Par industrie durable, nous entendons un modèle d'entreprise qui intègre les trois dimensions de la durabilité : environnementale, sociale et économique-financière. Viser un modèle industriel durable implique un défi ambitieux tant pour le système de production que pour la société. En fait, cela nécessite l'adoption d'une économie circulaire, à la base de laquelle se trouvent des activités et des processus de production et de consommation durables qui gèrent consciemment et efficacement les ressources de notre planète. Le développement des technologies numériques connectées à l'Industrie 4.0 favorise la transition vers une forme d'économie circulaire. Cette quatrième phase industrielle est basée sur la combinaison de la robotique, de la technologie des capteurs, de la numérisation des processus, de l'interconnexion des machines et des opportunités de l'Internet des objets (IoT). C’est un mix technologique capable de contrôler et d'optimiser les cycles de vie d'un produit, grâce à l'analyse des données et l'utilisation des ressources, tout en réduisant le gaspillage énergétique et les déchets générés lors de la phase de production.
Industrie durable et 4.0 : les technologies les plus efficaces
Les caractéristiques de l'industrie durable
L'industrie durable promeut une croissance intelligente, durable et inclusive. C’est une croissance "Intelligente" parce qu'elle est basée sur la connaissance et l'innovation ; "durable" parce qu'elle est économe en ressources, plus verte et plus compétitive ; "inclusive" parce qu'elle est capable de soutenir une économie à fort taux d'emploi et de promouvoir la cohésion sociale et territoriale.
Pour poursuivre ces objectifs, l'industrie durable utilise des technologies habilitantes clés (KET - Key Enable Technologies), introduites en Europe dans le programme-cadre communautaire de recherche et d'innovation Horizon 2020. Elles sont considérées comme le levier pour parvenir au développement continu et durable de l'activité des entreprises industrielles.
Selon la Commission européenne, les technologies clés génériques sont « à forte intensité de connaissances et associées à une forte activité de Recherche & Développement, à des cycles d'innovation rapides, à des dépenses d'investissement substantielles et à des emplois hautement qualifiés ».
L'industrie 4.0 est liée de façon très étroite à l'adoption de technologies numériques innovantes : de l'Internet des objets à l'intelligence artificielle ; de l'analyse de la big data pour optimiser les produits et les processus de production aux systèmes de cloud computing ; de l’Advanced Manufacturing Solution à l'intégration des données tout au long de la chaîne de valeur (intégration horizontale/verticale), jusqu'à la fabrication additive et aux dispositifs de réalité augmentée. Les technologies clés génériques (KET) représentent l'avenir de l'industrie durable européenne : c'est pourquoi, comme l'a également souligné l'étude "Key Enabling Technologies for Europe's technology souvereignity" publiée par le Parlement européen, il est nécessaire de se concentrer sur les technologies clés génériques pour la transition vers une industrie durable et 4.0.
Les technologies à la base de l'industrie durable et 4.0
La digitalisation, l'Internet des objets et l'interconnexion des machines, à la base de la quatrième révolution industrielle, sont en train de changer nos vies mais aussi les modèles économiques de nombreux secteurs industriels.
Les nouvelles technologies rapprochent le monde physique et le monde virtuel, donnant naissance à ce que l'on appelle les systèmes cyber-physiques (CPS), tant dans la production que dans la logistique. Ce développement, connu plus précisément sous le nom d'Industrie 4.0, est responsable de l'évolution de certains services, tels que la maintenance prédictive et la surveillance à distance, grâce auxquels il est possible de réaliser cette optimisation des processus, de la production et des ressources qui permettent une industrie durable.
Savoir interconnecter les capteurs et les machines ainsi qu'analyser et visualiser les données simplifie les processus et augmente la productivité.
En outre, l'efficacité accrue grâce à la transparence et à la communication par l'interconnexion numérique réduit les coûts de production. Maximiser la production tout en minimisant les déchets sont deux facteurs clés du succès et de la rentabilité des usines intelligentes.
Parmi les technologies de pointe de l'industrie 4.0, figurent à juste titre les capteurs intelligents. Ce sont des éléments clés pour optimiser les performances et la sécurité des installations dans les secteurs les plus divers. C’est grâce à leur utilisation, ainsi qu’à la possibilité de préparer et de traiter les données sous forme d'informations réelles, que le concept d'IIoT (Industrial IoT) trouve son application la plus avancée, avec des effets disruptifs sur les concepts d'automatisation, de surveillance et de planification des processus et des retombées importants en termes de productivité et d'efficacité.
Sensibilité avancée, communication efficace, diagnostics et tâches intelligentes sont les quatre dimensions technologiques fondamentales permises par l'intégration de capteurs intelligents dans les systèmes de l'entreprise.
Elles déterminent la véritable valeur ajoutée de toute application car elles optimisent l'efficacité et la flexibilité, en fournissant des informations en temps réel - extrêmement précieuses à l'ère du Big Data - et en simplifiant ainsi la planification de la production et la maintenance des machines, étendant le concept d'industrie 4.0 à celui d'industrie durable.
En termes de maintenance et de durabilité, une contribution importante à l'optimisation de l'efficacité et de la transparence énergétique est apportée par les capteurs de débit avec mesure de l’énergie FTMg (Flow Thermal Meter for gas), qui aident les opérateurs d'installations dans la détection précoce des fuites dans les systèmes d'air comprimé. C’est ce qui leur permet de programmer la maintenance.
L'air comprimé est l'une des formes d'énergie les plus coûteuses en termes d'investissement, par conséquent, dans les installations il est nécessaire d'assurer un fonctionnement sans fuite afin d'économiser sur les coûts externes. En calculant et en prévenant le gaspillage d'énergie et les pertes inutiles, le capteur FTMg est synonyme d’une gestion efficace de l’énergie, conforme à la norme DIN EN ISO 50001, et s'avère être un appareil véritablement polyvalent et rentable.
FTMg offre une surveillance intégrée des données, un enregistrement interne des données sur une période de sept jours et la transmission des données de mesure via IO-link ou avec des signaux de commutation et analogiques. La technologie Power over Ethernet (PoE), grâce au standard de communication OPC UA, permet une connexion simple, basée sur le web à un PC ou un cloud, pour rendre transparente la consommation d'énergie. Ainsi, il est possible d'établir de manière fiable les variations et les fluctuations de la consommation d’énergie, de minimiser les pertes d'énergie et de contrôler les coûts et de réaliser une solution numérique complète pour contrôler et améliorer la durabilité de l'industrie manufacturière.
Les domaines d'application possibles vont du contrôle de la consommation et de la surveillance des fuites dans les systèmes d'air comprimé à la consommation d'énergie de l'air comprimé dans le réseau d'alimentation ; de la mesure des gaz inertes dans les emballages sous atmosphère modifiée dans l'industrie alimentaire et des boissons à la mesure du débit des gaz non corrosifs, tels que Ar, He, CO2, N2.
Les rapports coût/performance de plus en plus avantageux des capteurs d'acquisition, ainsi que l'évolution des technologies et des logiciels de traitement des images, ont également rendu l'utilisation des systèmes de vision artificielle pratique, rapide et fiable à tous les stades de la production : depuis les chaînes de production, où les systèmes de vision avec intelligence artificielle aident les systèmes robotisés à prélever la pièce des caissons et des bandes transporteuses au contrôle de la qualité, jusqu'au suivi tout au long de la chaîne d'approvisionnement.
Cependant, l'échange continu d'informations entre le niveau de production opérationnel OT et le niveau informatique ne s’arrête pas aux limites physiques de l'usine. L'interaction entre le edge et le cloud, rendue possible par la présence de véhicules intelligents et de plateformes mobiles, permet en effet de gérer la production et les données également vers et depuis l'extérieur, en impliquant la chaîne d'approvisionnement.
Pour cela, de plus en plus de systèmes mobiles sont intégrés dans la chaîne de production. Les AGV et les AMR de toutes tailles facilitent les services de transport et de livraison sûrs et sans accident dans presque toutes les industries, en particulier la logistique. Les systèmes d'intelligence artificielle et de Deep Learning peuvent également déterminer quels itinéraires ou modes de transport ont le moins d'impact sur l'environnement.
La Smart Factory repose également sur l'interaction étroite entre les robots et les humains. Cela nécessite donc des solutions de sécurité qui réagissent de manière absolument fiable et très flexible. La sécurité est assurée par des technologies "Safe Motion" et des dispositifs de protection capables de garantir en permanence la sécurité des gens, tout en réduisant au minimum les temps d'arrêt des machines et des installations.
Du point de vue d'une industrie durable, les systèmes de contrôle des émissions doivent également être pris en considération. Ceux-ci sont nécessaires bien évidemment pour protéger la santé et le bien-être des travailleurs de l'usine, mais aussi pour se conformer aux exigences environnementales rigoureuses imposées par les réglementations européennes et nationales de plus en plus strictes en matière de contrôle de la pollution de l'air.
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