Industrie du futur : il était une fois la 4e révolution industrielle - Alexandre Philippot Bernard Riera
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Industrie du futur : il était une fois
la 4e révolution industrielle
Alexandre Philippot
Bernard Riera
Reims, le 23 mai 2019
Sommaire
• 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
Reims, le 23 mai 2019
Avant-propos
Bernard RIERA Alexandre PHILIPPOT
Professeur des Universités Maître de Conférences
Directeur du CReSTIC Chargé de Mission Industrie du Futur
- 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
Reims, le 23 mai 2019
Définition
• 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
4 Reims, le 23 mai 2019
Définition 5 Reims, le 23 mai 2019
La 1ère révolution industrielle
Multiplication des
mines de charbon
Atelier de peignage de la laine
dans une usine vers 1880
James Watt (1769)
Moteur des usines …
et des transports …
mais encombrant
6 Reims, le 23 mai 2019
Et avant ???
1er moteur à vapeur inventé Éolipyle
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
7 Reims, le 23 mai 2019
2ème révolution industrielle
1870 : Important développement de l'automobile et de
la chimie au travers le pétrole et l'électricité
« fardier à vapeur » « moteur à gaz et à air dilaté »
de Joseph Cugnot d’ Étienne Lenoir (1859)
(15 min. à 4km/h)
1886 1ère voiture avec moteur
à explosion produite en série
Benz Patent Motorwagen
8 Reims, le 23 mai 2019
Un monde industrialisé
1908 : Fordisme – Production de
masse de la Ford T
Taylorisme : travail des ouvriers
sur convoyeur - travail à la chaîne
1936 : Les temps modernes
9 Reims, le 23 mai 2019
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 TURING
Enigma 1939
Reims, le 23 mai 2019Définition
• John von Neumann
Mathématicien,
Architecture des
ordinateurs
modernes
• Robert
Oppenheimer
Physicien, projet
Manhatan
Institute for Advanced Study (IAS) Computer in
Princeton, New Jersey, 1952 (prototype de
l’ordinateur moderne)
Reims, le 23 mai 20193ème 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
12 Reims, le 23 mai 2019C’est quoi un automate ?
Un automate est un dispositif reproduisant une séquence d'actions
prédéterminées sans l'intervention humaine.
Automatier, horloger
Chevalier mécanique, automate
humanoïde imaginé par Léonard
de Vinci (1452-1519)
13 Reims, le 23 mai 2019C’est quoi un automate programmable ?
Appareil dédié au contrôle d’une machine ou d’un
processus industriel, constitué de composants
électroniques, comportant une mémoire programmable
L'invention du transistor, puis du circuit intégré
déclenchent un enthousiasme pour l'innovation
électronique au début des années 1960.
1947 : le transistor est inventé
14 Reims, le 23 mai 2019Et un robot ?
Premier robot industriel (1961)
1968 : licence de fabrication accordée à Kawasaki et première
entreprise à les adopter en France : Renault en 1976.
15 Reims, le 23 mai 2019Conséquences
Augmentation des cadences,
des gammes de produits, des
qualifications…
… mais très peu de
robots, et pas
d’objets connectés
16 Reims, le 23 mai 2019Sommaire
• 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
Reims, le 23 mai 2019Une 4ième révolution industrielle
• 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.
Reims, le 23 mai 2019Principe
• 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.
Reims, le 23 mai 2019Systèmes Cyber-Physique
Reims, le 23 mai 2019Acteurs et leaders
Foire de Hanovre 2011
France : 12 septembre 2013 Plan gouvernemental Usine du Futur
Juillet 2015 : création de l'Alliance Industrie du Futur
Reims, le 23 mai 2019Plan national Reims, le 23 mai 2019
Concept
• Numérisation de l’usine
Adidas SpeedFactory
• 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
Reims, le 23 mai 2019Technologies
• 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/ Reims, le 23 mai 2019
Objets Connectés
• Dialogue entre machines, entre produits
• Internet Industriel des Objets (IIoT)
• RFID, NFC
Reims, le 23 mai 2019Technologies de production avancées
biomatériaux Micro-fabrication
• Matériaux innovants, intelligents (biosource)
• Procédés de fabrication innovants : Fabrication additive
• Procédés éco-responsables (CdV)
• Robotique avancée (Cobot), flexibilité
• Mécatronique
• Surveillance (Maintenance prédictive)
Reims, le 23 mai 2019Lignes et usines connectés, optimisés et pilotés
RA RV
• Virtualisation, réalité virtuelle, réalité augmentée
• Cloud, Big Data (Smart Data)
• Ingénierie Numérique
Reims, le 23 mai 2019Relations clients/fournisseurs
• Customer Relationship Management (CRM)
• Production collaborative
• Gestion du cycle de vie des produits, des machines, des services
• Digitalisation de la supply chain
Reims, le 23 mai 2019Nouveaux 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
Reims, le 23 mai 2019Homme, 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
Reims, le 23 mai 2019Quid de l’IA Reims, le 23 mai 2019
Un supercalculateur
ROMEO
• Calcul haute performance, mathématiques appliquées, physique, biophysique et chimie…
Modèle Bull Sequana X1000 Eco-Efficacité
• Solution modulaire • Refroidit à l’eau chaude (40°)
• 85 lames • Free-Cooling toute l’année
• 115 serveurs
• Dernière génération de
processeurs Intel
• 280 GPU NVIDIA P100 NVLINK 249th 20th
1 022 Pflops 8 047 GFLOPS/W
Reims, le 23 mai 2019Standardisation 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.
Reims, le 23 mai 2019Aspects 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
Reims, le 23 mai 2019Apports 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 ?
Reims, le 23 mai 2019Acceptabilité 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.
Reims, le 23 mai 2019Reims, le 23 mai 2019
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
Reims, le 23 mai 20192014
En Allemagne, l’augmentation de l’automatisation à
provoqué une baisse des délocalisations
Reims, le 23 mai 201941 Reims, le 23 mai 2019
42 Reims, le 23 mai 2019
Trop de technologies ?
Numérisation SCADA
Energie
Diagnostic
Robotique
Reconfigurabilité collaborative
Usine ouverte
Cybersécurité
Data Mining
MES & ERP Usine connectée
43 Reims, le 23 mai 2019Sommaire
• 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
Reims, le 23 mai 2019Jumeau numérique et « virtual commissioning »
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
45 Reims, le 23 mai 2019Jumeau numérique et « virtual commissioning »
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 Reims, le 23 mai 2019Jumeau numérique et « virtual commissioning »
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 Reims, le 23 mai 2019Jumeau numérique et « virtual commissioning »
Il y a un « fossé » entre les simulateurs utilisés pour la formation
et les simulateurs des jeux vidéos utilisés par nos élèves !
48 Reims, le 23 mai 2019Jumeau numérique et « virtual commissioning »
Constat
« 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)
49 Reims, le 23 mai 2019Jumeau numérique et « virtual commissioning »
Partenariat R&D
• 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
50 Reims, le 23 mai 2019Jumeau numérique et « virtual commissioning »
Approche
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 »
51 Reims, le 23 mai 2019Simulation de PO et virtual commissioning
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 Reims, le 23 mai 2019Jumeau numérique et « virtual commissioning »
Quand la simulation et le jumeau numérique deviennent un
jeu sérieux pour l’enseignement de l’automatique !
53 Reims, le 23 mai 2019Sommaire
• 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
Reims, le 23 mai 2019HOME I/O : la maison virtuelle
Le projet « HOME I/O » : une maison virtuelle pour
l’enseignement des sciences et technologies du Collège à
l’Université !
Projet R&D de 36 mois démarré en octobre 2011 financé en partie par le
2 partenaires :
55 Reims, le 23 mai 2019HOME I/O : la maison virtuelle
… Amener une maison dans la salle de classe (collèges,
lycées, IUT, BTS, Ecoles d’Ingénieurs, Universités…) !
un lieu de découvertes et d’expérimentations à
la façon des jeux FPS (First Person Shooter) !
56 Reims, le 23 mai 2019HOME I/O : la maison virtuelle 57 Reims, le 23 mai 2019
HOME I/O : la maison virtuelle – 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. 58 Reims, le 23 mai 2019
FACTORY I/O : l’usine virtuelle
… Amener une usine dans la salle de classe (lycées, IUT,
BTS, Ecoles d’Ingénieurs, Universités…) !
pour la formation aux API, SCADA, MES, Industrie 4.0…
59 Reims, le 23 mai 2019Sommaire
• 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
Reims, le 23 mai 2019FACTORY I/O : l’usine virtuelle
- Plus de 20 systèmes prêts à l’emploi, E/S TOR et
analogiques
- Possibilité de concevoir ses propres systèmes par
assemblage de composants (>80)
- Fonctionne avec toutes les marques d’API
61 Reims, le 23 mai 2019FACTORY I/O : l’usine virtuelle 62 Reims, le 23 mai 2019
Sommaire
• 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
Reims, le 23 mai 2019Conclusion
- 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 »
64 Reims, le 23 mai 2019HOME I/O et FACTORY I/O : 2 jumeaux numériques pour la
formation à l’automatique
B. RIERA
65 Reims, le 23 mai 2019ACKNOWLEDGMENT
• 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
HUMANISM N° ANR-17-CE10-0009 research program
Reims, le 23 mai 2019Vous pouvez aussi lire
