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Les machines parlent aux machines

CHARLES FOUCAULT cfoucault@industrie-technologies.com

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En dix ans, les technologies sans fil se sont imposées comme l'un des moyens de communication les plus efficaces au domicile comme au bureau. Seul un bastion résiste encore à l'envahisseur : les usines. Mais cette exception ne devrait pas durer. Pour répondre à leur besoin croissant de flexibilité et réduire les coûts, de plus en plus d'industriels se disent prêts à abandonner le fil dans leur nouveau site de production.

Des machines qui chattent entre elles dans votre usine. Des sites de production qui s'envoient des SMS. Des conteneurs qui vous indiquent par mail leur position exacte. Des robots qui précisent leur niveau de fatigue par Bluetooth... Ce scénario - qui peut paraître à première vue totalement loufoque - pourrait bien faire partie du quotidien d'un directeur d'usine dans dix ans. À cette date, les usines les plus branchées auront en effet totalement délaissé les câbles pour des capteurs sans fil. RFID, Bluetooth, Wi-Fi, Zigbee, Wimax, GSM, 3G... Toutes ces technologies vont devenir le vecteur numéro 1 des communications des sites industriels du futur.

Désormais prêts à affronter un environnement exigeant

Adoptés par les particuliers et dans les bureaux depuis une dizaine d'années, ces systèmes sont prêts à conquérir les ateliers. Ils se montrent en tout cas suffisamment robustes et fiables pour affronter des environnements industriels très exigeants. « Nous prévoyons que leur pénétration passera de 5 % actuellement à 20 % à terme. Éliminer les câbles sur les usines existantes n'est pas d'actualité, car cela coûterait très cher. Mais, pour les nouveaux sites, la facilité d'emploi et la baisse des coûts que permet le sans-fil laisse imaginer un atelier dans lequel toutes les données seront transmises de cette manière », indique Dominique Bazin, le délégué industrie, infrastructures et affaires internationales du groupement des industries de l'équipement électrique, du contrôle-commande et des services associés (Gimélec).

Au-delà du côté high-tech, la conversion des industriels repose sur une série d'avantages bien tangibles. Le premier d'entre eux est évident : ces technologies libèrent littéralement les outils mobiles de leur fil à la patte. Exemple ? Un convoyeur - aujourd'hui câblé de toute part - sera demain paré d'un émetteur-récepteur Bluetooth pour lui permettre de communiquer avec les différents postes de travail tout au long de sa progression dans l'atelier. À chaque station, les équipements lui indiqueront via Bluetooth les actions exactes qu'il doit effectuer : monter, pivoter sur la droite, se redresser, etc. « Avec ce système, lorsque le convoyeur perd le contact avec le poste 1, il est programmé pour rechercher automatiquement le signal venant du poste 2, et ainsi de suite », témoigne Thierry Lecoeur, chef de produit Automation France pour Phoenix Contact.

Plus fort, grâce au Wi-Fi, toutes les informations collectées par le chariot pourront ensuite être remontées au logiciel de GPAO (gestion de la production assistée par ordinateur) qui centralise les données et gère les flux dans l'usine. Autre avantage : le service maintenance n'aura plus besoin de changer tous les trois ou quatre ans les câbles usés par les frottements dus aux rotations et translations des robots. « La facilité d'implémentation et le gain en termes de coût d'utilisation sont évidents avec le sans-fil », confirme Bruno Lequeux, ingénieur support technique de Belden, fournisseur de solutions Wi-Fi pour l'industrie.

Signalisation et résolution des problèmes en temps réel

L'utilisation de ces technologies ne fait pas que diminuer le nombre d'opérations de maintenance, elle simplifie également celles qui restent nécessaires grâce à une collecte plus facile des informations. Équipé d'une interface mobile connectée sur les réseaux, l'opérateur peut avoir une vision globale de la production, depuis n'importe quel point de l'usine ou d'un bureau adjacent. Toute erreur lui étant signalée en temps réel, il peut arrêter instantanément la machine et venir résoudre le problème immédiatement. L'interface en question peut être dédiée à cet usage, mais peut également se matérialiser sous la forme d'un PDA ou d'un smartphone, plus polyvalents. Il suffit pour cela que la centrale de supervision soit dotée d'une carte SIM (la même que celle de nos téléphones) lui donnant accès à tous les réseaux de téléphonie mobile (GSM, GPRS ou 3G).

Le pilotage de la production sera aussi plus simple à réaliser car les équipements pourront être reconfigurés à loisir - ou presque - sans être bloqués ou au mieux gênés par la présence de câbles. « Avec les communications par voie hertzienne, les systèmes de production vont pouvoir passer d'un programme à un autre très rapidement. On pourra fabriquer des choses différentes dans un délai très court », affirme Olivier Gibaru, responsable de la cellule production agile robotisée à l'Ensam Lille. Les changements de série ou les reconfigurations de ligne pourront se faire beaucoup plus facilement sans se soucier de la fameuse prise qui permet aujourd'hui de contrôler la machine.

L'agilité offerte par les technologies sans fil permettra aussi de superviser les activités des robots et des automates à distance, voire les activités de plusieurs sites. « Parfois, il n'est tout simplement pas possible de poser un câble », ajoute Dominique Bazin. Dans le nucléaire, par exemple, un robot doit être capable de traverser un sas pour rejoindre le coeur d'un réacteur. Pour communiquer avec son pilote, si le Wi-Fi est trop court (300 mètres), le Wimax peut prendre le relais. Il permet en effet de trans-mettre des données sur une dizaine de kilomètres.

Suivi de palette de composants par GPS, traçabilité sans faille pour chaque pièce via RFID, supervision de chaînes de production sur deux sites différents via Wimax..., l'éventail d'utilisations des technologies sans fil semble infinie. Mais leur développement bute encore sur quelques écueils sérieux. La partie logicielle, pour commencer, devra progresser pour être capable de digérer le flux de données qui lui parviendra à tous les niveaux. Aujourd'hui, il n'existe pas sur le marché de produits suffisamment puissants pour réaliser ce travail.

Capables de sélectionner l'information utile

Les réseaux, ensuite, devront muscler leur fiabilité en faisant eux aussi la preuve qu'ils peuvent supporter des masses importantes d'informations. Pour éviter la saturation, les chercheurs planchent d'ailleurs sur des capteurs spécifiques, aptes à former un réseau intelligent. Ils devront être capables de sélectionner l'information utile au contrôle. « Ils analyseront leur environnement et s'intégreront dans une toile déjà constituée par les capteurs voisins », précise Alexandre Seuret, chargé de recherche CNRS dans l'équipe NECS (Networked Embedded and Control Systems).

Encore en test dans les laboratoires, ces composants seront constitués d'un outil de mesures, d'un système d'émission-réception, d'une unité de calcul et d'une batterie. Ils seront capables de transmettre - généralement par Zigbee - toute information mesurable (image, température, vibration, courant, hydrométrie, élément chimique, lumière...) par une sonde électronique. Mais « ces capteurs dont la taille varie entre celle d'une pièce d'un centime d'euro et d'une pièce de deux euros, n'apparaîtront sur le marché que dans cinq ans », poursuit Enrico Frumento, spécialiste en réseaux de capteurs sans fil pour le Cefriel, consortium de transfert d'innovations de la recherche vers l'industrie. Placés sur chaque machine, voire sur chaque produit, ces capteurs sans fil pourraient remonter toute l'information nécessaire à un suivi exhaustif du moindre élément fabriqué par une usine. Et donneraient ainsi un sérieux coup de pouce à l'avènement d'usine totalement débranchée.

Le capteur qui aime les vibrations

Pour résoudre le problème de l'autonomie énergétique des capteurs sans fil, le Holst Center aux Pays-Bas a présenté un capteur capable de récupérer l'énergie de son environnement. À une fréquence spécifique, une masse de silicone entre en résonance sous l'effet d'une vibration de 1 µm. Une fine couche de matériau piézoélectrique, le nitrure d'aluminium, transforme ce mouvement mécanique en un courant électrique, comme sur les briquets sans pierre. En produisant autant qu'il consomme (10 µW), ce système est déjà capable de rendre éternel un thermomètre communiquant avec une base. Les chercheurs ont déjà réussi à générer 85 µW et visent au-delà des 100 µW. Ils travaillent également sur un packaging qui n'altérerait pas leur rendement et comptent sur leurs confrères pour l'optimisation de l'énergie nécessaire à la communication. Ils estiment que leur produit sera sur le marché d'ici à deux ou trois ans.

FRANCK FURFARO RESPONSABLE DU DÉPARTEMENT AUTOMATISME ET CONSTRUCTION MACHINES DE PROFORM

« 30 % d'économie grâce au Bluetooth »

« Dans nos ateliers, répartis sur trois étages pour une surface totale de 16 000 m2, nous utilisons le Bluetooth pour relier nos cinquante machines à la GPAO, installée il y a deux ans. Nous ne voulions pas arrêter les lignes ni tirer 5 000 mètres de câbles. Cela aurait pris trop de temps et aurait été trop cher. La solution Bluetooth nous a coûté 30 % de moins que la solution filaire et nous offre en plus la flexibilité. Proform réalise différents types de tubes en même temps. Les machines (cintreuses, presses, formeuses...) sont regroupées par îlots en fonction de la pièce à faire. Un coffret de regroupement récupère les données émises par chaque machine de l'îlot et les transmet à la GPAO par Ethernet. Nous changeons de configuration souvent, le Bluetooth nous a simplifié la vie à ce niveau. La maintenance des machines en est aussi facilitée. »

ESSOR

Le marché mondial du sans-fil « industriel » devrait être multiplié par deux pour atteindre les 2 milliards de dollars en 2012.

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IRDA (INFRAROUGE) Débit : 4 Mbit/s Distance : 1 m Fréquences Non applicable Usages Environnements où des interférences nuisent aux ondes radio BLUETOOTH Débit : 24 Mbit/s Distance : 100 m Fréquences 2,4 GHz Usages Contrôle des machines RFID Débit : 100 Kbit/s Distance : 2 m Fréquences : 125 kHz, 13,56 MHz, 865 - 954 MHz, 2,4 GHz Usages : Logistique, traçabilité WI-FI Débit : 300 Mbit/s Distance : 300 m Fréquences 2,4 ou 5 GHz Usages Supervision d'un site, envoi d'ordres ZIGBEE Débit : 1 Mbit/s Distance : 100 m Fréquences 2,4 GHz (Monde), 868 MHz (Europe) Usages : Contrôle, réseaux de capteurs WIMAX Débit : 70 Mbit/s Distance : 10 km Fréquences 3,5 GHz Usages Communication d'un site à un autre SATELLLITE Débit : 2 Mbit/s Distance : Monde Fréquences : 10,7 à 12,75 GHz Usages : Liaison avec des zones isolées, géolocalisation DECT Débit : 32 Kbit/s Distance : 300 m Fréquences : 1 880 à 1 900 MHz Usages : Multiplication des postes de téléphonie mobile interne GSM/GPRS/3G Débit : 14,4 Mbit/s Distance : Monde Fréquences 900 MHz - 1 800 MHz, 2 100 MHz Usages : Contrôle de sites distants

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