Monographie L`usine du futur
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1. Il y a encore du temps avant que l usine enti rement automatis e soit accept e partout Il y en a quelques unes qui essayent d automatiser au maximum leurs lignes de production mais il y a toujours quelqu un derri re pour surveiller le bon d roulement v rifier la qualit et s adapter a d ventuels pics dans la demande Est ce que vos appareils communiquent avec d autres machines M Honiat Dans le bureau d tude tout un p le travaille sur les logiciels et sur la Supervision qui commande a la fois le chariot automatique et permet aussi de s interfacer avec les differents ERP logiciels de gestion d entreprise gere le temps les flux les gestionnaires de stocks Le chariot peut m me tre le superviseur d autres machines sur cha nes d embouteillages par exemple 43 Est ce que les clients vous demandent de viser une certaine economie nerg tique M Honiat Au niveau nerg tique non c t industriel pas vraiment Tous nos chariots industriels fonctionnent avec des batteries au plomb le plus gros chariot fabrique ici pese onze tonnes et sa batterie fait 1 2 tonne Donc au niveau reduction de la consommation d nergie on n est pas du tout dedans On essaye de faire des optimisations au niveau de la consommation mais pas dans l objectif de r duire la consommation d nergie c est plut t pour augmenter l autonomie Comme les batteries s usent en nombre de cycles de charges d charges en augmen2. l int gration des nouvelles technologies dans l industrie et de nouvelles menaces continuerons d apparaitre dans le futur Dans l tat actuel des choses nul n est l abri de ces attaques dans le secteur industriel seuls les secteurs militaires b n ficient aujourd hui d une s curit efficace contre des attaques informatiques Il est donc n cessaire que les industries connaissent les risques et les menaces apport es par ces technologies et aient leur disposition des experts en s curit informatique afin de contrer ces menaces et d assurer le bon fonctionnement de l industrie 42 4 Dessine moi lusine du futur Interviews 1 1 Entretien avec Michael Honiat ingenieur chez BA Systemes Sur quel marche se place BA Systemes A M Honiat Comme d autres soci t s feraient des cha nes d emballages ou des convoyeurs nous venons nous intercaler avec des convoyeurs automatiques guid s par laser et par des aimants au sol Ces chariots sont plus mobiles peuvent s adapter facilement aux changements de flux Ils sont aussi beaucoup plus chers Comment se passe l integration de vos chariots dans les cha nes chez vos clients M Honiat Nos chariots s adaptent bien sur les cha nes ils peuvent fonctionner en continu automatiquement Mais ils sont assez mal vus par les caristes ils prennent leur place donc C est d j arriv que nos chariots se prennent des coups de fourches de chariots de manutention
3. remplies pour passer l industrie 4 0 Elles sont d ordre technologique et organisationnel Au niveau technique il faut savoir que les technologies indispensables au passage de la 3 0 la 4 0 sont d j l Ce qui importe dor navant c est la capacit des industriels de m tiers diff rents automaticiens et informaticiens par exemple faire communiquer leurs outils de fa on intelligible et simple La standardisation jouera donc un r le important Bien sur si une entreprise poss de une seule ligne de production l investissement qui mene au 4 0 n est pas pertinent car tr s lourd En revanche si une entreprise poss de six lignes de production l investissement devient int ressant pour optimiser le site industriel standardisati pieces Figure 10 La standardisation De plus il faudra que l entreprise concern e adopte une organisation interdisciplinaire Cela imposera un travail collaboratif entre automaticiens et professionnels des technologies de l information Ces derniers devront faire converger leurs produits leurs outils et leurs m tiers Les quipes de m caniciens d automaticiens d informaticiens devront collaborer entre elles en tant organis es par projet 17 Pour piloter finement les ateliers il faudra donner du sens a un grand nombre d informations pr sentes dans les machines et les diff rents syst mes de production et d exploitation Si l on n est pas vigilant on pourra tr s vite
4. Mathilde 2013 L impression 3D Eyrolles Paris Eyrolles Serial Makers ISBN 9782212135220 221213522X BLANC Sabine 2012 Demain des usines dans nos salons par Sabine Blanc Le Monde diplomatique monde diplomatique fr en ligne 1 juin 2012 Consult le 6 f vrier 2014 Disponible l adresse http www monde diplomatique fr 2012 06 BLANC 47868 Encyclop die Larousse en ligne Internet abr viation de INTERnational NETwork r seau international sans date arousse fr en ligne Disponible l adresse http www larousse fr encyclopedie divers Internet 125060 Encyclop die Larousse en ligne ordinateur sans date arousse fr en ligne Disponible a l adresse http www larousse fr encyclopedie divers ordinateur 75206 Encyclop die Larousse en ligne r volution industrielle sans date larousse fr en ligne Disponible l adresse http www larousse fr encyclopedie divers revolution_industrielle 61047 EYCHENNE Fabien 2012 Fab lab l avant garde de la nouvelle r volution industrielle FYP Editions Limoges Paris FYP ed FING La fabrique des possibles ISBN 9782916571768 2916571760 GERSHENFELD Neil A 2007 Fab the coming revolution on your desktop from personal computers to personal fabrication Basic Books New York Basic Books ISBN 0465027466 9780465027460 GONZAGA Alain 2010 LES AUTOMATES PROGRAMMABLES INDUSTRIELS pour GEEA pdf 17 d cembre 2010 L usine 4 0 nouvelle r
5. rents modules de la prise de commande la livraison Tout est r alis de A Z sans intervention humaine en interaction entre les produits et les machines et les machines entre elles C est un syst me global interconnect Dans le monde 3 0 les machines automatis es ne communiquent pas encore entre elles Dans l usine 4 0 elles communiqueront entre elle Aussi surprenant que cela puisse para tre les principales briques technologiques qui assureront la transformation de l industrie 3 0 en Industrie 4 0 telle que pr sent e ci dessus existent d j capteurs automates CFAO conception et fabrication assist e par ordinateur Internet des objets Cloud Computing On peut donc supposer que cette r volution ne sera pas technologique mais le mode de production qui en r sultera sera en totale rupture avec l existant La se trouve la vraie r volution I Pe Flux d informations i 4 j i l i Vv l w Production Stockage Clients o Assemblage Distribution va 2 5 a z D ro ns A a 1 t i I i i j j l i l i i m l l mOPTIMISET G eee eee ee eee ee Figure 9 Les flux au sein d une entreprise illustration Usine nouvelle 1 2 2 Accompagner le passage vers l usine de demain Bien videmment cette transition se fera sur une vingtaine d ann es et devra tre videmment accompagn e Quoi qu il en soit des conditions devront pr alablement tre
6. volution industrielle 2013 esechos fr en ligne Disponible l adresse http www lesechos fr 08 10 2013 LesEchos 21538 048 ECH _l usine 4 0 nouvelle revolution industrielle htm Le Fordisme 2013 henryford en ligne Disponible l adresse http www henryford fr fordisme Les Fab Labs l avenir de l innovation 2013 LEntreprise com en ligne Disponible a l adresse http lentreprise lexpress fr conduite de projets les fab labs l avenir de l innovation 43717 html 51 NOUVELLE L Usine 2012 L usine du futur usinenouvelle com en ligne 7 juin 2012 Disponible l adresse http www usinenouvelle com article l usine du futur numerique creative propre fonctionnelle et rentable N1 76028 PENICAUT Nicolas 2013 Fab lab un atelier high tech pour petits g nies de demain nouvelobs com en ligne 23 novembre 2013 Disponible l adresse http tempsreel nouvelobs com economie 20131115 0BS5685 fab lab un atelier high tech pour petits genies de demain html POIROT Serge 2013 Conference environnementale La solution de l conomie circulaire Ouest France fr en ligne 19 novembre 2013 Disponible l adresse http www ouest france fr conference environnementale la solution de leconomie circulaire 1396342 Post Industrial Robotic Culture Madeline Gannon Future CNC sans date en ligne Disponible a l adresse http futurecnc code arc cmu edu assignment02 post industrial robotic culture madelin
7. AE LV VRP ae lt r a RER ei RE a CL ST LA AE SAS Pdi A APTE Figure 2 Locomotive vapeur Figure 1 Machine vapeur d une usine de Ph G Sirot Archives Larousse textile Ph Slater Mill Historic Site Mais l industrie au sens de production de masse avec des produits finis a faible co t n aurait jamais vu le jour sans progres scientifiques et techniques Les am liorations apport es en 1705 par Thomas Newcomen la machine a vapeur et l extension de son utilisation a l industrie et un peu plus tard l am lioration de la machine a vapeur James Watt en 1769 En effet sans cette avanc e technologique majeure la r volution industrielle n aurait pas pu tre possible Ce nouveau progr s technique va permettre l apparition de machine outil mais galement de la locomotive mise au point par Stephenson en 1815 suivi de la construction de vastes r seaux de chemin de fer dont les premi res lignes apparaissent dans les ann es 1830 L quipement ferroviaire des territoires encourag et partiellement financ par l tat dans le cas fran ais augmenta incontestablement la vitesse de la diffusion technologique homog n isant les espaces ainsi la grande r gion industrielle Belgique France du Nord Rh nanie et les syst mes productifs et contribuant dans le cas des tats Unis lignes transcontinentales achev es entre 1869 et 1883 la conqu te du territoire La m tallurgie prend son essor
8. F i L en 1800 lois d Amp re et de Faraday dans les ann es 1820 et d inventions d autodidactes dynamo de Gramme 1871 lampe d Edison 1879 devient la base d un nouveau syst me technique affectant aussi bien la vie quotidienne que les donn es du travail industriel Les premiers r seaux d clairage public partir de 1880 aux tats Unis et de distribution font de la f e lectricit le symbole de toute une poque c l br par les expositions universelles de la fin du si cle Les celle d auomidhui qui utilise pour tout Electricit Bee A Four aoe dita ot rence EETA wadtesper od ka SOCIETE POAR LE DEVELOPEMENT D S APPLICATIONS DE L LECTRICITC us FPE Me rue ce Maples d Paria iter i sont r solus les probl mes de transport du retomb es industrielles de l lectricit se r v lent plus importantes encore apr s que Figure 5 Publicit pour l usage domestique de courant mise au point du transformateur lectricit 1932 ditions La Terre nationale vers 1890 premi res lignes haute tension en 1908 L innovation cl est le moteur lectrique mis au point vers 1880 il ouvre la possibilit d une alimentation individuelle de chaque machine dans une usine l o tout tait reli auparavant la machine vapeur centrale par un syst me de transmission complexe et co teux La dynamique de l innovation dans le dernier quart du XIX touche d abord l
9. Re Re RER EN 51 Introduction Dans le contexte conomique d aujourd hui les entreprises industrielles s int ressent au futur de l industrie et de leurs activit s Certaines se r unissent comme EDF Total Michelin Orange ou la SNCF afin de mener ensemble leur r flexion prospective D autres entreprises m nent cette r flexion en interne Bonduelle par exemple a mis en place une r flexion sur ce que sera l alimentation v g tale en 2025 Et des entreprises comme Orange la SNCF ou Air Liquide accueillent maintenant des labs dans leurs locaux Ces labs sont des ateliers d di s au prototypage rapide et la collaboration afin d essayer d entrevoir les pratiques et les technologies qui seront la base de l industrie de demain C est pourquoi nous avons choisi de traiter cette question d actualit dans notre dossier de monographie autour d une probl matique large Quelle sera l usine du futur Ce travail n a pas pour but de proposer une r ponse unique cette r ponse mais d en pr senter les diff rents aspects et enjeux ainsi que d explorer plusieurs pistes sur ce que pourrait tre l usine de demain Nous sommes cing l ves ing nieurs de l Institut National des Sciences Appliqu es de Rennes Nous suivons un cursus en Electronique et Informatique Industriel et sommes donc particuli rement concern par la question de la modernisation des usines de demain Afin de mener bien cette approche du sujet nous avons r co
10. aux ing nieurs notait d ailleurs 49 des dipl m s sont employ s dans l industrie et 41 dans les soci t s de services Et alors que 10 des ing nieurs cr ent des entreprises aux Etats Unis seuls 5 des ing nieurs fran ais le font Notre quipe a pris conscience de certaines volutions n cessaires l usine devra tre connect e intelligente conome en nergie etc Ces l ments se distinguent tr s clairement dans nos recherches de plus le gouvernement s y int resse beaucoup En effet il a propos Le 12 Septembre 2013 trente quatre plans de reconqu te pour dessiner la France industrielle de demain dont un concerne l usine du futur Le plan Usine du futur permettra la France d tre au rendez vous du prototypage rapide de la convergence des r seaux sociaux de lhyperconnexion des entreprises des interfaces homme machine de la robotique de la r alit augment e du num rique de l impression 3D de l intelligence artificielle et du design 49 Table des illustrations FIGURE 1 LOCOMOLING 4 VAPEUR LR sraecen a 8 Figure 2 Machine vapeur d une usine de textile Ph Slater Mill Historic Site 8 Figure 3 La R volution industrielle 1780 1880 Ph Jean Pierre Rioux 9 Figure 4 Thomas Edison Ph J Martin archive Larbor 10 Figure 5 Publicit pour l usage domestique de l lectricit 1932 ditions La Terre nationale SP SR vacstacsueacsbi ded eesucaaueh E N
11. avec la d couverte du proc d de la fonte au coke qui vite de recourir au charbon devenu rare En fait la fonte au coke a fait son apparition en Angleterre entre 1705 et 1720 la suite des trouvailles de la famille Darby mais un si cle entier s est coul avant que disparaissent compl tement les fourneaux au charbon de bois Plusieurs autres perfectionnements seront n cessaires technique du laminoir machine al ser en 1775 tour a fileter puddlage c est dire passage de la fonte l acier par d carburation en 1784 pour que la fonte et le fer atteignent des qualit s de solidit et de r sistance suffisantes Figure 3 La R volution industrielle 1780 1880 Ph Jean Pierre Rioux C est aussi l occasion pour l industrie du textile de d couvrir une technologique importante D s la fin du XVIIF en Grande Bretagne diverses inventions permettent la m canisation de la filature puis du tissage principalement du coton C est ainsi que dans l industrie textile l innovation est partie du tissage avec la navette volante mise au point par John Kay vers 1730 et diffus e autour de 1 760 am liorant beaucoup la productivit puis est remont e vers la filature Encore une fois c est l utilisation de la vapeur via la machine mise au point par Watt entre 1765 et 1785 qui contribue accro tre la productivit de cette industrie Cette premi re r volution se traduit donc par un formidable essor de la
12. ce soit un gestionnaire d e mails un gestionnaire de versions 45 Est ce que vous pensez que m me des logiciels tres techniques comme SolidWorks pourraient tre remplaces par des solutions libres M Honiat Des logiciels de simulation libre existent ils ne sont pas du m me niveau que leurs concurrents commerciaux mais ils permettent d j de faire beaucoup de choses FreeCAD permet de faire de la conception Code Aster est un logiciel de simulation m canique d velopp par EDF qui a plus de 25 ans Il est tres fiable puisque toutes les centrales nucl aires fran aises ont t test es gr ce ce logiciel Je l utilise pour mes simulations ici quand on sait le prix d une licence d un logiciel comme SolidWorks et que ce logiciel est gratuit Figure 33 SolidWorks Dassault Systemes SALOME 2 2 2 plasticityPost hdf 1 File Edit View Vissization Selection Representation Tools Preferences Window Heip jOeh cmalleav 2E22 ve 00882 Hre Gang i jo 142857 INCONNUE p 286714 INCONNUE 0 426571 INCONNUE 0 571429 INCONNUE 0 714266 INCONNUE L CONNUE 5 1 INCONNUE bu Scalar htap 1 Def Stvage 7 Sollin_EQUI_ELNO_SIGM ones 0 142887 INCONNUE 0 p 0 428571 INCONNUE s0 Surfaces 0 571429 INCONNUE 0 714266 INCONNUE 0 867143 INCONNUE INCONNUE FFost Fro J amp wer Fi
13. chets ou d conomie il n y a que de la production aveugle Au contraire en s inspirant des cosyst mes naturels des syst mes co industriels pourraient voir le jour Cela permettrait de r soudre de nombreux probl mes cologiques caus s par l industrie 39 3 3 La cybersecurite et l usine num rique Les technologies de l information et de la communication sont d j pr sentes au sein de l industrie et vont y prendre une place grandissante C est pourquoi il est n cessaire d tre averti des risques entrain par l utilisation des ces technologies et de connaitre les pr cautions mettre en place pour minimiser ces risques 3 3 1 L omnipr sence des nouvelles technologies De nombreux aspects importants d une usine sont g r s de mani re informatique Des informations sensibles et n cessaires au bon fonctionnement de l usine sont stock es num riquement parfois m me sur des serveurs distants ou de mani res d localis es Cloud Les communications internes et externes sont g r s le plus souvent par mail relations entre l entreprise les clients la production et les fournisseurs En cas de panne informatique d origine malveillante ou non les cons quences sur le fonctionnement de l usine peuvent tre pire qu une panne mat rielle La production peut se retrouver gel e plusieurs jours cause d un simple bug informatique Plus la technologie aura une place importante dans l industrie et plus ce probl me
14. de cr er des l ments complexes rapidement Figure 16 Les membres du projet RepRap Adrian Bowyer g deux imprimantes RepRap Ph Alex Girard auche et Vik Olliver droite aux c t s de 23 En 1999 l id e d utiliser des organes imprim s emerge apr s la transplantation du premier organe cr en laboratoire Il s agit de la premi re incursion de cette technologie dans le domaine m dical qui sera suivi de l utilisation d une proth se de jambe compl te imprim en 3D en 2008 Les innovations se succ dent un rythme effr n d s 2005 lorsque la RepRap une imprimante 3D open source qui peut imprimer la plupart de ses composants voit le jour Les techniques ll existe trois types d impression 3D l heure actuelle e Le modelage par depot de mati re en fusion cette technique consiste faire fondre un filament de mati re synth tique g n ralement du plastique type ABS ou PLA travers une buse chauff e a une temp rature variant entre 160 et 270 C Un petit fil de plastique en fusion d un diam tre de l ordre du dixi me de millim tre en sort Ce fil est d pos en ligne et vient se coller par re fusion sur ce qui a t d pos au pr alable Le fused deposition Modeling modelage par d p t de mati re en fusion est une marque d pos e par l inventeur de la technologie de d p t de filament en fusion Stratasys e La st r olithographie cette technique utilise en g n ral
15. eee 29 Figure 22 Le robot Baxter sur une cha ne de production Ph Rethink Robotics 30 Figure 23 Maillage horizontal de communication inter entreprise Illustration Gimelec 32 Figure 24 Antonio Tajani Vice Pr sident de la Commission Europ enne et Commissaire en charge de l Industrie et l Entreprenariat Ph CoopsEurope 34 Figure 25 Personnalisation type d un produit Ph Nike 35 Figure 26 R partition de la consommation nerg tique en France en 2011 Source SOES 36 Figure 27 volution de la consommation nerg tique par secteur en France en 2011 SOURCE SOES en ein tnt nee da ee 37 Figure 28 Fonctionnement des cosyst mes naturels Illustation ceiaube sessen 39 Figure 29 Fonctionnement lin aire des syst mes industriels classiques Illustation CAE A PR nn nd ed dede inner tan de etant dan et D an 39 Figure 30 Fonctionnement circulaire des syst mes co industriels Illustation ceiaube 39 Figure 31 propagation du ver StuxNet Ph VirusBlokAda ccccceesecccceseceeceeseceeeeeeeeeeees 41 Figure 32 chariot automatique de BA Systeme Ph BA Syst mes 44 Figure 33 SolidWorks Dassault Systemes sims un aus 46 Figure 34 Code Aster EDR nan nn cu dc A E 46 50 Bibliographie ANDERSON Chris et LE SEAC H Michel 2012 Makers la nouvelle r volution industrielle Pearson Paris Pearson Les temps changent ISBN 9782744064685 2744064688 BERCHON
16. et ce qu ils ont y gagner 3 1 1 Vis vis de l entreprise Les usines du futur ainsi que leurs produits seront remplis de capteurs ainsi l usine sera en permanence connect e au produit qu elle aura fabriqu Les retomb es sont de deux ordres l am lioration de la maintenance de l outil de production et des machines fabriqu es mais aussi l am lioration des objets produits De plus moyen terme les projets les plus ambitieux veulent associer dans une seule boucle num rique toutes les informations produites par les sp cialistes de l ing nierie des usines Figure 23 Maillage horizontal de communication inter entreprise Illustration Gimelec 22 Les concepteurs des produits fabriqu s le personnel de production les sous traitants les transporteurs les consommateurs les organismes de r cup ration Tous les acteurs impliqu s dans le cycle de vie d un produit participeront son am lioration mais aussi a celle de l usine d o il sort En effet tous ces acteurs tant connect s ils pourront changer plus rapidement leur retour d exp rience ou leurs remarques ce qui aura galement pour effet de r duire les d lais de production d un nouveau produit De plus ces donn es pourront servir a bien d autre choses pour am liorer la qualit des produits grace a toutes les informations recueillis par les capteurs on pourra par exemple determiner avec beaucoup plus de precision les meil
17. grandes familles de logiciels utilis s dans l industrie e Les logiciels propri taires Parfois appel s logiciels non libres car leur duplication modification ou usage sont limit s Un des fournisseurs de logiciels propri taires le plus connu est Microsoft qui fournit le syst me d exploitation Windows et la suite bureautique Microsoft Office Ces logiciels sont tr s utilis s aussi bien par les particuliers Windows repr sente 74 3 1 des syst mes d exploitation que par les industriels notamment Word et Excel Le principal int r t d un logiciel propri taire est qu il n est pas utilisable sans licence payante D ailleurs la plupart des logiciels propri taires gratuits disposent de versions payantes offrant plus de fonctionnalit s e Les logiciels libres Un logiciel est dit libre quand son utilisation son etude sa modification et sa duplication en vue de sa diffusion sont permises techniquement et legalement Les logiciels libres constituent une alternative a ceux qui ne le sont pas autrement dit les logiciels propri taires Il ne faut pas les confondre avec les gratuiciels logiciels gratuits freeware en anglais qui ne sont pas forcement libres et l open source qui n est qu un aspect technique la mise a disposition du code source sans license Il n est pas interdit de vendre un tel logiciel seulement l acc s au code source par les utilisateurs rend la vente inutile car rien n emp che ceux ci de compiler eux m m
18. production industrielle et des usines supplantant les ateliers domestiques isol s En effet le d veloppement des changes commerciaux l expansion d un capital commercial et financier et la concentration des activit s industrielles notamment pr s des gisements de mati res premi res n a fait que creuser cet cart 1 1 2 2 r volution industrielle l lectricit amp le p trole La deuxi me revolution industrielle repose sur l utilisation de nouvelles sources d nergie Bien sur l lectricit dont l usage commence se r pandre dans les ann es 1880 mais galement le gaz et le p trole L acier l emporte sur le fer tandis que se d veloppe la chimie de synth se productrice de colorants de textiles artificiels et d engrais De nouvelles inventions transforment la vie quotidienne bicyclette t l phone lampe incandescence d Edison Puis c est au tour de l automobile et de l avion de r volutionner les moyens de transport au d but du XX si cle Cette p riode correspond galement la confirmation de la grande usine comme mod le d organisation productive l approfondissement de la division du travail et au tournant taylorien des soci t s occidentales aux alentours de la Premi re Guerre mondiale Figure 4 Thomas Edison Ph J Martin archive Larbor 10 L lectricit au terme d un long processus de d couvertes scientifiques pile de Volta AUTREFUS J HIER p AUJOURD HUI er
19. se noyer sous cette masse de donn es La solution passe d abord par la convergence de ces informations Cette convergence ne peut se faire sans la simulation de differents scenarios potentiels qui peuvent se produire sur une ligne de production ou une machine rite THR tte HUE HL HETELELLLEL i TURE A nt EPS Access sane amp FE La _ _Ditass n Se Figure 11 Un exemple de simulation de ligne de production Ph DELMIA Les produits et services deviendront indissociables Prenons l exemple d un sp cialiste de la gestion de l nergie Son organisation et ses processus volueront par exemple au lieu de vendre un composant pour la protection contre les interruptions d alimentation lectrique ses quipes proposeront une solution compl te pour la gestion de l nergie d une installation c est dire un contrat de gestion du composant associ un service qui comprend le maintien en condition op rationnelle des installations Le suivi des produits et le service client deviendront une composante indispensable 18 1 3 Le Fab Lab espace d innovation Si l usine du futur correspond l am nagement de l industrie existante par le biais de nouvelles technologies et d organisation on peut galement la concevoir comme tant un vaste r seau communautaire o particuliers et professionnels changerons dans des lieux d change et de fabrication appel s Fab Labs D j populai
20. sera important Si on arrive des usines enti rement num riques une panne informatique sera dramatique 3 3 2 La num risation des contr les de s curit Les nouvelles technologies sont de plus en plus int gr es dans chaque aspects de l industrie et notamment dans la s curit Dans certaines usines par exemple les contr les qualit s sont maintenant g r s par des automates reprogrammables ll serait donc possible de reprogrammer ces automates pour falsifier les r sultats de ces contr les afin de laisser passer des produits d fectueux sans que ces modifications ne soient decelables Plus les syst mes de contr les et de s curit seront num ris s et plus ils seront expos s a des modifications reprogrammation qui mettraient en p ril ces syst mes et donc l int grit de la s curit d une usine Ces modifications peuvent avoir des motivations diverses la plus vidente tant le sabotage 40 3 3 3 Attaques informatiques L int gration de l informatique dans l industrie apporte une autre menace les attaques informatiques Ces attaques peuvent avoir de nombreuses raisons comme l espionnage le sabotage ou encore la destabilisation On peut distinguer par ce terme trois grandes categories e Les attaques cibl es qui ont pour but de nuire en sabotant le syst me jusqu entrainer des dommages mat riels ou en volant des donn es sensibles Ces attaques peuvent tre par exemple l action d une soci t c
21. une r sine sp ciale sensible au traitement ultra violet A la fin de chaque couche 2D une lampe ultra violette traite la r sine qui durcit Il s agit de la premiere technologie d impression 3D mise au point e Le frittage s lectif par laser un laser puissant solidifie localement une surface de poudre et l agglom re aux couches pr c dentes par frittage Une nouvelle couche de poudre est ensuite tal e et le processus recommence II existe d autres techniques comme la fabrication additive avec de la poudre de m tal la p te base d algue et de plastique utilis par le Fab Shop de St Malp en Bretagne le papier etc Bien que le marche de l impression 3D s agrandisse de jour en jour les acteurs a l origine de ce ph nom ne sont pour la plupart am ricain En plus de 3D Systems les pionniers de ce domaine on trouve aussi Stratasys ayant mis au point le modelage par depot de mati re en fusion ainsi que le c l bre MakerBot Le leader actuel du marche industriel de l impression 3D est sans conteste Stratasys Leur mod les d imprimante sont essentiellement tourn s vers les professionnels et l industrie 24 Leur principal adversaire est 3D Systems Toutefois leur gamme est quilibr entre les mod les destin s aux professionnels et ceux qui ciblent les amateurs MakerBot inscrit clairement sa gamme dans cette deuxi me cat gorie avec des mod les moins co teux et plus compact mais conservant une qualit d imp
22. E A 11 Figure 6 Chaine de montage de la Ford T National Archives Detroit 1913 12 Figure 7 MICFODOCeSSSU uen me a uen 13 Figure 8 UNIMATE sur la cha ne d assemblage de General Motors Ph GM 1961 14 Figure 9 Les flux au sein d une entreprise illustration Usine nouvelle 16 Figure 10 LastandardisatiOM sonsir r a Reese eine dedans 17 Figure 11 Un exemple de simulation de ligne de production Ph DELMIA 00cceee 18 Figure 12 Le Fab Lab mode d emploi Illustration JokkoLabs 19 Figure 13 Le Fab Lab mode d emploi Illustration JokkoLabs 20 Figure 14 Les Fab Labs travers le monde Illustration JOKKOLADS sseeeseeecrrrerrrrens 21 Figure 15 Neil Gershenfeld Inventeur du concept Fab Lab Ph Bill Cramer 0 22 Figure 16 Les membres du projet RepRap Adrian Bowyer a gauche et Vik Olliver a droite aux c t s de deux imprimantes RepRap Ph Alex Girard 23 Figure 18 Replicator2 de MakerBot Ph MakerBot 25 Figure 17 Fortus 900mc de Stratasys Ph Stratasys 25 Figure 19 Simulation d une cha ne de montage avec Delmia Ph Dassault Systemes 27 Figure 20 Simulation avec le logiciel libre Code Carmel3D Ph EDF 28 Figure 21 Inauguration de Robofin l Institut de Recherche Technologique Jules Verne Ph R EJUleS Venne hoaa a eects oo eae eats een ee anniana nara daesaouare
23. Par exemple EDF a d velopp de nombreux logiciels3 pour son propre usage et les diffuse sous licence libre Cela permet de b n ficier du soutien de la communaut de d veloppeurs de logiciels libres ceci afin de d celer des erreurs dans le code source De plus quand une entreprise vend des produits qui n cessitent l utilisation d un logiciel particulier elle peut trouver un int r t distribuer ces logiciels sous une licence plus souple Ici la vente du mat riel g n re des b n fices et l acc s simplifi au logiciel peut servir d argument commercial Par exemple l entreprise italienne Arduino qui vend des circuits imprim s propose le logiciel de d veloppement associ lui aussi appel Arduino librement 27 Ainsi les d veloppeurs de logiciels qui souhaitent un retour sur investissement utiliseront plut t une licence propri taire afin de rentabiliser le d veloppement Cela explique la raret des logiciels industriels sous licence libre Les entreprises sont donc parfois oblig es de s acquitter de licences aux prix exorbitants faute d alternative libre Parfois un logiciel propri taire peut utiliser certains l ments libres ces notamment le cas de SolidWorks de Dassault Syst mes dont le code source de certaines briques est disponible Figure 20 Simulation avec le logiciel libre Code Carmel3D Ph EDF Le cas de l informatique embarqu e Si la question de la licence se pose pour les postes de
24. Z VOTRE MOD LE SOC m Facebook Tweet E mail Commencer Ajouter votre mod le gt COMMENCEZ PAR UNE INSPIRATION Figure 25 Personnalisation type d un produit Ph Nike 35 3 2 L enjeu nerg tique amp cologique Toute l industrie est extr mement nergivore Les usines n cessitent des quantit s d nergie tr s importante Amory Lovins th oricien de l nergie parle d une r volution nerg tique Notre source d nergie principale bas e entre autres sur le p trole n est plus un mod le valable pour relever les d fis de demain C est pourquoi on commence a parler d une r volution nerg tique directement li l usine du futur L usine du futur sera cologique elle conomisera la fois l nergie et la mati re premi re en r duisant notamment les d chets de fabrication Plusieurs exemples montrent que ce c t cologique int resse beaucoup les entreprises e Fives un groupe d ing nierie industrielle a con u un four de sid rurgie qui limite son impact cologique Un producteur d acier s est montr tr s int ress et passer commande Cela lui permettra de r duire au quotidien sa consommation nerg tique et donc ses co ts de fabrication e Ecover a ouvert une usine verte dans le Boulonnais L usine a t con ue avec des mat riaux respectueux de l environnement et de mani re r duire au maximum l impact sur l environnement Les installations de
25. ces peuvent aussi avoir lieux dans les Techshops D ou viennent vos machines Mme Reinhard Les machines viennent des Etats Unis nous sommes distributeurs de ces machines Cependant nous asseyons aussi de les am liorer 47 Proposerez vous une base de donn es avec des fichiers accessible pour vos clients Mme Reinhard Il y a plusieurs bases de donn es accessibles par tous par exemple le constructeur MakerBot propose d j une base de donn e d objets Un utilisateur peut r cup rer des plans d j faits et peut donc imprimer une pi ce tr s rapidement sans passer par une phase de conception Sculpteo qui est une societe francaise propose le m me service Pensez vous qu un jour tout le monde aura acc s l imprimante 3D Mme Reinhard Oui effectivement je pense que c est l avenir je n irai pas jusqu dire que tout le monde aura une imprimante 3D chez soit dans un avenir proche De plus les nouvelles techniques de scannage d objet et de reproduction font que lon a m me plus besoin de ma triser la mod lisation 3D et rendent l impression 3D encore plus accessible L ecologie est une probl matique pour lusine du futur qu en pensez vous Mme Reinhard Dans notre entreprise on va vers des materiaux qui sont biodegradables comme par exemple impression r alis e a partir d algue Nous sommes les premiers faire a C est une direction que nous essayons de prendre mais je ne sais
26. ceuvre dans les entrepots frigorifiques ou le travail est plus p nible pour les ouvriers sur la dur e Les caristes travaillent leur cote les rempla ant en cas d impr vu ou de pic de production Gr ce des syst mes de communications install s dans l usine les AGV Automated Guided Vehicles envoient et re oivent des informations de la supervision permettant une gestion plus intelligente de l usine 30 L usine automatique L utilisation pouss e de la robotique coupl e a d autres technologies permet la mise en place d usines quasiment automatiques C est le cas d un site de production de l am ricain Plastic Components Inc Inaugur en 2011 Le site tourne 23 5h 24h avec 0 employ sur place Une demi heure par jour des op rateurs arrivent sur le site pour changer les bacs de collecte de produits ou pour changer un moule L ensemble est supervis a distance par le responsable de production qui peut tout moment se connecter et communiquer avec le site Dans cet exemple les robots ont remplac s l ouvrier dans l usine Il s agit d un cas rare mais terme il pourrait se g n raliser 31 3 Les enjeux et consequences 3 1 L enjeu economique Un des principaux enjeux de l usine du futur est bien sur l aspect conomique En effet dans cette partie nous allons nous demander ce que l usine du futur va apporter d un point de vue conomique puis dans un second temps nous nous int resserons aux clients
27. cha ne de fabrication Chez le client cela permet d augmenter le taux de disponibilit du mat riel mais aussi de pr acheminer les pi ces de rechange n cessaires et d viter ainsi des livraisons en urgence 34 De plus grace au fait que l usine est totalement informatis e les entreprises peuvent en profiter pour avoir un pilotage plus direct du marketing par le consommateur Beaucoup d entreprises sont d j dans cette d marche Nike New Balance et d autres entreprises par exemple permettent aux consommateurs de personnaliser leur commande par Internet en choisissant un mod le partir de plusieurs dizaines d l ments semelles tiges maintiens lat raux d corations couleurs etc Nike donne la possibilit d y accoler aussi ses initiales De leur c t Nike et New Balance obtiennent les coordonn es des clients connaissent mieux leurs go ts et grossissent leur marge En effet ce type de chaussures est vendu en moyenne 25 plus cher que les mod les quivalents Cerise sur le g teau ils les fid lisent par la suite grace la cr ation d un lien virtuel qui peut se transformer en lien affectif EU monCASIER ATDEVOTRECOMMANDE Y PANIER 0 EUR 115 00 86 avis NIKE BLAZER HIGH iD SHOE TAILLE ENREGISTRER AJOUTER AU CADDIE 2 LANGUETTE PERSONNALISEZ AVEC NIKEID POUR MON QUIPE D STOCKAGE SE CONNECTER Suivant gt ou A S INSCRIRE CREEZ VOTRE z AJOUTER LA GALERIE PARTAGE
28. conomie circulaire est un nouveau concept conomique qui s inscrit dans le cadre du d veloppement durable Elle est bas e entre autre sur la valorisation des d chets elle veut que le d chet d une industrie d une industrie soit recycl et r utilis en tant que mati re premi re pour une autre industrie De ce fait le gaspillage des mati res premi res et de l nergie est fortement r duit En France cette r volution cologique commence se mettre en place Dans certains domaines elle m me d j bien en place C est le cas pour l industrie des mati res premi res m taux verres papiers cartons qui est approvisionn 50 par le recyclage de d chets N anmoins ce mod le conomique novateur reste assez confidentiel et la grande majorite de l industrie reste sur un mod le lin aire L augmentation des prix des mati res premi res et de l nergie favoriserait le d veloppement l conomie circulaire 38 Voici plusieurs images illustrant le concept de l conomie circulaire et faisant le parall le entre les cosyst mes naturels et les syst mes co industriels l l l pimesi g i ES ON oc flix Ge mat re j i valine JEFE HEH Figure 29 Fonctionnement circulaire des syst mes co industriels Illustation ceiaube Dans un syst me industriel classique il y a un d calage avec la r alit Les usines ne fonctionnent que dans un sens il ny a aucune valorisation des d
29. e gannon Reperes Energie BD 08 02 pdf f 2011 en ligne Commissariat general au developpement durable Disponible l adresse http www statistiques developpement durable gouv fr fileadmin documents Produits_editoriaux Publications Reperes 20 11 Energie ed 2011 Reperes 20Energie 20BD 2008 02 pdf 52
30. e nouveaux process en s inspirant de la nature e l int gration du consommateur dans le processus de production par le biais des r seaux sociaux pour r inventer les produits de demain De nombreuses entreprises comme Cisco IBM Intel aux Etats Unis Siemens en Allemagne des start up et des laboratoires fran ais semblent d accord sur un point l usine du futur est un centre de production industriel muni d unit s flexibles enti rement automatis es et totalement interconnect es Les composants de ces unit s communiquent travers un bus ou d autre syst me de communication Cette communication c est le point central de l Industrie 4 0 Le produit fini qui Sera personnalis pourra aussi communiquer avec les machines dans sa phase de r alisation On parle alors de Smart Product 15 Le cycle de production quel quil soit sera pr alablement sc naris depuis introduction de la mati re a jusqu son emballage et son stockage Une fois le sc nario defini ce dernier pilotera en quelque sorte la fabrication en fonction du client destinataire et sera capable de personnaliser le produit comme la taille la couleur le type d emballage etc La cha ne logistique pourra galement tre prise en compte en amont et en aval du cycle de production Enfin ce n est pas la vocation premi re d industrie 4 0 mais le produit pourra plus tard tre trac Cela implique un syst me de communication efficace entre les diff
31. e technologique et logistique 23 2 1 Des outils au service de l Industrie ss 23 2 11 Imprimante 3 a steals daleeh A a NN 23 2 1 2 Des logiciels toujours plus efficaces rien nn Ne naiss 26 2 1 4 Des robots pr ts servir cette nouvelle industrie ceecceesecccceesececeeececeeneceeeeeseeeteeneees 29 3 Les enjeux et cons quences cccecceceeceeceeceeaeeeeeaeseeceeeesaees 32 3 LE ni l conomiIqQUe sn ed Ne nr Ne di di ir 32 Solid VIS AVIS delent OD IIS EE Lan tn nee ane Duel ei ee 32 Bele 2 VIS 0 VIS COUCOU on 34 3 2 L njeu e ners tiqu G cOlOBIQUE ESS RS Rd Hee 36 3 2 L UN T VOlUtIOn CMeL CCUG Ue aie nn he eee one le eee eme ons 37 3 2 2 Une r volution cologique cecccccesscceceesececceeccceesececeusececeenecceeeuecessusecessuneceesenesetsgneses 38 3 3 La CYbers curit t l usine NUMENQUC saosan N sed baneetastledatsdacsorsabiccantont 40 3 3 1 L omnipr sence des nouvelles technologies 40 3 3 2 La num risation des contr les de s curit ss 40 3 33 AttaQUes INTOFMATIQUESS ES UE Re asia et ht need 41 3 5 4 VES mesures d SECUFITG russie ennemi din 42 4 Dessine moi l usine du futur Interviews 43 1 1 Entretien avec Micha l Honiat ing nieur chez BA Syst mes 43 1 2 Entretien avec Tatiana Reinhard au Fab Shop de Saint M loir des Ondes cccceesecceeeeeees 47 OM GIWS ONE a ee Dan De emo st 49 Table des illustrations VV 50 BIDIIO GRADING
32. enieurs La Ecole publique d ing Monographie L usine du futur BN Sa l NG a INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES APPLIQUEES DE RENNES L Usine du futur Projet Sciences Humaines HENRY G PARISOT M BALU F WERNER V DUFACA Remerciements Nous tenons a remercier tout particulierement les personnes suivantes e Madame Val rie Derrien Remeur pour son soutien et son implication dans notre projet e Monsieur Michael Honiat pour le temps et les pr cieuses connaissances qu il nous a accordes e Madame Tatiana Reinhard et Monsieur Colin Torre pour leur enthousiasme et la presentation des imprimantes 3D e Le personnel de la biblioth que de l INSA pour les conseils et l aide apport e ce sujet Abstract WHAT IS THE FUTURE OF INDUSTRY HOW THE TECHNOLOGY WILL CHANGE THE INDUSTRY OF TOMORROW Industry has been through several revolutions over the last centuries all induced by the development of new technologies such as steam machines or electricity The current growth of new technologies may lead to think we ll be witnessing a new revolution in the close future Our work is about figuring what could be the future s industry We first studied the historic side of this question trying to understand the past revolutions to anticipate the next one We also thought about the means necessary for this new industry to come true such as equipment and organization Then we tried to think about the implications
33. es anciens secteurs et en premier lieu la sid rurgie la fin des ann es 1870 Le r sultat le plus sensible est la diminution consid rable du prix de revient des aciers de 100 12 dollars la tonne de 1870 1900 tandis que les progr s scientifiques engagent la sid rurgie dans l re des alliages au tungst ne ou au chrome exp riment s d s les ann es 1860 et des aciers sp ciaux gr ce aux applications de l lectricit fours arc lectrolyse Ainsi tout concourt alimenter une demande la fois plus abondante et plus vari e mesure que s largissent les d bouch s de la m tallurgie le b timent avec l essor de la construction en hauteur aux tats Unis premiers gratte ciel infrastructure m tallique partir de 1890 la construction navale bient t l automobile ann es 1900 et enfin l a ronautique pendant et apr s la guerre de 1914 1918 11 La premiere standardisation du produit automobile et la premiere production de masse sont r alis es aux Etats Unis chez Ford peu avant 1913 Tributaire des travaux de Frederick W Taylor commences en 1905 et publi s en 1911 The Principles of Scientific Management cette experience pionni re affecte le rendement du travail humain parcellisation des taches chronometrage des gestes visant a maximiser leur efficacite introduction de la cha ne de montage ainsi que la r partition des pouvoirs dans l entreprise et les relations de l industrie avec s
34. es le programme a partir de ces sources Ces outils de l usine du futur Un des pr requis de l Industrie 4 0 est l utilisation de logiciels performants prenant en compte toute la cha ne de production de la partie recherche amp d veloppement jusqu aux tests des produits finis en passant par la gestion des stocks de mati res premi res L agregation de ces donn es est suppos e am liorer les performances de la cha ne par exemple en d celant des probl mes d assemblage avant m me le lancement de la production gr ce des simulations informatiques Ces outils sont encore rares l heure actuelle 26 Figure 19 Simulation d une chaine de montage avec Delmia Ph Dassault Systemes Propri taire ou libre Chaque solution a ses avantages et ses inconvenients Pour les producteurs de logiciels la solution la plus simple est de rendre ses logiciels propri taires Il est alors possible de vendre des licences d utilisation A cela se rajoute la vente de services comme la maintenance la formation etc Produire des logiciels libres uniquement pour les vendre est difficilement envisageable Seule la vente de services autour dudit logiciel permet un retour sur investissement Il existe n anmoins des cas particuliers qui permettent le choix de cette option Quand un logiciel est d velopp pour un usage interne le co t du d veloppement est absorb par les b n fices de l entreprise et donc n a pas besoin d tre vendu
35. es marches Figure 6 Chaine de montage de la Ford T National Archives Detroit 1913 Par cette organisation du travail le montage a la cha ne r duit le temps de construction de son mod le Ford T de 6 heures a 1 heure 30 L ouvrier devient statique et assemble les pieces qui defilent devant lui Grace a la standardisation la diminution des couts et la banalisation du produit plus de 15 millions de Ford T ont ete vendues 1 1 3 3 r volution industrielle le Num rique Une troisi me r volution se produit au milieu du XX vient de l lectronique des telecommunications de l informatique de l audiovisuel et du nucl aire Ces derniers rendent possibles la production de mat riels miniaturis s de robots et l automatisation pouss e de la production le d veloppement des technologies spatiales et celui des biotechnologies Partie des tats Unis puis du Japon mais aussi de l Union europ enne la troisi me r volution industrielle a vu na tre galement Internet la fin du XX si cle 12 Internet est d abord un outil Il faut remonter a la fin des ann es 1950 pour voir appara tre les premieres versions mettant en place ses id es Mais l application concrete d Internet ainsi que sa popularisation d bute dans les ann es 90 Si aujourd hui Internet se d veloppe de fa on exponentielle c est que nos soci t s attendaient cet outil Les firmes qui se sont internationalis es attendaient des moyens pour communique
36. ez rapidement passer d une id e sa conception via des logiciels de CAO et en r aliser un premier prototype 21 De nombreux utilisateurs affirment que le Fab Lab leur permet d estimer la faisabilite d un projet rapidement et surtout de pouvoir pr senter des investisseurs potentiels une premiere maquette fonctionnelle Les prototypes peuvent ensuite tre affines dans des centres professionnels de m catronique par exemple Cette communaut d entrepreneurs de particuliers de designers et d tudiants va animer le lieu lui apporter des comp tences des savoir faire et des pratiques innovantes Les op rateurs des lieux la stimulent avec des concours avec des projets transdisciplinaires des pr sentations d di es des formations etc Au del des machines n cessaires c est bien cette communaut qui va faire le lieu et cr er un terreau fertile pour l innovation AN WA TN AN Ne dCi AU MNT we Sa Figure 15 Neil Gershenfeld Inventeur du concept Fab er Ph Bill Cramer Aujourd hui les Fab Labs sont probablement la premi re pierre qui permet de democratiser la fabrication personnelle Ce processus se rapproche de l artisanat et de nombreux utilisateurs de ces lieux pensent par ailleurs que les Fab Labs sont les ateliers ouverts du XXI si cle Cependant ils restent donc en amont de la chaine de production S ils permettent de r aliser un prototype ils ne sont pas adapt s la production on peut y r a
37. gure 34 Code Aster EDF 46 1 2 Entretien avec Tatiana Reinhard au Fab Shop de Saint Meloir des Ondes p Qu est ce qu un FabLab Mme Reinhard C est un espace d environ 200 m en moyenne qui regroupe un parc de machines comme par exemple une imprimante 3D une machine de d coupe laser ou une fraiseuse num rique C est un espace ouvert pour tous o les entreprises peuvent venir pour prototyper ou creer des produits en utilisant les machines mises a leur disposition D autre part le Fab Lab est aussi ouvert a d autres types de clients comme par exemple des designers ou des tudiants Dans certains Fab Lab une partie est privatis e pour satisfaire les soci t s qui souhaitent faire venir leurs salari s en gardant un espace confidentiel Comment se passe le paiement pour avoir acc s ces machines Mme Reinhard Il y a plusieurs styles d offres en France et l tranger pour l instant c est un peu au Cas par cas la plupart du temps le paiement s effectue sous forme d abonnement Dans notre Fab Lab la formation pour l utilisation des machines sera comprise dans l abonnement pour des questions de s curit Quelle est la difference entre un Techshop et un FabLab Mme Reinhard Le Techshop est le niveau au dessus d origine am ricaine c est un espace de 1600m poss dant des machines encore plus sophistiqu es Mais cela reste toujours ouvert a des designers ou encore des tudiants Des conf ren
38. i re et qui pourrait galement avoir des consequences dramatiques sur un systeme industriel 3 3 4 Les mesures de s curit ce jour il existe des structures mises en place pour am liorer la cybers curit des syst mes industriels En France depuis 2009 l Agence Nationale de la S curit des Syst mes d Information ANSSI assure la mission d autorit nationale en mati re de s curit des syst mes d informations L ANSSI se doit d effectuer un service de veille d tectant les menaces sur les r seaux sensible notamment r seaux de l tat et mettant en uvre des m canismes adapt e pour prot ger ses r seaux Elle travaille aussi en amont pr venant les menaces en contribuant au d veloppement de produits et de services de haute s curit pour les administrations et les acteurs conomiques Elle fait la promotion des technologies et des savoir faire nationaux et contribue au d veloppement de la confiance dans l conomie num rique Elle conseille et soutient les administrations et les op rateurs d importance vitale eau lectricit en autre Enfin elle informe et sensibilise le public sur les menaces via le site gouvernemental de la s curit informatique Cette agence permet de poser les bases de la cybers curit en France et tente de sensibiliser les entreprises aux risques li s aux nouvelles technologies et leur int gration dans l industrie En conclusion ces risques sont inh rents
39. le PIB pour la production devrait passer de 15 2 20 en 2020 Toujours selon Antonio Tajani ces objectifs pourront tre atteins condition d investir nos moyens de financements dans des projets qui am nent une relance et une modernisation des moyens de production en Europe 33 Figure 24 Antonio Tajani Vice Pr sident de la Commission Europ enne et Commissaire en charge de I Industrie et l Entreprenariat Ph CoopsEurope 3 1 2 Vis a vis du client D sormais les entreprises s int ressent a l analyse pr dictive op rationnelle c est une technique qui consiste analyser des faits presents et pass s afin de faire des hypoth ses pr dictives sur des v nements du future Avec l usine 4 0 et la multiplication des capteurs sur les produits et machines cette technique pourra tre encore plus pouss e En effet l entreprise pourra d terminer d autres param tres capitaux comme par exemple quelle est la probabilit que dans mon usine telle machine outil tombe en panne en fonction des param tres recueillis par les capteurs Quelle est la probabilit qu il faille changer les pales de telle turbine que j ai livr e tel endroit du monde et dont les capteurs renvoient taux de vibration ou temp rature Intervenir en pr vention permet de planifier la maintenance pour que la production en souffre le moins d viter les pannes et donc les pertes financi res li es toute interruption prolong e d une
40. leures localisations des nouvelles usines en fonction des conditions climatiques des co ts d approvisionnement ou de livraison des habitudes de consommation etc Ce n est pas le seul avantage de l usine 4 0 car elle va aussi permettre d adapter l outil productif au vieillissement de la population active En effet la quasi totalit des pays europ ens ont fini leur transition d mographique ce qui signifie que 3 personnes sur 10 auront plus de 65 ans en 2050 Prenons pour exemple l Allemagne face au vieillissement de sa population active dont l ge moyen va bient t d passer la cinquantaine d ann es l Allemagne doit agir pour ne pas perdre des pans entiers de son capital industriel Pour que les quinquag naires restent comp titifs l usine 4 0 va leur faciliter le travail en automatisant le maximum de t ches en multipliant les robots de manutention et de fabrication au c ur du processus productif et sa p riph rie manipulation des mati res premi res et des produits finis en bout de cha ne L ge de la retraite 67 ans en Allemagne pousse galement la transformation radicale des processus productifs D un point de vue plus global le passage de l industrie en Europe vers l industrie 4 0 devrait comme l a d clar Antonio Tajani Vice President de la Commission Europ enne et Commissaire en charge de l industrie et l Entreprenariat en septembre 2013 donner un nouvel lan lindustrialisation de l Europe et
41. liser une petite s rie mais sans trop mobiliser les diff rentes machines ni la distribution Leur souplesse l acc s modique en font de v ritable plate forme d innovation abaissant grandement les barri res l innovation 22 2 Une refonte technologique et logistique 2 1 Des outils au service de l Industrie 2 1 1 L imprimante 3D Le concept amp origine L impression 3D est une technique de fabrication additive d velopp e pour le prototypage rapide Elle permet de produire un objet r el partir d un fichier contenant le mod le de l objet en trois dimensions On parle aussi d impression tridimensionnelle Tout comme l impression en deux dimensions on trouve plusieurs m thodes qui permettent d obtenir le r sultat escompt Quant au mod le 3D requis il peut tre obtenu dans une banque de mod les sur internet ou en utilisant un logiciel de CAO Les imprimantes 3D fonctionnent comme leurs homologues bidimensionnels la place de l encre l imprimante d pose la mati re couche par couche afin de cr er un objet physique En 1984 l am ricain Charles Hull co fondateur de 3D Systems invente la stereolithographie une m thode d impression en trois dimensions La premiere machine utilisant ce proc d est produite en 1992 par 3D Systems Cette machine utilisait des Uvs pour solidifier un photopolym re un liquide dont la viscosit et la couleur est proche du miel Bien qu imparfaite elle prouva qu il est possible
42. lt des informations de diff rentes sources puis nous avons partag nos id es sur la question avec des professionnels qui sont au c ur de cette volution de l industrie Cela nous a permis de nous faire une id e de l ampleur de cette question laquelle nous tentons de r pondre 1 L usine de demain une nouvelle approche 1 1 Les revolutions industrielles Une revolution industrielle a toujours t pr c d e de progr s scientifiques techniques et organisationnels C est encore le cas aujourd hui avec l adoption de la num risation de pans entiers de l conomie Nous exposerons ici les diff rentes r volutions industrielles leurs causes et leurs consequences 1 1 1 1 r volution industrielle la machine vapeur La premiere revolution industrielle repose sur le charbon la metallurgie le textile et la machine vapeur Elle d marre en Grande Bretagne la fin du XVIII puis se propage en France au d but du XIX avant de s tendre en Allemagne aux Etats Unis au Japon et la Russie Ce ph nom ne mondial est associ d autres bouleversements e Au niveau d mographique tr s forte augmentation de la population e Au niveau social Migrations et progression de la pauvrete e Au niveau conomique Progression importante de la richesse globale produite e Au niveau politique Luttes pour la d mocratie e Au niveau id ologique Triomphe du lib ralisme SS j n x ae
43. me revolution ce serait plus des technologies comme l impression 3D accessibles a n importe qui Elles permettent de r aliser des projets plus facilement sans grosse infrastructure Avec une imprimante 3D pour faire de la m canique avec un Arduino petite carte lectronique programmable pour faire de l lectronique et du code informatique avec quelques moteurs et composants lectriques on est capable de faire peu pr s tout ce qu on veut Je pense que c est plus l dessus que ce ferait la quatri me r volution avec des technologies accessibles Pour l instant c est r serv l industrie parce que a co te cher Mais l Open source permet de mettre a porter de tous la technologie permet de r aliser un projet a faible cout le partage de connaissance permet de stimuler la creativite On s est pour l instant assez peu int ress a l Open source mais c est un aspect important M Honiat L Open source le plus connu c est l Open source informatique Linux mis maintenant il y a norm ment de domaines concern s on peut trouver en Open source de la bibliographie des plans de pi ces m caniques des schemas lectroniques Tout le monde ne connait pas encore mais a se d veloppe de plus en plus Beaucoup de soci t s s int ressent a l Open source pour faire des gains en productivit et des gains en cout Par exemple ici chez BA systemes les trois quarts des logiciels utilises sont en Open source que
44. obuste et r actif ayant des entr es et des sorties physiques utilis pour automatiser des processus comme la commande des machines sur une ligne de montage dans une usine ou le pilotage de syst mes de manutention automatique L o les syst mes automatis s plus anciens employaient des centaines ou des milliers de relais et de cames un simple automate suffit d sormais Avec tous ces avantages il s est rapidement impos dans toutes les industries puis au fil du temps aux transports la gestion technique des b timents etc 13 C est George Devol pionnier de la robotique que l on doit l Unimate consid r comme le premier robot industriel moderne Ce dernier est destin aux op rations de manutention puis aux t ches de production soudage assemblage etc Le fabricant de voitures am ricain General Motors sera le premier installer ce bras articul dans l une de ses usines en 1961 L Unimate a alors pour t che de se saisir des pi ces de m tal chaudes et de les empiler une t che particuli rement prouvante pour les ouvriers cette poque aucun ordinateur ne guide les mouvements de ce robot ses instructions lui viennent d un disque magn tique Ce nouvel outil sera tr s utilis dans le domaine industriel et notamment dans l automobile LA t W D bh ae 5 h Figure 8 UNIMATE sur la cha ne d assemblage de General Motors Ph GM 1961 14 1 2 Vers une Industrie 4 0 A
45. of this evolution in terms of economy ecology and security After exchanging with some actors of this evolution we also considered that the future of industry could be not in the digitalization of factory but in people having access to means to make their ideas real by themselves for instance with 3D printers FabLab O on n InternetCloudu i O Revolution 7 o OE 2 ETa 5 Futur 55 gt 0 T Inovation amp 5 cc Un j Economy 9 Flux Rob D Sommaire R M FCISMENES sisi cmct enim EE E 3 OS ARR eee oe Ree ee eee eee ae ee eee eee ee ree ae eee 4 SEIA eM state tc apne aa AE a ed A S 5 IPO GUC le RER E ss T 1 L usine de demain une nouvelle approche 8 1 1 Lesrevol tions industrielles sisi dns teen ane dunes 8 1 1 1 1 r volution industrielle la machine vapeur reel 8 1 1 2 2 r volution industrielle l lectricit amp le p trole 10 1 1 3 3 r volution industrielle le NUM rIQUE nnnnn rennes 12 12 Vers une nd strie OST aligns aha MR Re NE MIS e 15 1 2 1 R volution ou simple volution technologique 15 1 2 2 Accompagner le passage vers lusine de demain ss 17 1 3 Le Fab Lab espace d INnOvatiOn is nas dan Danie enhancer we 19 L3 1L Un nnouvVeau ECONCEDE CN VOS si seis seaiuecsdsigactaativdessbesece A 19 1 3 2 Vers une d mocratisation de la fabrication personnelle cccccceesecccceesececeeseceeeeeeceeeeees 21 2 Une refont
46. oncurrente souhaitant ainsi gagner un avantage e Les attaques dites challenge souvent l uvre d un individu qui cherche montrer qu il est capable de s introduire dans un syst me cens tre s curis Si ces attaques n ont pas pour but de saboter le syst me elles peuvent tout de fois avoir des effets r els sur la s curit des donn es et le fonctionnement du syst me e Les attaques qui ont pour but de se propager dans le plus de syst mes possible et qui ont endommagent parfois s v rement les syst mes infect s Industriels o non Number of users EE 0 1310 MMM 1310 2620 MM 2620 3930 MN 3930 5240 NM 5 240 6 550 Figure 31 propagation du ver StuxNet Ph VirusBlokAda Toutes ont des cons quences n fastes pour une usine L auteur d une telle attaque peut tre d un simple particulier un gouvernement en passant par une entreprise concurrente Prenons l exemple de Stuxnet En 2009 les Etats Unis ont mis au point un ver informatique visant saboter les syst mes industriels iraniens Un ver informatique est un virus dont le but est de se r pandre sur le plus grand nombre de syst mes possible 41 Ce vers infectait les r seaux de ces syst mes et reprogrammait de mani re indetectable les automates Il a fallu un an pour d tecter le ver qui avait alors infect et sabote 45 000 syst mes informatiques Outre ce genre d attaque cibl e il existe galement des virus qui se r pandent sans cible particul
47. pas en globalit ce qu en pensent les autres entreprises Quel est selon vous le prochain outil qui va r volutionner l industrie comme est en train de la faire l imprimante 3D Mme Reinhard Je pense que la prochaine grosse r volution technologique sera la cr ation de robots toujours plus efficaces et perfectionn s 48 Conclusion Au terme de cette enqu te sur les perspectives de lusine du futur nous retenons en particulier l essor r cent de la technologie d impression 3D qui fait bouger les lignes de la production en faisant rentrer la fabrication chez le particulier Cependant il est noter que les gouvernements se pr occupent nouveau de leurs usines et en 2014 le projet phare de la France consiste proposer une relance de l conomie par la r industrialisation et l innovation Les innovations technologiques constituant un formidable carburant pour la croissance conomique de demain Notre quipe d l ves ing nieurs a t confront e au travers de cette enqu te a un domaine quelle d couvrait hormis 2 d entre nous qui lors d un stage pr c dent avaient travaill dans de petites structures industrielles une imprimerie et une TPE sp cialis e en colorim trie Il est noter que cette r partition deux sur cinq d entre nous ont touch a l industrie est coh rente celle que l on retrouve sur le march du travail Le Monde du mois de d cembre 2013 qui consacrait un dossier
48. pr s trois phases d volution majeures machine a vapeur lectricit et automatisation l usine de demain sera donc num rique Avec les usines intelligentes et connect es nous sommes en train de vivre un changement de paradigme aussi important que celui de la cha ne de production d Henry Ford affirme Stephan Biller directeur scientifique de la recherche chez General Electric Cependant au del des avanc es technologiques et organisationnelles peut on parler r ellement de r volution industrielle 1 2 1 R volution ou simple volution technologique On l appelle d j industrie intelligente ou encore usine num rique mais qu en est il r ellement Peut on parler de 4 me r volution industrielle ou de simples avanc es technologiques et organisationnelles Les articles abordant ce sujet sont nombreux et des entreprises comme Dassault System r fl chissent d j l usine du futur Romain Lavault vice pr sident du d veloppement strat gique chez Delmia Dassault Syst mes d veloppe une vision de l usine du futur sur le fond avec quatre axes principaux de d veloppement e la modification de la place de l homme dans l usine de demain o il sera utile pour les t ches compliqu es et interagira avec son produit par interface num rique et plus par contact direct e la r utilisation des mati res premieres d j produites par l usine pour viter l puisement des ressources naturelles e l invention d
49. r plus facilement et plus rapidement avec leurs filiales leurs commer ants leurs clients et leurs fournisseurs De leur c t de nombreux consommateurs de plus en plus familiaris s avec l informatique attendaient eux aussi des moyens pour choisir agir et mettre eux m mes des messages neme Ainsi sans Internet la r volution industrielle n aurait pas pu tre possible L lectronique est galement un pilier important Il faut savoir que le v ritable d marrage de l lectronique miniature date de l arriv e du transistor 4 mme one Se et des circuits int gr s dans les ann es 50 gt if permettant de remplacer les tubes a vide Cette cle de voute est l origine du microprocesseur piece maitresse de tous les produits lectroniques dits intelligents Bien que n utilisant pas encore la Figure 7 Microprocesseur Ph Lyracom Technologie technologie du transistor le premier ordinateur ENIAC en 1946 permis de faire des avanc es tres importantes et permis un peu plus tard l invention de l ordinateur personnel popularise par l Altair 8800 en 1975 Cette technologie sera tres vite int gr e l industrie et notamment utilis e pour la conception d automate et robot En effet les deux produits qui ont particulierement impacte la production industrielle sont l automate et le robot Invent en 1968 par l Am ricain Richard Morley l automate programmable industriel API est un type particulier d ordinateur r
50. remplissage n ont pas besoin d eau pour tre nettoy es L eau de pluie est r cup r e et utilis e dans les espaces de lavage et les toilettes de l usine La toiture de l usine est v g talis e Les voitures de soci t sont des v hicules hybrides R sidence Tertiaire Figure 26 R partition de la consommation nerg tique en France en 2011 Source SOES 36 3 2 1 Une revolution energetique Alors que la preservation de l environnement et des ressources naturelles sont desormais des sujets incontournables on observe une hausse globale des prix de l nergie en particulier dans le secteur industriel Les entreprises qui ne mettent pas en place de politiques d efficacit nerg tique sont donc fortement p nalis es par cette augmentation g n ralis e des prix C est pourquoi un nombre sans cesse croissant d cide aujourd hui d investir dans des quipements forte efficience nerg tique afin de r duire leur consommation d lectricit et leurs d penses R duire les co ts d nergie est d sormais un objectif pour beaucoup d entreprises industrielles Mais la situation conomique actuelle repr sente bien souvent un frein l investissement dans des quipements haute efficacit nerg tique Consommation d nergie finale par secteur En millions de tep 200 150 100 gt 4 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 M Usages non nerg tiques M Transports M Agriculture M Residentiel
51. res aux Etats Unis ces ateliers pr nent le Do It Yourself terme on peut se demander si l acc s aux machines outils pour le plus grand nombre permettrait une d mocratisation de la fabrication personnelle et red finir ainsi un nouveau monde industriel 1 3 1 Un nouveau concept en vogue Un Fab Lab abr viation de Fabrication laboratory est un atelier de fabrication collaboratif et num rique permettant de cr er des objets et prototypes rapidement Il s adresse aux entrepreneurs qui veulent passer plus vite du concept au prototype aux designers aux artistes et aux tudiants d sireux d exp rimenter et d enrichir leurs connaissances pratiques en lectronique en CFAO en design aux bricoleurs du XXI II s inscrit dans un r seau mondial d une centaine de Fab Labs des Etats Unis l Afghanistan de la Norv ge au Ghana du Costa Rica aux Pays Bas UN LIEU P UN LIEU POUR FABRIQUER ET CONCR PEU PRES TOUT UNE PLATE FORME D INNOVATION SOCIALE NUM RIQUE ET CONOMIQUE UNE COMMUNAUT DE RESSOURC ET DE COMP TENCES Figure 12 Le Fab Lab mode d emploi Illustration JokkoLabs 19 Dans un FabLab on peut r parer d tourner hacker fabriquer monter ou d monter un dispositif technique de toute pi ce L enjeu est de promouvoir l invention la cr ativit et l esprit d initiative en donnant des moyens technologiques des citoyens amateurs V ritable atelier open source le FabLab est o
52. ression lev e Figure 18 Fortus 900mc de Stratasys Ph Stratasys Figure 17 Replicator2 de MakerBot Ph MakerBot L utilisation de l impression 3D dans l industrie du futur est vidente N anmoins tous les acteurs industriels n utilisent pas ce formidable outil pour les m mes raisons La creation de prototype ou prototypage est une des raisons d tre principale de l imprimante 3D Un prototype permet aux personnes concevant des produits les ing nieurs de d celer des d fauts rapidement Imprimer un prototype diminue son temps de cr ation compar un usinage conventionnel Avant il fallait le faire usiner ou mouler ce qui est particuli rement chronophage L acc s a une imprimante 3D dans un bureau d tude simplifie donc le travail des ing nieurs Ce concept est tres utilis en a ronautique depuis peu mais pour des pi ces finies cette fois Imprimer des pieces m talliques complexes en 3D comme celles des moteurs permet notamment de diminuer leur poids et leur consommation en carburant et donc d augmenter leur efficacit On trouve aussi des applications en m decine proth ses organes en joaillerie en arch ologie etc Plus g n ralement l impression 3D peut remplacer les cha nes d usinage traditionnel pour des s ries d objets limit es 25 2 1 2 Des logiciels toujours plus efficaces Suivant l exemple des machines les logiciels industriels voluent rapidement On trouve deux
53. tant l autonomie la dur e de vie des batteries serait de quatre ans au lieu de deux ans et demi En sachant que certains de nos chariots ont plus de vingt ans et tournent encore et que les batteries utilis es co tent de l ordre de la dizaine de milliers d euros 2 SYSTEMES Figure 32 chariot automatique de BA Systeme Ph BA Syst mes M Honiat Finalement au niveau industriel ce n est pas la priorit actuellement Apres cela d pend des soci t s dans un partenariat avec Airbus par exemple les batteries taient au lithium La dur e de vie est plus importante les composants moins polluants Mais cela reste rare l aspect cologique est l parce qu il y a un gain derri re ou une bonne communication faire 44 Est ce que vous utilisez des imprimantes 3D M Honiat Ici actuellement non on a fait appel pour un ou deux projets a ce type de technologies mais c tait plus pour avoir un rendu que pour vraiment les utiliser Pour un autre projet avec Airbus pour concevoir une plate forme de petite taille qui accueille un bras robotis on a r alis un prototype Ils ont test cette premiere version et pour am liorer le concept mais en version all g e plus petite plus mobile mais aussi plus puissante et avec d autres fonctionnalit s on a emis l hypoth se de r aliser le chassis en impression 3D Est ce qu on peut parler d une quatrieme revolution industrielle M Honiat Pour moi la quatrie
54. tertiaire Industrie hors sid rurgie Sid rurgie Figure 27 volution de la consommation nerg tique par secteur en France en 2011 source SOES Si l industrie tente de r duire son impact nergique l usine du futur pourra aussi contribuer la r volution nerg tique de fa on plus g n rale en fabricant des produits permettant des conomies d nergie Un exemple assez simple est celui de la voiture hybride reposant sur deux sources d nergie l lectricit et l essence Une voiture moins d pendante du p trole mais toujours aussi fonctionnelle Mieux con ue avec des nouveaux mat riaux plus l gers plus r sistants pour permettre une conomie d nergie 37 De m me dans le secteur des technologies de l information Intel recherche sans cesse r duire la consommation de ses microprocesseurs Cela permet de diminuer la consommation d lectricit des ordinateurs personnels des serveurs des machines industrielles des data centers L impact est global Intel permet une conomie d nergie dans tous les domaines Pour r sumer l usine consomme moins et fabrique des produits qui consomment moins 3 2 2 Une revolution ecologique De plus en plus les usines cherchent a tre cologiques les nombreuses certifications cologiques en t moignent Les entreprises devront r pondre aux d fis cologiques du XXI si cle L objectif vis est d arriver une conomie circulaire Le concept d
55. travail fixes c est beaucoup moins le cas pour l lectronique embarqu e Dans la majorit des cas les syst mes embarqu s utilisent un noyau Linux qui est libre Il pr sente l avantage d tre tres personnalisable fonctionnant aussi bien sur des cartes lectroniques minuscules que sur les supercalculateurs Les entreprises fabriquant des robots comme BA Syst mes choisissent cette solution pour sa gratuit et le d veloppement continu emmen par une importante communaut de d veloppeurs 28 2 1 4 Des robots pr ts a servir cette nouvelle industrie Si les robots existent deja dans nos usines la tendance montre une multiplication de ceux ci aussi bien dans leur domaine habituel qu aupr s des ouvriers La robotique dans l industrie d aujourd hui Actuellement les robots industriels sont plus souvent des bras manipulateurs fonctionnant sur plusieurs axes On les imagine souvent sur des cha nes de montage de voitures assembler les pieces entre elles ou peindre on SL ai ww ww A W lt rf M ial M a a i wr w E i m 5 n A Figure 21 Inauguration de Robofin l Institut de Recherche Technologique Jules Verne Ph IRT Jules Verne 401 Les robots sont principalement utilis s dans des environnements n fastes pour l homme comme les milieux nucl aires ou pr sentant de fortes corrosions Par exemple on les rencontrera prochainement dans le centre de stockage profond de d che
56. ts radioactifs Cig o Centre industriel de stockage g ologique Ils r cup reront les d chets la surface et les d poseront dans les galeries souterraines Les robots aux c t s des ouvriers Les technologies actuelles permettent d attribuer de nouveaux r les Le robot Baxter de Rethink Robotics en est un bon exemple Il est pense pour tre utilis aux c t s d un ouvrier Cette personne m me sans connaissance en programmation peut apprendre au robot les actions effectuer sur la cha ne 29 Il dispose de nombreux capteurs pour observer la cha ne et l ouvrier De plus grace a des capteurs de retour de force il est capable de d terminer si son action est n faste sur la chaine ou l ouvrier ce qui rend tres peu probable la possibilit que ce dernier soit bless Il dispose d un cran qui lui sert de visage Les emotions affich es permettent aux personnes travaillant aupres de Baxter de connaitre ses intentions Bien que mefiants au d but la plupart des ouvriers s habituent vite a la presence du robot le trouvant m me agreable Figure 22 Le robot Baxter sur une chaine de production Ph Rethink Robotics On peut aussi prendre l exemple des chariots automatiques de BA Systemes Ces robots sont en fait des chariots l vateurs automatis s sans conducteurs Ils sont utilis s pour remplacer les caristes pour les t ches simples et r p titives ou lors de production a flux constant Ils sont aussi mis en
57. ue et personnelle Il s agit de d mocratiser la conception des technologies et des techniques et non pas seulement de les consommer l exemple du web collaboratif 2 0 qui a d mocratis les outils de partage d dition et de cr ation et permis des millions d utilisateurs de devenir acteurs les Fab Labs doivent permettre au plus grand nombre de devenir auteur des technologies Figure 14 Les Fab Labs travers le monde Illustration JokkoLabs 1 3 2 Vers une d mocratisation de la fabrication personnelle La fabrication num rique permet de cr er une chaine int gr e de la conception la production Cette chaine passe par l utilisation de logiciel de CAO conception assist e par ordinateur de FAO fabrication assist e par ordinateur et par l interpr tation de ces plans par des machines commande num rique Ce n est pas un processus r cent Neil Gershenfeld l inventeur du concept Fab Lab rappelle que la connexion d un ordinateur a une machine a t r alis e dans les ann es 50 au MIT Les grandes industries utilisent ce processus sur des chaines de montage depuis des ann es Les centres de m catronique comme l INSA de Rennes permettant d aider les entreprises r aliser du prototypage rapide sont nombreux Ce que changent les Fab Labs dans le paysage de l innovation est la possibilit offerte au public de s approprier la fabrication num rique personnelle Dans ces lieux les utilisateurs peuvent ass
58. uvert a tous et met en valeur le partage de connaissances et la collaboration Un Fab Lab regroupe un ensemble de machines commande num rique de niveau professionnel une machine d coupe laser capable de produire des structure en 2D et 3D une machine s rigraphie qui fabrique des antennes et des circuits flexibles une fraiseuse haute r solution pour fabriquer des circuits imprim s et des moules une autre plus importante pour cr er des pi ces volumineuses On y trouve galement des composants lectroniques standards ainsi que des outils de programmation associ s des microcontr leurs ouverts peu co teux et performants L ensemble de ces dispositifs est contr l a l aide de logiciels communs de conception et fabrication assist s par ordinateur D autres quipements plus avanc s tels que des imprimantes 3D peuvent galement quiper certains Fab Labs DES LOGICIELS DE MODELISATIO DU PARTAGE UNE R FLEXION OUVERTE DU MAT RIEL LECTRONIQUE DU PETIT OUTILLAGE Figure 13 Le Fab Lab mode d emploi Illustration JokkoLabs 20 Le premier Fab Lab voit le jour au MIT et a pour objectif de s int resser la suite de la r volution num rique et en particulier la fabrication num rique dont les volutions pourraient a terme produire des outils capables d assembler la mati re au niveau atomique Les Fab Labs sont les acteurs ducatifs de sensibilisation la fabrication num riq
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