News Mercredi 3 novembre 2021 - 17:34

À quoi ressemblera l’usine du futur ?

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Lors de la première révolution industrielle, les usines s’équipaient d’outils mécaniques innovants fonctionnant à la vapeur. La deuxième révolutionnait la production en utilisant l’électricité comme source principale d’énergie. La troisième mettait au centre des chaînes de valeurs l’électronique. Aux côtés de l’intelligence artificielle (IA), de l’informatique en nuage ou encore de l’analytique de données massives, la fabrication additive est une des technologies phares de la quatrième révolution industrielle, celle de la digitalisation. D’abord innovation, puis reine du prototypage rapide, les technologient additives se créent progressivement une place dans les usines à travers le monde.  Les contours de l’usine du futur se dessinent progressivement. Mais que représente-t-elle concrètement ? De quoi sera composée l’usine intelligente de l’industrie du futur? A3DM Magazine analyse les technologies qui composent l’usine 4.0.

Des logiciels intelligents

Une modélisation numérique approfondie

Dans un premier temps, la quatrième révolution industrielle est celle de la digitalisation. Elle s’appuie sur une utilisation massive de logiciels. Qu’ils soient de simulation, de conception, de gestion ou de supervision, ils assistent les industriels dans l’usine du futur. Les logiciels de CAO et de conception sont d’une prédominance certaine. La digitalisation de la production induit de facto la digitalisation de leur design. Depuis les premières versions, ces logiciels se sont grandement développés. Alors qu’ils ne permettaient que très peu de retouches sur les fichiers, ils offrent aujourd’hui la possibilité de modéliser un objet à partir de rien. Il ne serait donc pas insensé de penser que, dans l’industrie du futur, les logiciels soient capables de modéliser, grâce à une intelligence artificielle, un objet de A à Z, à partir de critères prédéfinis.

Les logiciels de simulation seront aussi présents dans l’usine de demain, et remplaceront à terme les simulations physiques. Grâce à une agrégation massive de données, ces solutions sont de plus en plus précises.

L’ère des logiciels automates

La grande révolution digitale passera également par l’utilisation croissante de progiciels intégrés (ERP) pour la gestion de la production assistée par ordinateur. Les ERP couvrent pratiquement toutes les tâches que nécessite l’industrie 4.0. Ils connectent les machines entre elles, automatisent leur gestion et font la connexion entre la banque de fichiers CAO et les imprimantes 3D. Des entreprises comme Beelse ou 3Yourmind montrent aujourd’hui le potentiel de ces solutions pour bâtir les usines décentralisées de demain. Les modèles 3D des pièces qualifiées sont stockées dans le nuage informatique, un espace de stockage numérique décentralisé et accessible partout par une connexion à internet. L’usine du futur sera en plus dotée de logiciels automates, qui automatiseront l’ensemble des processus. Envoyer le modèle au système de fabrication, organiser les étapes post-production, gestion de la logistique… Toutes ces tâches ne seront plus celles des collaborateurs, qui ne feront que superviser.

Au-delà de la gestion de la production, ils permettent aussi de qualifier des pièces pour la fabrication additive et offre une traçabilité renforcée. Pour chaque production, le modèle 3D, le matériau, l’environnement et l’ensemble des paramètres d’impression sont référencés. Avec le développement de technologies comme la blockchain et la donnée ouverte, il sera possible d’avoir une usine décentralisée à travers le monde, dont les données sont inscrites, consultables à la demande et inviolables.

La maintenance, également, sera digitalisée. Les logiciels détecteront lorsque les pièces seront défectueuses et lanceront automatiquement la production d’un remplacement. Ce scénario est envisageable notamment dans les secteurs de l’automobile ou de l’aéronautique où l’intégrité des pièces est critique pour la sécurité des voyageurs. Pour qu’une telle usine soit possible, il faut aussi que les équipements de production soient connectés.

Des équipements de production en harmonie

Dans cette usine intelligente, les moyens de production sont bouleversés. Les machines-outils doivent être intelligentes, et partagent leurs données avec leurs homologues. Dans cette usine intelligente, la fabrication additive trouve naturellement sa place. Elle y joue même un rôle central.

Dans l’usine du futur, la fabrication additive donnera naissance à une industrie où la production sera locale, continue et écologique.

Les avantages de la fabrication additive dans l’usine du futur

La fabrication additive, principalement utilisée pour la production de prototypes fonctionnels, s’installe de plus en plus dans les usines. Elle est l’une des technologies phares de la quatrième révolution industrielle. Sa vitesse de production et sa faculté à fabriquer des géométries complexes permettent de repousser les limites de l’industrie telle que nous la connaissons. Elle se démocratise dans de nombreux secteurs comme l’automobile, l’aéronautique, mais aussi la construction ou encore la médecine. L’impression 3D peut aujourd’hui produire des pièces rapidement, au plus près d’un besoin, avec des matériaux innovants et réduisant l’intervention humaine.

Dans l’usine du futur, la fabrication additive donnera naissance à une industrie où la production sera locale, continue et écologique. L’un des grands enjeux de l’industrie 4.0 est de réussir à fabriquer de façon plus durable. De nombreux acteurs de la fabrication additive travaillent déjà en ce sens. Desktop Metal a par exemple lancé sa marque d’impression 3D de déchets de bois, écologique et biodégradable : Forust. ARMOR, à travers sa marque Kimya, développe des filaments recyclés éco-conçus.

L’usine automatisée

L’impression 3D réduit aussi drastiquement les coûts de production. Elle ne consomme (presque) que les matières premières nécessaires à la fabrication de l’objet et limite les itérations lors de son développement. Dans l’environnement digital, en harmonie avec les autres équipements connectés, les systèmes de fabrication additive se fondent dans l’internet des objets (IdO).

D’après l'Union internationale des télécommunications, l’IdO est une « infrastructure mondiale pour la société de l'information, qui permet de disposer de services évolués en interconnectant des objets (physiques ou virtuels) grâce aux technologies de l'information et de la communication interopérables existantes ou en évolution ». Dans les faits, cette notion définit l’interconnexion entre les différents objets grâce à Internet.

L’usine du futur en sera un exemple détonnant. Grâce aux logiciels qui les orchestrent, les imprimantes 3D produisent nuit et jour, en continu, avec un minimum d’intervention humaine. Par exemple, la start-up Handddle et sa Smart-Farm, qui grâce à un logiciel, travaille dans l’espoir de pouvoir un jour programmer les machines les unes par rapport aux autres, ou la chaîne de fabrication RS Inline de Rapidshape, qui automatise la production de dispositifs dentaires. Dans l’usine 4.0, une fois la production terminée, la phase de post-traitement se met automatiquement en route.

L’industrie 4.0, celle des robots ?

Pour terminer ce tour d’horizon de l’usine du futur, il reste un dernier pilier de cette révolution industrielle : la robotique. L’intégration des robots dans la chaîne de production n’est pas nouvelle. Depuis quelques années déjà, ces machines trient, montent et fabriquent des pièces. Au cours de leur évolution, les robots sont devenus plus perfectionnés, jusqu’à aujourd’hui disposer de plusieurs bras, capables de se mouvoir et d’exécuter des tâches complexes sans direction humaine. Ce qui révolutionnera l’utilisation des robots dans l’usine du futur est l’utilisation de l’Intelligence artificielle (IA) et de l’apprentissage profond.

L’apprentissage profond se définit par un ensemble de méthode d’apprentissage automatique grâce auxquels les intelligences artificielles se perfectionnent par elles-mêmes. Elle s’oppose aux IA qui ne font que suivre des lignes de codes pré-programmées. Grâce à cette technologie, les robots manufacturiers sont capables de mémoriser et d’apprendre, et même d’accomplir plusieurs tâches différentes en fonction des situations, grâce à des caméras embarquées par exemple. À l’avenir, ils pourraient exister des bras mécaniques intelligents, capables de repérer des pièces défectueuses et aptes à les réparer en fonction du défaut détecté.

Au-delà du robot-outil intelligent, un nouveau type de système se démocratise : le robot collaboratif – ou cobot, contraction des mots «collaboratif» et « robot ». Ce terme définit les robots qui sont développés pour assister l’humain dans des tâches compliquées, ingrates ou dangereuse pour l’intégrité du collaborateur. De plus en plus de ces machines sont intégrées dans les usines. La cobotique, bien que facilement intégrable à tous les secteurs, semble particulièrement intéressante pour des domaines comme l’automobile, l’aéronautique ou encore l’agroalimentaire, où l’ouvrier peut être exposé à des charges lourdes ou des tâches répétitives à faible valeur ajoutée. D’après l’Association des industries robotiques, cette industrie devrait valoir 12,5 milliards de dollars en 2025.

Les cobots peuvent prendre différentes formes. Soit celle d’automates intelligents qui réalisent des tâches à faible valeur ajoutée en mimant l’humain dans le cadre d’une comanipulation parallèle, ou celle de « prolongements » de l’humain, comme des exosquelettes, il s’agira alors de comanipulation orthétique le robot mime le geste de l’humain en y ajoutant sa force. Cette technologie possède une forte valeur ajoutée au niveau des risques HSE (Hygiène Sécurité Environnement) pour les collaborateurs, mais également en termes de productivité.

Les prémices de l’usine du futur se trouvent aujourd’hui. Dans une industrie en pleine révolution, des acteurs placent progressivement les fondations de l’usine de demain. Les logiciels sont de plus en plus automatisés et prennent progressivement leur place dans la gestion des chaînes de valeurs. La fabrication additive relocalise déjà les productions au plus proche de la nécessité et montre la voie vers une fabrication plus responsable et mesurée. Enfin, les robots remplacent peu à peu les êtres humains sur les chaînes de production. De plus en plus capables, ils seront les ouvriers d’une industrie 4.0 tournée vers la digitalisation massive et l’organisation décentralisée. Cependant, pour aboutir à une usine intelligente et automatisée, l’enjeu humain reste fort. La formation à ces nouveaux métiers et à l’utilisation de ses ressources innovantes sera clé pour construire des usines intelligentes à forte valeur ajoutée.

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