter le trafic de manière fiable pour répondre aux exigences de conformité et de performance.

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