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Plateforme « Usine du Futur »SCAP industrie du futur
Systèmes Cyberphysiques adaptatifs en Production
LabSTICC Laboratoire des Sciences et
Techniques de l'Information, de la Communication et de la Connaissance
Professeur Eric Martin
SCAP est membre de l’alliance industrie du futur
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Lab-STICC• UMR 560 Membres
• 3 Pôles– CACS : Communication (COM), interaction
algorithmes architectures (IAS), méthodes et outils pour le logiciel et le matériel (MOCS).
– MOM : Matériaux Fonctionnels (MF), Dispositifs et
Interfaces Multiphysiques (DIM), Propagation et Interactions Multi-échelles (PIM).
– CID : DECIDE (DECision aId and knowleDge discovEry),
TOMS (Traitements, Observation et Méthodes Statistiques), IHSEV (Interaction Humain Système et Environnement Virtuel), SFIIS (Sécurité, Fiabilité et Intégrité de l’Information et des Systèmes), PRASYS (Perception, Robotics, Autonomous SYStems),
• 4 Projets transversaux– CyruS : Cyber Sécurité ; HAAL : Human Ambiant
Assisted Living, ICTO Information, Communication, Technologies pour l’Océan, Codage Neural, Drones.
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Lab-STICC : Du capteur à la connaissance
https://appliweb.dgri.education.fr/annuaire/index.jsp
Partenariats industriels
Brevets
Chaires industrielles
Laboratoires communs
8 M€
Subventions recherche
ANR
Europe CPER
44 M€
2010-2015, hors salaires état
SPARTE – iXBLUE ; LATERAL: Thales ; WHIST : WHISTLab – OrangeATOL (Aeronautics Technico Operational Lab) – Thales
CLAPOT (Common Laboratory for Acquisition of Potential Oceanic Technologies) – ThalesCALIPSO (Common Advanced Laboratory for Integrated Processing of Signal Observation) – Thales
Laboratoires communs
Le Lab-STICC développe de nombreux partenariats
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Académique : Formations
ENSIBS :
Spécialité Ingénieur MécatroniqueSpécialité Ingénieur Génie IndustrielSpécialité Ingénieur InformatiqueSpécialité Ingénieur Cyberdéfense en alternance
ENIBMécatroniqueÉlectroniqueInformatiqueGénéraliste
ENSTAIngénierie des systèmes complexes Hydrographie et océanographie Robotique Télécommunications et sécurité Informatique et technologies de l’information Sciences de l'entreprise Architecture navale et offshoreArchitecture des véhicules Matériaux et structures Pyrotechnie et propulsion
IMT Mines Télécom AtlantiqueSystèmes matérielsSystèmes logicielsRéseauxSécuritéInternet des objetsSystèmes d'informationSociété numériqueManagementAffairesInternational
UBOMaster :- Informatique- Ingénierie de conception- Master Ingénierie de
l'image, ingénierie du son- Master Physique
Fondamentale et Applications
- Télécommunications
UBSMaster :- Master Systèmes et Applications pour l'Informatique Mobile (SAIM)
Formations à Bac + 5, associées au Lab-STICC
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Les enjeux de l’industrie
• Relever la part de l’industrie en France et en Europe– Passer de 15,1% du PIB en 2013 à 20% en 2020 en Europe
• RSE responsabilité sociétale des entreprises– Le développement durable
– La place de l’homme et du capital humain
• Répondre aux nouveaux défis de l’agilité– Production de masse et customisée
– Logistique adaptée aux besoins clients
– Consommation collaborative
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Les politiques publiques pour l’industrie
• Les politiques publiques à l’échelle mondiale– Manufacturing renaissance – USA ; Smart Everything Everywhere – EU
– Precision Manufacturing – SG ; Intelligent Manufacturing - CN ; Innovation 25 – JP.
• Les politiques en Europe : 9 programmes nationaux– High Value Manufactiring – GB ; Smart Industry – Nl ; Production 2030 – S ;
– Manufactiring 4.0 – D ; Porduktion des Zukunft – A ;
– Operational programme – GR ; Fabrica intelligente – I
– Les programmes Horizon 2020• Primauté industrielle :
– la recherche dans des domaines technologiques clés (TIC, nanotechnologies, matériaux, procédés de fabrication, espace).
– des instruments financiers en soutien aux investissements privés en recherche et innovation
– l'innovation dans les P.M.E., au travers du programme EUROSTARS (faisabilité du projet, financement de la recherche et de l'innovation, puis accompagnement vers la commercialisation).
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Les politiques publiques
SNR : Défi 3, Le renouveau industrielORIENTATION 11 / Usine numérique
ORIENTATION 12 / Usine verte et citoyenneORIENTATION 13 / Procédés de fabrication flexibles, centrés sur l’homme
ORIENTATION 14 / Conception de nouveaux matériauxORIENTATION 15 / Capteurs et instrumentation
• La politique industrielle en France
– Plans du renouveau industriel• Usine du futur : Nous construisons la France de la troisième révolution industrielle. Pour
retrouver son rang dans la bataille mondiale, gagner en compétitivité, maintenir de l’emploiindustriel et améliorer la place de l’homme dans l’usine, la France doit relever le double défide moderniser son outil productif et de concevoir et de développer les processus et les outilsde production de l’avenir. L’usine de demain devra être plus écologique et sobre en ressources,plus intelligente, avec des modes de production toujours plus adaptés à des productionspersonnalisées ou en petite série. Elle devra remettre l’humain au cœur de la relation homme-machine et être plus proche de son écosystème local (clients, sous-traitants et fournisseurs). Leplan « Usine du futur » permettra à la France d’être au rendez-vous de la troisième Révolutionindustrielle, au carrefour des transitions énergétique et numérique de notre société.
– La stratégie nationale de la recherche
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Industrie du Futur
1° Révolution industrielle(mécanisation)
2° Révolution industrielle(électrification)
3° Révolution industrielle(électronique)
4° Révolution industrielle(cyber-systèmes)
Complexité
Dates
Aujourd’huiDébut des années 1970
Début 20°siècle
Fin 18°siècle
Enjeux Sujets
Evolution des marchésAttentes clients, offres alternatives, valeurs de l’offre
Offre technologiqueNouveaux procédés, composants intelligents, nouveaux matériaux.
Nouveau modèle organisationnel
Humain plus responsable, organisation apprenante et collaborative
EnvironnementImpact environnemental de l’usine et de ses produits
SociétalReconnaissance de la démographie, des lieux de vie. Intégration de l’usine dans la cité.
5 programmes internationaux9 programmes Européens
- H2020- Plans industriels- PIA / SNR
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Industrie du futur
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L’industrie du futur
Livres blancs : Alliance industrie du futur ; Syntec Numérique ; ANR futurProd
Révolution RSE- Environnementale- Énergétique- Éthique
L’homme cognitif au cœur des systèmesManagement apprenantInnovation collaborative
Aide à la décisionRéalité augmentée
Révolution TechnologiqueProcédés flexibles
Machine intelligenteSystèmes adaptatifs
TransitiqueCobot
Révolution NumériqueIntégration des flux d’informationBig Data, aide à la décisionMobilitéIotRéalité virtuellePilotage décentraliséCybersécurité ICSPilotage décentralisé
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Maturité disponible /Diffusion généralisée
Maturité émergente/Diffusion limite
Maturité future/Précurseurs
Conception
produits/Process
Pilotage / Contrôles
Opérations de fabrication
Services
(intégration /
maintenance)
Organisation
du travail
CAO,IAO
Spécialisation des tâches
CFAO
MESPLM
GPAO, PLM
Organisation responsabilisante(lean Manufacturing,…)
Modélisation de la ligne (usine virtuelle, numérisée, simulation de processus)
Organisation apprenante
Industriel : les défis
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Industriel : les défis
• BT1 – Technologies de l’information et de la communication
• BT2 – Nouveaux procédés de fabrication
• BT3 – Les machines intelligentes
• BT4 – Nouveaux matériaux
• BT5 – Contrôle, surveillance, traçabilité
Imagerie numérique, modélisation, simulation
Interfaces et protocoles de communication des systèmes
Internet des objetsBigData
Logiciel de l’usine numérique Echanges d’information sécuriséesInternet mobile, Cloud Computing, média sociaux
Machines et outils intelligents
Commande de l’équipement, récupération et analyse des données, transmission des résultats
Robots collaboratifsÎlots robotisés standards, flexibles, collaboratifs ; robots mobiles ; Cobot.
Capteurs et actionneurs Capteurs physiques, chimiques, biologiques.
Contrôle, surveillance et traçabilité
Surveillance des produits et procédés (maintenance prévisionnelle)Contrôle, traçabilité (Contrôle non destructif, examen de surface, examen volumique, caractéristique des revêtements, méthodes globales).Capteurs intégrés dans le processus de fabrication.
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• Motivations
– Ligne pilote multi-systèmes, multi-technologies• Capteurs, actionneurs, automates, convoyeurs, Cobots, transtockeur…
• Réseaux filaires (Ethernet, EtherCat, ModBus, CanOpen,…) et sans fil
• Progiciels (APS, ERP, MES, WMS, Supervision, automates,…)
– Un lieu de démonstration• « Un bon croquis vaut mieux qu'un long discours »
– Fédération des partenaires de la plateforme
La plateforme SCAP industrie du futur
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La plateforme SCAP industrie du futur
• Des exemples en Allemagne– Institut Fraunhofer : Plattform Industry4.0 http://www.plattform-i40.de
• Des plateformes aux FabLab :– Pays de Loire
• TechnoCampus Smart Factory sur le thème de la réalité virtuelle
• Proxinnov porte sur la robotique.
– Au plan national • Smart-Prod de l’université de Strasbourg ; TIC et production
industrielle
• FactoryLab, Saclay : RV, Cobot, Procédés, Assistance cognitive
• FacoLab, Univ Clermont – Michelin ; Coopération homme-machine
• Bretagne– Industrie du futur Bretagne : Accompagner 60 PME dans la modernisation de leur outil industriel
– PIB 2020 plan industriel Breton à l’horizon 2020
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Postes de travailPrévention des risques TMSCoopération homme machine
Usine virtuelleModéliser ; Simuler ; Optimiser.Réalité virtuelleIngénierie système
Outils – démonstrateursTransitique : ComGem, SimSedHomme-machine : Mascaret (EVAH)Langages de modalisation (SysML, BPMN, UML,…)
Logiciels de l’usine numériquePilotage par le produitGestions des fluxOptimisation mathématiqueCyber sécurité industrielle
Outils – démonstrateursPGI : ERP, APS, MES, WMS, SCADAIoT : Capteurs intelligents, RFIDLigne pilote : Anneau transitique, Transstockeurs
Outils – démonstrateursCobot, exosquelette sur ligne pilote. BAN body area network
Aide à la décisionRéseau de capteursDatamining, learning analytic
Outils – démonstrateursSimulateur CUPCarbonAlgorithmes multicritèresPalteforme Praxis
MUTATIONS NUMERIQUES« Du capteur à la connaissance »
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Académique : LabSTICC• Premières compétences scientifiques et technologiques identifiées
Technologie Application
Réalité 3D pour les bâtiments industriels du futur Usine flexible ; Implantation ; Interaction homme machine
Ingénierie système, pour la modélisation, la commande et la supervision des systèmes transitiques
Excellence industrielle en étude et installation des équipements transitiques
L’optimisation mathématique pour la conduite de l’usine du futur Ordonnancement ; trajets ; découpe
L’ingénierie dirigée par les modèles et la gestion des données Gestion des données des PGI progiciels de gestion intégrée
L’usine connectée, des objets de l’internet à la communication sans fil Traçabilité ; pilotage par le produit
Les étiquettes RFID pour une information intégrée Gestion intelligente des processus
La cybersécurité industrielle Cyber-sécurisation des installations industrielles
La psychologie cognitive pour l’homme au travail Interactions hommes-consignes-machines ; charge mentale au travail ; Ergonomie
Les Cobots, outil collaboratif pour la valorisation de l’homme au travail
Automatisation flexible et adaptable ; prévention des TMS
Aide à la prise de décision : l'humain face à des données hétérogènes et complexes
Surveillance – Traçabilité ; Plans directeurs et stratégiques ; Maintenance prédictive.
Usine virtuelle
Usine Numérique
Poste de travail
Aide à la décision
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Réalité 3D pour l’industrie
• Industrie du futur– Conception virtuelle
• Modèles 3D
• Modèles métiers– Flux, process, procédure
• Métamodèle– Mascaret/SysML
Scénarisation métier
Informations géométriques
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Réalité 3D pour l’industrie
• Formation : tuteur intelligent incarné
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• Enjeux : – Du contrôle au contrôle / commande
– Agilité des systèmes
• Faciliter la conception du contrôle /commande
• Conception correcte du contrôle/commande
• Garantir l’interopérabilité des outils
• Utilisation d’approches basées sur les modèles– Description
– Dynamique des Système à Evénements Discrets
– Transformations / Dérivations
– Réutilisation
Modèles d’analyses
Modèles exécutables
Modèles métiers
Génération d’IHM de supervisionde commandes
de configurations pour MES
Génération d’outils de vérification(simulation, preuve)
Ingénierie système
ComGeM
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Optimisation mathématique
La Recherche Opérationnelle (RO) : des outils pour prendre les bonnes décisionsdans des problèmes réels et complexes.• Approche quantitative pour produire les meilleures décisions
• Science du « comment mieux faire avec moins »
• Des modèles pour analyser des situations complexes
• Permettre aux décideurs de faire des choix efficaces et robustes
PlanificationOrdonnancement
Pilotage de la production
Gestion des stocks
DistributionApprovision-
nementsChaîne logistique
Est-ce déjà du passé ? Non les outils peuvent aller plus loin…• Une meilleure intégration dans les ERP• Des solutions adaptées et sur mesure• Des solutions optimales en temps limité• Des avantages concurrentiels pour des PME de pointe• Des gains importants à tous les niveaux• Une meilleure utilisation des ressources propres
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L’ingénierie dirigée par les modèles et la gestion des données
• Pourquoi l’IDM • L’IDM : des plans avant la réalisation
• Explicitation et capitalisation des connaissances indépendantes du code ou du système
• Différents points de vue sur les systèmes
– Du niveau système au code
– Sureté, sécurité, etc…
• Langages standards ou Spécifiques aux domaines
– Graphique ou textuel
– Plusieurs langages ou points de vue
• Transformation, compilation, Fédération
UsagesLangages de modélisation
Existants, standards (ou non) et généralistes avec des outils associés Création de DSL (Domain Specific Language) avec des ateliers dédiés
Analyse et Preuve Simulation dans un but précis Vérification formelle de propriétés
Production automatique Génération de code pour cibler différents langages ou frameworksMais aussi paramètres, déploiement, configuration, etc…
Ingénierie système et chaine d’outils collaboratifsDifférents langages et outils pour des systèmes hétérogènes Couplage faible entre les langages et outils Déploiement distribué des outils avec interfaces publiques
BIM pour les bâtimentsSysML pour la R.A.
BPMN pour les ProgicielsUML pour les MES
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L’usine connectée
– Transmettre et positionner • Positionnement outdoor: GNSS (GPS, GLONASS, Galileo)
– Courte portée: Wifi, BT, « ZigBee », RFId (passif), UWB
– Moyenne portée: RFId (actif), UHF
– Longue portée: « ZigBee », LoRa, Sigfox
Suivi de bac à poissonÊtre capable tracer le contenu et le contenant du bateau de pêche au mareyeur.
Utilisation de la technologie RFId activeLecture/écriture des étiquettes électroniques et suivi du parcours du bac sur la criée
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Les étiquettes RFID
• Le capteur idéal : Sans fil + sans batterie + bas cout => RFID passif
Exemple 1 : contrôle de la pénétration de l’eau dans les revêtements
Résonateur RF microrubansous le revêtement
Sensibilité du résonateur à la permittivité diélectrique (e) du revêtement
Compatibilité du résonateur- antennes- substrat souple (flex)
Exemple 2 : mesure de corrosivité de l’environnement
Résonateur en zinc (2 mm)
Applications: - suivi de pièces métalliques sur la chaine logistique
- équipements « intelligents » pour les usines
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Cybersécurité industrielle
• Techniques des Base– Vulnérabilités (Cartographie EBIOS, gestions des mots de passe, des comptes, des
configurations, des protocoles, des détections
– Normes ( AIEA, NERC CIP, IEC 62443, ISO 27019, OLF, NIST, etc
• Bonnes pratiques : Contrôles d’accès, cloisonnement, gestion des médias
amovibles, durcissement des configurations, journaux, sauvegardes, cryptage, antivirus
Développement d’une passerelle
Sur le bus de terrain (entre l’automate et les E/S)
Génération à partir de modèles de haut niveau (connaissance des variables et des communications)
Détection et Réaction (filtrage, repli …)
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La psychologie cognitive pour l’homme au travail
• Objets d’étude :– les activités humaines et la coopération humain-machine.
– dans des systèmes fortement automatisés.
Prise d’informationReprésentation mentale
AdaptationPrise de décision
Au niveau individuel et
collectif
Exécution
Supervision
OBJECTIF : améliorer la « performance d’un Santé Sécurité Travail »
=Sécurité, fiabilité, disponibilité, santé
et la sécurité des opérateurs
1. Analyser l’activité de l’opérateur et son
coût
2. Améliorer la coopération
homme-machine
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• Application au contrôle qualité :
La psychologie cognitive pour l’homme au travail
Variation du diamètre pupillaire
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Cobot, robot collaboratif
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Cobot, robot collaboratif
INRS : « Utilisation des robots d’assistance physique à l’horizon 2030 en France Novembre 2015
France = 35.000Italie = 62.000 (x2)
Allemagne = 148.000 (x4)Japon = 285.000 (x8)
France = 35.000Italie = 62.000 (x2)
Allemagne = 148.000 (x4)Japon = 285.000 (x8)
Enjeux pour le Cobots- Réindustrialisation :- Complexité de la supply chain- Qualité et Perf. Industrielle- Couts de transport/stockage- Santé et performances
Vidéo• Relevés du poste de
travail
Ergonomie• Analyse des activités à risques
Simulation• Activités du Cobot
Etude
• Préhenseur
• Bords de ligne
Analyse
• Performance industrielle
• Cadence ; Coûts
Une méthode pour l’expertise et le conseil
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17 Bd Flandre Dunkerque BP 92116 – 56321 Lorient Cedex 02 97 87 40 22 ; [email protected] E. Martin
Aide à la prise de décision : l'humain face à des données hétérogènes et complexes
• Axe aide à la décision
Planification de levés hydrographiques
Planification territoriale
Amélioration de la gestion des eaux usées
Routage de véhicules & réseaux logistiques
Optimisation de stocks
● Axe fouille de donnéesFouille de logs pour prévenir des pannes ou des attaques « cyber »Création d’une base de connaissance de réglementations (maritimes)Détection de communautés dans des réseaux sociaux / d’entreprisesDétection de fuite de clients
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• Plateforme de soutien à l’aide à la décision
Aide à la prise de décision : l'humain face à des données hétérogènes et complexes
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Académique : ENSIBS• Premiers projets mis en place (2016-2017)
Usine Virtuelle Scénarisation des usages industriels de la réalité augmentée
Usine numérique Optimisation des plans de production de découpes
Usine numérique Installation du MES et interaction avec les outils de supervision etd’automatisme ; échange des données au standard SP95
Poste de travail Apprentissage et optimisation de la coopération homme – cobot
Poste de travail Utilisation d’un BAN pour l’étude des postures pénibles (prévention de TMS)
Poste de travail Charge mentale et supervision, en contrôle qualité
Usine numérique Développement d’un système de gestion intégré (ERP/PGI), dans le cadre duprogramme de l’UIMM breizh innov PMI
Cyber sécurité Analyse des cyber-attaques d’un automate et son MES. Plan d’expériences
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Perspectives
• SCAP industrie du futur pour :– Veille - Formation – Conseil – Recherche autour
• Du développement de nouvelles technologies et nouveaux services numériques pour l’UdF
• De la disséminations de technologies à forte valeur ajoutée dans la production industrielle
• Réseau d’industriels– Communauté d’intérêt : Équipementiers, End Users avec ou sans R&D en
production• Veille, identification des défis technologiques et d’usage
– Chaire industrielle : lien université – entreprise, programme d’excellence industrielle
– Projet PIAVE « plateforme usine du futur » : plateforme de démonstration
– Projets de recherche collaborative (ANR, PRI,…)
• Cibles– Une reconnaissance technologique pour le milieu académique
• 5 démonstrateurs / an dont 1 en innovation radicale (renforcer le lien avec les projets collaboratifs du LabSTICC);
• Une place nationale en expertise cyber sécurité des installations industrielles
– Une dynamique industrielle • Accompagnement des entreprises
• Création d’une à deux startup en 3 ans.
Usine numérique
Usine Virtuelle
Poste de travail
Aide à la décision
