Pourquoi l'usine numérique est désormais à la portée de tous

Pour passer à l'industrie 4.0 et à l'usine numérique, il faut établir un lien entre les actifs industriels, les personnes et les processus de travail. Et pour établir un pont entre tout cela, il faut une collecte de données, une intégration et une mise en réseau solides. Tout doit être interconnecté et interopérable.

Le monde de l'atelier et celui des logiciels d'entreprise devraient être étroitement liés, mais le développement d'une solution d'intégration entre eux a toujours été associé à des coûts élevés.

CB Digital Factory peut faire de la construction d'une solution d'intégration personnalisée une possibilité pour les petits et moyens fabricants qui ont besoin d'une solution flexible et fiable, avec un prix attractif et imbattable.

Quand avez-vous acheté pour la dernière fois quelque chose à un artisan ?

Bien que ces artisans qualifiés ne ciblent plus que le segment du marché à faible volume et à coût élevé, c'est le seul type de fabrication qui a existé pendant la plus grande partie de l'histoire de l'humanité.

L'évolution technologique à la fin des années 18^th siècle a permis à l'humanité d'exploiter vapeur pouvoir. Cela a conduit à une énorme augmentation de la productivité des travailleurs, car la fabrication s'est éloignée des méthodes de production manuelles pour se tourner vers la production mécanique.

Vers la fin du 19^th siècle, une autre force de transformation est entrée en jeu. L'utilisation généralisée des électricité dans les usines a permis à une véritable production de masse d'émerger comme une option viable. Les machines pouvaient fonctionner 24 heures sur 24, sans interruption.

La deuxième moitié des 20^th siècle a vu le début de la informatique et l'essor de la robotique industrielle. Celle-ci a permis d'automatiser les processus de production répétitifs et de les surveiller à distance, augmentant ainsi le rendement de la production et, surtout, la qualité de la production - les machines pouvaient effectuer la même tâche encore et encore avec une incroyable précision. Après ces trois précédentes transformations technologiques, nous sommes maintenant à l'aube d'une autre révolution industrielle, communément appelée Industrie 4.0, le nouveau mot à la mode dans le monde de la fabrication.

Demandez à n'importe quelle personne de votre entourage ce qu'est l'industrie 4.0, et vous aurez droit à un grand nombre de termes lancés à la figure : Usines intelligentes, Big Data, Cloud, IA, IIoT, systèmes cyber-physiques, capteurs intelligents, Blockchain, etc. Mais ces technologies (et je ne fais qu'effleurer la partie émergée de l'iceberg) ne constituent pas l'industrie 4.0 et ne devraient être considérées que comme des facilitateurs - un moyen de parvenir à une fin.

Dans un sens très large, Industry 4.0 est la transformation à forte intensité d'informations de l'industrie manufacturière (et des industries connexes) en un environnement connecté d'actifs, de processus, de systèmes et de personnes, en tirant parti de la production et de l'utilisation de vastes quantités de données pour obtenir des informations exploitables. Industry 4.0 promet des usines numériques avec une productivité, une efficacité et une flexibilité accrues et une approche plus dynamique de la production. Tous ces avantages de l'usine numérique (et bien d'autres que je ne mentionne pas) conduisent à un retour sur investissement élevé et à une rentabilité future accrue.

Cependant, ce n'est pas ‘ quelque chose ’ qui s'obtient du jour au lendemain, et les entreprises ne doivent pas chercher à mettre en œuvre toutes les technologies à la fois. Pour passer à la fabrication intelligente, aux usines intelligentes ou aux industries connectées, vous devez d'abord relier entre eux des éléments tels que les actifs industriels, les personnes et les processus de travail. Et pour relier tout cela, vous avez besoin d'une collecte, d'une intégration et d'une mise en réseau solides des données. Tout doit être interconnecté et interopérable. Les informations provenant de chaque source doivent être unifiées et holistiques.

Pour l'instant, éloignons-nous brièvement de l'industrie 4.0 pour offrir un aperçu de l'automatisation dans une usine. Dans l'atelier, la plupart des machines que vous trouverez sont contrôlées par un PLC, ou contrôleur logique programmable. Il s'agit d'ordinateurs industriels qui ont été renforcés pour résister aux conditions difficiles souvent rencontrées dans les ateliers et qui sont utilisés pour contrôler les processus de fabrication, tels que les chaînes de montage, le fonctionnement des machines ou les dispositifs robotiques. Les API se composent généralement d'une alimentation électrique, d'un processeur, d'un module d'entrée/sortie et d'un module de communication. Les API capturent les données provenant de l'atelier en surveillant les entrées des capteurs et autres dispositifs de terrain auxquels ils sont connectés. Le processeur exécute ensuite la logique du programme créé par l'utilisateur et transmet les données ou les commandes aux machines et aux actionneurs auxquels il est connecté.

Le bus de terrain est un réseau industriel spécialement conçu pour la communication entre les automates programmables ou les contrôleurs industriels et les capteurs et actionneurs montés sur le terrain. Le bus de terrain est conçu pour remplacer le câblage point à point qui relie chaque capteur et actionneur aux entrées/sorties du contrôleur.

Nous pouvons diviser les réseaux de contrôle industriel en trois générations distinctes avec des niveaux de compatibilité variables :

• La première génération est constituée de protocoles de bus de terrain traditionnels basés sur la série. Quelques exemples de bus de terrain sériels bien connus sont Modbus RTU, PROFIBUS et CAN.
• La deuxième génération est constituée des protocoles basés sur Ethernet. Des exemples de protocoles basés sur l'Ethernet sont MODBUS TCP, ETHERNET/IP et PROFINET.
• La dernière génération a commencé à intégrer les technologies de communication sans fil.

En disposant d'une sélection diversifiée de protocoles, vous pouvez choisir ce qui répond le mieux à vos besoins. Vous pouvez choisir un bus de terrain pour une tâche spécifique en raison de son prix et de sa complexité moindres. Toutefois, les différents types de les protocoles de communication industriels ne sont généralement pas compatibles entre eux. Cela signifie que les appareils sur un réseau doivent tous utiliser le même type de protocole de communication.

En 1995, un groupe industriel indépendant des fournisseurs, le Fondation OPC a présenté la norme OPC pour aider à relever ce défi. La norme OPC a été conçue pour fournir une méthode commune de communication entre les appareils de terrain et les applications logicielles.

Le logiciel du serveur OPC communique avec l'API ou l'appareil de terrain via son protocole de communication natif et convertit ce message en formats standardisés définis par les spécifications OPC indépendantes du fournisseur, qui peuvent ensuite être lus par n'importe quel client OPC. Un serveur OPC peut être considéré comme une application logicielle qui convertit les protocoles de différents appareils dans un langage commun que toute application cliente ayant besoin de données peut comprendre.

De nombreuses usines auront des équipements de fabrication différents, utilisant des protocoles différents. C'est là que réside la plus grande force de l'OPC : Dans un secteur où les systèmes et protocoles propriétaires sont nombreux, l'OPC est le moyen standard convenu pour permettre à des systèmes disparates de communiquer. Il transforme tous ces différents protocoles en une seule ligne de communication, la rend sécurisée et accessible à distance.

Par exemple, supposons qu'une application client OPC souhaite obtenir des informations provenant d'un certain API. Le serveur OPC communique avec un API à l'aide du protocole Modbus. Dans ce cas, le serveur OPC demande à l'API les adresses mémoire spécifiques qui contiennent les données dont il a besoin. Cette opération est effectuée à l'aide du protocole Modbus. L'API fournit également toutes les réponses au serveur OPC à l'aide du protocole Modbus. De cette manière, le serveur OPC peut lire et écrire des données dans l'API à l'aide de Modbus. Le serveur OPC convertit ensuite les données qu'il récupère de l'API (à l'aide de Modbus) au “ format ” OPC et les envoie à une application cliente OPC. Toute application cliente OPC peut récupérer des données du serveur OPC sans avoir à connaître quoi que ce soit de l'API ou de son protocole d'automatisation.

Actuellement, lorsque nous parlons de l'OPC, nous faisons référence à l'OPC UA ou Open Platform Communications United Architecture. Ce cadre a été publié en 2008 et s'appuie sur le succès d'OPC Classic en étant fonctionnellement équivalent à OPC Classic, mais capable de beaucoup plus. OPC UA a une architecture orientée services, dans laquelle les serveurs, appelés fournisseurs de données, exposent leur modèle d'information, et les clients, appelés consommateurs de données, consomment les informations exposées par le serveur et peuvent être utilisés sur plusieurs plateformes différentes (Linux, Windows, Android, etc.).

Lors du développement de la norme OPC UA, le plus haut niveau de sécurité a été pris en compte dès le début. Contrairement à OPC Classic, OPC UA a été développé pour être “ compatible avec les pare-feu ”, c'est-à-dire qu'il peut être contrôlé et piloté via des techniques réseau standard.

OPC UA n'offre pas seulement les mécanismes informatiques courants pour l'authentification, la signature et l'accès crypté. Des protocoles supplémentaires peuvent étendre la couche de transport réelle à tout moment. Lorsqu'une demande de connexion à un serveur est reçue, le serveur valide la demande, la décrypte et valide son certificat. Une fois qu'une demande d'authentification ou d'autorisation valide est reçue et décodée, l'étape suivante consiste à déterminer si le serveur doit accepter la connexion de cet appareil ou autoriser l'accès à cet utilisateur.

Cela ne signifie pas pour autant que le protocole OPC UA soit “ meilleur ” que les protocoles EtherNet/IP, ProfiNet ou Modbus TCP. Pour transférer des données d'E/S au sein d'une machine, ces protocoles offrent la combinaison idéale entre transport, fonctionnalité et simplicité, permettant ainsi le contrôle des machines grâce à des E/S en réseau. Il s'agit de technologies très performantes pour le niveau de contrôle des machines dans la hiérarchie de l'automatisation. Toutefois, pour transférer des informations depuis le terrain vers les logiciels d'entreprise, OPC UA est le meilleur choix. Il augmente la productivité, améliore la qualité et réduit les coûts en fournissant non seulement plus de données, mais aussi des informations (et les bonnes informations) aux systèmes de production, de maintenance et informatiques.

Un autre grand défi auquel est confrontée la mise en œuvre à grande échelle de l'Industry 4.0 est la barrière de l'héritage. Cela est dû au fait que les dispositifs d'automatisation, principalement les automates programmables, devraient avoir une durée de vie de plusieurs décennies, de sorte que les progrès des technologies innovantes comme celles apportées par Industry 4.0, frappent l'héritage des installations déjà existantes. Comme il est évident, les investissements associés à la modernisation des entités logicielles et matérielles constituent un sérieux obstacle.

La plupart des entreprises refusent une modernisation radicale de l'ensemble de leur système d'automatisation ou ne peuvent tout simplement pas prendre le risque d'abandonner un système en marche. Au lieu de modifier l'ensemble du système, il est nécessaire d'étendre les capacités de l'infrastructure matérielle utilisée pour mettre en œuvre des méthodes modernes de gestion de l'information. En raison du fonctionnement en réseau, dans Industry 4.0, les machines et les équipements doivent être dotés de mécanismes de partage des données. En d'autres termes, la connectivité est une caractéristique clé pour l'héritage des infrastructures déjà existantes ; par conséquent, une première étape pour être prêt pour l'industrie 4.0 consiste à ajouter la connectivité réseau aux dispositifs actuels.

Avec l'utilisation des serveurs OPC UA, qu'ils soient intégrés dans un appareil ou sous forme de logiciel autonome, le nombre de marques et d'appareils pouvant être interconnectés comprend la plupart des matériels du domaine, pour presque tous les secteurs d'activité. Même les API qui communiquent sur des bus de terrain en série peuvent être connectés à un serveur OPC UA via un logiciel de passerelle de serveur ou des dispositifs de passerelle. Cela signifie que les entreprises peuvent faire leurs premiers pas dans l'industrie 4.0 avec des investissements minimes dans de nombreux cas.

Comme je l'ai dit précédemment, les fabricants doivent pouvoir accéder facilement aux données de leurs processus de production pour tirer pleinement parti de Industry 4.0. Poussés par la nécessité d'identifier, d'analyser et d'optimiser les données industrielles, de nombreux fabricants envisagent (ou ont déjà adopté) une plateforme de l'IIoT pour tirer parti de la puissance des découvertes de l'apprentissage machine, de l'IA et des Big Data.

Une plateforme IIoT rassemble des données en temps réel provenant de matériels, de systèmes logiciels, de capteurs et d'autres points de données dans un environnement centralisé, qui est généralement accessible à un large groupe d'utilisateurs. Elle fait le lien entre les systèmes, les personnes et les machines en transférant ces données dans un système centralisé, soit sur site, soit en périphérie, soit dans le nuage.

Bien sûr, cela nécessite encore une planification minutieuse et toutes les plateformes IIoT ne sont pas identiques. Il ne suffit pas de connecter tous vos automates programmables à un serveur OPC UA. Si vous ne savez pas quelles données vous souhaitez obtenir, comment vous souhaitez connecter et utiliser ces données et comment gérer la mise en service et la mise hors service des appareils existants ou nouveaux, votre projet Industrie 4.0 se terminera comme tous les autres.

Les entreprises se laissent convaincre par des commerciaux au beau discours d'investir des milliers et des milliers de dollars dans des logiciels qui lisent les données des machines et présentent ensuite les informations sur des tableaux de bord pouvant être consultés par l'ensemble de l'entreprise. Pendant quelques mois, voire un an ou deux, cela fonctionne bien. Mais ensuite, vous achetez une nouvelle machine et personne ne sait comment la connecter à ce nouveau système. Ou bien une pièce n'est plus produite et la chaîne de production est légèrement modifiée pour répondre à un besoin différent. Ou encore, vous achetez un nouveau logiciel de fabrication qui n'est pas compatible avec le système. Le service de maintenance pourrait probablement vous aider, mais il est submergé par d'autres tâches et n'a pas le temps de tout reconfigurer correctement. Il en va de même pour le service informatique. Peu à peu, ce logiciel cesse d'être utilisé et restera probablement inutilisé jusqu'à ce que quelqu'un se souvienne de son existence et charge un stagiaire de le réintroduire dans toute l'usine. Et c'est ainsi que l'industrie 4.0 a été oubliée.

Tester les premières applications potentielles des plateformes IIoT dans votre entreprise ne devrait pas nécessiter une longue préparation ni un investissement initial important. Il y a plusieurs années, quelques grands fournisseurs industriels ont tenté de créer des plateformes à usage général. Après avoir dépensé des centaines de millions de dollars, ils ont considérablement réduit leurs activités pour se concentrer sur des scénarios “ spéciaux ” limités, voire les ont complètement arrêtées. Ils n'avaient aucune chance de réussir. Après tout, même les concurrents d'un même secteur peuvent avoir des exigences, des contraintes et des objectifs complètement différents. Imaginez essayer de répondre à tous ces besoins dans tous les secteurs.

N'oubliez pas que chaque gestionnaire d'installations, fabricant d'équipements et opérateur de services vise spécifiquement à fournir des produits et services uniques, à optimiser ses propres processus internes et à promouvoir de nouveaux modèles commerciaux à la fois défendables et différenciés de ceux de ses concurrents directs. Comment pouvez-vous gagner si vous êtes limité par les mêmes capacités et contraintes que tout le monde ? Vous décidez de chercher un cheval plus rapide. Je vous dis qu'il faut arrêter de chercher un cheval plus rapide. Il est temps de construire votre voiture volante.

Ce sont les problèmes que nous essayons de résoudre au Connecting Software. Notre monde est un lieu où les systèmes et les applications peuvent communiquer dans un langage universel. Un monde dans lequel les données sont disponibles à tout moment, quelle que soit leur origine ou leur destination, leur forme ou leur finalité. Dans ce monde, l'interopérabilité n'est pas seulement un mot à la mode, mais plutôt une réalité quotidienne unifiée. Nous nous efforçons de construire un univers qui permette aux développeurs d'intégrer de manière transparente des données provenant de n'importe quelle source afin de fournir un aperçu ultime aux utilisateurs finaux.

Et c'est exactement ce que nous avons réalisé avec Connect Bridge, notre puissante plateforme d'intégration logicielle. En utilisant Connect Bridge et nos plus de 400 connectivités aux applications industrielles et commerciales les plus populaires et les plus répandues, les développeurs peuvent se connecter en toute sécurité à un large éventail de logiciels commerciaux via leurs API, sans avoir à apprendre leur documentation. Cette architecture permet la communication via la syntaxe SQL (Structured Query Language), le langage de programmation que tous les développeurs connaissent. Connect Bridge traduit la syntaxe SQL en appels API appropriés, préservant ainsi l'intégrité de votre système cible tout en facilitant la communication entre votre application et vos systèmes cibles grâce à nos connecteurs.

Et pour étendre cela au monde industriel, nous avons décidé de développer un connecteur qui nous permette de parler le ‘ langage machine ’. Nous avons étudié l'architecture OPC UA, puis nous l'avons transposée en SQL.

Actuellement, le connecteur OPC UA fonctionne comme un client OPC UA. Cela signifie que, s'il dispose de l'adresse d'un serveur OPC UA et des autorisations appropriées, l'utilisateur peut accéder aux données d'un serveur OPC UA. Une fois la connexion établie, les données exposées par le serveur peuvent être exploitées à l'aide de SQL. Les développeurs travaillant pour une entreprise peuvent facilement intégrer les données d'atelier de l'entreprise dans le logiciel métier qu'ils utilisent, créant ainsi une solution sur mesure répondant à leurs besoins spécifiques.

Notre vision pour CB Digital Factory est d'en faire une véritable plateforme d'IdO, hautement personnalisable, prête à assurer une intégration transparente entre l'atelier, le MES et l'ERP et tout autre logiciel commercial utilisé par votre entreprise.

CB Digital Factory permet aux entreprises de faire les premiers pas dans la numérisation de leurs ateliers de manière très abordable. L'industrie 4.0 n'est plus seulement à la portée des grandes entreprises, avec des départements informatiques dédiés, mais elle est désormais également ouverte aux petites et moyennes entreprises, avec parfois des départements informatiques de type one-man show.

Pour voir comment cela fonctionne pour vous, pensez aux logiciels et aux machines que vous souhaitez intégrer et demandez votre démo gratuite.

Pedro Noronha
Chef de produit de l'IIoT au Connecting Software

Auteur :

Titulaire d'un master en génie mécanique, j'ai travaillé dans l'industrie automobile en tant que consultant et chef de projet, avant de me concentrer sur l'informatique et l'industrie 4.0.

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