L’introduction de l’industrie 4.0 en 2011 s’est accompagnée de défis spécifiques. Tout d’abord, l’équipement propriétaire utilisé au sein de l’installation industrielle moyenne avait besoin d’être unifié pour mettre en œuvre des stratégies axées sur les données, ce qui nécessitait une solution. Deuxièmement, un moyen fiable de communication et de transfert de données était nécessaire pour permettre l’inter-échange de données et, enfin, un réseau déterministe était nécessaire pour mettre en œuvre les transferts de données en temps réel pour les applications intelligentes.
La résolution de ces défis nécessitait des avancées en matière de technologie de communication et une norme d’unification que les OEM et les propriétaires d’installations pourraient exploiter pour réaliser la transformation numérique et les modèles commerciaux de l’industrie 4.0. La 5G et OPC UA fournissent des solutions qui résolvent les défis de communication et d’unification au sein du secteur industriel.
Présentation des normes de l’architecture unifiée OPC (UA)
Il y a une dizaine ou une vingtaine d’années, les équipements de l’atelier de fabrication moyen étaient constitués d’équipements provenant de plusieurs équipementiers qui avaient développé des logiciels et des outils propriétaires pour gérer les équipements qu’ils produisaient. Ces équipements propriétaires étaient utilisés en même temps que les équipements existants, qui représentent encore 40 % de l’équipement de l’atelier de fabrication moyen, et ces équipements fonctionnaient dans leurs propres silos. Ainsi, les cycles de production étaient constitués d’équipements qui ne pouvaient pas communiquer ou travailler dans des environnements interdépendants.
Par exemple, les machines de découpe ou de meulage qui alimentent les machines CNC en matières premières ne pouvaient pas communiquer ou partager les données relatives aux besoins en stocks, à moins que ces machines ne proviennent d’un seul et même fournisseur. Il arrive donc qu’une machine à commande numérique dispose de moins de matières premières que ce dont elle a besoin pour répondre à la demande. Il en résulte des temps d’arrêt ou des niveaux de satisfaction des clients médiocres en raison de commandes non honorées. La solution de l’industrie 4.0 au défi de la communication était la communication de machine à machine, et c’est ce qu’OPC UA résout.
OPC UA fournit aux fabricants les normes nécessaires à la mise en œuvre d’une plateforme indépendante orientée services qui prend en charge les équipements propriétaires et anciens utilisés dans les ateliers. Depuis sa création en 2008, la fondation OPC a accueilli en son sein des partenaires OEM tels que Siemens, Rockwell, Schneider, Bosch, etc. La participation de ces grands noms signifie que les fabricants peuvent tirer parti d’un protocole de communication ouvert pour prendre en charge la communication entre des équipements propriétaires.
La fondation OPC fournit également un cadre qui répond à la question du déterminisme. Auparavant, les transferts de paquets de données étaient effectués par la diffusion massive de paquets de données vers les équipements de l’atelier. Cela signifiait que chaque équipement recevait plusieurs paquets de données jusqu’à ce qu’il reçoive l’information exacte qui lui avait été envoyée. La technique de diffusion massive de données n’était pas fiable et les fabricants ne pouvaient pas donner de délais précis pour la réception de paquets de données spécifiques par un équipement donné ; une approche déterministe était donc nécessaire.
Dans les scénarios où les processus industriels critiques doivent se dérouler en temps réel, un réseau déterministe est nécessaire. OPC UA over Time Sensitive Networking (TSN) a été lancé pour résoudre les problèmes de déterminisme auxquels le secteur industriel est confronté en matière de réseau et de communication. OPC UA sur TSN améliore les réseaux Ethernet câblés grâce à la livraison d’informations dans des délais prévisibles. Ainsi, les fabricants peuvent donner la priorité à la livraison de paquets de données spécifiques sur les réseaux ouverts afin d’établir une communication en temps réel entre les équipements de l’atelier.
L’utilisation de réseaux câblés au sein de l’atelier s’accompagne de diverses limitations. Ces limites comprennent le coût de l’extension des réseaux câblés pour répondre à l’ajout de nouveaux actifs dans l’atelier de fabrication et l’utilisation d’Ethernet pour prendre en charge l’IoT à grande échelle, les déploiements en périphérie ou les plateformes de transformation numérique. Pour contourner ces limites, il faut un réseau sans fil fiable qui peut être mis à l’échelle pour répondre à des exigences accrues et qui peut fournir un réseau fiable à faible latence dans l’environnement difficile des installations industrielles – c’est là que la 5G a un rôle important à jouer.
Le réseau 5G et l’installation industrielle intelligente
Les réseaux sans fil ne sont pas nouveaux dans le secteur industriel, mais les itérations plus anciennes telles que les réseaux 3G et 4G n’offrent pas la latence et la bande passante fiables pour les transferts de données en temps réel. Par exemple, le transfert d’informations à forte intensité de données au format vidéo 4K ou l’inter-échange de données en temps réel à partir de plusieurs appareils IoT vers un jumeau numérique nécessitent une stabilité de réseau très performante que la 4G ne peut pas offrir.
Le besoin de fiabilité et de rapidité des réseaux est devenu la principale préoccupation de la 5G. C’est un fait que le réseau 5G est la première itération de communication sans fil conçue pour le secteur industriel. À pleine capacité, les réseaux 5G seront plus de cinq fois plus rapides que les réseaux 4G et prendront en charge plus d’un million d’appareils déployés dans un mètre carré. Le déploiement de la 5G adopte également une approche modulaire en utilisant des boîtiers 5G, contrairement à la nécessité d’entreprendre des mises à niveau importantes lors de l’expansion des réseaux câblés. Cela signifie que les réseaux 5G offriront la fiabilité que la 4G ne peut pas offrir et l’évolutivité, ainsi que l’accessibilité financière, que les réseaux câblés ne peuvent pas offrir.
Les réseaux 5G soutiendront également l’adoption généralisée de solutions de transformation numérique telles que le matériel intelligent et les logiciels analytiques au sein de l’atelier. En s’appuyant sur la 5G, les fabricants peuvent facilement ajouter de nouveaux appareils IoT à l’atelier, transférer des ensembles de données volumineuses vers des solutions de jumeaux numériques et étendre les cas d’utilisation de l’industrie 4.0 en toute simplicité.
Les réseaux 5G apporteront également un réseau déterministe grâce à l’utilisation d’accords de niveau de service déterministes et d’un découpage intelligent du réseau afin de garantir que les fabricants puissent donner la priorité aux transferts de données et à la communication en temps réel. L’adoption des réseaux 5G apportera un soutien important aux applications de périphérie et d’informatique en nuage dans le secteur de la fabrication. Parmi les exemples, citons l’utilisation d’applications de jumeaux numériques pour la surveillance à distance et la communication entre les appareils périphériques et les écosystèmes de nuages centralisés.
Conclusion
Les communications machine-machine et machine-cloud sont des aspects clés pour réaliser l’usine intelligente définie par l’industrie 4.0. Les progrès réalisés par la Fondation OPC et les avancées dans les technologies sans fil fourniront le réseau déterministe nécessaire pour automatiser les flux de travail industriels et fournir l’usine « lights out ».