Développer une industrie durable grâce à la transformation digitale
Basé sur la traduction d’un texte en allemand
Le développement d'une industrie durable s’inscrit comme une priorité. Les clients sont de plus en plus nombreux à réclamer des changements. De plus en plus souvent, les fonds d’investissement se tournent vers des entreprises qui s’engagent en faveur de l’environnement. Pour les entreprises, rentabilité et durabilité vont désormais de pair. Les entreprises industrielles ne peuvent éviter un changement de paradigme pour concilier les deux.
Pourquoi est-il important de développer une industrie durable ?
À l’avenir, la réussite et le profit des entreprises dépendront de plus en plus des facteurs suivants :
- Développement de produits durables pour répondre aux attentes des clients
- Amélioration de la performance opérationnelle des sites de production, notamment en réduisant les défauts de qualité et la consommation d’énergie
- Réduction des coûts indirects en limitant les déplacements des employés, les émissions de gaz à effet de serre et leurs taxes associées
L’atteinte de ces objectifs économiques est intrinsèquement liée aux défis environnementaux sur lesquels les industriels peuvent avoir un impact positif : décarbonation de la production par la réduction des émissions directes de gaz à effets de serre et de particules, réduction de la consommation d’énergie et réduction des émissions indirectes de gaz à effets de serre associées notamment aux déplacements des salariés, des matières premières, des intrants, des fournisseurs, des revendeurs, etc.
La corrélation évidente entre les objectifs économiques et les préoccupations environnementales rend cette approche encore plus pertinente. Le développement d'une industrie durable exige donc que les ingénieurs réfléchissent à la gestion complète du cycle de vie des produits et des installations de production, de la conception jusqu’au recyclage ou à la mise au rebut. Des bénéfices économiques et écologiques peuvent être obtenus à chaque étape de la vie d’un produit – conception, fabrication, marketing et commercialisation, durée de vie et fin de vie, élimination ou recyclage.
L’impact des entreprises sur l’environnement doit être réduit au maximum. Pour faciliter leur engagement en faveur du changement écologique, les entreprises industrielles peuvent s’appuyer sur des outils puissants tels que la conception assistée par ordinateur, les logiciels de réalité augmentée (RA) et les plateformes IOT pour créer des jumeaux numériques.
Méthodologies pour une industrie durable
Du design à l’écoconception : les technologies numériques pour plus de durabilité
Tout commence par la phase de conception. Depuis plusieurs décennies, les bureaux d’études utilisent des logiciels de conception assistée par ordinateur pour concevoir un produit ou un procédé de fabrication. À l’aide d’un logiciel de simulation numérique, les propriétés physiques et logiques sont ensuite testées virtuellement dans des conditions réalistes. Il n’est donc plus nécessaire de créer des prototypes physiques, ce qui est source d’économie de matière et d’énergie.
Generative design
Le generative design utilise des algorithmes puissants pour suggérer des options de conception qui répondent à des exigences spécifiques définies par les ingénieurs concepteurs, telles que la réduction de la masse du produit, un procédé imposé de fabrication, des jeux de contraintes. La conception générative est un complément compatible avec la fabrication additive quand cette dernière est possible. Par rapport à des processus de fabrication plus traditionnels tels que l’usinage, dans lesquels la matière est enlevée et des déchets sont donc générés, la fabrication additive permet des économies de matière.
Gestion du cycle de vie des produits
Les logiciels de gestion du cycle de vie des produits (PLM) contribuent également à cette dynamique positive, car ils offrent un niveau assez précis de transparence et de traçabilité concernant l’empreinte carbone d’un produit tout au long de sa durée de vie. De la même manière que nous pouvons calculer la masse d’un produit, nous pouvons également évaluer son empreinte carbone totale pour développer des options plus durables. Le logiciel PLM comprend également des fonctionnalités qui garantissent la conformité avec la réglementation REACH sur l’utilisation de produits chimiques potentiellement dangereux pour la santé et l’environnement. L’utilisation de composants et de matériaux moins polluants ne doit pas être seulement motivé par des contraintes réglementaires. Elle doit aussi s’inscrire dans le cercle vertueux de l’écoconception, de la réutilisation et du recyclage.
Réalité augmentée et jumeaux numériques
Les méthodes de conception, qui intègrent la réalité augmentée (RA), deviennent de plus en plus accessibles en termes de coûts et d’équipements. Elles permettent aux équipes de bureau d’études de faire des revues de maquette virtuelle d’un produit appelée jumeau numérique et de tester les différentes options de conception. L’accès à distance à ces modèles élimine le besoin de de réaliser des prototypes physiques et de se déplacer, ce qui permet d’économiser de la matière, de l’énergie, des coûts et du temps.
L’ensemble des solutions informatiques évoquées ci-dessus contribue à raccourcir les temps de développement des produits et réduire ainsi l’empreinte carbone indirecte d’un produit.
Économies de coûts et d’émissions à plusieurs niveaux
La phase de conception permet également de simuler à la fois les systèmes productifs (fabrication, stockage et logistique), les données liées aux processus (tels que la consommation d’énergie et le risque de défauts de qualité et de rejets) et le rôle de l’humain dans ces processus. La simulation des processus aide les industriels à repenser leurs lignes de production pour qu’elles soient plus flexibles et capables de produire ou d’assembler différentes séries de produits. La transition des sites spécialisés vers un concept d’usine flexible et une production décentralisée est un défi majeur, tant sur le plan économique qu’environnemental.
Production en réseau et maintenance prédictive : en route vers une production plus économique et une industrie durable
L’excellence opérationnelle s’appuie sur l’utilisation de machines connectées pour mesurer la productivité et anticiper les défaillances, comparer et optimiser les performances industrielles sur les sites et diminuer la non-qualité.
Minimiser ou même éliminer les défauts de qualité a un double avantage. On réduit d’une part les temps d’arrêt imprévus des machines et d’autre part les pertes de matières, qui peuvent s’avérer très coûteux. Le risque de panne peut-être grandement diminué en prenant en compte tout au long de la conception les résultats obtenus avec des outils de simulation et d’optimisation des processus de fabrication (Model Based Design). L’augmentation de la disponibilité de la chaîne de production et la gestion précise de la consommation de matières limitent les coûts énergétiques et les émissions de gaz à effets de serre.
Ces solutions combinées à un logiciel PLM offrent un suivi précis et compréhensible des changements qui concernent les machines ou les usines de production. Les machines connectées permettent également de renvoyer des données réelles sur les performances du processus de fabrication (en termes de consommation d’énergie, de défauts de qualité, etc.) aux ingénieurs et aux concepteurs. Ces derniers, sur la base de ces informations, peuvent ainsi apporter les corrections nécessaires au produit lui-même ou au processus de fabrication associé.
La maintenance prédictive bénéficie aussi des apports de l’intelligence artificielle (IA). L’IA identifie et analyse les perturbations opérationnelles et les défaillances de matière ou de processus et assure le bon fonctionnement du système productif. Cette amélioration de l’efficacité opérationnelle contribue indirectement à rendre l’industrie moins gourmande en énergie et en ressources. Ce qui est bon pour la planète… mais profite aussi à l’entreprise d’un point de vue financier.
Des produits respectueux de l’environnement
Il est important d’intégrer cette notion de durabilité dès le stade de la conception, à savoir développer un produit facile à entretenir tout au long de son cycle de vie. Cela prolonge la durée de vie du produit, évitant ainsi une consommation excessive de matière et d’énergie nécessaire pour remplacer le produit. La conception modulaire va encore plus loin car elle rend les produits évolutifs.
Le développement de produits compatibles avec les techniques de maintenance prises en charge par la réalité augmentée (RA) (les instructions de démontage/montage et même de réparation sont accessibles en RA) rationalise la maintenance et réduit le besoin en équipement et en personnel pour les réparations dédiées sur site. Le concept peut être porté à un autre niveau : les experts aident à distance des opérateurs moins expérimentés grâce à la RA.
La connexion des produits à une base de données équipée d’intelligence artificielle permet la collecte de données grâce à des capteurs intégrés dans le produit. Ces données peuvent être analysées et utilisées pour résoudre les problèmes de manière proactive avant qu’ils n’entraînent des défaillances. Cette approche prolonge également la durée de vie des systèmes et des produits.
Les données terrain en provenance des produits connectés constitue une source d’information riche pour les concepteurs. En effet, elles permettent d’analyser le comportement des produits en conditions réelles d’utilisation et de faire évoluer les produits en favorisant une plus grande qualité écologique.
Le juste équilibre : principe de base de l'industrie durable
Une règle importante pour des produits plus respectueux de l’environnement, est qu’ils doivent répondre aux exigences spécifiées aussi précisément que possible – ni plus, ni moins. Un produit mal conçu présente un risque plus élevé de défaillance et nécessite plus de maintenance. Aussi, un produit qui a été développé au-delà des exigences spécifiées consomme plus de matière, utilise plus de composants et requiert un niveau d’entretien plus élevé tout au long de sa durée de vie.
Les technologies numériques sont des outils performants pour mieux maîtriser la conception et la fabrication de produits plus durables basés sur des processus de production propres.
« Mieux vaut prendre le changement par la main avant qu'il ne nous prenne par la gorge.», a déclaré Winston Churchill. Les leaders jouent un rôle essentiel dans cette transition écologique pour laquelle tous les acteurs industriels doivent se mobiliser.
L’industrie est un moteur du progrès technologique et du développement économique depuis plus d’un siècle, mais en même temps une source majeure de pollution. Maintenant que l’industrie est à la croisée des chemins, il est temps de surmonter ce paradoxe.
Evoluer vers une production industrielle durable et respectueuse de l’environnement est devenue une priorité. Les solutions numériques peuvent aider les industriels à y parvenir sans pour autant affecter leur croissance et leur compétitivité. Bien au contraire !