À travers les âges, le progrès humain a été étroitement lié à la capacité de développer des solutions innovantes pour produire les articles que nous consommons et utilisons. À l’âge de la pierre et du métal, nos ancêtres produisaient des biens à la main et avec l’aide d’animaux domestiqués, mais auXVIIIe siècle, les choses allaient changer radicalement pour le mieux.
La découverte de la mécanique des fluides et de ses applications innovantes allait changer à jamais les efforts industriels. C’est ainsi qu’est né le premier âge industriel. Depuis lors, de nouvelles innovations ont été développées, nous menant à l’industrie 4.0 et à l’usine intelligente. Ici, un aperçu soulignant les points de repère de chaque âge industriel sera fourni.
Industrie 1.0
Le développement de la machine à vapeur auxXVIe etXVIIe siècles a ouvert la voie à l’introduction d’installations de production mécanique et à la première ère industrielle. AuXVIIIe siècle, des machines à vapeur commerciales ont été produites pour fournir aux utilisateurs une alimentation continue en énergie, reléguant ainsi le travail manuel à l’arrière-plan. Avec l’invention des machines à vapeur fournissant une énergie continue, l’industrie 1.0 a commencé et l’homme a pu produire des articles en grandes quantités pour les vendre à un plus grand nombre de clients. Parmi les étapes importantes de lapremière ère industrielle, on peut citer
- Le premier appareil commercial fonctionnant à la vapeur était la pompe à eau de Thomas Savery.
- La machine à vapeur continue de Thomas Newcomen, qui a introduit la transmission d’une puissance continue.
- Edmund Cartwright met au point le métier à tisser à vapeur, qui permet une production industrielle ou de masse.
Industrie 2.0
Tout comme l’invention de la machine à vapeur a donné le coup d’envoi de la première ère industrielle, l’invention d’une source d’énergie plus stable et continue a conduit à ladeuxième ère industrielle, connue sous le nom d’Industrie 2.0. Dans ce cas, la découverte de l’électricité a donné lieu à des efforts industriels novateurs qui sont encore utilisés aujourd’hui.
L’industrie 2.0 a commencé au début du20e siècle avec le développement de machines fonctionnant à l’électricité. Auparavant, les travaux d’inventeurs tels que Nikola Tesla, Thomas Edison et Michael Faraday avaient permis d’exploiter l’électricité pour alimenter des machines. Alors que la machine électrique gagnait en importance, les principes de la production allégée ont été élaborés par Frederick Taylor et mis en pratique par Henry Ford. L’introduction et la normalisation de la chaîne de montage ont également constitué une étape majeure de l’industrie 2.0 :
- L’invention du moteur électrique par Michael Faraday en 1821.
- La standardisation des lignes d’assemblage ou de production par Henry Ford.
- L’application des pratiques de fabrication sans gaspillage dans les installations de Toyota afin d’optimiser les processus de production.
Industrie 3.0
La révolution industrielle suivante, qui a abouti à l’industrie 3.0, a été provoquée et stimulée par les progrès de l’industrie électronique et l’introduction de l’automatisation industrielle dans les ateliers. Les dernières décennies duXXe siècle ont vu le développement de la première machine automatisée de moulage par injection, qui a ouvert le monde aux possibilités de l’automatisation industrielle.
Le besoin de machines automatisées a conduit à des avancées dans l’industrie des composants et des appareils électroniques, car un matériel spécialisé était nécessaire pour construire ces machines. Ainsi, des technologies telles que le contrôleur de logo programmable, les cartes de circuits imprimés, etc. ont été développées pour construire des équipements plus efficaces et réduire l’implication humaine dans le processus de fabrication.
Les progrès réalisés dans le développement de matériel électronique et de machines de production et le besoin d’automatisation ont conduit à des améliorations dans le développement d’applications logicielles pour surveiller et contrôler les activités industrielles. Ainsi, l’ère de l’information alimentée par l’internet a été mise à profit au cours de l’industrie 3.0 pour créer des logiciels et des plates-formes sur mesure pour gérer le processus de production. Les plateformes créées comprennent des applications de gestion des ressources de l’entreprise, de la chaîne d’approvisionnement et de modélisation de la simulation. Parmi les étapes importantes de la troisième ère industrielle, on peut citer
- L’invention de l’automate programmable dans les années 1960.
- L’application des réseaux informatiques interconnectés aux activités industrielles dans les années 1980
Industrie 4.0
L’essor de l’internet et du secteur des télécommunications dans les années 1990 a révolutionné la manière dont nous nous connectons et échangeons des informations, inaugurant ainsi l’ère de l’information. Avec les progrès des télécommunications et l’augmentation de la couverture des réseaux est apparu le prochain changement de paradigme dans l’industrie manufacturière, actuellement appelé « Industrie 4.0 ».
Les principes de l’industrie 4.0 s’articulent autour de l’effacement des frontières entre les mondes physique et virtuel, de la création d’une usine « allumée » avec moins d’opérateurs humains et plus d’automatisation, et de l’amélioration de la sécurité dans les installations industrielles. L’industrie 4.0 est définie par les systèmes cyber-physiques (CPS) qui permettent la communication de machine à machine, de machine à appareil et d’homme à machine. Les CPS permettent aux machines industrielles de communiquer intelligemment entre elles et avec l’environnement de production sans les limites imposées par les barrières physiques ou géographiques.
L’industrie 4.0 exploite les données industrielles. Les systèmes cyber-physiques capturent des données et les analysent pour fournir des informations sur des processus industriels spécifiques, piloter l’automatisation et permettre à l’équipement de l’usine et aux opérateurs de prendre des mesures spécifiques. En 2011, un groupe de recherche allemand dirigé par Siegfried Dais de Robert Bosch GmbH a inventé l’expression Industrie 4.0 et présenté un cadre de travail pour sa mise en œuvre. Ce cadre soulignait l’importance d’un environnement interconnecté piloté par des équipements intelligents partageant des données et un processus de prise de décision décentralisé. Ce cadre pourrait ensuite être appliqué à des cas d’utilisation spécifiques tels que la maintenance prédictive, l’optimisation des performances de l’usine basée sur les données, la surveillance des machines basée sur les données, le contrôle de la qualité du débit et les activités d’optimisation.
Pour garantir une interconnectivité alimentée par une plateforme informatique centralisée et une décentralisation simultanée, des solutions de cloud computing et d’edge computing ont été intégrées à l’industrie 4.0. Les solutions d’informatique périphérique, telles que l’internet des objets, les capteurs, les appareils intelligents et les interfaces homme-machine, prennent en charge la capture et l’analyse des données de l’usine à la périphérie, ce qui permet de créer un environnement informatique décentralisé. L’informatique en nuage a fourni les ressources informatiques flexibles et agiles nécessaires pour capturer de grands ensembles de données et surveiller les mises en œuvre à grande échelle de l’industrie 4.0.
Aujourd’hui, il existe de nouvelles technologies qui élargissent la capacité à développer des systèmes cyber-physiques. Il s’agit notamment du jumeau numérique, qui utilise les données produites par l’usine pour recréer une réplique virtuelle précise des processus industriels, avec des transferts de données entre le jumeau numérique et l’usine physique. Le jumeau numérique fournit un environnement virtuel permettant d’évaluer le processus de production, de comprendre les processus de fabrication complexes et de prendre des mesures décisives en temps réel.
À mesure que la courbe des coûts technologiques s’accentuera, des ruptures technologiques rapides apparaîtront à des coûts encore plus bas et révolutionneront l’écosystème industriel. Un exemple est le réseau 5G qui a été développé spécifiquement pour soutenir l’interconnectivité et les transferts de données importants dans les installations industrielles.
L’industrie 4.0 en est encore à son stade naissant et beaucoup de travail se fait en coulisses pour que la connectivité entre la technologie opérationnelle et la technologie de l’information atteigne des niveaux de performance optimaux. Aujourd’hui, 91 % des entreprises industrielles investissent dans les technologies de transformation numérique pour s’assurer de rester compétitives à l’ère de l’industrie 4.0, qui devrait durer quelques décennies.