Smart Manufacturing : Adapter votre réponse aux changements de situations

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« Pourquoi envoyer des atomes quand on peut envoyer des bits ? »

Cette question, c’est Nicholas Negroponte, co-fondateur de MIT Media Lab et premier investisseur du magazine WIRED, qui l’a posée en 1995 dans son best-seller, L’homme numérique. À cette époque, Blockbuster louait des cassettes vidéo (les atomes) dans ses 9 100 magasins du monde entier. L’enseigne a depuis disparu et Netflix, qui au début envoyait des CD à ses clients, s’est adaptée à la digitalisation du marché : la plateforme diffuse des bits en streaming et est estimée à 223 milliards de dollars.

S’il est peu probable que votre activité connaisse le même sort que les cassettes vidéo, la pandémie actuelle révèle que d’importantes fluctuations dans la demande de vos produits peuvent se produire à tout moment. Avec ces fluctuations, arrive le besoin de se doter d’un savant mélange de compétences digitales et physiques, désormais un prérequis pour toute réussite.

Quel que soit votre secteur d’activité, tout ce qui dans vos opérations peut devenir digital doit devenir digital. Alors seulement serez-vous en mesure de transmettre des bits en interne et en externe, via des systèmes cyber-physiques capables de convertir des bits en atomes, lorsque vous en avez besoin, où que vous en ayez besoin et dans les quantités requises.

Selon le National Institute for Standards and Technology (NIST), « les systèmes cyber-physiques (CPS pour Cyber-Physical Systems) sont un ensemble de composants digitaux, analogiques, physiques et humains en interaction qui fonctionnent via un process physique et une logique intégrés. Ces systèmes seront au cœur de notre infrastructure critique, ils formeront la base de nos services intelligents futurs et émergents et ils amélioreront notre qualité de vie dans de nombreux domaines. »1 Les systèmes CPS intègrent la technologie industrielle, la technologie opérationnelle et la technologie informatique :

• La technologie industrielle permet la conception, la fabrication ou l’achat du matériel et des systèmes utilisés dans vos usines

• La technologie opérationnelle détecte ou suscite un changement de fabrication à travers un suivi ou un contrôle direct de l’équipement, du processus et des événements

• La technologie informatique intègre les données générées par les systèmes de production dans les plateformes de gestion commerciale et financière

Mais comment gérer les besoins de calcul et de stockage qui en découlent ? Avec plus de 100 millions d'utilisateurs qui visionnent quelque 125 millions d'heures de programmes chaque jour, Netflix utilise Amazon Web Services (AWS) pour presque tous ses besoins de calcul et de stockage, utilisant au total plus de 100 000 instances de serveur sur AWS.2 Avec l’accès à une infrastructure informatique élastique, les besoins matériels informatiques de Netflix sont désormais des dépenses de fonctionnement et non plus des coûts d’investissement. Si vos besoins informatiques ne sont, certes, pas aussi faramineux que ceux de Netflix, une infrastructure cloud et un service sur plateforme peut néanmoins s’avérer nécessaire.

De la même manière, vos besoins en matériel de fabrication peuvent être satisfaits par des fournisseurs de technologie d’impression 3D et des professionnels de l’impression qui proposent des services de gestion déléguée. Les clients ont recours aux services d’un fournisseur lorsqu’ils sont confrontés à des limites de capacité, bénéficiant ainsi de la souplesse de production nécessaire pour pallier le manque en impression 3D. Le pire scénario serait de ne pas anticiper, avec les répercussions négatives que l’on imagine sur vos clients. Le smart manufacturing vous permet de synthétiser vos systèmes CPS de sorte à optimiser vos opérations et à être alerté lors de changements des facteurs liés à l’offre et à la demande.

Qu’est-ce que le smart Manufacturing ?

Smart manufacturing est la fusion de la technologie industrielle, de la technologie opérationnelle et de la technologie informatique en vue de collecter, d’analyser et de présenter des données de performance à des fins décisionnelles humaines ou automatisées adaptées aux variations des conditions dans les usines, sur les chaînes d’approvisionnement ou sur les marchés.

Les usines mettent en œuvre le smart manufacturing au moyen de la technologie cyber-physique afin d’améliorer l’agilité et l’efficacité opérationnelles tout en laissant libre cours à l’innovation. Grâce aux données en temps réel liées à la performance de vos systèmes et analysées par des techniques d’intelligence artificielle (IA), vous orchestrez en toute simplicité vos employés, vos processus de production et les ressources de vos chaînes d’approvisionnement. Ces analyses, accompagnées d’une vue consolidée de votre site de fabrication, optimisent le processus décisionnel, sur place ou à distance.

Les processus de fabrication et d’assemblage flexibles facilitent les prises de décision de dernière minute concernant le site et les dates de production, ainsi que le volume de pièces à produire. S’il n’est aucunement question de se passer des machines spécialisées nécessaires pour atteindre des volumes de production élevés, comme les équipements de moulage par injection, il n’en reste pas moins que la production de petites séries et de pièces personnalisées, rendue possible par l’impression 3D, devient incontournable. Prenons l’exemple d’Heineken qui utilise des imprimantes 3D pour produire des équipements personnalisés de sécurité, de maintenance et de contrôle qualité, pour imprimer des pièces détachées et pour optimiser ses chaînes de fabrication. Les plateformes de smart manufacturing mettent en lumière les opportunités d’amélioration de votre efficacité opérationnelle, de réduction des coûts et d’adaptation aux fluctuations de la demande.

Potentiel du smart manufacturing

À n’en pas douter, votre entreprise, est dans une certaine mesure, déjà digitalisée, faisant à appel à des outils de CAO pour vos produits et vos pièces, à la nomenclature numérique ou à des processus de commandes en ligne. Mais dès lors qu’il s’agit de fabrication, les logiciels qui gèrent les opérations sont rarement intégrés aux plateformes. Les inefficacités qui en découlent ont une incidence négative sur les délais et les coûts nécessaires à la fabrication de vos produits. L’intégration de l’élément cyber-physique du smart manufacturing vous aide à surmonter ces contraintes.

L’accès à des données de production aussi précieuses que pertinentes permet de réaliser des évaluations et de poser des diagnostics en temps réel sur les comportements et les tendances de votre usine. Et quand ces données sont conjuguées à des systèmes de production flexibles, en résulte une formidable réactivité de fabrication qu’il serait autrement difficile, voire impossible à obtenir. Par exemple, la réalité augmentée utilise les fonctionnalités numériques des équipements et des systèmes pour apparaître sur la tablette ou l’affichage frontal du casque d’un opérateur. Quand il intervient sur une pièce, l’opérateur voit s’afficher les informations utiles, ainsi que les éventuelles étapes de dépannage. Dans cet esprit, l’impression 3D permet de rapidement remplacer des pièces endommagées difficiles à se procurer ou en rupture de stock. L’opérateur peut numériser la pièce endommagée, créer un fichier de CAO et fabriquer le composant nécessaire à partir d’une imprimante 3D.

Ces avantages vont au-delà de l’enceinte des usines : ils permettent le développement de nouveaux produits et réduisent les délais de commercialisation. La Smart Manufacturing Leadership Coalition a révélé que les usines « intelligentes » affichaient une baisse de 75 % de leurs coûts de modélisation et de simulation et une réduction de 40 % de leurs temps de cycle.4 Le digital est essentiel pour améliorer vos processus physiques de production.

Pour faciliter le smart manufacturing, des jumeaux numériques gèrent, surveillent et entretiennent les machines et les processus de production. Les jumeaux numériques sont une réplique des comportements physiques et numériques de vos opérations de fabrication, ils sont une reproduction numérique de la performance des machines et des produits, de la performance des opérateurs, des objectifs de qualité, des résultats, de la conformité en matière de sécurité, de la planification et de l’utilisation. Aaron Frankel, vice-président de Siemens – Fabrication additive, précise qu’un jumeau numérique complet permet de concevoir, de réaliser et d’optimiser l’environnement de fabrication :

• Produit (éléments de conception, y compris les éléments mécaniques, électroniques et logiciels)

• Processus de fabrication (représente les étapes et plans de montage des principaux composants)

• Système et chaîne de production (nomenclature d’équipement, agencement)

• Opération de production (paquet technique pour gérer la production des ensembles et sous-ensembles de composants)

• Performance des produits (comprendre leur comportement et leur résistance dans l’environnement opérationnel)

Un jumeau numérique complet facilite l’analyse des systèmes actuellement en place et optimise les opérations afin d’anticiper les futurs besoins du marché.

Obstacles au smart Manufacturing

La digitalisation est non seulement inévitable mais elle est aussi critique, en particulier pour les secteurs de l’aérospatial, des dispositifs médicaux et d’autres secteurs à tolérance limitée et exigeant de très faibles taux de défaillance. Certification des processus, résultats d’essais et traçabilité de vos produits doivent être fournis aux clients et peuvent être consultés pendant des années, voire des décennies, qu’ils aient été fabriqués selon des méthodes conventionnelles ou par impression 3D. Des techniques d’intelligence artificielle sont employées pour analyser le catalogue et l’état actuel de vos opérations, puis pour retrouver les données à des fins de renouvellement des commandes ou de traçage des produits.

Toutefois, comme vous en avez certainement fait l’expérience, les équipements des unités de production ne sont pas modernisés au rythme de l’actualisation des catalogues de produits. Les responsables d’exploitation n’aiment pas prendre des risques (à juste titre) et rechignent à perturber un processus qui fabrique des produits à un coût et à un niveau de qualité acceptables. Ils disposent de fonds limités qui ne leur permettent pas d’investir dans autre chose que de l’équipement de production à proprement parler, ce qui entrave la mise en œuvre d’une plateforme de smart manufacturing. En résulte un panaché de machines qui intègrent des formats et des ensembles de données exclusifs et souvent incompatibles. Pourtant, une mise en œuvre efficace du smart manufacturing requiert une vision stratégique et un investissement sur l’ensemble de l’activité et de la chaîne d’approvisionnement.

Une plateforme de smart manufacturing fait appel à une quantité non négligeable de données qui doivent impérativement être correctement intégrées, gérées et partagées en temps opportun et selon un schéma décentralisé, et c’est bien là l’une des principales difficultés. Car si votre entreprise fonctionne sur le même modèle que la majorité des industriels, il y a de fortes chances pour que les systèmes soient mis place par différentes unités opérationnelles, chacune avec sa propre terminologie, ses priorités et ses parties prenantes. Pour qu’une initiative de smart manufacturing soit couronnée de succès, il vous faudra surmonter cet entrelacs de systèmes qui communiquent lentement, voire mal, et c’est là une tâche délicate, et souvent politique.

Recommandations

Vingt-cinq ans après le travail précurseur de Nicholas Negroponte, la digitalisation est une réalité dans le secteur manufacturier. Les recommandations suivantes vous aideront à bénéficier pleinement des avantages de la digitalisation :

• Réalisez un audit de vos systèmes basés sur le numérique, le physique et l’humain afin de déterminer s’ils vous permettent de générer toutes les informations complètes en temps réel, condition incontournable d’un modèle de fabrication réactif

• Partagez les données critiques et diffusez des analyses utiles qui favorisent la prise de décision stratégique et en temps réel à travers des techniques d’intelligence artificielle

• Développez une capacité de fabrication agile et évolutive en intégrant des systèmes numériques flexibles et des processus physiques polyvalents, dans un premier temps sur une même chaîne de montage ou au sein d’une même usine, avant de déployer le modèle à d’autres sites

• Mettez en place une plateforme de smart manufacturing capable d’orchestrer les besoins liés à l’offre et à la production grâce à des procédés agiles qui font appel à l’impression 3D pour la production de petites séries ou de lots ponctuels et localisés

1. National Institute of Standards and Technology, U.S.A Department of Commerce ; https://www.nist.gov/el/cyber-physical-systems

2. Netflix sur AWS ; https://aws.amazon.com/solutions/case-studies/netflix/

3. How the Smart Factory Can Make Your Shop Floor Smarter ; https://www.ey.com/en_gl/alliances/how-the-smart-factory-can-make-your-shop-floor-smarter

4. Smart Manufacturing Leadership Coalition; https://smlconsortium.org/