Le 5G et l’usine du futur

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La convergence du 5G et de l’informatique Edge transforme les usines en domaines tels que la sécurité, la protection et la qualité des travailleurs. L’usine du futur est déjà là.

Comment fonctionne le 5G

Les systèmes de communications sans fil utilisent des fréquences radio (également connues sous le nom de spectre) pour transporter des informations dans l’air.

La 5G fonctionne de la même manière, mais utilise des fréquences radio plus élevées qui sont moins saturées. Cela lui permet de transporter plus d’informations à un rythme bien plus rapide.

Bien que les bandes les plus élevées soient plus rapides pour transporter des informations, il peut y avoir des problèmes lors de l’envoi sur de grandes distances. Elles peuvent être facilement bloquées par des objets physiques tels que des arbres et des bâtiments. Pour éviter cela, la 5G utilisera plusieurs antennes d’entrée et de sortie pour augmenter les signaux et la capacité dans l’ensemble du réseau sans fil.

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Il utilisera des émetteurs plus petits. Ils seront installés sur des bâtiments et sur le mobilier urbain, au lieu d’utiliser des mâts individuels indépendants. Les estimations actuelles indiquent que la 5G pourra accueillir jusqu’à 1 000 dispositifs supplémentaires par mètre carré par rapport à la 4G. Par conséquent, elle nous permettra une grande densité de capteurs dans l’usine du futur.

La technologie 5G pourra également « diviser » un réseau physique en plusieurs réseaux virtuels. Cela signifie que les opérateurs pourront fournir la portion correcte du réseau, en fonction de la manière dont il est utilisé, et, par conséquent, mieux gérer leurs réseaux.

Cela signifie, par exemple, qu’un opérateur pourra utiliser différentes capacités de coupe en fonction de l’importance. Il s’agit d’une fonctionnalité qui peut être vitale dans l’usine du futur.

L’usine du futur. Sécurité à l’Edge

Le vieux dicton « construire un meilleur piège à souris et le monde ouvrira un chemin jusqu’à votre porte » est souvent cité comme une métaphore du pouvoir transformateur de l’innovation. Aujourd’hui, ce dicton pourrait tout à fait être « construire une meilleure usine de fabrication et les données arriveront à votre porte ».

L’adoption croissante des réseaux sans fil 5G privés, associée au concept accepté de edge computing ou Edge computing, offre aux fabricants la capacité d’obtenir des informations exploitables en temps réel qui transforment l’industrie dans des domaines qui incluent la sécurité, la sécurité des travailleurs et la qualité.

Dans une étude réalisée juste avant la pandémie par Deloitte, les répondants ont cité des gains à deux chiffres dans la productivité du travail (12 %), l’utilisation de la capacité de l’usine (11 %) et la production totale (10 %) au cours des trois années précédentes comme résultat de leurs initiatives d’usine intelligente.

Avec la 5G, ces fabricants pionniers auront la capacité de connecter davantage d’appareils et de collecter davantage de données, y compris de nouveaux types de données, ce qui leur permettra de rester à la pointe de l’industrie.

Lorsqu’ils sont combinés, la 5G et l’informatique en périphérie fournissent l’infrastructure fondamentale pour de nouvelles façons d’opérer dans l’usine du futur. Bien que le Wi-Fi soit suffisamment puissant pour prendre en charge de multiples appareils dans une maison ou un bureau, il n’est pas adapté pour des centaines ou des milliers de capteurs et d’autres dispositifs dans un environnement de fabrication ou d’entrepôt.

De manière similaire, les connexions filaires présentent des restrictions évidentes pour les machines en mouvement. La 5G permet aux organisations industrielles de tirer parti de l’informatique en périphérie de plus en plus puissante pour combler l’écart traditionnel entre les opérations numériques et physiques.

La qualité dans l’usine du futur

L’étude de Deloitte a également révélé que les premiers à adopter l’IA dans l’industrie manufacturière essayaient en moyenne 10 initiatives différentes. Celles-ci allaient de la conservation de l’énergie et de l’allocation des ressources à l’automatisation des processus robotiques, l’ingénierie collaborative et les jumeaux numériques.

En raison des perturbations de la chaîne d’approvisionnement et de la pénurie de matières premières au cours des deux dernières années, un domaine ayant un impact clair sur le résultat final est la détection de la qualité et la détection des produits imparfaits ou défectueux.

Cette surveillance des équipements en temps réel nécessite des caméras et des analyses d’IA basées sur des modèles de données qui peuvent entraîner le système à « voir » rapidement des défauts sur les produits et les retirer de la ligne de production, en alertant les ingénieurs, qui peuvent ajuster les spécifications ou recalibrer les machines pour corriger la cause première. Selon Deloitte, ces systèmes peuvent réduire l’envoi de produits défectueux jusqu’à 90 %.

La conception de ce type de solution informatique périmétrique nécessite une fonctionnalité similaire au cloud. Bien qu’il existe plusieurs façons d’y parvenir, l’approche la plus efficace consiste à utiliser des services logiciels qui permettent :

• Déploiement efficace de la capture d’images en temps réel dans l’usine de production.
• Des modèles d’IA qui enseignent à l’algorithme d’IA comment générer des connaissances.
• Un contrôleur qui supervise l’opération, se connecte à un logiciel de fabrication (MES) et déclenche l’action à partir de ces connaissances.

Fonctionnalité compartimentée et infranchissable

Tout comme pour tout système critique, d’un point de vue opérationnel, il est nécessaire d’aborder les questions de sécurité et de protection. L’un des grands défis de l’architecture du système est la façon de combiner les réseaux informatiques d’une organisation avec la technologie opérationnelle tout en garantissant la sécurité des travailleurs, la qualité du produit et la disponibilité et la fiabilité du système.

Toute solution edge mise en œuvre dans un environnement industriel doit être configurée comme un « modèle de privilèges minimaux » dans lequel les applications n’ont accès qu’aux ressources du système dont elles ont besoin pour remplir leur fonction, et rien de plus. Ces serveurs virtualisés séparent efficacement le réseau IIoT des autres parties du réseau de l’organisation auxquelles on peut accéder à Internet.

Ces autorisations doivent être immuables afin d’éviter une reconfiguration (malveillante ou accidentelle) qui exposerait le système. Tous les éléments du système sont affectés à différentes « salles » et chacune d’elles est bloquée, de sorte que si une zone spécifique est compromise, l’accès est limité.

Il y a eu une augmentation significative de l’accent mis sur le fait de rendre les systèmes immunisés contre les attaques dans la mégatendance de la cybersécurité. Une approche prudente consiste à reconnaître qu’aucun système n’est immunisé contre les attaques.

L’intelligence artificielle commence à être appliquée dans la cybersécurité de l’usine du futur pour apprendre le comportement « normal » d’un système intégré et recommander quand il est nécessaire d’évaluer un changement significatif dans le système comme un risque de sécurité potentiel. Cela s’inscrit dans les applications de détection de fraude déjà mises en œuvre dans d’autres secteurs.

Comme d’autres infrastructures industrielles, les machines et les logiciels de fabrication sont souvent mis en œuvre sur une période de 10 à 15 à 20 ans, ou plus. Les concepteurs de systèmes doivent préparer leurs solutions pour l’avenir, afin qu’elles soient conçues pour rester impénétrables face à toute attaque provenant de n’importe quelle source, interne ou externe, pendant des décennies.

Encore une fois, le logiciel modulaire peut permettre que des segments du logiciel soient mis à jour sans avoir besoin de remplacer l’ensemble du système.

Decisiones en fracciones de segundo

En plus de compliquer les problèmes de la chaîne d’approvisionnement, la pandémie a également accéléré la nécessité de nouvelles mesures de sécurité conçues pour minimiser l’interaction et l’exposition humaines. En réponse à ce besoin, certains fabricants ont mis en place des robots collaboratifs, des « cobots », pour garantir que leurs installations de production restent opérationnelles afin de répondre à la demande des clients.

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Dans l’usine du futur, les cobots interagissent essentiellement avec des travailleurs humains dans un espace de travail partagé et sont assez différents des machines industrielles traditionnelles qui, jusqu’à présent, fonctionnaient indépendamment de la main-d’œuvre humaine. À mesure que les cobots trouvent leur place dans l’usine de production, il est primordial de garantir la sécurité de leurs collègues de travail humains.

Ceci est un sujet complexe qui ne se résout pas facilement. Cependant, un réseau privé 5G peut offrir une bande passante puissante pour que le cobot fasse office d’un « ordinateur en périphérie » et prenne des décisions en une fraction de seconde en réaction au comportement des personnes à ses côtés dans la file d’attente, améliorant le niveau de sécurité.

Conclusion

L’adoption des réseaux 5G privés par les premiers utilisateurs d’aujourd’hui dans l’industrie manufacturière offre un aperçu de l’usine du futur. Bien que les capacités et l’analyse en temps réel de cette usine du futur puissent être transformatrices et excitantes, les concepteurs de systèmes doivent maintenir le même niveau de rigueur et d’attention envers la sécurité de ces réseaux que celui qui s’applique aux systèmes informatiques centraux de l’organisation, sinon davantage.

L’usine du futur va être renforcée par cette technologie transversale en tirant le meilleur parti d’autres nouvelles technologies telles que la robotique collaborative, la vision par ordinateur ou l’intelligence artificielle.

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