Industrie du futur : il était une fois la 4e révolution ... mai 2019.pdfC’est quoi un automate ? ... • La coordination s’applique non seulement dans l’usine, mais aussi entre

Reims, le 23 mai 2019

Industrie du futur : il était une fois

la 4e révolution industrielle

Alexandre Philippot Bernard Riera


• Avant-Propos

• 1, 2, 3 révolution

• Une 4ème révolution industrielle

• Jumeau numérique et « virtual commissioning »

• HOME I/O : la maison virtuelle

• FACTORY I/O : l’usine virtuelle

• Conclusion

Sommaire


- Laboratoire de Recherche : Centre de Recherche en Sciences et Technologies de l’Information et de la Communication (EA 3804)- 145 personnes- Informatique, Automatique et Traitement du Signal

Avant-propos

Bernard RIERAProfesseur des UniversitésDirecteur du CReSTIC

Alexandre PHILIPPOTMaître de ConférencesChargé de Mission Industrie du Futur


• Des mots à la mode ?Tout le monde en parle et pourtant !!!• Des technologies futuristes ?Réalité ou science fiction • Des robots ou des hommes ?A priori sur les créateurs/destructeurs d’emplois

Définition


Définition


La 1ère révolution industrielle

Atelier de peignage de la laine dans une usine vers 1880

James Watt (1769)

Moteur des usines … et des transports …mais encombrant

Multiplication des mines de charbon


Et avant ???

Éolipyle1er moteur à vapeur inventé par Héron d'Alexandrie (Ier siècle av. J.-C.)

Denis Papin découvre la force de la vapeur (17ème siècle)

1712 : Thomas Newcomen - machine pour pomper l'eau qui s'infiltrait dans les mines

Atelier familial ou artisanal Energie musculaire, petits outils, faible production


2ème révolution industrielle

« fardier à vapeur » de Joseph Cugnot(15 min. à 4km/h)

1870 : Important développement de l'automobile et de la chimie au travers le pétrole et l'électricité

« moteur à gaz et à air dilaté » d’ Étienne Lenoir (1859)

1886 1ère voiture avec moteur à explosion produite en sérieBenz Patent Motorwagen


Un monde industrialisé

1936 : Les temps modernes

1908 : Fordisme – Production de masse de la Ford TTaylorisme : travail des ouvriers sur convoyeur - travail à la chaîne


1943 : premier ordinateur (Colossus)

Thomas Harold Flowers, ingénieur anglais, a conçu le Colossus, le premier ordinateur électronique programmable du monde, pour aider à décrypter les messages allemands.

Alan TURINGEnigma 1939


• John von Neumann Mathématicien,Architecture des ordinateursmodernes

• Robert Oppenheimer Physicien, projetManhatan

Institute for Advanced Study (IAS) Computer in Princeton, New Jersey, 1952 (prototype de l’ordinateur moderne)

Définition


3ème révolution industrielle

1968 : Pour répondre à un appel d'offre de GM, Bedford Associates

(Massachusetts) fabrique le 1er automate programmable au monde :

Le 084 (84e projet).

L'entreprise Modicon développe, fabrique, vend et maintient ce

nouveau produit (absorbée en 1996 par Schneider Electric)

De gauche à droite, Dick Morley, Tom Bossevain, George Schwenk, and Jonas Landau


C’est quoi un automate ?

Un automate est un dispositif reproduisant une séquence d'actions prédéterminées sans l'intervention humaine.

Chevalier mécanique, automate humanoïde imaginé par Léonard de Vinci (1452-1519)

Automatier, horloger


C’est quoi un automate programmable ?

1947 : le transistor est inventé

L'invention du transistor, puis du circuit intégré déclenchent un enthousiasme pour l'innovation électronique au début des années 1960.

Appareil dédié au contrôle d’une machine ou d’un processus industriel, constitué de composants électroniques, comportant une mémoire programmable


Premier robot industriel (1961) 1968 : licence de fabrication accordée à Kawasaki et première entreprise à les adopter en France : Renault en 1976.

Et un robot ?


Augmentation des cadences, des gammes de produits, des qualifications…

… mais très peu de robots, et pas d’objets connectés

Conséquences


• Avant-Propos






• Conclusion

Sommaire


• Nouvelle façon d’organiser les moyens de production.

• Convergence du monde virtuel, de la conception numérique, de la

gestion (finance et marketing) avec les produits et objets du monde

réel.

• Personnalisation du produit, et malgré de faibles volumes de

fabrication, avec maintien des gains.

• De nouveaux enjeux économique, sociaux, sociétaux, politiques ou

environnementaux.

• Revalorisation de la place de l'humain dans l’industrie.

Une 4ième révolution industrielle


Principe

• L’internet des objets (IoT ou des objets industriels IIoT) et les systèmes cyber-physique

(CPS) et le Cloud Manufacturing (CM) forment la base de la technologie pour

l'Industrie 4.0.

• La coordination s’applique non seulement dans l’usine, mais aussi entre les usines.

• Augmenter l’efficacité des processus industriels avec le moins d’intervention humaine

tant au niveau de la maintenance que de la gestion des pannes et ainsi, par la

flexibilité et la personnalisation, accroitre la productivité en réduisant les coûts et la

consommation d'énergie.

• Le concept de système cyber-physique de production, de l’anglais CPS, correspond à

un système autonome intégrant électronique, logiciel et communication.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Internet_des_objets

https://fr.wikipedia.org/wiki/Syst%C3%A8me_cyber-physique

https://fr.wikipedia.org/wiki/Syst%C3%A8me_cyber-physique


Systèmes Cyber-Physique


Acteurs et leaders

France : 12 septembre 2013 Plan gouvernemental Usine du Futur

Juillet 2015 : création de l'Alliance Industrie du Futur

Foire de Hanovre 2011


Plan national


Concept

• Numérisation de l’usine

• Flexibilité de l’usine et personnalisation de la production

• De nouveaux outils logistiques

• Des outils de simulation (production, performance,

maintenance, formation …)

• Une usine économe en énergie et en matières premières

Adidas SpeedFactory


Technologies

• Réalité Augmentée, Réalité Virtuelle

• Robots et Cobots

• Big Data, Smart Data

• Cloud Computing

• Cyber Physical (Human) Systems (l’humain comme source d’informations)

• Sécurité & Cyber-sécurité

• …

Reims, le 23 mai 2019Source : http://www.referentiel-idf.org/fr-FR/


Objets Connectés

• Dialogue entre machines, entre produits

• Internet Industriel des Objets (IIoT)

• RFID, NFC


Technologies de production avancées

• Matériaux innovants, intelligents (biosource)

• Procédés de fabrication innovants : Fabrication additive

• Procédés éco-responsables (CdV)

• Robotique avancée (Cobot), flexibilité

• Mécatronique

• Surveillance (Maintenance prédictive)

Micro-fabricationbiomatériaux


Lignes et usines connectés, optimisés et pilotés

• Virtualisation, réalité virtuelle, réalité augmentée

• Cloud, Big Data (Smart Data)

• Ingénierie Numérique

RA RV


Relations clients/fournisseurs

• Customer Relationship Management (CRM)

• Production collaborative

• Gestion du cycle de vie des produits, des machines, des services

• Digitalisation de la supply chain


Nouveaux modèles économiques et sociétaux

• Insertion dans la collectivité : écoconception, valorisation des déchets

• Economie circulaire

• Nouvelles relations économiques (blablacar, uberisation…)

• Alliances technologiques ou géographiques

• Capital immatériel : gestion des compétences et des connaissances

• Veille, prospective


Homme, management et organisation

• Qualité de vie au travail : facteur humain

• Assistance physique : exosquelettes, cobotique

• Assistance aux gestes et dépénibilisation (systèmes haptiques)

• Assistance cognitive (RA, RV), vocale


Quid de l’IA


ROMEO• Calcul haute performance, mathématiques appliquées, physique, biophysique et chimie…

Modèle Bull Sequana X1000

• Solution modulaire

• 85 lames

• 115 serveurs

• Dernière génération de processeurs Intel

• 280 GPU NVIDIA P100 NVLINK 249th

1 022 Pflops

Eco-Efficacité

• Refroidit à l’eau chaude (40°)

• Free-Cooling toute l’année

20th

8 047 GFLOPS/W

Un supercalculateur


Standardisation et normalisation

• Les machines ou les objets doivent pouvoir se connecter

facilement les unes aux autres

• Le standard OPC UA apparaît dans l’architecture de référence

définie par le consortium de l'Alliance de Recherche de Science

et d'industrie.

• OPC UA est un protocole de communication universel et

sécurisé pouvant être appliqué à n’importe quel support physique

(câble, liaison sans fil ou autres), n’importe quel système

d’exploitation.

• Les données ne sont pas seulement échangées, mais aussi

structurées (modèles de données) afin d’apporter de l’intelligence

dans les échanges.


Aspects économiques et sociaux

• Écologie

– Green IT (Informatique durable)

– RSE (Responsabilité Sociétale des Entreprises)

• Vision politique et acceptabilité

– organisation du travail plus flexible dans le temps et dans l’espace

– Impact sur le marché du travail : qualifier la relation entre l’homme

et les machines

• Nouveaux métiers & Formations

– rendre les ouvriers le plus flexible afin d’acquérir une plus grande

autonomie

– Implique un volet formation au sein et en dehors de l’entreprise

• Un investissement des PME et grands groupes pour rattraper leur

retard ou conquérir de nouveaux marchés


Apports et limitations

• Usines Neuves vs Existantes– Upgrader : Le challenge d’interconnecter les technologies

• Une trop grande homogénéité peut constituer un frein– Les plus puissants (ou avancés) imposeraient leur vision.

• Sécurité du système : Le contrôle à distance vs hacking

• Sur le plan social : – Les entreprises joueront elles le jeu de la reconversion des personnes ?

– Les opérateurs seront-ils capables d’acquérir ces qualifications/compétences ?

– Embauches uniquement de personnes hautement diplômées ? Et les autres ?


Acceptabilité et Ethique

« Les robots, le chômage et les emplois de 2030 » (France Info, 10/05/2015), « Robots au travail : 3 millions d’emplois menacés en France d’ici 2025 »(La Voix du Nord, 25/05/2016)

« Des centaines de milliers d’emplois créés par la robotique » (Monster, 16/04/2015), « La vérité sur les robots destructeurs d’emplois » (Slate, 06/06/2016)

• Selon les études parues, cette vague de robotisation toucherait d’ici vingt ans 42 % en

France des métiers.

• Le phénomène n’est pas inédit : chaque siècle apporte son lot d’innovations, condamnant

des métiers, en créant d’autres : « destruction créatrice » (J. Schumpeter)

• 60 % des métiers de demain n’ont pas encore été inventés.

http://www.francetvinfo.fr/replay-radio/nouveau-monde/les-robots-le-chomage-et-les-emplois-de-2030_1777669.html

http://www.lavoixdunord.fr/france-monde/robots-au-travail-3-millions-d-emplois-menaces-en-ia0b0n3527866

http://www.monster.fr/it/a/Des-centaines-de-milliers-d-emplois-crees-par-la-robotique?WT.mc_n=RSFR_F_SN_

http://www.slate.fr/story/118919/verite-robots-destructeurs-emplois



L’exemple SALM : Groupe Schmidt

• 80% des tâches robotisées/automatisées

• Production doublée avec des cuisines sur mesure

• 1998 : 1 couleur de meuble / 2014 : 50 couleurs


2014

En Allemagne, l’augmentation de l’automatisation à

provoqué une baisse des délocalisations




Cybersécurité

Reconfigurabilité

Diagnostic

Numérisation SCADA

Usine ouverte

Data MiningUsine connectéeMES & ERP

Energie

Robotiquecollaborative

Trop de technologies ?


• Avant-Propos






• Conclusion

Sommaire


Jumeau numérique (systèmes manufacturiers) :

Modèle numérique temps réel simulant le comportement dynamique d’une Partie Opérative d’un système automatisé et pouvant être connecté à une Partie Commande réelle ou simulée

Utilisation dans l’industrie et la formation

Jumeau numérique et « virtual commissioning »

45


Modélisation et simulation de la PO dans l’industrie :

- vérification/validation de la commande- mise en service (« virtual commissioning ») - formation des opérateurs sur simulateur- du « simple » simulateur de PO au PLM et l’Usine Numérique

Intérêt de la simulation de Parties Opératives pour l’industrie

- gain de temps, gain de productivité

Industrie 4.0 : numérisation de l’usine, jumeau numérique

46



Utilisation de la simulation de Parties Opératives (PO) pour la formation à l’automation : « Virtual commissioning » pédagogique

- sans risque, gain de place, pas de maintenance, faible coût, complémentaire aux systèmes réels…

- simulations peu réalistes, peu interactives et souvent peu attractives !

47



Il y a un « fossé » entre les simulateurs utilisés pour la formation et les simulateurs des jeux vidéos utilisés par nos élèves !

48



« Déséquilibre actuel entre une société multi-média et des modalités éducatives attachées à des processus ancestraux de transfert de connaissance » (Technologies et Formations, octobre 2009)

Constat

49



• Partenariat scientifique et technique depuis 2008 entre le CReSTIC (URCA) et REAL GAMES (société portugaise)

• Développement de logiciels de simulation pour la formation à l’automatique reposant sur les technologies des jeux vidéo

Partenariat R&D

50



Proposer des ressources pédagogiques numériques

adaptées à la génération Y, favorisant la démarche

d’investigation et permettant à l’enseignant

d’imaginer, de mettre en place de multiples

situations‐problèmes tout en restant le « maître du

jeu »

Approche

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Hypothèses pédagogiques et réalité des « jeux sérieux » à l’école : le « game play » (jouabilité)

- la 3D peut apporter un réalisme et donc une « conscience de la situation » pour l’apprenant. C’est un facteur « positif » pour découvrir, comprendre et apprendre.

- L’interactivité et l’aspect « ludique » favorisent la motivation.

« agir pour de faux pour découvrir, comprendre et apprendre pour de vrai !»

52

Simulation de PO et virtual commissioning


Quand la simulation et le jumeau numérique deviennent un jeu sérieux pour l’enseignement de l’automatique !

53



• Avant-Propos






• Conclusion

Sommaire


Projet R&D de 36 mois démarré en octobre 2011 financé en partie par le

2 partenaires :

Le projet « HOME I/O » : une maison virtuelle pour l’enseignement des sciences et technologies du Collège à

l’Université !

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HOME I/O : la maison virtuelle


un lieu de découvertes et d’expérimentations à la façon des jeux FPS (First Person Shooter) !

… Amener une maison dans la salle de classe (collèges, lycées, IUT, BTS, Ecoles d’Ingénieurs, Universités…) !

56





– Mise à jour majeure le 16 octobre 2017 : une connexion directe entre HOME I/O et Scratch 2 permet aux élèves de s’initier à l’algorithmique et la programmation en utilisant des blocs HOME I/O prédéfinis pour automatiser la maison virtuelle.



pour la formation aux API, SCADA, MES, Industrie 4.0…

59

… Amener une usine dans la salle de classe (lycées, IUT, BTS, Ecoles d’Ingénieurs, Universités…) !

FACTORY I/O : l’usine virtuelle


• Avant-Propos






• Conclusion

Sommaire


- Plus de 20 systèmes prêts à l’emploi, E/S TOR etanalogiques

- Possibilité de concevoir ses propres systèmes parassemblage de composants (>80)

- Fonctionne avec toutes les marques d’API





• Avant-Propos






• Conclusion

Sommaire


- Le numérique en pédagogie, c’est aussi les MOOC, la classe inversée, le e-learning…

- Le « tsunami numérique » c’est avant tout un « tsunami pédagogique »

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Conclusion


B. RIERA

HOME I/O et FACTORY I/O : 2 jumeaux numériques pour la formation à l’automatique

65


ACKNOWLEDGMENT

HUMANISM N° ANR-17-CE10-0009 research program

• Concevoir des systèmes plus flexible et plus résilient.

– Par les nouvelles technologies issues du numérique et des technologies de

fabrication.

– Mais en même temps, l'humain doit rester au centre du processus global de

prise de décision et de contrôle.

• HUMANISM project : Développer une méthodologie pour concevoir des

systèmes d'assistance coopérative pour soutenir la prise de conscience

humaine et la prise de décision

Documents

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