Historique et origine de l’industrie 4.0

L’industrie 4.0 est le début d’une nouvelle ère industrielle. Ce concept est initialement apparu en 2011 à la suite d’une réflexion menée par le gouvernement allemand et sa communauté scientifique. Le but de cette réflexion, défini par certains comme étant «ambitieuse », est de « positionner le secteur manufacturier allemand comme étant le plus performant en matière de productivité et de flexibilité » (Ministère de l’Économie et de l’Innovation, 2016).

Définition de l’industrie 4.0

L’industrie 4.0 est définie de façon générale. Il n’ existe pas de définition universelle. Toutefois, l’idée générale est expliquée à travers plusieurs articles. Le 4.0, tel qu’expliqué par Hermann, Pentek et Otto (2016), est un changement de paradigme d’une production contrôlée de façon centralisée vers des processus de production autonomes et décentralisés.

La progressIOn rapide des technologies et principalement des technologies de l’information permettent maintenant une communication en temps réel entre les différents composants d’un système. Dans un document publié par plusieurs professeurs allemands, en collaboration avec leur académie nationale de science et d’ingénierie, Acatech, trois facteurs clés à l’industrie 4.0 ont été ciblés: l’internet des objets (lOT), les systèmes cyberphysiques (CPS) et les usines intelligentes (Kagermann, Wahlster, & Helbig, 2013). Ces facteurs seront abordés plus loin dans la revue de littérature.

Principes et outils du 4.0 

Les avancements de plus en plus rapides dans le monde des technologies permettent aux entreprises d’ avoir accès à un amalgame de solutions et d’outils et ce, pour des prix de plus en plus abordables et donc, de plus en plus accessibles. De ce fait, il n’ est pas surprenant que le 4.0 repose sur plusieurs principes de design de produits ou de processus et tendances technologiques pour modifier les principes de gestion et de fabrication des entreprises (Ghobakhloo, 2018) .

Wahlster, & Helbig (2013) sont souvent cités par les auteurs de documents scientifiques. En effet, si l’on prend l’internet des objets, on constate que ce principe de design se retrouve dans près de 90 % des articles consultés par Ghobakhloo (2018) dans sa revue de littérature. Cela donne un aperçu des principes et des outils qui suscitent l’ attention parmi la communauté scientifique. Pour continuer, définissons les concepts clés de l’industrie 4.0 ainsi que quelques-uns des concepts les plus discutés ou considérés intéressants pour cette étude. Par exemple, la modularité est intéressante puisque la recherche porte sur une ligne de fabrication de produits modulaires.

Internet des objets (lOT) – principe de design 

L’internet des objets est défini par l’Office québécois de la langue française comme étant « [l’]ensemble des objets connectés à internet capables de communiquer avec des humains, mais aussi entre eux, grâce à des systèmes d’identification électronique, pour collecter, transmettre et traiter des données avec ou sans intervention humaine » (Office québécois de la langue française, 2015). Cette nouvelle « révolution technologique » est considérée comme le futur de la « connectivité » et de « l’ accessibilité ». L’lOT permet de relier le monde physique au monde virtuel et permet d’obtenir des informations sur des objets, produits, machines, etc. en temps réel (Khodkari, Maghrebi, & Branch, 2016) (Lee & Lee, 2015). De ce fait, on augmente la réactivité des entreprises en leur permettant de prendre des décisions à l’ aide d’information obtenue en temps réel. En outre, à l’aide de capteurs, une entreprise peut identifier des « relations et des modèles» pour obtenir des informations sur l’ état des machines, la maintenance, la performance de la production en temps réel, etc. (Breivold, 2017).

Pour une implantation réussie de l’lOT, cinq technologies sont considérées comme essentielles (Lee & Lee, 2015).

1. Identification par radio fréquence (RFID) : permet d’ identifier des objets et de collecter des informations par radiofréquence.
2. Réseau de capteurs sans fils (wireless sensor connector) : capteurs situés à travers l’ entreprise dans le but de collecter des informations sur l’ environnement des objets. Par exemple, leur température, mouvement, etc. Les capteurs peuvent opérer avec les puces RFID pour une utilisation optimale.
3. Intergiciel (middleware) : permet la communication entre différentes applications informatiques (compatibilité des logiciels lOT, machine, etc. pour recevoir, traiter et envoyer des informations d’un appareil à l’ autre).
4. Infonuagique (cloud computing) : permet le stockage et l’ accès aux données sur demande. Ce point sera traité plus en profondeur plus loin dans le texte.
5. Logiciel d’ application pour l’lOT: permet la communication entre plusieurs objets, humains ou encore entre des objets et des humain

Système cyberphysigue CCPS) – outil 

Les systèmes cyberphysiques sont des systèmes « intégrant de l’ électronique et du logiciel, des capteurs et des actionneurs et dotés de capacité de communication ». Ils permettent de collecter des données en temps réel sur un produit, un processus et leur environnement. À l’ aide de leur capacité de communication, les CPS peuvent « agir en collaboration avec d’ autres systèmes et/ou échanger des données avec d’ autres systèmes distants » (Hohmann, 2017). Les systèmes cyberphysiques permettent d’ apporter des capacités de contrôle autonome, de prise de conscience et d’ autogestion des machines industrielles. Les données tirées des CPS permettent de prendre des décisions sur le ou les systèmes d’une entreprise (Bagheri, Yang, Kao, & Lee, 2015).

Usine intelligente – principe de design 

Le tenne « usme intelligente» désigne les entreprises qUI ont entrepris le vIrage technologique entraîné par l’industrie 4.0. Ce sont des entreprises connectées via internet ou encore via l’internet des objets. Ce sont des usines qui prennent « appui sur la communication en temps réel pour surveiller et agir sur les activités de l’ entreprise ». La connectivité est donc l’ aspect le plus important de l’usine intelligente. « Les systèmes communiquent et coopèrent entre eux, mais également avec les humains, les produits et les machines » .

Le CEFRIO a mené une réflexion dans le but de détenniner les critères pour évaluer la maturité des usines par rapport au 4.0 : Comment savoir qu’une usine est mature ou non. Cette réflexion a été amorcée puisque la grande majorité des entreprises à travers le monde sont des petites et moyennes entreprises (PME) et qu’ elles n’ont pas nécessairement les moyens d’entreprendre des investissements majeurs en technologie, logiciels, etc. Voilà pourquoi le CEFRIO insiste sur le fait que l’industrie 4.0 ou les usines intelligentes « ne visent pas nécessairement l’introduction massive de technologie dans le but d’atteindre l’autonomie complète d’un processus ou même d’une usine ». De ce fait, il a établi quatre niveaux de capacité du 4.0 ou encore de l’usine intelligente

Le premier niveau, la surveillance, consiste à surveiller les processus de l’entreprise et leur environnement à l’aide de capteurs, caméras, logiciels, etc. Le deuxième niveau, le contrôle, est fondé sur un historique de données et permet de détecter des « comportements types ». Ensuite, des algorithmes, par exemple, permettent de repérer des situations où des décisions sont requises. Le troisième niveau, l’optimisation, consiste à utiliser le « riche flux de données disponibles à partir de la surveillance» pour replanifier en temps réel diverses fonctions de l’entreprise. Finalement, le quatrième niveau, l’autonomie, est la combinaison des trois niveaux précédents dans le but d’obtenir un système capable « d’apprendre de leur environnement, d’ autodiagnostiquer leurs propres besoins et de s’adapter aux préférences de l’utilisateur» (Beaudoin, et al., 2016) .