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Industrie 4.0 : les nouvelles technologies, un levier de compétitivité pour les entreprises manufacturières

Avec l’arrivée de l’Industrie 4.0, l’entreprise manufacturière et les systèmes de production évoluent dans un contexte complexe où la qualité des produits, la réduction des délais de mise en marché et le degré d’innovation constituent l’essentiel de la compétitivité.

L’évolution rapide des technologies, la transformation des métiers et les nouvelles exigences des clients poussent l’entreprise à modeler son usine pour devenir plus innovante, compétitive et créatrice d’emplois.

Pour évoluer rapidement dans ce nouveau contexte, la PME doit produire de façon économe, accélérer la mise en marché de ses produits et offrir plus de valeur à ses clients, tout en s’appuyant sur des systèmes de production flexibles et réactifs.

L’utilisation des nouvelles technologies, telles que les systèmes de production avancés, l’Internet des objets et la fabrication additive, constitue un levier majeur pour la PME manufacturière. Celle-ci a besoin d’adapter rapidement ses processus en fonction de la demande (personnaliser les produits) et de collaborer avec tous les acteurs de la chaîne de valeur pour demeurer compétitive dans ce nouveau contexte.

Des technologies connectées et intégrées

Les nouvelles technologies représentent aujourd’hui un large éventail de logiciels et d’équipements qui, lorsque connectés, peuvent transformer l’entreprise manufacturière en une usine du futur.

Tout en s’appuyant sur les technologies de l’information et des communications (TIC), l’entreprise pourrait intégrer et connecter des briques technologiques entre elles pour assurer notamment :

  • la communication et l’intégration d’informations;
  • l’autodiagnostic des équipements de production et le contrôle de produits;
  • la simulation des procédés et même de l’usine.

« Contrairement aux révolutions industrielles précédentes, le caractère proprement révolutionnaire de l’Industrie 4.0 ne vient pas d’une rupture technologique, mais davantage de l’ajout d’une brique technologique transversale qui interconnecte et synchronise les différents systèmes de production les uns avec les autres, quelle que soit leur localisation géographique1. »

Le tableau2 suivant présente les principales technologies que la PME pourrait intégrer et connecter en fonction de ses processus et du degré de maturité numérique de son actif.

Dans ce tableau, les technologies ayant une haute maturité sont associées à Industrie 4.0. Ces technologies permettent à l’entreprise de personnaliser ses produits, de répondre rapidement aux besoins du client final et d’organiser le temps et l’espace de production, tout en configurant de nouveaux modèles d’affaires attachés à l’exploitation des données.

Dans le but de fournir une vision globale des différentes briques technologiques qui peuvent s’intégrer aux TIC présentes en entreprise, seules les technologies suivantes seront définies en détail dans cet article :

Conception assistée par ordinateur (CAO) 3D paramétrique

Plusieurs entreprises offrent des produits ayant une série d’options prédéfinies qui encadrent les possibilités de personnalisation. Cette approche, que l’on appelle personnalisation de masse (mass customization), est habituellement caractérisée par de longs délais de traitement. Le service d’ingénierie doit personnaliser chaque produit, en fonction des choix du client, pour être en mesure de générer les dessins et de préparer l’ingénierie de fabrication.

Ce processus est géré par les logiciels de conception permettant de cibler les éléments qui favoriseront la personnalisation du produit et l’automatisation des ajustements nécessaires à l’ingénierie en fonction des choix du client.

Il est ainsi possible de faire du « sur mesure » encadré, où les changements que l’on peut apporter à un produit sont structurés selon des paramètres ou des critères prédéfinis. Cette approche de conception permet d’offrir un produit sur mesure et de réaliser les dessins presque instantanément.

Fabrication assistée par ordinateur (FAO) avancée

Les logiciels de FAO sont en principe incontournables pour les entreprises qui utilisent des équipements à commande numérique. Cependant, si l’on utilise la conception paramétrique, il est possible de générer le programme de façon automatique à partir des données de la prise de commande du système intégré de gestion ou ERP.

Cette méthode élimine jusqu’à 90 % du temps de programmation, assure une intégrité des programmes ainsi générés et apporte, de ce fait, un avantage concurrentiel en matière de délai de livraison.
Pour les produits paramétrables, il est possible d’éliminer entièrement l’intervention humaine dans la programmation des machines.

Mégadonnées (« Big data »)

Les objets connectés, selon leurs fonctions et leur évolution, seront en mesure de fournir de plus en plus de données qui devront être prises en charge par les applications de traitement et de présentation des données. L’entreprise devra être à l’affût de l’information fournie par les objets communicants pour déterminer sa pertinence et la meilleure façon de la traiter.

Pour en faciliter l’évolutivité, les applications de traitement et de présentation des données devront être adaptées pour détecter l’ajout d’objets communicants et de fonctions de base remplies par ces derniers. Les objets devront être détectés selon leur type et leur catégorie. Les messages véhiculés par ces objets seront également catégorisés.

À un deuxième niveau, des applications de corrélation de données en provenance de divers objets et systèmes pourront apporter une assistance supplémentaire pour l’optimisation de certains processus et la prévention des défaillances.

L’un des principaux défis de l’Industrie 4.0 se situe dans le domaine des structures et des algorithmes de données. Il y aura toujours de l’acquisition de données pour le suivi de la production et pour la surveillance des principaux équipements.

Cependant, il pourrait y avoir beaucoup d’informations à soutirer en appliquant des traitements à l’information provenant des différents capteurs, ainsi qu’en comparant les données à des modèles qui établissent des relations de convergence à partir des données actuelles et historiques.

Ainsi structurées, les données sauront encore mieux informer le personnel de l’entreprise pour l’aider dans ses opérations quotidiennes et dans sa prise de décision.

Identification par radiofréquence (IDRF ou RFID)

L’IDRF (radio frequency identification [RFID] en anglais) est une technique qui permet d’identifier des objets en utilisant une puce mémoire ou un dispositif électronique capable, à l’aide d’une antenne radio, de transmettre des informations à un lecteur spécialisé.

La technologie se positionne favorablement comme substitut à la saisie manuelle d’informations ou à l’usage des codes à barres. Citons par exemple les lecteurs à codes à barres utilisés dans la gestion des stocks.

Les équipements de technologie IDRF sont :

  • les lecteurs;
  • les points d’accès;
  • les identifiants (puce mémoire).

Une analyse préalable doit être réalisée pour positionner les lecteurs et points d’accès de façon optimale, ce qui permettra ensuite de répondre à des exigences complexes dans des environnements qui peuvent être hostiles et des emplacements potentiellement éloignés.

Cette technologie, qui offre l’avantage d’une détection automatique et d’une fiabilité de lecture même dans les environnements hostiles, permet la détection de multiples identifiants simultanément. Elle s’intègre bien aux outils de gestion qui requièrent beaucoup de saisies de transactions, tels que les ERP, MES et WMS.

Cobotique

Les robots collaboratifs, ou cobots, représentent une tendance lourde témoignant des nouvelles évolutions dans le domaine de la robotique.

Un cobot agit comme un assistant et intervient de façon ciblée dans des tâches humaines complexes et délicates qui ne sont pas automatisables. Il dispose également de caractéristiques d’apprentissage.

Ce type de robot est capable de prendre un objet et de le donner à un humain, dans un environnement de coopération qui ne serait pas adapté aux robots plus traditionnels. Les cobots peuvent être facilement :

  • reprogrammés;
  • déplacés (par exemple en les installant sur une plateforme mobile);
  • redéployés à différentes étapes de la chaîne de production.

Les pièces manipulées sont généralement de plus petites dimensions et de poids limité par rapport à ce que manipulent les robots traditionnels.

Fabrication additive

La fabrication additive est la technique de fabrication de produits en trois dimensions dans laquelle le relief des éléments à façonner est obtenu par un procédé d’impression. Ce procédé consiste à déposer successivement des couches de matière les unes sur les autres selon un modèle numérique conçu par ordinateur.

Cette technologie est utilisée depuis plusieurs années dans le domaine du prototypage rapide. Plusieurs procédés ont été développés depuis vingt ans :

  • stéréolithographie;
  • dépôt de fil tendu;
  • impression 3D;
  • frittage sélectif par laser;
  • fusion sélective par laser.

Aujourd’hui, les procédés sont adaptés à différents matériaux et permettent de plus en plus de fabriquer des pièces fonctionnelles. Comme elles ont des propriétés mécaniques, les pièces fabriquées constituent des produits finis utilisables dans des assemblages. Toutes sortes de polymères sont utilisées en fabrication additive, et même des poudres métalliques.

Ce type de fabrication peut être envisagé pour des pièces personnalisées de courte série. Le procédé est rapide, mais demeure dispendieux.

Internet des objets (IOT) ou objets connectés

L’Internet des objets (IOT, pour Internet of things) offre de plus en plus d’objets connectés et communicants.
Un tel objet peut être un capteur ou un système en mesure d’être connecté selon un protocole standard, c’est-à-dire respectant les standards Internet, et qui est capable de s’identifier et de fournir diverses informations se rapportant à sa fonction et à ses possibilités.

Ainsi, l’ajout d’un objet communicant sera facilité par son degré d’autonomie et sa capacité à communiquer avec les autres objets. Il pourra générer des données qui serviront à informer les systèmes de supervision de la production et de la maintenance, comme ceux qui se trouvent dans les systèmes d’exécution de la fabrication.

Un système communicant devrait être en mesure de fournir de l’information sur son utilisation, sa production et l’état de ses outils. Les données générées peuvent être directement utilisables ou requérir un traitement préalable qui permettra leur interprétation.

La multiplication des données disponibles va imposer une structure et de la rigueur dans leur gestion. Les données offriront par contre des outils repoussant les limites de l’information fournie pour un processus décisionnel.

Il sera également possible d’accroître le degré d’interaction avec le client, permettant dans certaines situations de rester connecté, pour potentiellement planifier et anticiper ses besoins.

Un levier pour votre entreprise

Passer à l’Industrie 4.0, c’est se donner l’infrastructure et les moyens pour innover, être compétitif, saisir les occasions d’affaires et prospérer.

Si vous voulez en connaître plus sur cette transformation numérique et découvrir les avantages des nouvelles technologies, nous vous invitons à consulter l’outil Feuille de route Industrie 4.0.


  1. Dorothée KOHLER et Jean-Daniel WEISZ, Les défis de la transformation numérique du modèle industriel allemand, La documentation française, p. 27.
  2. GOUVERNEMENT DU QUÉBEC, Feuille de route Industrie 4.0, www.economie.gouv.qc.ca/bibliotheques/outils/gestion-dune-entreprise/industrie-40/feuille-de-route-industrie-40.
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