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17 Bd Flandre Dunkerque BP 92116 – 56321 Lorient Cedex 02 97 87 40 22 ; [email protected] E. Martin

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Usine du Futur

Enjeux, organisations et évolutions

Professeur Eric Martin

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Les enjeux de l’industrie

• Relever la part de l’industrie en France et en Europe– Passer de 15,1% du PIB en 2013 à 20% en 2020 en Europe

• RSE responsabilité sociétale des entreprises– Le développement durable

– La place de l’homme et du capital humain

• Répondre aux nouveaux défis de l’agilité– Production de masse et customisée

– Logistique adaptée aux besoins clients

– Consommation collaborative

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Les politiques publiques pour l’industrie

• Les politiques publiques à l’échelle mondiale– Manufacturing renaissance – USA ; Smart Everything Everywhere – EU

– Precision Manufacturing – SG ; Intelligent Manufacturing - CN ; Innovation 25 – JP.

• Les politiques en Europe : 9 programmes nationaux– High Value Manufactiring – GB ; Smart Industry – Nl ; Production 2030 – S ;

– Manufactiring 4.0 – D ; Porduktion des Zukunft – A ;

– Operational programme – GR ; Fabrica intelligente – I

– Les programmes Horizon 2020• Primauté industrielle :

– la recherche dans des domaines technologiques clés (TIC, nanotechnologies, matériaux, procédés de fabrication, espace).

– des instruments financiers en soutien aux investissements privés en recherche et innovation

– l'innovation dans les P.M.E., au travers du programme EUROSTARS (faisabilité du projet, financement de la recherche et de l'innovation, puis accompagnement vers la commercialisation).

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Les politiques publiques

SNR : Défi 3, Le renouveau industriel

ORIENTATION 11 / Usine numériqueORIENTATION 12 / Usine verte et citoyenne

ORIENTATION 13 / Procédés de fabrication flexibles, centrés sur l’hommeORIENTATION 14 / Conception de nouveaux matériaux

ORIENTATION 15 / Capteurs et instrumentation

• La politique industrielle en France– 34 plans du renouveau industriel

• Usine du futur : Nous construisons la France de la troisième révolution industrielle. Pour retrouverson rang dans la bataille mondiale, gagner en compétitivité, maintenir de l’emploi industriel et améliorer laplace de l’homme dans l’usine, la France doit relever le double défi de moderniser son outil productifet de concevoir et de développer les processus et les outils de production de l’avenir. L’usine de demain devraêtre plus écologique et sobre en ressources, plus intelligente, avec des modes de production toujours plusadaptés à des productions personnalisées ou en petite série. Elle devra remettre l’humain au cœur de larelation homme-machine et être plus proche de son écosystème local (clients, sous-traitants et fournisseurs).Le plan « Usine du futur » permettra à la France d’être au rendez-vous de la troisième Révolution industrielle,au carrefour des transitions énergétique et numérique de notre société.

• Réseaux électriques intelligents ; Logiciels et systèmes embarqués ; Supercalculateurs ; Lavoiture pour tous consommant moins de 2 litres aux 100 Km ; Bornes électriques derecharge ; Avion électrique et nouvelle génération d’aéronefs ; Autonomie et puissancedes batteries ; Le satellite à propulsion électrique ; Textiles techniques et intelligents ;Produits innovants pour une alimentation sûre, saine et durable ; Qualité de l’eau etgestion de la rareté ; Cloud computing - Souveraineté Télécoms – Cybersécurité ; Réalitéaugmentée ; Industries du bois ; Rénovation thermique des bâtiments ; Santé numérique ;Dispositifs médicaux et nouveaux équipements de santé ; Objets connectés ; e-Education ;Big data ; Robotique ;Véhicule autonome ; TGV du futur ; Chimie verte et biocarburants ;Services sans contact ; Biotechnologies médicales ; Dirigeables – charges lourdes etDrones civils ; Navires écologiques ; Recyclage et matériaux verts ; Énergies renouvelables;Nanoélectronique.

– La stratégie nationale de la recherche

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Domaines scientifiques et technologies clés : Alliance Usine du Futur

1° Révolution industrielle(mécanisation)

2° Révolution industrielle(électrification)

3° Révolution industrielle(électronique)

4° Révolution industrielle(cyber-systèmes)

Complexité

Dates

Aujourd’huiDébut des années 1970

Début 20°siècle

Fin 18°siècle

Enjeux Sujets

Evolution des marchés Attentes clients, offres alternatives, valeurs de l’offre

Offre technologique Nouveaux procédés, composants intelligents, nouveaux matériaux.

Nouveau modèle organisationnel Humain plus responsable, organisation apprenante et collaborative

Environnement Impact environnemental de l’usine et de ses produits

Sociétal Reconnaissance de la démographie, des lieux de vie. Intégration de l’usine dans la cité.

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Maturité disponible /Diffusion généralisée

Maturité émergente/Diffusion limite

Maturité future/Précurseurs

Conception produits/Process

Pilotage / Contrôles

Opérations de fabrication

Services (intégration / maintenance)

Organisation du travail

CAO,IAO

Spécialisation des tâches

CFAO

MESPLM

GPAO, PLM

Organisation responsabilisante(lean Manufacturing,…)

Modélisation de la ligne (usine virtuelle, numérisée, simulation de processus)

Organisation apprenante

Domaines scientifiques et technologies clés : Maturité des technologies

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Domaines scientifiques et technologies clés : Briques technologiques

• BT1 – Technologies de l’information et de la communication– Communication continue, instantanée, intégrée (conception, fabrication, logistique,

maintenance) processus et produits

– Simulation du produit, procédé, poste de travail, usine, chaîne logistique, chaîne fournisseur

– Autodiagnostic, auto-adaptation et contrôle des procédés et équipements.

• BT2 – Nouveaux procédés de fabrication– Agiles pour s’adapter aux demandes (quantité, qualité, besoins spécifiques,…)

– Capables de se réorganiser (affectation des opérateurs, interopérabilité des équipements, interactivité avec les fournisseurs)

• BT3 – Les machines intelligentes– Composants intelligents dans les équipements de production

– Gestion et traitement d’informations complexes

• BT4 – Nouveaux matériaux– Associations complexes de matériaux

• BT5 – Contrôle, surveillance, traçabilité– Capteurs miniaturisés, autonomes, intelligents

– Traitement du signal et imagerie numérique

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BT -

AllianceBriques technologiques Exemples

BT1-1Imagerie numérique, modélisation, simulation

Co-simulation d’un produit ou procédé dans un environnement hétérogène. Prototypage virtuel. Réalité augmentée.

BT1-2 Logiciel de l’usine numériqueCFAO. Bibliothèque de composants. Ordonnancement de la production. GPAO, GMAO. Supervision, tableaux de bord. Réseaux sociaux d’innovation. PLM – gestion de cycles de vie.

BT1-3Interfaces et protocoles de communication des systèmes

RFID & Cloud pour l’historique et la traçabilité.

BT1-4Echanges d’information sécurisées

Cybersécurité

BT1-5 Internet des objets Objet physique intelligent. Unification et normalisation des réseaux.

BT1-6Internet mobile, Cloud Computing, média sociaux

Terminaux, tablettes mobiles dans l’usine. Nouvelles interfaces homme-machine mobiles. Cloud et virtualisation des stockages et calculs. Co-activité par les média sociaux.

.BT1-7 Big Data Aide à la décision, détection de situation de non qualité. Calcul de probabilité de situations.

BT1 – Technologies de l’information et de la communication

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BT2 – Nouveaux procédés de fabrication

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BT2-1 Fabrication additiveFabrication (frittage laser, fusion sur lit de poudres,..), prototypage, impression 3D. Modèle numérique (NF E 67-001). Matériaux, fils, poudres, capteurs intégrés.

BT2-2Flexibilité des procédés de fabrication conventionnels

Adaptation à la demande des procédés d’usinage, de forgeage, de frappe, de découpe, de compactage, d’assemblage (i.e usinage robotisé). Maîtrise de la qualité des pièces (i.e. machines auto adaptatives).

BT2-3 Fonctionnalisation de surfacesTribologie et surface des pièces : procédés innovant, manipulations des pièces. Enjeux environnementaux : procédés alternatifs. Performance des matériaux : micro nano structurations. Durabilité des surfaces : biomimétisme, texturation des surfaces.

BT3 – Les machines intelligentes

BT -


BT3-1 Machines et outils intelligentsRobots industriels, machines outils multifonctions, équipements pilotés à distance, équipements de fabrication additive.Commande de l’équipement, récupération et analyse des données, transmission des résultats.

BT3-2 Robots collaboratifsInteractions sécurisées avec l’homme. Îlots robotisés standards, flexibles, collaboratifs ; robots mobiles ; Cobot.

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BT4 – Nouveaux matériaux

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BT4-1Nouveaux matériaux, composites et assemblages multi-matériaux

Couple matériaux/procédés : performance économique de l’entrepriseAssemblage de matériaux hétérogènes.

BT4-2Assemblage par procédés de soudage innovants

BT5 – Contrôle, surveillance et traçabilité

BT -


BT5-1 Capteurs et actionneurs Capteurs physiques, chimiques, biologiques.

BT5-2Contrôle, surveillance et traçabilité

Surveillance des produits et procédés (maintenance prévisionnelle)Contrôle, traçabilité (Contrôle non destructif, examen de surface, examen volumique, caractéristique des revêtements, méthodes globales).Capteurs intégrés dans le processus de fabrication.

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• Enquête TIC et industrie – Bretagne – AGRESTE 2016

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20%

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40%

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60%

70%

80%

Site Web EDI PGI SCM GRC Cloud

Innovation et TIC dans les industries

IAA Industries

EDI : échange de données informatisées

PGI : Progiciel de Gestion Intégrée – EPR en anglais

SCM : Chaîne logistique d’approvisionnement ou Supply Chain Management (SCM) en anglais

GRC : Gestion de la relation client ou Customer Relationship Management (CRM) en anglais

CLOUD : le cloud computing, appelé aussi informatique en nuage ou cloud, désigne des services informatiques utilisés sur Internet, délivrés par les serveurs d’un prestataire

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Les métiers en évolution

APEC

2008

Facteurs d’évolution Passage d’un cadre du XX° siècle à l’ingénieur du XXI° siècle en trois

phases

Tran

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atio

ns

tech

no

logi

qu

es Nouveaux procédés et technologies

Produits de plus en plus complexes

Un cadre expert

Un gestionnaire de l’innovation

Un « producteur manager » qui assure la production, suit les

tendances du marché et remodèle l’organisation en

conséquences

Evo

luti

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tio

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elle

s Maîtrise du savoir-faire de l’entreprise

« Outsourcing » et « Offshoring » pour la

production

Un cadre encadrant

Un cadre manager qui a une double compétence

en management (fonctionnel et

organisationnel)

Un manager de la complexitéManagement hiérarchique, fonctionnel et multi-local

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Concurrence internationale

Délocalisation des unités de production

De nouveaux gisements de croissance

Un cadre local

Un cadre multi-localEn raison de : l’ouverture

internationale, le développement des

réseaux mondialisés, la mobilité internationale

Un ingénieur « nomade » ou cadre international

Directeurs

Industriel, technique, de production, d’usine

Gestion de la production

Responsable ou ingénieur de la production ou de la planification

Support à la production

Ingénieur process, méthodes, maintenance, qualité, responsable QHSE

Organisation de la production Chef de projet industriel, ingénieur en informatique industrielle, ergonome, ingénieur sécurité environnement

Métiers en développement

Responsable QHSEResponsable lean manufactirungResponsable management des risquesResponsable supply chainResponsable contrôle et assurance qualité

Métiers en transformation

Responsable d’exploitation d’un site éco-industrielIngénieur des travaux BBC, BEPOS, BEPASResponsable de production d’un réseau de chauffage ENRResponsable collecte et traitement des déchets

Métiers de niche

Ingénieur BioproductionResponsable achats durables

APEC 2015

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PIA : appel à projet de l’ANR - agence nationale de la recherche -

Axes ANR Domaines scientifiques Technologies clés

Usine systèmeinteraction des composantes de l’entreprises (technologie, organisation, client…) et cycle de vie du produit.

Ingénierie des systèmes.Ingénierie des modèles.

Usine virtuelle

Anticipe l’évolution des technologies, des produits et des organisations dès la conception de l’usine par les modèles numériques des systèmes sociotechniques ou organisationnels.

Réalité virtuelle et augmentée.Méthodes innovantes de simulation et d’optimisation produits-process.Techniques de simulation de la collaboration homme-robot.Mécanismes de reconfiguration de la production

Usine intelligente, connectée, pilotée

Augmenter les possibilités cognitives des ressources humaines. Gestion des connaissances. Objet physique,acteur du pilotage de l’usine. Pilotage sûr et réactif.

Réseaux de capteurs intelligents. Traitement de grandes masses de données. Cybersécurité.

Usine flexible et agile

Permettre une évolution rapide du système de production lors des changements de produits ou de gammes, par la reconfiguration des organisations et des moyens de la production

Reconfiguration du système de production. Réutilisation « plug & play » des moyens de production. Organisation industrielle

Usine basée sur des process et moyens de production

Disposer de technologies innovantes de fabrication, d’assemblage, de mise en œuvre et de mesure pour une forte valeur ajoutée pour la production de produits fortement différenciés, voire personnalisés.

Fabrication additive. Procédés en rupture.Méthodes de conception et de contrôle. Technologies avancées de commande et de contrôle et d’assistance (cobotique, exosquelettes).

L’Homme élément du système

L’homme capable d’appréhender un système complexe et à le reconfigurer à le piloter en anticipation ou en réaction.

Interface homme-machine. Aide à la décision. Nouveaux modes de liaisons entre les éléments du système et les opérateurs.

Les nouvelles organisations de la chaîne productive

Nouvelle organisation du travail d’entreprises en réseaux, sous-traitance ou co-activité. TIC et nouvelles organisations du travail. Travail par projet.

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PIA : appel à projet BPIFrance

• Volet « Projets d’Excellence », – pour des projets industriels stratégiques de R&D et d’investissement portés par des entreprises seules ou en

consortium.

– Il s’agit de projets sur des secteurs d’avenir, visant à consolider l’excellence de l’industrie française grâce notamment à des outils industriels de pointe (lignes pilotes et démonstrateurs).

• Volet « Plateforme », – pour des projets portés par des collectifs d’entreprises ou leurs représentants,

– visant à mettre en place des ressources partagées afin d’accélérer le déploiement de technologies ou d’usages et de structurer durablement des secteurs industriels.

• des investissements dans des unités industrielles partagées permettant à des entreprises s'inscrivant dans une stratégie globale de mutualiser leurs investissements, de participer activement à une stratégie collective et de lever certains freins à son développement.

• des plateformes de mutualisation de compétences techniques permettant à des entreprises de mutualiser leurs travaux de recherche et développement et les investissements nécessaires à la conduite des preuves de concept, des tests et de tous autres travaux leur permettant d’améliorer leur compétitivité.

• des outils collaboratifs permettant aux entreprises s'inscrivant dans une stratégie d'intérêt collectif, de partager des outils à vocation non technologique dans des domaines aussi variés que la logistique, la maintenance, le numérique, l'intelligence économique, le design, le marketing, l’efficacité énergétique l’économie circulaire et l’écologie industrielle, l’impact environnemental, etc.

• Visées – retombées économiques et technologiques directes

• nouveaux produits, procédés, services (notamment logistique, numérique et maintenance) et technologies,

– retombées directes ou indirectes • en termes de structuration durable de filières et en particulier pour les petites et moyennes entreprises (PME)

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Quelques projets en cours

• Quelques projets– Air Liquide : technologies numériques de rupture pour optimiser la production

• Piloter et optimiser la production, l’efficacité énergétique et la fiabilité d’une vingtaine de sites de production de gaz d’Air Liquide afin d’adapter les flux en temps réel, en fonction des besoins des clients.

– SNCF : des outils numériques au service de la maintenance

• Le digital est au cœur du projet DIGI IO : les équipements clefs sont connectés via des capteurs, pour être intégrés à un système unifié de supervision. Par ailleurs, des technologies telles que la cobotique et la réalité augmentée seront employées

– SMART-PROD, IUT Haguenau

• Plateforme de formation à l’Usine du futur, à l’Industrie 4.0, à l’Usine digitale, à la Smart-

factory. Elle est conçue pour l’étude, le déploiement, et la démonstration des concepts et des technologies 4.0. et s’articule autour d’une ligne de production industrielle modulaire et évolutive.

– Le projet ALVEO s’inscrit dans le plan d’action 2015 de l’ANR.

• La micro-usine est particulièrement adaptée à la production d’objets miniatures en petite et moyenne séries et qui dispose d’un haut niveau de flexibilité et de reconfigurabilité

– L’abattoir du futur (soutenu par la région Pays de Loire)

• Le projet de R&D mené par Holvia porc, filiale à Laval du groupe Terrena. Il s’agit d’intégrer un «cobot» (robot collaboratif d’assistance gestuelle) sur un poste de travail exposé, afin de réduire les contraintes de répétitivité des tâches et de manutention de charges.

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