Comprendre l industrie 4.0 et ses défis

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1 Comprendre l industrie 4.0 et ses défis Haguenau, René Ohlmann Directeur ADDI-DATA GmbH 1 ADDI-DATA 2015

2 everything possible/shutterstock.com Comprendre l industrie 4.0 et ses défis 1. Industrie 4.0 : Historique et origine 2. Vision de l industrie Mise en œuvre en Allemagne, France, USA 4. Industrie 4.0 : évolution, non révolution 5. Systèmes cyber-physiques (CPS : Cyber Physical Systems) 6. Mécatrologie: la mesure industrielle moderne 7. Défis technologiques des CPS 8. Compétences requises pour le développement et la mise en service des CPS 2 ADDI-DATA 2015

3 1. Définition - Industrie 4.0 En substance «Industrie 4.0» signifie l intégration technique de systèmes cyberphysiques dans la production et la logistique, ainsi que l utilisation de l internet des objets et des services dans les processus industriels. S y rajoutent ses conséquences sur la création de richesses, sur les modèles d entreprises, ainsi que sur les services situés en aval et l organisation de travail. 3 ADDI-DATA 2015

4 1. Définition Industrie 4.0 Logistique CPS Internet des objets Logistique Internet des services Intégration Utilisation dans les processus industriels la création de richesses les modèles d entreprises Conséquences sur services situés en aval l organisation du travail 4 ADDI-DATA 2015

5 2. La vision : l usine intelligente L usine rendue intelligente par l industrie 4.0 devenant une partie d un monde interconnecté et intelligent. 5 ADDI-DATA 2015

6 2. Scénario 1 : réseaux sociaux techniques Ressources Caractéristiques Stockage et convoyage Bases de connaissances Robots Auto-pilotage Machines Autoconfiguration 6 ADDI-DATA 2015

7 2. Scénario 2 Smart products Identifiable Localisable Savent comment ils sont fabriqués Actif dans leurs processus de fabrication Détiennent leurs paramètres pour une utilisation optimale 7 ADDI-DATA 2015

8 2. Scénario 3 Mass customization Souhaits individuels des clients durant tout le cycle de vie Ligne de production dynamique grâce au Manufacturing Operation System utilisant des Apps 8 ADDI-DATA 2015

9 2. Scénario 4-6 Scénario 4 : L opérateur dans l industrie 4.0 Scénario 5 : Économie d énergie Scénario 6 : Symbiose entre le système de production et le développement du produit 9 ADDI-DATA 2015

10 2. Scénario 7 : Téléprésence Téléchargement de nouvelles fonctionnalités Calcul intensif Machine Base de données Support technique 10 ADDI-DATA 2015

11 2. Pourquoi 4.0? Industrie 3.0? Industrie 4.0 everything possible/shutterstock.com Industrie 2.0? Industrie 1.0? 11 ADDI-DATA 2015

12 2. Pourquoi 4.0? 12 ADDI-DATA 2015

13 2. Résumé des étapes Industrie 4.0 Industrie 1.0 Industrie 2.0 Début 20e siècle Electricité et montage à la chaîne Industrie 3.0 Début années 70 Automatisation avec l électronique et l informatique 21e siècle Systèmes Cyber-physiques Fin 18e siècle Machine à vapeur 13 ADDI-DATA 2015

14 3. Chronique de l apparition de la dénomination «Industrie 4.0» en Allemagne Forschungsunion Wirtschaft Wissenschaft - Hightech Strategie Avril ère utilisation du mot Industrie 4.0 au salon de l industrie à Hannovre er rapport Forschungsunion Wirtschaft Wissenschaft ème rapport Forschungsunion Wirtschaft Wissenschaft 2014 Publication du BMBF(Bundesministerium für Bildung und Forschung) : Die neue Hightech-Strategie Innovationen für Deutschland Thème principal du salon de l industrie à Hannovre 14 ADDI-DATA 2015

15 3. Qu en est-il en France? 2013 M. le Président Hollande 34 plans de bataille pour doper l industrie Communication accrue 15 ADDI-DATA 2015

16 3. Et aux États-Unis? Advanced Manufacturing Partnership Steering Committee : PCAST («President s Council of Advisors on Science and Technology») PCAST : «report to the president on capturing domestic competitive advantage in advanced manufacturing», 2014 PCAST : 16 recommandations 16 ADDI-DATA 2015

17 3. USA : 16 recommandations 17 ADDI-DATA 2015

18 3. Chronique comparée France, Allemagne, USA Allemagne France 2014 USA ADDI-DATA 2015

19 4. Comment en est-on arrivé là? «L INDUSTRIE 4.0» : ÉVOLUTION, NON RÉVOLUTION. LES DÉFIS QUI POUSSENT SON ÉCLOSION ET LES CATALYSEURS TECHNOLOGIQUES QUI PERMETTENT SON ÉMERGENCE 19 ADDI-DATA 2015

20 4. Les défis LES DÉFIS GÉOPOLITIQUES QUI APPELLENT L ÉCLOSION DE L INDUSTRIE ADDI-DATA 2015

21 4. Défi 1 - Menace de pénurie d énergie Augmention globale de la demande en énergie primaire Gas Coal Renewables Oil Nuclear Mtoe Il y a 25 ans la part des énergies fossiles dans le mixe global était de 82% ; cette part est aujourd hui identique et la croissance rapide des énergies renouvelables ne portera cette part qu à 75% en ADDI-DATA 2015 Source: World Energy Outlook - Dr. Fatih Birol- IEA (International Energy Agency) Chief Economist OECD Parliamentary Days - Paris, 5 February 2014

22 4. Défi 1 - Menace de pénurie d énergie Demande en énergie primaire, 2035 (Mtoe) Part de la croissance globale États- Unis Brésil Europe Afrique Moyen Orient Eurasie Inde Chine Japon Asie du Sud-Est Afrique Moyen Orient Amérique latine 8% 10% Eurasie 8% 5% OECD 4% 65% Asie non-oecd La Chine est le pays dont la croissance de la demande en énergie est la plus forte cette décennie mais c'est l'inde qui occupera le poste de leader à compter des années ADDI-DATA 2015 Source: World Energy Outlook - Dr. Fatih Birol- IEA (International Energy Agency) Chief Economist OECD Parliamentary Days - Paris, 5 February 2014

23 4. Défi 1 - Menace de pénurie d énergie 23 ADDI-DATA 2015

24 4. Défi 2 Menace de pénurie de matière première 24 ADDI-DATA 2015

25 4. Défi 2 Menace de pénurie de matière première 25 ADDI-DATA 2015

26 4. Défi 3 - Préservation de l environnement 26 ADDI-DATA 2015

27 4. Défi 3 - Préservation de l environnement Cumul des émissions de CO 2 des énergies Gt 800 Émissions totales Non-OECD 49% OECD 200 OECD 51% Non-OECD countries account for a rising share of emissions, although 2035 per capita levels are only half of OECD 27 ADDI-DATA 2015

28 4. Encore trop d émissions à la veille du sommet de 2015 en France Cumul des émissions de CO 2 des énergies Gt 800 Total emissions Non-OECD 49% OECD 200 OECD 51% Non-OECD countries account for a rising share of emissions, although 2035 per capita levels are only half of OECD 28 ADDI-DATA 2015

29 4. Défi 3 - Mass Customization citroen.fr 29 ADDI-DATA 2015

30 4. Conséquences : 3 objectifs pour la production industrielle Transparence des processus industriels Qualité totale Communication temps réel avec le monde extérieur 30 ADDI-DATA 2015

31 4. Les catalyseurs technologiques «L INDUSTRIE 4.0» : ÉVOLUTION, NON RÉVOLUTION. LES CATALYSEURS TECHNOLOGIQUES QUI PERMETTENT SON ÉMERGENCE 31 ADDI-DATA 2015

32 4. Technologie - Miniaturisation de l électronique et augmentation du ratio performance / surface Waffer : galette de semi-conducteur 32 ADDI-DATA 2015

33 4. Plus de flexibilité : Circuit logique programmable BEGIN Manager: PROCESS(nCLR, CLK) BEGIN -- Reset IF (nclr = '0') THEN SSI_Latch <= (OTHERS => '1'); Enable_Latch <= '0'; Wait_Latch <= '0'; Timeout_Latch <= '0'; Test_Latch <= '0'; Clock_Latch <= '1'; Clock_Value <= (OTHERS => '0'); Clock_Counter <= (OTHERS => '0'); Data_Latch <= (OTHERS => '0'); Gray_Latch <= (OTHERS => '0'); Bit_Value <= (OTHERS => '0'); Bit_Counter <= (OTHERS => '0'); ELSIF Rising_Edge(CLK) THEN SSI_Latch <= SSI_DATA; -- Status IF (WR = '1') AND (CS_Status = '1') THEN Enable_Latch <= DATA(0); IF (DATA(0) = '1') THEN Clock_Latch <= '0'; Clock_Counter <= (OTHERS => '0'); Bit_Counter <= (OTHERS => '0'); Data_Latch <= (OTHERS => '0'); Gray_Latch <= (OTHERS => '0'); Gray_Init <= '1'; Timeout_Latch <= '0'; END IF; END IF; 33 ADDI-DATA 2015

34 4. Technologie - L émergence du numérique 1946 : ENIAC 34 ADDI-DATA 2015

35 4. Technologie - L émergence du numérique Personal Computer IBM 35 ADDI-DATA 2015

36 4. Technologie - L émergence du numérique 36 ADDI-DATA 2015

37 4. Tout petit, quelque part entre micro et nano MEMS - Pression - Vitesse - Déplacement 37 ADDI-DATA 2015

38 4. Technologie : MEMS NEMS 38 ADDI-DATA 2015

39 everything possible/shutterstock.com 4. De plus en plus d électronique dans la mécanique Cylindre Roulements à bille intelligents Nombre de révolutions Vitesse Direction de la rotation Position de comptage relative Accélération ou décélération Photos avec l aimable autorisation de la société SKF 39 ADDI-DATA 2015

40 4. MEMS Smartphone 40 ADDI-DATA 2015

41 4. NEMS 41 ADDI-DATA 2015

42 4. Technologie Ethernet TCP/IP Panom Pensawang/shutterstock.com bluebay/shutterstock.com 42 ADDI-DATA 2015

43 4. Technologie Internet ou plutôt les technologies internet 2 Scott Bedford/shutterstock.com beboy/shutterstock.com Deny Prykhodov/shutterstock.com nmedia/shutterstock.com oleksiy Mark/shutterstock.com 43 ADDI-DATA 2015

44 4. Technologie web 44 ADDI-DATA 2015

45 4. CLOUD 45 ADDI-DATA 2015

46 4. Technologie l impression 3 D et RFID Radio Frequency Identification, en francais : la Radio-Identification Lecteur RFID Radio étiquette, RFID Tag, RFID Transponder Copyright Pepperl & Fuchs 46 ADDI-DATA 2015

47 4. Technologie RFID - Exemple 47 ADDI-DATA 2015

48 4. Technologie RFID - principe 48 ADDI-DATA 2015

49 5. À la croisée des chemins technologiques : L éclosion des Cyber Physical Systems Electronique Informatique Virtuel/Réel MEMS/NEMS Ethernet/Internet 49 ADDI-DATA 2015

50 5. Systèmes Cyber-physiques LES SYSTÈMES CYBER-PHYSIQUES (CPS : CYBER PHYSICAL SYSTEMS) : AU CŒUR DE L «INDUSTRIE 4.0» DÉFINITION ET DÉFIS TECHNOLOGIQUES 50 ADDI-DATA 2015

51 5. Définition Cyber Physical Systems - CPS Les «systèmes cyber-physiques» sont des systèmes embarqués intelligents, composés d électronique et de logiciel, reliés au monde réel au travers de capteurs et d'acteurs, et connectés entre eux et à internet. Le monde physique fusionne ainsi avec un monde virtuel, pour créer un cyberespace, qui selon sa définition est un ensemble de données numérisées, constituant un univers d information et de communication, lié à l internet. 51 ADDI-DATA 2015

52 5. Exemple simple d un CPS Le Smartphone 52 ADDI-DATA 2015

53 5. Systèmes Cyber-physiques : défis technologiques LES SYSTÈMES CYBER-PHYSIQUES (CPS : CYBER PHYSICAL SYSTEMS) : AU CŒUR DE L «INDUSTRIE 4.0» DÉFINITION ET DÉFIS TECHNOLOGIQUES 53 ADDI-DATA 2015

54 5. Défi : Intelligence artificielle Internet of Things: IoT: objets connectés Organic computing / Real world awareness Intelligence collective 54 ADDI-DATA 2015

55 5. Fusion de données multi-capteurs Perf (C1 U C2) > L(C1) + L(C2) Perf (C1 U C2) > max { Perf(C1), Perf(C2)} 55 ADDI-DATA 2015

56 5. Normes - standards 56 ADDI-DATA 2015

57 5. Questions juridiques Responsabilité produit Sécurité informatique Responsabilté Au niveau de la maintenance Protection Des données Protection du Savoir-faire 57 ADDI-DATA 2015

58 6. La Mécatrologie LA MÉCATROLOGIE: LA MESURE INDUSTRIELLE MODERNE - EXEMPLE D UNE TRANSFORMATION D UN DOMAINE INDUSTRIEL DANS LE CONTEXTE DE L INDUSTRIE ADDI-DATA 2015

59 6. Conséquences sur l électronique de mesure industrielle A : De plus en plus intégrée dans la châine de fabrication Plus robuste contre les perturbations B : Une partie des calculs de données faite directement dans l appareil de mesure Intelligence, échange d informations C : Mass Customization Flexibilité, échange d informations D : Énergie et pénurie de matière première Qualité accrue des produits et processus Transparence pour une amélioration continue Système nerveux de la production (Yeux et oreilles) Réseaux de capteurs Échange d informations 59 ADDI-DATA 2015

60 6. Appareil de mesure numérique Appareil de mesure numérique Informations à mettre à disposition Électronique (numérisation) Capteurs 60 ADDI-DATA 2015

61 6. Solutions ADDI-DATA 61 ADDI-DATA 2015

62 6. Produits : systèmes Ethernet intelligents MSX-E Avantages Intelligence (sur site) Acquisition et analyse des signaux sans PC Montage en cascade réduction du câblage Près du point de mesure et hors de l armoire électrique Ethernet (Serveur de données, services web, Open MODBUS/TCP) Connexion aisée à des bases de données Température de fonctionnement étendue (-40 C à +85 C) IP 65/IP 67 Flexibilité 62 ADDI-DATA 2015

63 6. Systèmes Ethernet intelligents MSX-E - Matériel 63 ADDI-DATA 2015

64 6. Systèmes Ethernet temps réel MSX-Box Numérique Analogique Vibration/Accélération Communication E/S TTL Comptage Température Pression/force 65 ADDI-DATA 2015

65 6. Temps réel grâce à la technologie hybride 66 ADDI-DATA 2015

66 6. Conséquences pour l electronique de mesure industrielle A : De plus en plus intégrée dans la châine de fabrication Plus robuste contre les perturbations B : Une partie des calculs de données faite directement dans l appareil de mesure Intelligence, échange d informations C : Mass Customization Flexibilité, échange d informations D : Énergie et pénurie de matière première Qualité accrue des produits et processus Transparence pour une amélioration continue Système nerveux de la production (Yeux et oreilles) Réseaux de capteurs Échange d informations 67 ADDI-DATA 2015

67 6. A : L électronique de mesure soumise à des environnements sévères Perturbations électromagnétiques mécaniques climatiques/chimiques Surtensions/surcourants Boucles de courant Courts-circuits Rayonnement propre Vibrations Chocs Températures Humidité/Eau Poussière Huile, Lubrifiant Produits chimiques 68 ADDI-DATA 2015

68 6. A : Systèmes Ethernet intelligents MSX-E résistants aux perturbations Boîtier métallique robuste IP65, IP67 Température de fonctionnement étendue Isolation galvanische (Signaux, Contrôleur) 69 ADDI-DATA 2015

69 6. A : Systèmes Ethernet intelligents - Tests vibratoires Test de résistance à la poussière (IP 65) Enregistreur de données Ethernet intelligent MSX-E3211 monté sur la table vibratoire avec accéléromètres pendant les tests sur l axe Y 70 ADDI-DATA 2015

70 6. A : Systèmes Ethernet intelligents Certificats de mesure vibratoire 71 ADDI-DATA 2015

71 6. Conséquences sur l électronique de mesure industrielle A : De plus en plus intégrée dans la châine de fabrication Plus robuste contre les perturbations B : Une partie des calculs de données faite directement dans l appareil de mesure Intelligence, échange d informations C : Mass Customization Flexibilité, échange d informations D : Énergie et pénurie de matière première Qualité accrue des produits et processus Transparence pour une amélioration continue Système nerveux de la production (Yeux et oreilles) Réseaux de capteurs Échange d informations 73 ADDI-DATA 2015

72 6. B et C : Traitement des données et flexibilité 75 ADDI-DATA 2015

73 6. B et C : Traitement des données et flexibilité 76 ADDI-DATA 2015

74 6. B et C : Traitement des données et flexibilité Guest application management 77 ADDI-DATA 2015

75 6. Conséquences sur l électronique de mesure industrielle A : De plus en plus intégrée dans la châine de fabrication Plus robuste contre les perturbations B : Une partie des calculs de données faite directement dans l appareil de mesure Intelligence, échange d informations C : Mass Customization Flexibilité, échange d informations D : Énergie et pénurie de matière première Qualité accrue des produits et processus Transparence pour une amélioration continue Système nerveux de la production (Yeux et oreilles) Réseaux de capteurs Échange d informations 78 ADDI-DATA 2015

76 6. Reproduction du monde réel - 1 Étape 3 : Définition mathématique 1 Vectorisation : L objet est un vecteur caractéristique 2 Matricer : Rassemblement de tous les objets pertinents dans une matrice 79 ADDI-DATA 2015

77 6. Exigences à l électronique de mesure Réseaux de capteurs et acquisition synchrone Appareil de mesure 01 Appareil de mesure 02 Appareil de mesure A Appareil de mesure (A U B) Appareil de mesure B Correlation 80 ADDI-DATA 2015

78 6. D : Transparence Système nerveux réseaux de capteurs Montage en cascade des systèmes MSX-E Appareil de mesure 01 Appareil de mesure ADDI-DATA 2015 Appareil de mesure A Appareil de mesure (A U B) Appareil de mesure B Corrélation

79 6. D : Transparence Système nerveux réseaux de capteurs Appareil de mesure 01 Appareil de mesure ADDI-DATA 2015 Appareil de mesure A Appareil de mesure (A U B) Appareil de mesure B Corrélation

80 6. Conclusion Mécatrologie 83 ADDI-DATA 2015

81 7. Conséquences sur la formation CONSÉQUENCES DE L INDUSTRIE 4.0 SUR LA FORMATION LES COMPETENCES REQUISES POUR LE DEVELOPPEMENT ET LA MISE EN SERVICE DES CPS (CYBER PHYSICAL SYSTEMS) 84 ADDI-DATA 2015

82 7. Evolution du développement électronique Multi wire FPGA Plus de logiciel 85 ADDI-DATA 2015

83 7. Des circuits imprimées de plus en plus dense 86 ADDI-DATA 2015

84 7. Circuits plus denses et flexibles 87 ADDI-DATA 2015

85 7. System on Chip 88 ADDI-DATA 2015

86 7. Multicore / Multicoeur 89 ADDI-DATA 2015

87 7. Programmation paralèlle 90 ADDI-DATA 2015

88 8. Compétences d un développeur dans l embarqué Réseau, base de données Programmation PC bas niveau Programmation embarquée Microcontrôleur / FPGA Électronique Physique 91 ADDI-DATA 2015

89 8. Les compétences non techniques importantes Langues Contact humain Faculté d expliquer Volonté Curiosité Envie d apprendre 92 ADDI-DATA 2015

90 8. Comment s y prendre? 94 ADDI-DATA 2015

91 8. Ne pas être impressionné! 95 ADDI-DATA 2015

92 Contact 96 ADDI-DATA 2015

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