Industrie 4.0 : Usine intelligente – Logistique intelligente – Image : Xpert.Digital / Phonlamai Photo|Shutterstock.com
L’Industrie 4.0 – un terme devenu très en vogue ces derniers temps, suscitant de nombreux débats dans les milieux industriels et politiques. À proprement parler, l’Industrie 4.0 désigne un projet d’avenir du gouvernement fédéral allemand, qui vise à intégrer étroitement les technologies de l’information et de la production afin de préparer le pays aux défis futurs.
D'après le document stratégique, la quatrième révolution industrielle, impulsée par le développement rapide d'Internet, entraînera une fusion des mondes réel et virtuel, aboutissant à l'Internet des objets (IdO). Dans ce contexte, les produits ou composants se connectent à d'autres objets, utilisateurs ou moyens de transport et communiquent entre eux afin de générer des processus fluides et encore plus efficaces.
L'essor de l'industrie 4.0 se manifeste par l'importance croissante de la mise en réseau des systèmes informatiques intégrés aux processus de production et de logistique, tant entre eux qu'avec Internet (systèmes cyberphysiques, ou CPS). Le développement toujours plus rapide de l'automatisation et de l'intégration dans l'industrie s'accompagne de la création de technologies de surveillance et de contrôle toujours plus intelligentes, permettant aux entreprises de gérer et d'optimiser l'ensemble de leurs chaînes de valeur en temps quasi réel. À terme, cette évolution aboutira à la mise en place de processus de décision entièrement autonomes dans la production et le transport.
L'usine intelligente et auto-apprenante (ouusine connectée) constitue un pas vers cet objectif. Il s'agit ici de développer des systèmes et des processus de production intelligents et autorégulés, ainsi que de mettre en place des installations de production en réseau qui communiquent entre elles de manière autonome.
Logistique intelligente : la logistique du futur
Cependant, les technologies innovantes et intelligentes s'intègrent de plus en plus dans la logistique des transports et sont en train de révolutionner tout un secteur
Mais que sont exactement les technologies intelligentes ?
Il s'agit de systèmes informatisés qui contrôlent de manière entièrement automatique des processus de travail entiers et qui sont capables de fonctionner de manière autonome, contrôlant ainsi un processus complet indépendamment.
La logistique actuelle n'a plus grand-chose en commun avec l'entreposage et l'expédition de marchandises, relativement unidimensionnels, d'il y a quelques années. Ceci est dû aux nouvelles technologies web qui permettent un niveau d'interactivité inédit entre les acteurs. Et cette évolution se poursuit à un rythme soutenu. Des systèmes de transport partiellement, voire totalement, automatisés sont déjà testés dans de nombreuses applications.
Usine intelligente – l'usine intelligente du futur
Le Centre allemand de recherche sur l'intelligence artificielle (DFKI), en collaboration avec divers fabricants, a développé un premier prototype d'usine intelligente du futur : l' usine connectée. Sa principale caractéristique réside dans sa composition de modules de production indépendants qui communiquent entre eux de manière autonome grâce à de multiples systèmes d'information. Le travail humain n'y joue qu'un rôle d'assistance.
Trois éléments clés constituent la base du développement :
- le produit intelligent et communicant
- le système en réseau
- l'opérateur d'assistance du système
Le produit intelligent, grâce à des capteurs intégrés (RFID ou Bluetooth, par exemple), est constamment informé de sa commande, des matériaux utilisés et des données de production, influençant ainsi son propre processus de fabrication. Le système en réseau communique avec chaque produit intelligent via des composants CPS et supervise chaque étape de travail. Dans ce système, l'opérateur humain assistant l'utilisateur est informé directement par le produit des détails du processus d'assemblage, y compris des étapes de travail nécessaires.
Usine intelligente et logistique des données
Dans l'usine intelligente, la séparation traditionnelle entre la planification et le contrôle de la production disparaît. On privilégie une approche intégrée, où les machines échangent des informations et des prévisions sur le processus de production et coordonnent les étapes suivantes. Les données relatives aux flux de matières, à l'utilisation des machines et des systèmes de stockage, ainsi qu'à la consommation des ressources sont également intégrées au processus et prises en compte dans la planification des actions. Pour que ce flux d'informations influence en permanence la production, il doit s'effectuer en temps réel entre les appareils.
C’est là que la logistique des données joue un rôle particulièrement important, car elle doit garantir que toutes les données, actuelles et prévisionnelles, soient disponibles rapidement et de manière exhaustive et transmises sans aucune perte de temps.
Ce type de production moderne ne s'arrête en aucun cas aux portes de l'usine intelligente. L'approche intégrée et méthodique de la fabrication, qui englobe l'ensemble de la chaîne de valeur, des matières premières au produit fini, exige une réflexion transversale au sein de l'entreprise et, du point de vue de la logistique des données, la garantie d'un échange d'informations fluide.
Les défis à relever sont considérables. D'une part, un flux de données massif est attendu, ce qui nécessite une réorganisation complète de l'infrastructure informatique. Un développement rapide du réseau est donc essentiel à la réussite du projet.
Outre l'expansion qualitative et quantitative des flux de données, la logistique des données est confrontée à un autre défi complexe et largement débattu : garantir une sécurité des données optimale. Au-delà de la garantie de leur disponibilité pour les utilisateurs autorisés, le maintien de leur confidentialité est primordial. Tout accès non autorisé, ainsi que toute perte ou divulgation non autorisée de données confidentielles, doivent être absolument empêchés. Les professionnels de la logistique des données sont donc chargés de promouvoir le développement et la mise en œuvre de concepts et de normes de sécurité complets.
Le lien entre les données et la logistique des transports
Outre la logistique des données, la logistique des transports jouera un rôle encore plus crucial dans le contexte de l'Industrie 4.0. Cela implique notamment la mise en réseau complète de tous les éléments de la chaîne de transport. Dans de nombreux domaines, cette mise en réseau est déjà une réalité et est utilisée quotidiennement dans une multitude d'applications : la planification flexible des itinéraires en fonction des prévisions de trafic ou des conditions météorologiques, et la gestion du trafic assistée par logiciel ne sont que deux exemples. Mais le développement technologique ne s'arrête pas là. L'introduction de véhicules intelligents et autonomes dans une infrastructure de transport basée sur l'Internet des objets ouvrira la voie à des solutions logistiques automatisées et flexibles d'une toute nouvelle dimension.
Dans ce domaine, données et logistique des transports sont indissociables, les premières fournissant les informations nécessaires à l'optimisation de la logistique. Plus l'échange d'informations sur les capacités actuelles, les conditions météorologiques, le trafic et les véhicules est complet, plus la gestion des flux logistiques croissants est efficace. À l'heure où la production augmente et où les volumes transportés diminuent (notamment avec le e-commerce), la fabrication et la distribution dépendent fortement de la performance et de la flexibilité de la logistique des transports. Seule la garantie de la livraison à temps des matières premières, des produits semi-finis et des marchandises expédiables permettra la réalisation de la quatrième révolution industrielle et, plus particulièrement, du concept d'usine intelligente.
On s'attend à ce que les technologies intelligentes s'imposent tôt ou tard dans la production. Mais quel sera leur impact sur la logistique d'entrepôt ? Son évolution sera-t-elle identique ou similaire ?
Il y a de nombreux signes de cela.
Systèmes de transport intelligents dans l'entrepôt
En l'absence de système de contrôle centralisé, ces véhicules négocient entre eux les ordres de transport entrants, définissent les règles de priorité et échangent des données sur leurs positions respectives dans l'entrepôt. Chaque navette traitant ses informations de manière décentralisée, le système de contrôle est entièrement distribué sur de nombreuses unités virtuelles. En cas de dysfonctionnement, l'ensemble des véhicules réagit et résout le problème de manière autonome.
Robots de transport autonomes
C’est là qu’interviennent les deux sociétés Kardex Remstar et Servus Intralogistics, qui ont développé une nouvelle solution sous l’appellation Smart Factory afin d’optimiser la logistique de production interne de leurs clients
Les éléments clés de la solution sont les systèmes de récupération dynamique de Kardex Remstar et un système de transport spécialisé de Servus Intralogistics, composé de robots de transport autonomes sur rails. Les produits des deux entreprises sont disponibles séparément depuis un certain temps. La nouveauté réside dans leur intégration au sein d'une solution globale performante grâce à un logiciel récemment développé. Les pièces nécessaires à l'assemblage sont stockées de manière compacte dans les systèmes de stockage verticaux, les rayonnages carrousel ou les conteneurs de Kardex Remstar. Lors de la récupération, le système de transport Servus prélève automatiquement les pièces en stock et les achemine vers les postes d'assemblage à l'aide de robots de transport autonomes. Ces robots reçoivent automatiquement les informations relatives aux étapes de travail requises et les exécutent de manière autonome. Par conséquent, le système Servus ne nécessite pas d'unité de contrôle centrale, car les robots de transport communiquent directement entre eux et avec les postes de travail par infrarouge, ce qui leur permet de réagir à leur environnement immédiat. Le système de transport Servus se révèle particulièrement flexible, car il permet une planification libre des itinéraires au sein de l'usine et s'adapte de manière optimale aux structures existantes. Cela signifie que le rail peut être installé à n'importe quel endroit – du sol au plafond – dans les halls de stockage et de production.
L'intelligence collective de l'Institut Fraunhofer
Une approche fondamentalement comparable, mais dans sa forme actuelle plus avancée, est illustrée par un système de stockage et de transport de conteneurs appelé Multishuttle , conçu par l' Institut Fraunhofer pour les flux de matières et la logistique .
L'idée fondamentale est que l'avantage décisif d'un système de stockage ne se mesure pas uniquement à sa capacité de stockage et de récupération, mais aussi à la rapidité avec laquelle les conteneurs atteignent leur destination. Les spécialistes de Fraunhofer IML prévoient que la part des systèmes de convoyage et de stockage pour petits supports de charge continuera de croître dans la logistique d'entrepôt par rapport aux systèmes de convoyage et de stockage pour palettes. Cette évolution s'explique par la réduction constante de la taille des expéditions et les mesures de réduction des stocks qui en découlent dans l'industrie et le commerce.
L'idée initiale consistait à développer un système de transport économique, composé de véhicules sur rails. Ces véhicules devaient également être capables de gérer de manière autonome les opérations de stockage et de prélèvement au sein de l'entrepôt, permettant ainsi un transport complet de l'entrepôt au poste de travail sans manutention supplémentaire. Cette idée a conduit au développement du Multishuttle, qui fonctionne de manière similaire au véhicule de transport Servus.
Cependant, les ingénieurs ont rapidement identifié les limites de cette solution : le système de rails rigide. Ils se sont alors attelés au développement du MultiShuttle, un système capable de se déplacer dans l’entrepôt sans rails. En collaboration avec Dematic, l’institut a mis au point le MultiShuttle Move, compatible avec les systèmes de rails conventionnels, mais également équipé d’un châssis au sol et d’un système de navigation intelligent. Le véhicule est doté de scanners laser à l’avant et à l’arrière, qui servent à la fois au guidage et à la sécurité lors des déplacements au sol. Grâce à une technologie de positionnement intégrée, il peut se déplacer en toute liberté dans l’espace, sans rails de guidage ni autres repères fixes, et réagir dynamiquement aux changements. Ceci minimise le besoin de convoyeurs fixes tout en offrant une flexibilité maximale.
Grâce à ce système innovant, des véhicules de transport intelligents et interconnectés prennent en charge toutes les opérations de transport, par exemple, depuis un entrepôt à grande hauteur jusqu'aux postes de travail où les marchandises sont traitées ou prélevées. Ces assistants agiles ne sont pas pilotés par un logiciel de gestion d'entrepôt, mais se coordonnent de manière autonome, sans aucun contrôle central. Ce type de logistique d'entrepôt nécessitant un grand nombre de ces petits robots, un logiciel serait submergé par la complexité de leur gestion. Ce système leur permet de se déplacer en toute liberté dans l'entrepôt à grande hauteur, aussi bien sur des rails qu'au sol.
Les appareils communiquent et se contrôlent mutuellement grâce au principe de l'intelligence collective. Ceci est rendu possible par l'utilisation d'une technologie de capteurs de pointe dotée de fonctionnalités telles que le suivi radio, la mesure des distances et la navigation. Ainsi, chaque navette peut emprunter l'itinéraire le plus direct et le plus court vers sa destination, se coordonner pour la prise en charge des commandes et la planification optimale des trajets, garantissant ainsi un débit maximal dans l'entrepôt et, par conséquent, une efficacité accrue.
Le système de capteurs intégré permet également d'éviter les collisions en arrêtant automatiquement les véhicules en cas de risque de collision imminente avec un autre appareil ou une personne. Dans le reste, les règles de priorité de passage sont fixes dans l'entrepôt, comme sur la route.
Si des ressources supplémentaires sont nécessaires, la capacité de transport du système peut être ajustée avec souplesse en augmentant le nombre de véhicules. Aucun investissement dans des infrastructures fixes n'est requis.
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