Internet Industriel des Objets IIOT : La route vers la 5G commence maintenant

Les partisans plaident pour la technologie sans fil 4.9G en tant que tremplin vers la 5G pour permettre aux nouvelles applications de l'industrie 4.0, des cobots à la maintenance prédictive basée sur la réalité augmentée. Selon les experts, les fabricants ne devraient pas rester immobiles en attendant que les technologies 5G et les produits compatibles se fondent dans un écosystème à grande échelle. Au contraire, ils conseillent aux fabricants d'aller de l'avant avec la cartographie de nouvelles stratégies de communications sans fil, les cas d'utilisation et le déploiement de plans construits autour de la dernière variation de la technologie 4.9G / LTE, qui, selon eux, peuvent fournir pour bon nombre de ces nouvelles applications industrielles tout en fournissant les la voie la plus directe vers la mise en œuvre complète de la 5G. «Pour que la 5G soit réalisable pour les fabricants et les autres segments de l'industrie, vous envisagez une bonne période de cinq ans et plus», explique Stéphane Daeuble, responsable marketing des solutions d'entreprise chez Nokia, qui vend des réseaux sans fil privés. au secteur manufacturier. «La solution 4.9G / LTE qui existe aujourd'hui, lorsqu'elle est déployée en tant que réseau privé, répond à 85% de ce qui est requis pour les applications industrielles.» Pourquoi le sans fil, pourquoi maintenant?
Le réseau industriel traditionnel, construit sur des technologies câblées, des équipements hérités et des protocoles de mise en réseau propriétaires, n'est pas bien équipé pour les applications IIoT, qui exigent des réseaux robustes, adaptables et flexibles. Alors que les fabricants expérimentent des technologies sans fil telles que le Wi-Fi, le Bluetooth et Zigbee depuis des années, les déploiements ont été entravés par des problèmes de fiabilité et de sécurité ainsi que par des limitations liées au nombre d'appareils pris en charge ainsi qu'à la portée des communications. a eu pas mal d'occasions de remplacer les fils au cours des 10 à 20 dernières années, mais le problème était que la technologie existante avait tous des inconvénients avec la robustesse de la transmission, le comportement en temps réel ou les débits de données », note le Dr Gunther May, chef de la technologie et l'innovation pour la division d'automatisation et d'électrification de Bosch Rexroth AG.En revanche, la 5G, avec sa promesse de débits de données élevés (1-20 Gbits), de faible latence (1 ms) et d'évolutivité pour accueillir des capteurs et des appareils à grande échelle, aborde les lacunes passées de fiabilité et de déterminisme du sans fil pour les applications industrielles. La 5G promet également de fournir des communications à faible latence, haute fiabilité et sécurisées à un coût inférieur à celui des technologies concurrentes tout en offrant la flexibilité nécessaire pour s'adapter à la reconfiguration de la production en usine et aux changements de configuration qui sont inextricablement liés à l'avènement de la fabrication IIoT et Industrie 4.0. «La latence, la bande passante et la fiabilité du réseau de la 5G – ces trois superpuissances créent une épine dorsale numérique industrielle qui vous permet d'oser la technologie sans fil», explique Dauble. Ce message commence à résonner auprès des fabricants, selon une nouvelle enquête menée par Nokia et Recherche ABI. Alors que la majorité (86%) des connexions d'usine mondiales étaient des lignes fixes en 2019, ce nombre devrait chuter à 40% en 2025 et à 14% d'ici 2030, selon la recherche. En fait, près des trois quarts (74%) des répondants au sondage prévoient de mettre à niveau leurs réseaux de communication et de contrôle au cours des deux prochaines années pour faire progresser la transformation numérique et les applications de l'industrie 4.0. Selon les résultats de l'enquête, la majorité des personnes interrogées (90%) étudient l'utilisation de la 4G / 5G pour leurs opérations et 84% de celles qui envisagent d'utiliser ces technologies déploieront leurs propres réseaux sans fil privés dans le cadre des opérations de fabrication. aux investissements 4G / 5G pour diverses raisons, selon la recherche Nokia / ABI, notamment la nécessité de numériser et d'améliorer les infrastructures existantes (63%), d'automatiser avec la robotique (51%) et d'atteindre de nouveaux niveaux de productivité des employés (42 %). L'enquête a révélé que les technologies de l'information visent à moderniser la dorsale des communications afin de réduire les temps d'arrêt et d'améliorer l'efficacité et la sécurité des opérations tandis que la technologie des opérations est à bord en raison du désir de remplacer les infrastructures vieillissantes, d'améliorer l'efficacité et d'augmenter la capacité. «Ces tendances ont créé une tempête parfaite. pour couper les câbles et permettre la production entièrement flexible de l'avenir dans un site d'usine », explique Erik Josefsson, responsable mondial des industries avancées pour Ericsson. Josefsson plaide aujourd'hui en faveur de la mise en œuvre de la 4.9G, car il maintient qu'elle offre un chemin clair vers une technologie sans fil à l'épreuve du temps. «Les fabricants ne peuvent pas se permettre d'investir dans de grandes infrastructures et se retrouver avec une capacité peu performante», explique-t-il. "Ils ont besoin [networking technology] c'est fiable, stable et sécurisé. »Les robots mobiles, les AGV, les appareils connectés et les jumeaux numériques, renforcés par des réseaux sans fil 5G privés, sont les piliers des usines de nouvelle génération comme le site Oulu de Nokia. Image reproduite avec l'aimable autorisation de Nokia.
5G au travail
Ericsson pense que le chemin d'accès réseau 4.9G-à-5G permettra quatre types de cas d'utilisation IIoT. Le premier est un cas d'utilisation massif de l'Internet des objets (IoT) utilisant la technologie cellulaire pour connecter des appareils à grande échelle pour la maintenance prédictive et d'autres applications. Ericsson, en collaboration avec China Mobile, teste ce cas d'utilisation dans sa propre usine de Nanjing où les réseaux IoT cellulaires et les algorithmes d'apprentissage automatique basés sur le cloud surveillent automatiquement environ 1 000 tournevis connectés de haute précision pour un meilleur suivi de l'utilisation des outils, ce qui facilite la maintenance prédictive . L'usine d'Ericsson en Estonie pilote un deuxième cas d'utilisation – l'IdO à large bande – pour tirer parti de la RA pour le dépannage simplifié des cartes électroniques, en remplaçant les lourdes instructions de travail sur papier par un environnement visuel mains libres qui facilite le partage d'informations juste à temps. Ces deux cas d'utilisation sont possibles aujourd'hui avec les technologies 4.9G, affirme Josefsson.Les versions ultérieures de 5G permettront la prochaine série de cas d'utilisation, qui impliquent des communications critiques pour permettre aux cobots de travailler côte à côte avec les humains et, potentiellement, complets automatisation des usines éteinte. Dans une série de projets pilotes en cours, Ericsson et Audi testent de tels cas d'utilisation, y compris un fonctionnement AGV sûr sur un réseau 5G et 5LC URLLC, qui offre une faible latence et garantit la capacité de déclencher des arrêts de sécurité dans un système – un jalon requis pour prendre en charge l'interaction homme-robot en toute sécurité auparavant uniquement possible sur un réseau câblé. Ericsson est également à l'origine du projet 5G Enabled Manufacturing (5GEM), une collaboration avec le fabricant de roulements SKF et la Chalmers University of Technology pour utiliser les réseaux 5G afin de collecter et d'analyser les données en temps réel pour faciliter la personnalisation des produits et optimiser la production. Les AGV dans les usines sont un autre cas d'utilisation de grande valeur activé par les réseaux industriels 5G qui peuvent aider à la personnalisation des produits, selon May. Alors que la plupart des usines industrielles dépendent des bandes transporteuses et des lignes de production linéaires, l'appétit croissant des consommateurs pour des produits plus personnalisés augmente le besoin d'une capacité de fabrication plus flexible, renforcée par l'utilisation d'AGV, qui s'appuieront sur l'intelligence basée sur le cloud pour livrer les matériaux. et les composants là où ils sont nécessaires. "Dans les nouvelles zones de production, vous n'avez plus de bandes transporteuses linéaires", explique May. Au lieu de cela, il y a un besoin d'îlots de production, où les produits en cours de réalisation sont transportés vers différentes stations pour terminer l'étape suivante du processus. «Ce produit, avec cette option particulière, est conduit vers une certaine station tandis qu'un produit différent avec une option différente est conduit vers une autre», explique-t-il. «Cela augmente la demande d'AGV et, à son tour, stimule vraiment l'utilisation du sans fil.» Interactivité machine à machine et systèmes en boucle fermée qui peuvent fonctionner dans une tranche désignée d'un réseau 5G – une capacité clé qui permet d'allouer des chemins de communication pour des applications spécifiques — sont d'autres cas d'utilisation principaux activés par la 5G, dit May. «Il existe des machines, telles que des machines d'impression, où certaines parties du processus doivent se synchroniser parfaitement», explique-t-il. "Lorsque vous voulez éviter le câblage, vous avez besoin d'un bon comportement en temps réel." L'usine du futur compatible 5G d'Ericsson démarre aujourd'hui avec des applications IoT et AR massives compatibles 4.9G. Image reproduite avec l'aimable autorisation d'Ericsson.
Adopter une vision à long terme
Il y a beaucoup de potentiel pour la 5G dans les applications industrielles, mais des défis importants doivent d'abord être surmontés. Selon une enquête Ericsson sur l'impact de la 5G sur l'industrie, la sécurité des données et la confidentialité sont un obstacle majeur à l'adoption, cité par 79% des répondants, suivi par les préoccupations concernant le manque de normes (76%) et les défis de la mise en œuvre de bout en bout (69%). Le problème est aggravé par le fait que la mise à niveau ne sera pas facile ou peu coûteuse. Les fabricants devront mettre à niveau toutes sortes d'équipements hérités avec de nouveaux capteurs et modems cellulaires 5G, en plus de s'associer à des opérateurs 5G ou d'obtenir des licences de spectre radio, pour créer leurs propres réseaux 5G privés. Selon le Wall Street Journal, ce dernier semble être la préférence pour plusieurs grands fabricants allemands, dont BMW, Bosch, Volkswagen, BASF et Deutsche Lufthansa; mais c'est une option qui n'est pas encore disponible pour les entreprises américaines. Il s'agit également d'aller au-delà des pilotes ambitieux vers des cas d'utilisation réels – une progression compliquée par un processus de normalisation lent ainsi que le scénario habituel de poulet et d'oeuf selon lequel les entreprises hésitent à investir avant d'avoir une idée claire des cas d'utilisation potentiels. "Quand vous regardez la 4G, personne n'a pensé à diffuser de la musique ou Netflix sur les téléphones portables jusqu'à ce que la technologie soit déployée et que les gens commencent à l'utiliser", explique Paul McClusky , responsable du marché vertical des télécommunications / data centers chez Phoenix Contact. «Une grande partie de ce dont les gens parlent aujourd'hui avec la 5G est de la spéculation. Je ne pense pas que nous saurons quels seront les vrais cas d'utilisation jusqu'à ce que la technologie soit facilement disponible pendant quelques années et que les gens commencent à la bricoler. »Alternativement, comme des entreprises comme Nokia et Ericsson plaident pour la 4.9G en tant que tremplin vers la mise en œuvre complète de la 5G, ils conseillent aux fabricants de rester concentrés sur l'avantage stratégique à long terme et de ne pas être entravés par une approche de retour sur investissement à court terme. «Les fabricants qui sont à l'avant-garde considèrent la 4G et la 5G comme un avantage stratégique pour eux, pas seulement un cas d'utilisation qui justifiera la mise en œuvre d'un réseau», explique Daeuble. «Vous devez examiner les cas d'utilisation collectivement et ne pas nécessairement connecter toutes les machines et tous les actifs dès le départ.»

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