IoT industriel : Le guide ultime e exhaustif

L’IoT industriel décrit à l’origine le déploiement du concept Internet des objets dans les domaines de la fabrication, la logistique, le pétrole et le gaz, le transport, l’énergie et les services publics, les mines et les métaux, l’aviation et d’autres secteurs industriels.

Initialement axé sur l’optimisation de l’efficacité opérationnelle et la rationalisation – automatisation – maintenance, avec un rôle important pour la convergence de l’IT et l’OT, l’Internet industriel des objets ouvre de nombreuses opportunités dans les domaines de l’optimisation, de la gestion de la performance des actifs, du contrôle industriel, de l’évolution vers un modèle de service à la demande et de la création de nouveaux modèles de revenus.

L’IoT industriel se trouve à la charnière d’agrégation des données connectées provenant des actifs et des machines et la façon dont elles sont transformées en connaissances, intelligence, actions et valeurs.

Cet article est un guide complet de l’IoT industriel avec définitions, évolutions, cas d’utilisation, efforts de normalisation, défis et approches stratégiques à travers le monde.

Définitions et terminologies de l’IoT industriel

Bien que la plupart des projets IoT industriel concernent les objectifs tactiques et stratégiques du contexte principalement interne – et cela continuera d’être le cas -, nous avons également assisté à des projets d’ordre transformationnel.

L’IoT industriel comme levier de la transformation industrielle

L’IoT industriel a été principalement utilisé pour faire une distinction entre les cas d’utilisation, l’utilisation réelle et les technologies spécifiques telles qu’elles sont exploitées dans le contexte industriel.

Cette distinction est quelque peu artificielle puisqu’il existe des chevauchements à tous les niveaux. En outre, bien que certaines technologies, certains cadres architecturaux et certaines applications diffèrent d’une couche à l’autre de l’IoT, un projet IIoT de taille moyenne exploitera plusieurs formes de connectivité et de solutions.

L’Edge Computing et le Fog Computing sont typiques de l’IoT industriel et il existe différents types d’outils de réseau et de connectivité qui servent dans leur ensemble la réalisation des objectifs industriels.

L’internet industriel des objets peut être défini comme « des machines, des ordinateurs et des personnes permettant des opérations industrielles intelligentes en utilisant des analyses de données avancées pour des résultats commerciaux transformationnels »

L’IoT industriel comme synonyme d’Internet industriel

Le géant industriel General Electric GE a inventé le terme Industrial Internet qui décrit la transformation industrielle dans le contexte connecté des machines, des systèmes cyber-physiques, des analyses avancées, de l’IA et du Cloud. Dans ce cadre, GE identifie 3 étapes d’innovation dans les environnements industriels :

• La révolution industrielle, lorsque les machines et les usines ont alimenté les économies d’échelle. Cette première vague couvre essentiellement les deux premières révolutions industrielles, à savoir la mécanisation et l’avènement de l’énergie hydraulique et de vapeur dans la première et la production de masse et l’électricité dans la seconde.
• La révolution Internet, qui a évidemment aussi eu un impact sur les industries. Cette révolution Internet est essentiellement ce que certains appellent l’ère numérique avec l’avènement des ordinateurs et des réseaux d’information distribués.
• L’Internet industriel, qui est la troisième et actuelle vague. Elle est un peu comparable à la quatrième révolution industrielle dans le modèle Industrie 4.0 où l’on parle surtout de cyber-systèmes physiques et d’intégration IT-OT.

Les systèmes cyber-physiques désignent l’IoT industriel en action dans un contexte de décisions autonomes, semi-autonomes et d’intelligence exploitable.

GE et l’Industrial Internet Consortium ont décidé que l’Internet industriel des objets ou IIoT était un synonyme de l’Internet industriel. On peut se demander pourquoi il faut deux termes pour décrire la même chose. Il s’agit principalement de servir des fins de marketing et s’adapter aux terminologies de la région où vous vivez.

À cet égard, vous pouvez également comparer avec « l’Internet of Everything », un terme inventé par Cisco et utilisé jusqu’en 2016. Cependant, ce qui importe le plus, ce n’est pas le jargon mais les résultats.

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L’Internet industriel des objets en évolution : de l’efficacité opérationnelle à l’innovation

Dans la plupart des déploiements de l’Internet industriel des objets l’accent est mis sur l’efficacité opérationnelle et l’optimisation des coûts. Il s’agit de miser sur la liaison des îlots d’automatisation comme moteurs clés de transformation. Cependant, une approche plus holistique avec des objectifs supplémentaires en matière de revenus et d’innovation est nécessaire.

Cette stratégie de globalité existe déjà dans les organisations industrielles plus « matures » qui ont profité des nouvelles opportunités de revenus pour réaliser des résultats tangibles. Elles sont prêtes à devenir perturbatrices de leurs secteurs où les conditions du marché sont incertaines et complexes.

Compte tenu des défis du marché, il est normal qu’aux premiers stades, la connectivité dans l’espace IIoT se concentre sur un ensemble restreint d’objectifs et d’avantages. Ensuite, il est important d’avoir une feuille de route à plus long terme.

Ce n’est pas une coïncidence si le défi holistique que nous voyons dans l’évolution de l’IIoT est exactement le même que celui que nous voyons dans la transformation numérique de la fabrication. Enfin, et surtout, l’optimisation et l’automatisation doivent corroborer à l’orientation client dans le contexte industriel où la vitesse et les processus améliorés sont des atouts concurrentiels.

Cas d’utilisation de l’Internet industriel des objets

En lien avec les usines et les industries, l’IIoT est souvent utilisé pour décrire plusieurs applications. Ces applications sont dotées de capacités informatiques qui peuvent collecter, surveiller, échanger et analyser des données à un niveau industriel. Les décisions commerciales peuvent être prises rapidement et avec précision. Grâce à de nombreuses fonctionnalités, l’Internet industriel des objets aide les entreprises à ajuster leurs processus :

• Des plateformes web pour gérer et connecter toutes les machines intelligentes et collaborer avec d’autres utilisateurs depuis n’importe où.
• Matériel de connectivité – les routeurs VPN industriels combinés avec des modèles spécifiques pour le cellulaire, l’Ethernet et le WiFi.
• Accès à distance pour se connecter à tous les dispositifs industriels tels que les IHM et les automates
• Enregistrement des données de l’API pour extraire les données directement de l’équipement industriel et les stocker en toute sécurité dans la base de données.
• Visualisation des données dans des tableaux de bord historiques ou en temps réel pour l’analyse des données.

Capteurs intégrés

Grâce à des capteurs intégrés dans les machines et les outils et à des travailleurs équipés de technologies portables, il devient facile de réduire les erreurs et de garantir la sécurité sur le lieu de travail. Dans maintes procédures, les Wearables (technologies portables) ont permis d’augmenter les niveaux de productivité.

Chez Airbus, l’utilisation des capteurs a entraîné une augmentation de 500% dans la procédure de marquage des sièges de cabine. Bosch a lancé une initiative visant à réduire le temps que ses employés passaient à rechercher des outils pour travailler. Grâce aux capteurs, le repérage est devenu plus précis, et la technologie a également été utilisée pour guider les opérations d’assemblage.

La robotique dans les entrepôts

Imaginez avoir des robots dans les grands entrepôts qui localisent les étagères de produits et les apportent aux travailleurs plutôt que de perdre le temps dans les déplacements. Ceci est aujourd’hui possible grâce à l’avènement des applications IIoT, et se passe notamment dans les entrepôts d’Amazon ! Le géant de la vente en ligne a pu réduire ses coûts d’exploitation de 20 % grâce à ces robots intelligents.

Autres cas d’utilisation

Il existe des cas d’utilisation IoT interindustriels tels que les bâtiments intelligents dans un contexte de gestion des installations. Selon la vision et les industries comprises dans un contexte Internet des objets, cela conduit à moins ou plus de cas d’utilisation IIoT. Voici quelques cas d’utilisation et contextes commerciaux typiques :

• Applications d’usine intelligente et entreposage intelligent
• Compteurs et réseaux intelligents
• Solutions d’environnement intelligent
• Surveillance intelligente de l’agriculture et du bétail
• Systèmes de sécurité industrielle
• Rationalisation de la consommation d’énergie
• Chauffage, ventilation et climatisation industriels
• Surveillance des équipements de fabrication
• Surveillance de l’ozone, des gaz et de la température dans les environnements industriels
• Surveillance de la sécurité et de la santé (conditions) des travailleurs
• Gestion de la performance des actifs

L’Internet industriel des objets en pratique : exemples réels

De l’optimisation des opérations de fabrication à la maintenance prédictive et à distance, il existe de nombreux exemples de déploiement de l’internet des objets qui montrent les avantages concrets. Les cas sont excellents pour vous aider à voir les avantages sans trop de théorie.

Fabrication : une offre de services connectés chez ABB Robotics avec l’IIoT

L’Internet industriel des objets a permis à ABB Robotics d’atteindre une plus grande efficacité, d’améliorer le support client et d’introduire une nouvelle approche des services connectés.

ABB Robotics, une division de la multinationale de l’automatisation ABB, fabrique des robots industriels pour ses clients. Dans cet environnement à forte intensité technologique, l’Internet des objets a permis à l’entreprise de passer de la résolution des problèmes des robots après les faits à la maintenance à distance et à la possibilité de transformer complètement l’offre de services de l’entreprise.

En construisant un écosystème connecté des robots industriels que l’entreprise avait installés pour des clients, parfois dans des endroits difficiles d’accès, les ingénieurs peuvent analyser les problèmes sans avoir à se rendre chez le client. Pour les clients, cela se traduit par des avantages tangibles dans un environnement où le temps de fonctionnement est d’une importance cruciale.

Pour ABB Robotics, le déploiement de l’Internet des objets – et des plates-formes permettant d’exploiter les données et les informations qui en découlent – a ouvert de nouvelles portes pour développer des services supplémentaires et une application web permettant la surveillance, l’optimisation des actifs, etc.

Industrie minière : le cas de Dundee Precious Metals

Bien que les entreprises minières soient encore au début de leur parcours de transformation numérique, plusieurs mines ont déjà pris des initiatives importantes en matière d’Internet industriel des objets.

La mine de Chelopech, en Bulgarie, en est un exemple. Il s’agit d’une mine souterraine d’or et de cuivre, exploitée par la société canadienne Dundee Precious Metals.

S’appuyant sur une modernisation, une numérisation et la mise en œuvre d’un réseau IP mobile avec des entreprises telles que Sandvik, Dassault Systèmes GEOVIA et Cisco pour la partie communications et réseau, un projet d’industrie 4.0 a permis d’obtenir plusieurs avantages :

• Une augmentation de la production
• Une maintenance en temps réel
• Possibilités de communication meilleures et moins chères
• Des données de productivité rapides (plus de papier)
• Une meilleure collaboration
• Une résolution rapide des problèmes qui impactent la production

Les étiquettes qui sont ajoutées aux casques des mineurs et aux véhicules ont permis d’avoir une vue d’ensemble complète. Cela ne donne pas seulement la possibilité d’obtenir des informations, mais aussi de renforcer la sécurité des mineurs.

Principaux défis de l’adoption de l’Internet industriel des objets

Bien que l’Internet industriel des objets soit appelé à se développer de manière significative, des défis subsistent.

Les défis de l’intégration des données

Pensez à la variété des types de sources de données, à leur volume (notamment dans les applications des industries « lourdes »), à la fréquence variée des dates et aux relations maillées entre ces données. La réponse, tout comme dans l’image globale du « chaos » du Big Data : les systèmes de données intelligents.

L’intégration des données est l’obstacle numéro un selon une étude menée par IDC, avec 64 % des répondants. C’est un défi éternel de passer des données à la valeur commerciale. Cependant, c’est dans les données et, plus précisément, dans les écosystèmes de partage que se trouvent les futures opportunités de revenus.

Manque de compétences

Selon l’enquête, une autre raison majeure pour laquelle les entreprises ne sont pas encore disposées pour profiter efficacement de l’Internet industriel des objets est le manque de compétences. L’accès limité à l’expertise appropriée est un problème pour 36 % des répondants.

Il y a un manque de compétences hautement spécifiques en général, mais dans le même temps, il pourrait également être nécessaire de regarder plus « à l’extérieur » pour avoir accès aux bonnes compétences.

S’il y a une chose claire à l’ère de la transformation numérique et de l’Internet industriel des objets, c’est qu’aucune organisation ne peut tout faire seule et que les réseaux, les écosystèmes et les plateformes de partenaires sont extrêmement importants pour réussir.

Cybersécurité et sécurité des données

L’Internet industriel des objets s’accompagne de défis spécifiques en matière de sécurité, notamment en ce qui concerne l’intégration de l’informatique et de l’OT et la nécessité de repenser les architectures de sécurité. La cybersécurité et la sécurité des données constituent un principal défi auquel sont confrontés les dirigeants dans le cadre de l’enquête menée par Morgan Stanley et le magazine Automation World.

En fait, il a été déclaré que la sécurité des données était une préoccupation croissante pour les organisations qui s’appuient sur la connectivité universelle et c’est bien sûr typique de l’Internet des objets qui a souvent besoin d’un mélange de solutions de connectivité IoT.

C’est pourquoi les entreprises actives dans l’Internet industriel des objets en tant que fournisseurs de services proposent des solutions de connectivité IoT hybrides pour les applications industrielles, allant de l’IoT cellulaire et des réseaux étendus à faible consommation (LPWAN) aux solutions de connectivité industrielle.

Une différence est, cependant, constatée dans le cas du secteur manufacturier (industrie 4.0). La majorité des connexions IIoT passent par des technologies de ligne fixe, allant du DSL et du modem câble à l’Ethernet et au RTPC. Les connexions IIoT sans fil gagnent particulièrement en importance, avec une évolution vers les technologies 5G, 4G LTE et LPWA.

L’internet industriel des objets dans le monde : normalisation, organismes industriels et initiatives

L’Internet industriel des objets (IIoT) occupe une place centrale dans les projets de transformation industrielle qui sont initiés, développés et mis en œuvre dans les nations et les organismes industriels du monde entier. Nous en avons déjà mentionné quelques-uns précédemment et, nous allons encore approfondir dans cette section.

Pourquoi vous devez connaître les initiatives mondiales concernant l’IIoT ?

Il est important de connaître les organismes industriels, de comprendre quels secteurs ils couvrent et comment l’Internet industriel des objets s’y intègre. Il est particulièrement important de se renseigner sur les architectures de référence que les initiatives développent et les publications faites en matière de sécurité et de normes IIoT, etc.

Pourquoi ? Tout d’abord, parce que la normalisation et la promotion de l’utilisation de l’internet industriel des objets sont des éléments clés de leurs efforts. Les normes sont essentielles dans l’IIoT et, à un moment ou à un autre, il y aura une sorte de certification pour vérifier si les « produits » et les solutions de l’IoT industriel sont compatibles avec les exigences convenues au sein des organismes qui ont défini les règles.

Savoir-faire IIoT mondial et flexibilité opérationnelle

Ensuite, il y a le fait que les industries telles que la fabrication, la logistique, le pétrole et le gaz et ainsi de suite sont généralement internationales. Ces entreprises opèrent dans le monde entier et sont souvent membres de plusieurs organismes industriels en même temps. Les fabricants, même les plus petits, opèrent également dans un contexte mondial. Tous les fournisseurs de solutions de l’internet industriel des objets travaillent également au niveau mondial et sont membres actifs de ces consortiums.

Enfin, plusieurs initiatives et organismes industriels sont des sources essentielles pour obtenir des informations détaillées sur l’internet industriel des objets. C’est une mine d’informations, de bonnes pratiques et de recommandations concernant, entre autres, l’IIoT.

Les principales initiatives mondiales de promotion et de normalisation de l’Internet industriel des objets

Les différents organismes et initiatives industriels nationaux, régionaux et mondiaux, qui placent de facto l’internet industriel des objets au centre de leurs efforts, ont des noms, des cadres/modèles et des approches différents, en fonction de leur contexte. Voici un aperçu des principaux d’entre eux.

L’internet industriel des objets dans la perspective de la Plattform Industrie 4.0 

Née dans l’industrie manufacturière et le gouvernement allemands, l’industrie 4.0 attire de plus en plus l’attention en Europe et dans le monde. Elle se concentre principalement sur la fabrication et la logistique et accorde un rôle important aux systèmes cyber-physiques.

IIoT et systèmes cyber-physiques dans l’industrie 4.0

Bien que les systèmes cyber-physiques ne soient pas identiques à l’Internet industriel des objets, l’IIoT est essentiel dans la vision globale de l’industrie 4.0. Ses éléments constitutifs reposent sur les systèmes de contrôle les plus récents, les systèmes logiciels embarqués et la capacité de connexion à l’aide d’adresses IP (Internet Protocol).

Cela signifie que les systèmes cyber-physiques partagent de nombreuses caractéristiques avec l’internet industriel des objets : le rapprochement d’une réalité physique et d’une réalité cybernétique et la capacité de se connecter à « l’internet ».

Les systèmes cyber-physiques, dans l’optique de l’industrie 4.0, constituent une nouvelle étape de l’ingénierie et de la mécanique. Cette nouvelle étape est propre à l’internet industriel des objets (connectivité des actifs, des produits et des processus de production, avec un accent particulier sur les données).

Les nouvelles capacités de l’industrie 4.0 sont des cas d’utilisation de l’IIoT

Dans le cadre de l’orientation industrie 4.0, il s’agit du : suivi et localisation, surveillance de l’état des structures, diagnostic et contrôle à distance. Ces nouvelles capacités laissent place à leur tour à tout ce qui est « intelligent » : usine intelligente, logistique intelligente, maison intelligente, bâtiment intelligent, etc.

Le Boston Consulting Group considère l’industrie 4.0 comme la convergence de neuf technologies industrielles numériques :

• Robotique avancée
• Fabrication additive
• Réalité augmentée
• Simulation
• Intégration horizontale/verticale
• Cloud
• Cybersécurité
• Big Data et analyse,
• Internet industriel des objets

L’internet industriel des objets revient dans pratiquement toutes les technologies convergentes mentionnées.

Ce qu’il faut savoir de plus sur l’industrie 4.0 et l’IIoT

En plus de promouvoir la vision et le modèle de référence architectural de l’industrie 4.0, les efforts de la « Plattform Industrie 4.0 » allemande pour faire de l’industrie 4.0 une plateforme de normalisation européenne font que son concept se répand dans le monde entier.

Cela se fait au sein des institutions de l’UE, par le biais d’accords bilatéraux avec des pays comme la France et l’Italie, qui, tout comme d’autres pays européens, ont leurs propres projets de transformation industrielle où l’IIoT occupe une place centrale, comme l’usine intelligente (Pays-Bas), l’industrie du futur (France), etc. Des partenariats internationaux sont également établis, tels que la collaboration avec l’initiative japonaise Robot Revolution et l’Industrial Internet Consortium.

Enfin, notez que la « Plattform Industrie 4.0 » dispose d’un modèle de référence d’architecture. Il couvre les différents aspects de l’industrie 4.0 où, en pratique, les processus, les protocoles, les données, les systèmes cyber-physiques et l’Internet industriel des objets sont tous abordés. Ce modèle d’architecture de référence pour l’industrie 4.0 est appelé RAMI 4.0.

L’Internet industriel des objets dans la vue de l’Industrial Internet Consortium IIC

Notre deuxième organisme industriel intervient où l’Internet industriel des objets par rapport à l’Industrie 4.0 couvre davantage d’industries.

L’IIoT et l’Industrial Internet Consortium : contexte

Aujourd’hui, l’Industral Internet Consortium s’occupe principalement de la promotion de l’IIoT, qui doit être considérée dans le cadre de l’utilisation des données afin d’améliorer les opérations, de renforcer le service et de détecter de nouvelles opportunités.

Depuis le début, l’IIC, qui a été fondé par General Electric et d’autres grands acteurs des marchés technologiques industriels tels que Cisco, IBM, Intel et AT&T, avait pour mission de créer des normes pour « connecter les objets, les capteurs et les grands systèmes informatiques ». En d’autres termes, l’Internet industriel des objets se concentre sur plusieurs aspects, dont les machines intelligentes, les analyses avancées et les personnes sont trois éléments clés.

L’IIC collabore avec la Plattform Industrie 4.0 et, en novembre 2016, l’organisation a également signé un « protocole d’accord » avec un consortium poursuivant des objectifs similaires : le Consortium d’accélération de l’IoT.

Architectures et cadres IIoT: de BSIF et IIRA à IICF

Tout comme la Plattform Industrie 4.0, l’IIC a développé un cadre. Il s’agit de l’IIRA, abréviation d’Industrial Internet Reference Architecture. La première version a été publiée en 2015. Ce référentiel vise à aider toutes sortes d’experts qui participent à des projets d’Internet industriel des objets à concevoir de manière cohérente des architectures de solutions IIoT et à déployer des systèmes d’Internet industriel des objets interopérables.

N’oubliez pas que, comme indiqué précédemment, l’Industrial Internet Consortium couvre davantage d’industries et donc de cas d’utilisation et de déploiements IIoT. En plus de l’industrie manufacturière, il y a l’énergie, la santé, les villes intelligentes et le transport.

Toutefois, avec la dernière version de l’IIRA, l’IIC souhaite réellement couvrir des applications dans pratiquement tous les secteurs. Certaines sont liées aux principales industries (exploitation minière, infrastructures publiques), d’autres ne le sont pas vraiment ou partiellement (agriculture).

En plus du modèle IIRA, l’Industrial Internet Consortium a également publié en février 2017 le modèle IICF, abréviation d’Industrial Internet Connectivity Framework. Enfin, l’IIC dispose également d’un référentiel de stratégie commerciale et cadre d’innovation BSIF qui a été publié fin 2016.

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Chronologie de l’IoT industriel et de la fabrication intelligente

En gardant à l’esprit les différentes définitions de l’Internet industriel des objets ou IIoT, sa chronologie représente un mélange de divers événements.

Ils vont de l’invention de l’automate programmable (PLC), aux premiers appareils M2M, en passant par la normalisation d’Ethernet qui joue un rôle crucial dans les applications IIoT, notamment avec le Power over Ethernet ou PoE qui s’adapte à de nombreux contrôleurs et dispositifs M2M dans des applications allant des systèmes de contrôle industriel à l’éclairage connecté et au contrôle des pièces.

L’histoire IoT industriel couvre également l’invention du Web et de http, le TCP/IP, l’OPC Data Access, l’IoT tel qu’il a été inventé par Kevin Ashton et le Cloud à OPC Unified Architecture. En outre, la baisse des prix des capteurs a été un catalyseur de l’utilisation de l’IoT.

On pourrait ajouter bien d’autres choses, allant de l’EDI et de la RFID à plusieurs percées dans les technologies des puces telles que les MEMS et les transducteurs intelligents. Et à l’avenir ?

La convergence des technologies de l’information pourrait encore prendre un certain temps, mais elle évolue à des vitesses différentes. En attendant, les jumeaux numériques et les produits intelligents, l’intelligence artificielle, l’apprentissage automatique et la blockchain constitueront à leur tour une partie intégrante de  cette chronologie et on aspirera à établir une norme d’interopérabilité universelle.