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Usine intelligente et fabrication intelligente 101
Qu’est-ce qu’une usine intelligente?
L’avenir de la fabrication grâce aux usines intelligentes
En raison de l’évolution de la main-d’œuvre et des avancées technologiques, le secteur manufacturier traverse d’importantes transitions.
Aujourd’hui, les organisations peinent à trouver des talents dans le domaine manufacturier.
Les jeunes travailleurs sont de moins en moins intéressés à poursuivre une carrière en fabrication, percevant ces emplois comme exigeants et peu rémunérateurs. Le secteur manufacturier compte également une main-d’œuvre vieillissante, puisque 22 % des travailleurs au Canada sont âgés de 55 ans ou plus (source : Randstad). Si ces tendances se maintiennent, on estime que d’ici 2030, le secteur manufacturier pourrait faire face à une pénurie de 2,1 millions d’emplois (source : Deloitte).
Parallèlement, les industries adoptent de nouvelles technologies telles que l’intelligence artificielle, l’internet des objets et l’infonuagique afin de devenir plus efficaces et compétitives. Qu’il s’agisse d’augmenter la production, de devenir plus écologique ou d’aider les travailleurs à prendre de meilleures décisions, la technologie fait progresser les industries traditionnelles.
Ces avancées technologiques font maintenant leur entrée dans le secteur manufacturier, et en raison de l’évolution de la main-d’œuvre, les usines intelligentes et la fabrication intelligente suscitent un intérêt croissant.
Qu’est-ce qu’une usine intelligente?
Une usine intelligente utilise des technologies hautement numérisées pour recueillir et transmettre des données entre différentes machines et systèmes de production. Conçues avec l’automatisation et la connectivité à l’esprit, ces usines intègrent une grande variété de technologies avancées, notamment l’intelligence artificielle, l’apprentissage automatique, l‘internet des objets industriel (IIoT), les mégadonnées et l’infonuagique.
Chaque machine et appareil d’une usine intelligente est interconnecté et communique avec les autres. Cette interconnexion leur permet de distribuer des points de données à travers l’organisation afin d’augmenter la productivité, de répondre aux problèmes dès qu’ils surviennent, ou de s’adapter à de nouvelles demandes. Ces connexions avancées permettent aux usines intelligentes de surveiller le processus de production du début à la fin.
Le lien entre les usines intelligentes, la fabrication intelligente et l’Industrie 4.0
Les usines intelligentes ne représentent qu’une petite partie de la transformation numérique de l’Industrie 4.0.
L’Industrie 4.0 est la quatrième révolution industrielle. Les révolutions précédentes ont vu l’apparition des systèmes à vapeur, de l’électricité, des chaînes de montage et des ordinateurs. La quatrième révolution industrielle vise à améliorer les technologies informatiques issues de la 3.0 et à appliquer de nouvelles technologies de l’information et des communications afin de numériser tous les aspects des affaires et de la vie, y compris les processus de fabrication.
C’est de là que vient le terme « usine intelligente ». Les usines intelligentes tirent parti des technologies en développement issues de l’Industrie 4.0 et les utilisent dans un contexte manufacturier.
Bien qu’ils soient utilisés de façon interchangeable, la fabrication intelligente, l’usine intelligente et l’Industrie 4.0 désignent des concepts différents. La fabrication intelligente est un terme qui met l’accent sur la création de produits à l’aide d’usines intelligentes (source : Stefanini Group). L’Industrie 4.0, quant à elle, désigne la nouvelle révolution qui est à l’origine des impacts technologiques actuels.
L’Industrie 4.0 n’en est qu’à ses débuts, mais nous avons déjà observé de nombreuses avancées en matière de fabrication intelligente. Prenons l’exemple récent de Whirlpool, qui a utilisé une configuration d’usine intelligente pour réduire ses déchets de carton.
Exemple d’usine intelligente
Originaire du Michigan, Whirlpool est un fabricant d’électroménagers qui continue de tirer parti de l’innovation des usines intelligentes. Afin d’éliminer les déchets dans ses usines à travers le monde, Whirlpool a décidé d’intégrer une plateforme d’analyse dans tous les secteurs de ses usines pour suivre la quantité de déchets générés. Ces « déchets » comprenaient divers matériaux et services publics, comme le carton, l’électricité et l’eau.
En collaboration avec Schneider Electric, Whirlpool a installé des appareils d’internet des objets industriel dans ces usines, accompagnés de tableaux de bord intégrés et connectés permettant de surveiller la quantité de déchets produite.
Après l’intégration de ce système complexe, Whirlpool a repéré des secteurs où elle pouvait réduire les déchets dans plusieurs de ses usines à travers le monde. Rien que dans ses usines de l’Ohio, Whirlpool a découvert qu’elle gaspillait plus de 20 millions de livres de carton et prévoyait économiser plus d’un million de dollars au cours des trois années suivantes (source : Altenergymag).
Ainsi, non seulement les technologies d’usine intelligente ont amélioré la durabilité environnementale de leurs processus, mais elles ont également permis de réduire les coûts.
Vous souhaitez en savoir plus sur la contribution de la 5G à la durabilité environnementale? Consultez notre article « 5G et changements climatiques : 4 façons dont la 5G contribue à protéger l’environnement » pour découvrir le rôle que peut jouer la 5G dans un avenir plus vert.
Technologies utilisées dans les usines intelligentes
Pour tirer pleinement parti des avantages de l’usine intelligente, il faut intégrer la connectivité afin de transmettre l’information et d’automatiser les actions. Cela nécessite l’utilisation de diverses technologies. Voyons plus en détail comment les usines intelligentes combinent différentes technologies.
Internet des objets industriel (IIoT)
L’internet des objets industriel introduit les technologies de l’internet des objets dans le secteur industriel, d’où le « I » supplémentaire. L’internet des objets industriel est un ensemble de capteurs, de machines et d’appareils reliés entre eux et connectés à des applications industrielles. L’IIoT joue un rôle majeur dans les usines intelligentes, car les organisations doivent connecter presque tous les appareils et machines de leur usine à Internet. La connexion des appareils IIoT permet de recueillir des données en temps réel et de les transmettre à une base de données ou à un système de contrôle principal. Ces données peuvent ensuite être surveillées et analysées en temps réel afin de déclencher des actions automatisées ou de produire des rapports destinés aux décideurs. Alors que l’IIoT désigne généralement le réseau d’appareils, l’analyse des données recueillies est le plus souvent appelée l’analyse des mégadonnées.
Découvrez notre article « Qu’est-ce que l’internet des objets industriel (IIoT)? » pour comprendre le fonctionnement de l’IIoT dans un contexte d’usine intelligente.
Analyse des mégadonnées
L’analyse des mégadonnées joue un rôle de premier plan dans les opérations quotidiennes d’une usine intelligente. Terme désignant un ensemble de techniques de stockage, d’organisation et d’analyse de vastes ensembles de données, les mégadonnées d’une usine intelligente peuvent inclure des données recueillies auprès des machines, des appareils et des opérateurs (source : Tulip). À mesure que les données circulent entre les machines, les appareils et les opérateurs, les mégadonnées permettent de donner un sens à l’ensemble de ces informations. L’analyse des mégadonnées examine toutes les données recueillies, utilise des statistiques avancées pour déterminer ce qui se passe, puis détermine les prochaines étapes à suivre. À mesure que les ensembles de données s’agrandissent et que l’analyse requise se complexifie, les mégadonnées s’appuient de plus en plus sur les avancées de l’intelligence artificielle et de l’apprentissage automatique.
Intelligence artificielle et apprentissage automatique
Les algorithmes d’intelligence artificielle et d’apprentissage automatique utilisent des capacités de réseau avancées pour analyser toutes les données en temps réel recueillies dans l’ensemble de l’usine. À mesure que les données proviennent de milliers d’appareils IIoT, les algorithmes passent cette information au crible à la recherche de tendances ou de motifs récurrents. Une fois cette étape terminée, les algorithmes d’IA et d’apprentissage automatique génèrent des prédictions et des recommandations d’actions. Si l’usine est entièrement automatisée, l’IA et l’apprentissage automatique peuvent renvoyer de l’information aux appareils IIoT afin de leur indiquer comment agir.
Vous ne savez pas trop ce qui distingue l’intelligence artificielle de l’apprentissage automatique? Découvrez-en davantage sur les liens entre l’intelligence artificielle et l’apprentissage automatique dans notre article « La différence entre l’IA, l’apprentissage automatique et l’apprentissage profond ».
Infonuagique
L’infonuagique constitue le fondement réseau sur lequel reposent l’IIoT et l’analyse des mégadonnées. Avec toutes ces données provenant des appareils IIoT, le stockage et le traitement de cette information se font par l’entremise de l’infonuagique. Celle-ci joue un rôle important dans les usines intelligentes, car elle est généralement plus souple et moins coûteuse que le stockage de données sur place. Elle permet également de téléverser des volumes de données plus importants, d’augmenter la capacité de stockage et de rendre les données facilement accessibles pour favoriser une prise de décision en temps réel.
Maintenant que vous connaissez les technologies de base utilisées dans une usine intelligente, voyons les quatre niveaux de réussite d’une usine intelligente.
Réaliser l’innovation d’une usine intelligente : les quatre niveaux d’avantages d’une usine intelligente
Niveau 1 des avantages d’une usine intelligente : la collecte de données
La première étape pour tirer profit d’une usine intelligente consiste à relier les données à une base de données unique qui recueillera, suivra et stockera en continu l’information provenant de divers secteurs de l’usine. Bien que cette étape représente beaucoup de travail, l’usine n’est pas encore véritablement une « usine intelligente » à ce stade. L’avantage de cette étape réside dans le début du processus d’organisation des données en un seul endroit, ce qui facilite l’accès à l’information.
Le niveau deux va plus loin en transformant les données organisées en information facilement compréhensible pour les gestionnaires. Sans le niveau deux, les usines se contentent de recueillir des données brutes sans réel objectif.
Niveau 2 des avantages d’une usine intelligente : l’analyse des données
L’étape d’analyse des données s’appuie sur l’étape précédente en présentant les données sous forme de visualisations et de tableaux de bord, ce qui permet aux opérateurs, aux ingénieurs et aux autres utilisateurs de voir facilement ce qui se passe. Présenter les données sous une forme plus accessible, à l’aide de graphiques et de diagrammes, permet aux utilisateurs d’obtenir des renseignements plus rapidement, de comprendre ce qui se passe dans l’usine et d’agir en conséquence pour résoudre les problèmes potentiels.
Bien que l’organisation des données recueillies au niveau un soit avantageuse, elle doit être automatisée. Une supervision humaine demeure nécessaire pour analyser les données, prendre des décisions et agir.
Le niveau 3 nous amène à l’analyse automatisée.
Niveau 3 des avantages d’une usine intelligente : les décisions fondées sur l’intelligence artificielle et l’apprentissage automatique
Au niveau 3, les algorithmes d’intelligence artificielle et d’apprentissage automatique analysent les données recueillies, réduisant (sans toutefois l’éliminer) le besoin de supervision humaine. Ce système d’IA et d’apprentissage automatique automatise les renseignements et fournit aux utilisateurs de l’information précise sur les enjeux critiques actuels, les défaillances potentielles à venir et d’autres renseignements précieux dont les travailleurs de l’usine pourraient avoir besoin pour prendre des décisions. Une fois l’information reçue, les utilisateurs peuvent agir en fonction des renseignements fournis.
L’étape finale des avantages va encore plus loin en automatisant les actions elles-mêmes.
Niveau 4 des avantages d’une usine intelligente : les actions pilotées par l’IA
La dernière étape constitue véritablement une usine intelligente. Après avoir entièrement automatisé la collecte de données, l’analyse des données et les renseignements décisionnels, la quatrième étape consiste à automatiser les actions. À ce stade, toutes les machines et tous les appareils de fabrication de l’usine sont entièrement connectés. Ils peuvent exécuter des fonctions en fonction des renseignements générés par l’IA avec très peu d’intervention humaine.
Par exemple, supposons qu’une machine de la chaîne de production commence à ralentir. Dans ce cas, les données sont envoyées à la base de données unique créée à l’étape un et sont structurées pour être facilement compréhensibles (ce que nous avons fait à l’étape deux). À partir de là, les algorithmes d’IA et d’apprentissage automatique élaborés à l’étape trois analysent les données recueillies pour déterminer la cause du ralentissement de la machine et les mesures nécessaires pour y remédier. Une fois le problème repéré par les algorithmes d’IA et d’apprentissage automatique, ceux-ci envoient une personne (ou, si l’usine est entièrement automatisée, un robot) vers la machine. Le robot ou la personne répare ensuite le problème et ramène la machine à sa vitesse normale (source : Forbes).
Maintenant que vous connaissez les quatre niveaux de mise en place d’une usine intelligente, il est temps d’aborder la question de la cybersécurité.
La cybersécurité dans les usines intelligentes
Le maintien de la sécurité représente une considération majeure pour les organisations qui souhaitent créer une usine intelligente. Les cyberattaques contre les usines intelligentes pourraient entraîner l’arrêt des opérations, le vol de données ou des blessures chez les employés.
Avec toutes ces technologies fonctionnant simultanément et partageant des données, instructions, résultats et rétroactions classifiés, les usines intelligentes constituent une cible de choix pour les cyberattaques. Puisque les usines intelligentes utilisent de nombreux appareils IIoT à la fois, cela ouvre la porte à des dizaines de vulnérabilités. Par exemple, si un appareil IIoT est piraté et qu’un virus y est téléversé, ce virus peut commencer à s’infiltrer davantage dans le système, touchant d’autres machines et appareils IIoT et accédant aux données stockées dans l’infonuagique.
Types d’attaques contre les usines intelligentes
Les attaques contre les usines intelligentes prennent plusieurs formes, notamment :
- Exploitation de vulnérabilités : Puisque les appareils et les machines sont interconnectés, une attaque contre l’un d’eux pourrait s’infiltrer dans d’autres secteurs de l’usine intelligente.
- Attaques par logiciels malveillants : Les logiciels malveillants constituent la cyberattaque la plus courante; les usines intelligentes doivent donc être prêtes à faire face à ces techniques classiques.
- Attaques par déni de service (DoS) ou déni de service distribué (DDoS) : Les attaques DoS et DDoS mettent hors service et/ou désactivent des réseaux entiers en envoyant une quantité excessive d’information ou de trafic à un réseau ou à une machine, causant leur panne.
- Attaques de l’intercepteur (Man-in-the-Middle) : Les attaques de l’intercepteur ciblent les canaux de communication entre les appareils et les machines. Puisque les usines intelligentes dépendent de ces canaux de communication pour poursuivre leurs opérations, les responsables de la sécurité doivent demeurer à l’affût de ce type d’attaques.
(Source: American Security Today)
Et peut entraîner :
- Le vol, l’altération ou la perte de données : Après une attaque, les données provenant des appareils et des machines de l’usine intelligente peuvent être volées, altérées, voire supprimées.
- Le piratage d’appareils : Les attaquants pourraient pirater des appareils IIoT et d’autres appareils sur la chaîne de production, ce qui pourrait endommager les opérations sur la chaîne de montage ou blesser d’autres travailleurs.
- La prise en otage des opérations ou des données : Une fois infiltrés, les pirates peuvent arrêter certaines parties de l’usine ou retenir des données confidentielles jusqu’à ce que l’organisation verse une rançon.
- Le vol d’information : Les attaques contre les usines intelligentes pourraient également viser le vol d’information provenant des bases de données clients ou des dossiers des employés, exposant ces personnes à de futures cyberattaques.
(Source: Trend Micro)
Réduire le risque de cyberattaque dans les usines intelligentes
Connaître les risques d’une cyberattaque constitue un excellent point de départ, mais cela ne suffit pas à réduire ce risque.
Les gestionnaires d’usines intelligentes doivent également :
- Former les travailleurs sur les vulnérabilités et la marche à suivre : La formation des employés est essentielle à la cybersécurité d’une usine intelligente. Sans formation adéquate, de nombreuses autres vulnérabilités apparaissent.
- Se tenir à jour avec les mises à jour de sécurité : Les appareils d’une usine intelligente doivent être mis à jour régulièrement. Assurez-vous d’effectuer les mises à jour de sécurité en dehors des heures d’exploitation et d’informer les employés de ces événements.
- Réduire les passerelles de fonctions inutilisées : Les appareils et les machines sont généralement conçus pour remplir plus d’une fonction. Il faut être conscient de ces fonctions, car elles créent des vulnérabilités supplémentaires.
- Faire preuve de prudence quant à l’utilisation d’un trop grand nombre d’appareils tiers : Il est courant de voir différentes marques d’appareils dans une usine intelligente. Cette pratique peut entraîner davantage de vulnérabilités, ce qui signifie que les responsables de la sécurité doivent prendre des précautions supplémentaires pour assurer la protection de chaque appareil tiers présent sur le site.
- Savoir que l’ajout de matériel patrimonial peut augmenter le risque d’attaque : Le matériel patrimonial (les machines d’usine conçues avant l’apparition des technologies Internet) doit être mis à jour pour fonctionner dans un contexte d’usine intelligente. Lorsque ces systèmes patrimoniaux sont intégrés à une usine intelligente, les vulnérabilités et les mesures de sécurité désuètes peuvent réduire la protection contre les cyberattaques.
- Maintenir un inventaire des actifs à jour : Connaître les appareils, machines, logiciels, matériel et autres actifs utilisés sur le plancher de l’usine, afin de savoir ce qu’il faut protéger.
- Réduire ou éliminer l’AVEC (apportez votre équipement personnel de communication) : L’AVEC est un moyen facile pour les organisations de réduire leurs coûts d’exploitation, mais il comporte un risque accru. Les clés USB infectées constituent un exemple courant d’AVEC et un excellent moyen pour les pirates de mener une cyberattaque.
- Faire appel à des services d’identification des vulnérabilités : Engager des organisations crédibles pour simuler une attaque et déterminer les vulnérabilités potentielles.
- Savoir où sont stockées les données : S’assurer que les données sensibles ne sont pas stockées dans des emplacements non autorisés.
Des usines intelligentes conçues pour la fabrication intelligente
Dans l’ensemble, les organisations conçoivent des usines intelligentes en gardant à l’esprit la fabrication intelligente. Les usines intelligentes permettent aux organisations d’accélérer la production grâce à l’automatisation, d’éliminer la majeure partie du travail administratif et de réduire le nombre d’accidents ou de ralentissements sur la chaîne de production.
Les usines intelligentes utilisent diverses technologies interconnectées qui communiquent entre elles afin d’atteindre les objectifs de la fabrication intelligente et de faire progresser l’Industrie 4.0. Les usines intelligentes seraient impossibles sans le fonctionnement simultané de toutes ces technologies.
Cependant, la mise en place d’une usine intelligente comporte quatre étapes à franchir :
- la collecte des données
- l’analyse des données
- les décisions fondées sur l’intelligence artificielle et l’apprentissage automatique
- la mise en œuvre d’actions pilotées par l’IA
Enfin, la cybersécurité joue un rôle de premier plan dans les usines intelligentes. Sans les mesures de cybersécurité adéquates, les usines intelligentes sont vulnérables à des attaques qui pourraient entraîner des conséquences catastrophiques.
Bien qu’elles ne soient que partiellement mises en œuvre dans certains secteurs de l’industrie manufacturière aujourd’hui, les usines intelligentes jouent un rôle essentiel dans l’avenir de la fabrication et de l’Industrie 4.0.
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