Dans le cadre de l’industrie 4.0, l’introduction de technologies numériques sur les sites industriels doit permettre de rendre les usines “intelligentes”. Il s’agit de permettre à ces établissements de gérer leurs ressources et leurs processus de façon plus optimisée et automatisée, notamment grâce à la connectivité des matériels ou “IoT” (Internet of Things).
Parmi les technologies nécessaires à cette évolution des sites industriels, le déploiement de solutions de localisation est essentiel. Répondre aux enjeux de gestion intelligente des usines nécessite de faire remonter en temps réel des données sur la position des matériels (ou des rejeux pour une analyse a posteriori), marchandises, véhicules et opérateurs. Par la même occasion, cela peut permettre de mieux adresser les enjeux de sécurité des sites.
Nous explorons dans cet article les besoins, les défis et les solutions liés à la localisation de précision dans le contexte des sites industriels à des fins d’optimisation opérationnelle, de pilotage intelligent des sites et de sécurité des travailleurs dans les usines.
Les enjeux de la localisation de précision pour l’industrie 4.0
Optimisation des flux et des processus
La localisation de précision peut être utilisée comme un outil d’optimisation des flux de production ou des opérations (maintenance, arrêts techniques) en permettant une gestion efficace des équipements sur un site industriel. Grâce aux systèmes de localisation, il est possible de suivre en temps réel la position des machines, des outils, des pièces dans le flux de production ou encore des véhicules ou des robots autonomes.
Cela permet d’une part d’identifier rapidement les goulots d’étranglement dans les processus de fabrication, et d’autre part d’optimiser les parcours réalisés par les opérateurs ou les véhicules afin de gagner du temps.
Traçabilité et contrôle en temps réel
La traçabilité des matériels est également rendue possible grâce à ces systèmes de localisation. Cela permet de répondre aux enjeux de contrôle en temps réel du site ainsi qu’aux problématiques de gestion. Les systèmes de localisation rendent possible de suivre chaque outil et de repérer rapidement les matériels nécessaires à une opération.
Il devient ainsi possible de superviser des opérations à distance et d’avoir une vision globale du site à un instant précis. Sur la durée, les données de localisation des matériels et des véhicules constituent des données exploitables pour une meilleure compréhension des flux et des déplacements sur le site. Ces données sont essentielles en vue de définir des optimisations.
Sécurité et prévention des risques
La mise en place de systèmes de localisation de précision permet de répondre aux nouvelles exigences de sécurité sur les sites industriels. Avec l’émergence de la robotisation et des véhicules autonomes, il est essentiel de disposer de systèmes anticollisions précis. Il s’agit de permettre une activité plus fluide des robots et des véhicules autonomes grâce à la connaissance des positions respectives de chacun.
En outre, la technologie de localisation peut également être intégrée à des dispositifs de sécurité des collaborateurs. En instrumentant un système de localisation précis en indoor/ outdoor pour les dispositifs homme mort ou DATI (dispositif d’alarme du travailleur isolé), la sécurité des salariés s’en trouve renforcée. En effet, cela permet au système d’alerte lié aux DATI de non seulement détecter des incidents mais aussi de localiser les salariés en détresse et donc d’assurer une prise en charge dans les meilleurs délais.
Gestion des situations critiques
Dans le cadre de situations d’urgence, il est vital de pouvoir localiser rapidement des équipements tels que les moyens de lutte contre l’incendie ou des matériels de secours à personne. C’est une problématique que l’on retrouve notamment sur les sites de type SEVESO où les salariés sont particulièrement exposés à ds situations à risques. Détecter la position des outils essentiels à la gestion de crise permet de fluidifier et de rendre plus efficace le pilotage de ces situations d’urgence. De la même façon connaitre la position des salariés permet de faciliter l’évacuation et la sécurité des personnes en cas d’incident.
Les défis de la localisation de précision sur les sites industriels
Des environnements complexes et des problématiques de localisation indoor/ outdoor
Les environnements industriels présentent des défis importants pour la mise en œuvre de systèmes de localisation de précision. En effet, ces sites parfois complexes requièrent une infrastructure de localisation à la fois indoor et outoor. Or les signaux GPS, qui fonctionnent bien en extérieur, ne pénètrent pas ou peu à l’intérieur des bâtiments et peuvent être totalement faussés par les rebonds des signaux ou multi-trajets.
Par ailleurs les structures métalliques propres à la plupart des sites industriels génèrent des interférences électromagnétiques qui rendent la localisation particulièrement complexe à l’intérieur des bâtiments.
La solution de localisation de SYSNAV, indépendante du GPS, permet justement de répondre à ces problématiques.
Voir notre article dédié : “Pourquoi le GNSS et le GPS ne fonctionnent pas en intérieur ?”).
Couverture réseau
Un autre défi important est la nécessité d’une bonne couverture réseau dans les sites industriels. Les capteurs de localisation ont besoin d’une connectivité réseau pour remonter les données . Dans de nombreux environnements industriels, la couverture réseau peut être insuffisante, rendant difficile le suivi en temps réel des équipements. La 5G privée porte la promesse d’une couverture efficace en intérieur comme en extérieur avec une haute disponibilité et une faible latence, toutefois ses déploiements sont encore peu nombreux.
Précision en 3D
La nécessité d’une précision importante rend indispensable une localisation en trois dimensions, notamment dans les bâtiments avec des étages, des structures en hauteur ou des sous-sols. La mesure fiable de la hauteur (relative ou absolue) est donc un enjeu auquel doit répondre le système de localisation.
Coûts d’installation et de maintenance
La mise en place de systèmes de localisation de précision peut nécessiter des investissements lourds. L’intégration de ces technologies nécessite souvent des infrastructures fixes (balises, antennes…) à alimenter et à connecter, qui sont coûteuses en termes de maintenance au-delà de leur coût d’installation. De plus, la formation du personnel à l’utilisation de ces infrastructures peut engendrer également des dépenses non négligeables. Les entreprises doivent donc évaluer le retour sur investissement de ces systèmes avant la décision de déploiement.
Les technologies de localisation de précision: avantages et inconvénients
Localisation par GNSS
Les systèmes GNSS (Global Navigation Satellite System), tels que le GPS, sont souvent suffisants pour la localisation en extérieur. Bien qu’ils offrent une bonne précision dans des environnements dégagés, leur efficacité diminue considérablement à l’intérieur et à proximité immédiate des bâtiments. On ne peut donc parler de localisation de précision. De plus, ces signaux peuvent être brouillés ou leurrés, ce qui peut exclure le recours au GNSS pour des sites critiques.
Bluetooth Low Energy (BLE)
Les balises BLE sont de petites antennes qui émettent des signaux à faible consommation d’énergie. En utilisant un réseau de balises, il est possible de déterminer l’emplacement d’un appareil équipé d’un tag avec une précision raisonnable. Ces balises sont faciles à installer et peuvent être utilisées dans une variété d’environnements industriels.
Cependant une localisation précise n’est permise que si un grand nombre de balises sont installées, ce qui en fait une solution lourde et coûteuse en termes de maintenance et d’installation. De plus cette technologie est très sensible aux interférences et aux reconfigurations des ateliers. Cette solution est donc peu adaptée à des sites industriels.
RFID (Radio-Frequency Identification)
Il existe des systèmes RFID à base de portiques qui détectent le passage de tags passifs en leur fournissant l’énergie nécessaire à leur réponse. Cela est fréquemment utilisé pour la localisation dans les entrepôts. D’autres systèmes dits de RFID actif permettent d’avoir des tags qui émettent de manière autonome et peuvent être captés par un maillage d’antennes situées jusqu’à quelques dizaines de mètres.
Le RFID répond bien aux problématiques de comptage ou de détection de passage à un point précis, par exemple pour les entrepôts, d’autant que les tags RFID passifs ne nécessitent pas d’alimentation et ont un coût unitaire très faible. En revanche la portée est limitée et la sensibilité aux interférences avérée. Ce n’est donc pas une technologie qui peut équiper tout un site pour fournir une information en temps réel.
Ultra-Wide-Band (UWB)
Les systèmes de localisation utilisant la technologie UWB utilisent des signaux radio pour déterminer la position d’objets. Ces dispositifs fonctionnent grâce à des balises fixes qui émettent des impulsions et des récepteurs placés sur les objets qui captent des signaux. En mesurant le temps de réception de ces signaux par les différentes balises, la solution permet de positionner précisément les objets avec les récepteurs en triangulant leur position.
Cette technologie très précise dans la localisation en trois dimensions nécessite cependant l’installation d’infrastructures denses et coûteuses pour fonctionner correctement.
Centrales inertielles
Les systèmes de navigation inertielle, basées sur les centrales inertielles, mesurent les mouvements et permettent ainsi de déterminer la position d’un appareil grâce à la reconstruction de sa trajectoire par rapport à un point fixe. Ils sont souvent couplés avec d’autres technologies de localisation comme par exemple la reconnaissance visuelle dans le cas des véhicules et robots autonomes.
Cette technologie fonctionne donc sans infrastructure externe et permet ainsi de localiser un matériel en intérieur comme en extérieur et en trois dimensions. Cela les rend particulièrement utiles dans les environnements où les autres technologies de localisation échouent .
Comment choisir un système de localisation performant pour votre site ?
Plusieurs critères vous permettent de déterminer quelle sera la solution la plus adaptée à vos besoins de localisation :
– Le nombre et le type matériels que vous avez besoin de localiser (véhicules, outils, robots, matériels de sécurité…)
– Le nombre de personnels à équiper et leur type d’activité (travail isolé…)
– Le type d’environnement de travail : intérieur ou uniquement extérieur et sa complexité (étages, présence de souterrains, de structures hautes…)
– La taille du site (pour déterminer le coût d’installation d’infrastructures notamment)
– Les réseaux de communication disponibles (Wifi, 4G, 5G privée…)
– La précision souhaitée
– Le budget disponible, qui peut être un facteur limitant.
Il s’agira donc de déterminer le périmètre de votre besoin en localisation : s’agit-il de localiser des personnes, du matériel de sécurité, des véhicules ? En effet, les dispositifs déployés varieront selon le cas d’usage que vous aurez. En outre, le besoin de précision plus ou moins important déterminera la solution la plus pertinente au regard de l’infrastructure nécessaire pour atteindre cette précision.
De plus le choix de la solution dépendra en grande partie de la configuration de votre site et du réseau disponible. Selon la taille et la complexité du site, la mise en place de certaines solutions sera trop coûteuse et trop complexe en termes d’installation et de maintenance.
Le réseau disponible sera aussi un facteur décisif puisque certaines infrastructures ou systèmes ne seront pas compatibles avec le réseau de communication de votre site. Il s’agira donc de concilier vos besoins de précisions en termes de géolocalisation avec les spécificités de votre site et le budget disponible.
Conclusion
La localisation de précision est l’une des technologies IoT majeures de l’industrie 4.0. Parce qu’elle répond aux enjeux de productivité et de compétitivité mais aussi aux enjeux environnementaux et de sécurité, cette technologie s’inscrit parfaitement dans la révolution industrielle actuelle. Choisir une solution adaptée à vos besoins et contraintes vous permettra de poursuivre votre transition vers l’usine “intelligente” et responsable.
Plus d’informations sur nos solutions de localisation sur la page Localisation et mesure pour la performance industrielle
