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L'aos (architecture orientée services) démocratise l'internet industriel des objets

05/07/2022

 

 

 

 

L'internet industriel des objets (en anglais : Industrial Internet of Things ou, plus simplement, IIoT) continue de se développer de manière exponentielle. L'IIoT offre une vue en temps réel des activités menées dans les usines et dans les chaînes d'approvisionnement, ce qui permet de réaliser des gains importants en termes d'efficacité, de sécurité et de temps de fonctionnement.

 

 

Avec une accélération spectaculaire, dopée par la pandémie, le nombre d'interactions numériques entre les machines et entre les hommes et les machines est en train d'atteindre des niveaux sans précédent pour assurer la sécurité des travailleurs. Le cabinet d'analystes Meticulous Research prévoit que le marché de l'IIoT atteindra pas moins de 263,4 milliards de dollars d'ici 2027, avec un taux de croissance annuel composé de 16,7 %. La société de consulting Grand View Research estime pour sa part que ce chiffre atteindra 1,1 billion de dollars en 2028.

 

Malgré les avantages offerts par la connexion des machines et des outils industriels, ainsi que par l'agrégation des données de l'usine avec les applis du cloud et les systèmes de gestion de la chaîne d'approvisionnement, des obstacles à l'adoption de l'IIoT subsistent. En 2019, le cabinet de conseil Bain & Company a indiqué : "La maintenance prédictive n'est qu'un des nombreux cas d'utilisation que les clients ont eu du mal à intégrer dans leur technologie opérationnelle et leurs systèmes informatiques existants."

 

Ce que nous voulons savoir, c'est comment le seuil peut être abaissé pour les petites entreprises manufacturières grâce à l'adoption de l'architecture orientée services (AOS), des microservices et de la norme OPC UA (Open Platform Communication Unified Architecture) pour les communications d'automatisation industrielle.

 

L'IIoT fournit des informations... et crée de la valeur

Heureusement, une pléthore d'applications tierces qui extraient les données des équipements industriels et les utilisent dans le cloud démontrent la valeur de l'IIoT. Citons comme exemple concret une application dont le but est de relever la concentration d'engrais azotés, la température, la pression, le niveau de vidange/de liquide et d'autres données encore dans des réservoirs et d'ensuite envoyer ces données dans le cloud pour procéder à leur analyse, permettant ainsi aux agriculteurs d'éviter de recourir à des services d'assainissement coûteux ou de se voir infliger de lourdes amendes par les pouvoirs publics. Le développement d'applications similaires sans architecture et normes adaptées à l'IIoT serait un exercice complexe et particulièrement coûteux. Les entreprises auraient besoin de connaissances spécifiques en matière de logiciels embarqués, de protocoles de communication industrielle, de cybersécurité de l'IdO et d'API cloud.

 

Des technologies axées sur l'intégration des systèmes, la conception des applications et la communication industrielle font leur apparition pour rendre l'IIoT plus attrayant. Ensemble, elles permettent aux machines d'échanger des données et aux développeurs de concevoir des applications distinctes avec des fonctionnalités individuelles. Combinées à des interfaces standard, les données sont plus facilement partagées pour d'autres applications. Les chaînes de montage peuvent par exemple accéder aux pièces en flux tendu, et les camions peuvent être contrôlés en toute sécurité depuis le cloud, car de multiples composants publient tout, de l'emplacement à l'état.

 

Services mutualisés – les portes vers l'Industrie 4.0

L'AOS (architecture orientée services) a été définie dans les années 1990. Elle a été conçue dans le but de rendre les composants logiciels interactifs et réutilisables via des interfaces de service. Cela signifie que les 'services' peuvent être utilisés plus facilement par les nouveaux produits sans avoir à comprendre exactement comment le service est généré. Pour l'IIoT, les données de sortie des capteurs deviennent des services auxquels tout appareil peut accéder. Les interfaces utilisées sont découplées, ce qui rend le partage des services non seulement facile, mais aussi sûr.

 

Cette pratique a trouvé un nouvel objectif dans l'IIoT. Grâce au couplage lâche fourni par l'interface de service définie, les fabricants peuvent faire leur choix parmi un large éventail d'outils logiciels ou de services disponibles et les coupler à leurs données et machines industrielles. Il devient ainsi plus abordable, et aussi plus sûr, d'innover et de déployer des intégrations intelligentes.

 

D'après IBM, les microservices complètent l'AOS en tant que style d'architecture d'application et concept qui s'applique à l'application. Cela permet de découpler efficacement les composants utilisés, ce qui améliorerait la mise à l'échelle en permettant à un composant d'être répliqué dans un service cloud, en fonction de la charge de travail. Et comme le microservice n'existe que lorsque celui-ci est nécessaire, la puissance de calcul est utilisée de manière plus rationnelle. L'agilité est également améliorée, dans la mesure où les développeurs peuvent intégrer et tester de nouveaux microservices de manière indépendante, sans impact sur le reste du système. En outre, la résilience globale augmente, car le système ne dépend pas d'un seul fournisseur de microservices.

 

Le microservice permet de décomposer les éléments internes d'une application unique en petits morceaux, chacun d'entre eux pouvant être modifié, mis à l'échelle et administré de manière indépendante. Il ne définit pas la manière dont les applications communiquent entre elles – cela se passe au niveau de l'entreprise et des interfaces de service fournies par l'architecture orientée services. Ensemble, ces éléments jouent un rôle essentiel dans la création de valeur dans l'IIoT.

 

La troisième pièce du puzzle orienté services qui permettra un déploiement plus rapide de l'IIoT est la norme OPC UA pour la communication de machine à machine, qui est utilisée dans le domaine de l'automatisation industrielle. UA est l'abréviation de 'Unified Architecture' et a été développée par la Fondation OPC dans le but d'améliorer la collaboration dans un environnement industriel. Pour y parvenir, on utilise une architecture orientée services extensible pouvant être intégrée dans des microcontrôleurs en usine aussi facilement que dans des serveurs cloud. Cela permet d'ajouter plus rapidement des fonctions essentielles à un réseau, telles que l'identification des serveurs, la hiérarchie des données et les droits de lecture/écriture.

 

OPC UA utilise les formats binaires UA et XML pour sécuriser et échanger des messages des protocoles COM et DCOM de Microsoft, ainsi que de l'infrastructure à clé publique (ICP) d'OPC. Dans les équipements limités en ressources, l'UA binaire est recommandée car elle nécessite une puissance de calcul moins importante.

 

Le moulage par injection est un exemple de procédé industriel critique qui pourrait tirer parti de cette évolution. Normalement, les interfaces propriétaires des périphériques ne permettent pas l'échange d'informations entre les différents fabricants impliqués dans la cellule. L'utilisation d'OPC UA permet un assemblage et une mise en service rapides, ainsi qu'une productivité et un contrôle de la qualité optimaux, tout en permettant aux participants de la cellule de se connecter à des systèmes externes.

 

OPC UA réalise aujourd'hui ce que le protocole d'automatisation de la fabrication (MAP) rêvait de faire dans les années 80. General Motors avait alors en effet conçu la pile de protocoles de communication MAP pour interconnecter les îlots de l'usine automatisée. Mais OPC UA constitue à présent une avancée considérable, puisqu'il permet aux fabricants de connecter leurs machines en service au cloud et d'utiliser l'analyse des données et l'apprentissage automatique pour obtenir toutes sortes d'informations sur les performances des machines et améliorer le temps de fonctionnement et l'OEE.

 

Cloud picking et tableaux de bord d'usine

Une des premières démonstrations de la valeur d'une approche de l'Industrie 4.0 axée sur les services nous a été faite par Hewlett Packard Enterprise Services en collaboration avec Fraunhofer. HPE a en effet présenté sa 'Converged Plant Infrastructure', qui comprend un app store virtuel de type 'Fort Knox', qui regroupe des applications et des services pour l'industrie dans le cloud. Parmi eux, on trouve notamment un tableau de bord permettant de visualiser, d'ajuster et d'optimiser les opérations de l'usine distribuée. Une autre application a utilisé des algorithmes dans le cloud pour apprendre à des robots désignés dans l'usine comment, où et quand effectuer le picking de produits, tandis que la navigation dans le cloud a appris la conduite autonome à des poids lourds.

 

 

L'utilisation du cloud et des services innovants qu'il offre est cruciale pour l'industrie manufacturière, qui était jusqu'à présent un secteur trop souvent négligé. L'IIoT offre à l'industrie l'opportunité cruciale de connecter les données des capteurs de l'usine et des machines aux produits, aux processus et aux personnes, et de les faire évoluer de manière flexible en fonction des conditions du marché. Le COVID-19 a prouvé que la réponse de nombreux fabricants à la pandémie était binaire : rester ouvert ou fermer. En revanche, un fonctionnement numérisé, reposant sur des applications et des services cloud natifs, permet d'optimiser plusieurs usines et de faire évoluer les chaînes de montage en fonction de la demande.

 

Conclusion 

Grâce à la pandémie, l'IIoT se dote d'un trio d'architectures orientées services permettant d'intégrer les systèmes, concevoir des applications et orchestrer des communications industrielles. Les fabricants peuvent se lancer dans l'aventure numérique plus rapidement et à moindre coût, et ainsi tirer parti des données en temps réel, de l'apprentissage automatique et de l'analyse des données pour rationaliser leur production, innover en matière de produits et dégager de la valeur d'une manière qui n'était pas envisageable auparavant.

 

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