Antenne-normes Industrie 4.0 - questions fréquemment posées

Comment l’ISO et l’IEC définisse le terme ’Industrie 4.0’ ?

‘Industrie 4.0’ représente l'avenir industriel, où produits, machines, sites de production... échangent des données, interagissent et se reconnaissent. Au départ, il s'agit d'un terme de marketing bien choisi, mais bien vite la nécessité d’une définition précise de manière à ce que les organismes de normalisation puissent s’aligner et se soutenir mutuellement est apparu comme un élément fondamental. L’ISO et l’IEC ont eu plusieurs interactions pour parvenir à un consensus sur le terme à utiliser et sa définition. L’ISO et IEC ont opté pour le terme ‘Smart Manufacturing’. La définition reprise ci-dessous a été adoptée suite à la réunion tenue par le groupe Smart Manufacturing Coordinating Committee de l’ISO ( ISO TMB/SMCC) à Stockholm le 20-02-2018.

smart manufacturing

manufacturing that improves its performance aspects with integrated and intelligent use of processes and resources in cyber, physical and human spheres to create and deliver products and services, which also collaborates with other domains within enterprises’ value chains.

Note 1 to entry: Performance aspects include agility, efficiency, safety, security, sustainability or any other performance indicators identified by the enterprise

Note 2 to entry : In addition to manufacturing, other enterprises domains can include engineering, logistics, marketing, procurement, sales or any other domains identified by the enterprise

Toutes autres définitions reprises dans les normes est considérées comme une interprétation de la première.

Industrie 4.0 ou Smart Manufacturing est donc un terme général qui englobe de nombreuses technologies et domaines. Il désigne une méthode industrielle globale qui s’appuie grandement sur les technologies les plus récentes en matière de moyens de production connectés pour transformer l'environnement manufacturier pour plus de flexibilité et d'agilité, des gains de temps, de qualité et de coûts. Produits, processus de production et usine constituent alors un gigantesque "système productif cyber-physique" (CPPS) largement autorégulé par des interactions machine-objet. Une fois mis en relation, les systèmes communiquent les uns avec les autres et sont en mesure de s'autoréguler sans commande centrale. L'usine est configurable en fonction des besoins avec des modules qui peuvent être ajoutés ou retirés grâce à des fonctions de plug and work.

Smart Manufacturing est l’une des applications de l’IOT, ou plus spécifiquement de l’IIOT, qui est l’Internet Industriel des Objets (Industrial Internet of Things).

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Y a-t-il un modèle d’architecture de référence unifié du concept ‘Fabrication intelligente’ ?

L'objectif d’un modèle de référence unifié est de : fournir une base de référence pour comprendre les relations significatives entre les entités et les pratiques de la fabrication intelligente ; et définir une approche pour le développement de normes et autres spécifications spécifiques à une industrie ou un pays.

Une confusion pour l'industrie est qu'il existe aujourd’hui plusieurs architectures de référence concurrentes telles que RAMI4.0 (Reference Architecture Model Industry4.0) proposée par l'initiative allemande Industrie4.0, l'IIRA (Industrial Internet Reference Architecture) de l'IIC (Industrial Internet Consortium) pilotée par les États-Unis et bien d’autres.

En vue d'harmoniser les modèles de référence existants et de superviser le développement des architectures sous-jacentes, un groupe de travail conjoint a été créé entre l’ISO/TC 184 ‘Automation systems and integration’ et l’IEC/TC 65 ‘Industrial process measurement , control and automation’. Il s’agit du JWG 21 "Smart Manufacturing Reference model(s)". Il réunit plus de 70 experts de 13 pays. Le JWG doit préparer un modèle de référence unifié normalisé pour soutenir les activités de l'ISO/TC184 et de l’IEC/TC65 dans le domaine de la fabrication intelligente. Une première étape est l’élaboration d’un concept de méta-modèle qui peut accueillir toutes les caractéristiques clés de chaque modèle de référence proposé et les représenter de manière uniforme avec un langage abstrait. Ce projet se concrétisera en avril 2021 par la publication du rapport technique IEC TR 63319 ED1: A meta-modelling analysis approach to smart manufacturing reference models (SMRM).

(Source : A meta-modelling analysis approach to smart manufacturing reference models (SMRM)(Technical Report). Retrieved from JWG21_N177_v07_2020-04-15_TR_SMRM_r1cl.pdf)

Ce méta-modèle fournit le « langage » pour entamer la seconde étape qui consiste à spécifier un modèle de référence unifié (Unified Reference Model for Smart Manufacturing - URMSM). Ce projet de norme PNW65-815 ‘Unified reference model for smart manufacturing’ a été initié en juin 2020 et aboutira dans 3 ans.

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Quels sont les plus grands défis et enjeux que pose la fabrication intelligente?

Un premier défi est de pouvoir relier les mondes physiques et numériques tout au long du cycle de vie de l’ « asset ». Les enjeux sont dès lors : l'interopérabilité ou la capacité à synchroniser un ensemble d'éléments (produits, machines, processus, usine, modèles virtuels…) de divers fabricants et qui évoluent de manière indépendante ; la gestion de la complexité et de la quantité des données et leur exploitation, la souveraineté numérique et donc la cybersécurité dans les environnements à forte convergence IT (information technology)/OT (operational technology). Aussi la fabrication intelligente ne pourra aboutir que si les fabricants de machines et équipements conçoivent des ‘assets’ intelligents

  • capables de collaborer avec des  ‘assets’ d’autres fabricants de manière fiable, efficace, en toute sécurité selon des standards basées sur le consensus et non des standards propriétaires. Ceci est pour les utilisateurs et les fabricants un gage de confiance et de la sécurité nécessaire à l'investissement. Ces solutions interopérables basées sur des systèmes et interfaces ouverts préserveront l'ouverture des marchés, stimuleront l'innovation et permettront la portabilité des services dans le marché unique numérique.
  • ‘secured by design’ c’est-à-dire ayant intégré la notion de sécurité dès leur conception

Un second défi est l’importance de la prise en compte de l’Homme dans les systèmes de production et ceci suivant plusieurs axes : assistance physique et cognitive, ergonomie, adaptation des compétences et connaissances, organisation dans l’espace et dans le temps. Certaines technologies sont actuellement mises en avant : applications de robotique collaboratives, réalité augmentée,…Les enjeux sont les problématiques de santé-sécurité au travail (accident, fatigue, stress, TMS…) qui méritent d’être prises en compte d’une façon approfondie dans les différentes phases de conception et d’exploitation des équipements de travail.

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Comment les normes ISO et IEC peuvent-elles aider à relever ces défis?

Les comités de l’ISO et de l’IEC sont actifs depuis très longtemps dans les domaines de l’automatisation et de la fabrication. Les normes ne portent pas seulement sur des technologies ou sur des aspects spécifiques donnés, mais elles s’intéressent au système dans son ensemble, à l’intégration des sous-systèmes et des composants.

Pour mieux comprendre les enjeux de la standardisation de l’Industrie 4.0, la feuille de route allemande de la normalisation pour l'industrie 4.0 (German Standardization Roadmap Industrie 4.0) est de grande utilité. Elle est l'un des supports de communication essentiels pour l'industrie 4.0. Elle permet l'échange national et international d'informations entre la normalisation, l'industrie, les associations, la recherche et la politique. C'est un guide qui montre la voie aux personnes et aux organisations actives dans divers secteurs technologiques et présente les résultats des travaux et des discussions en cours, ainsi qu'un aperçu des normes et des spécifications pertinentes pour l'Industrie 4.0. Depuis la version précédente (v3), le DIN et le DKE ont lancé d'importantes recommandations d'action au niveau national sous forme de projets de normalisation, qui ont ensuite été mises en œuvre au niveau international. La quatrième version de la feuille de route de la normalisation est axée sur l'interopérabilité et les moyens d'y parvenir. Elle traite également pour la première fois de l'utilisation de l'intelligence artificielle (IA) dans les applications industrielles.

Notons également que la Commission Européenne en collaboration avec la plate-forme européenne multipartite sur la normalisation des TIC met à jour chaque année le Rolling Plan for ICT standardisation. Ce document énumère tous les sujets identifiés comme des priorités politiques de l'UE et pour lesquels la normalisation, les normes ou les spécifications techniques des TIC devraient jouer un rôle clé dans leur mise en œuvre. Il couvre les technologies "d'importance horizontale", celles dont l'application a un large impact dans différents domaines techniques, dans le contexte des infrastructures TIC et de la normalisation des TIC. L’Antenne-Normes Industrie 4.0 suit plusieurs comités techniques travaillant sur des axes de travail prioritaire du Rolling Plan, tels que Advanced Manufacturing, Robotics and Autonomous systems, Cybersecurity and Data Protection.

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Quel est l’écosystème normatif pour la fabrication intelligente ?

L’écosystème normatif pour la fabrication intelligente est particulièrement complexe.

A côté des comités ISO/TC 299 Robotics (précédemment  TC 184/SC2)  et ISO/TC199 Safety of machinery qui se préoccupent de la sécurisation technique des systèmes de robotique collaborative, les comités et nombreux consortiums impliqués dans l’Industrie 4.0 sont :


Source : rapport du 35th Meeting of CLC/TC65X February 1 to 2, 2017-Annex-H-IEC_TC65_SmartManufacturing_2017

Étant donné que différents groupes de normalisation sont actifs dans des domaines connexes de la normalisation, l’IEC et l'ISO ont mis en place des groupes de coordination . Sur conseil du groupe stratégique ISO SAG SM/I4.0, l’ISO a créé le Smart Manufacturing Coordination Committee -ISO/SMCC) et l’IEC a créé le Smart Manufacturing System Evaluation-IEC SEG 7 qui s’appelle aujourd’hui Smart Manufacturing System Committee -IEC/SyC SM.


Des standards et bonnes pratiques se développent au sein de consortiums. Par exemple, la VDMA (fédération allemande de l’ingénierie mécanique) a reconnu très tôt que la définition d'une langue mondiale est cruciale pour l'avenir de l'ingénierie mécanique et de la construction d'usines. Après avoir adopté OPC UA comme standard pour l’échange de données, la VDMA a ressenti la nécessité de rajouter d’autres spécifications qui reposent sur les premières pour réaliser une interface universelle, capable de faire dialoguer entre-elles des machines-outils de différentes marques, mais aussi avec d’autres solutions logicielles de l’entreprise, comme par exemple les ERP (gestion intégrée) et MES (Manufacturing Execution Systems), le cloud, les systèmes d’automatisation, etc . Dans ce but, la VDW et la VDMA (fédération allemande de l’ingénierie mécanique) ont annoncés en 2020 la mise en commun de leurs équipes pour participer à la définition de normes d’interopérabilité pour le secteur mécanique. Ces normes d’interopérabilité sont diffusée sous le label UMATI. Elles concerneront les entrainements électriques, les machines pour le plastique et le caoutchouc, la vision industrielle, la robotique et les machines-outils.

Citons également l’initiative d’Atlas Copco qui vient de lancer sa première série de compresseurs compatibles OPC UA. En utilisant le puissant langage de modélisation qu'offre OPC UA, Atlas Copco a défini une représentation numérique de ses produits. Par sa participation en tant que leader d’un consortium de partenaires industriels et universitaires sous le couvert de l’OPC Foundation, Atlas Copco s'est également engagé à orienter l'ensemble de l'industrie de l'air comprimé vers la normalisation numérique. L'objectif de cet effort est de créer une représentation standard d'un système d'air comprimé à l'échelle de l'industrie. Lorsque la spécification complémentaire sera finalement publiée, une simple mise à jour logicielle suffira pour rendre les machines Atlas Copco totalement conformes à la nouvelle norme.

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Existe-t-il un catalogue des normes pour la fabrication intelligente ?

Un catalogue des normes pour la fabrication intelligente est en voie d’élaboration. Il s’agit d’une initiative conjointe de l’IEC et de l’ISO au travers du groupe de travail conjoint SM2TF ‘Smart manufacturing standards map Task Force’. L’objectif de ce groupe de travail est de générer et organiser un catalogue des normes des comités impliqués dans la fabrication intelligente pour faciliter les recherches avec des critères standardisés à l’instar de ce qui existe pour le Smart Grid. La spécification du catalogue et de son outil de visualisation font l’objet de deux rapports techniques. Le premier intitulé ISO/IEC TR 63306-1 SM2 Framework a été publié fin 2020. La version finale de la seconde partie intitulée ISO/IEC TR 63306-2 SM2 Catalogue sera publiée dans le courant du premier semestre 2021.

De manière concrète, une première version du catalogue SM2 au format Excel est consultable ici. Les normes d’intérêt pour la production intelligente y sont répertoriées selon différents axes.

Figure : Extrait du catalogue (source ISO-IEC-SM2_Framework_v1-4_2020-03-17(17-16).pdf)

Différentes représentations graphiques 2D ou 3D seront générées à partir du catalogue SM2. Le type de représentation graphique dépendra du point de vue choisi par les parties prenantes.

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Quelles normes sont suivies en priorité par l’Antenne-normes Industrie 4.0 ?

L’Antenne-normes Industrie 4.0 se focalise en particulier sur les normes qui traitent de :

  • modèle de référence unifié de la production intelligente (smart manufacturing)
  • représentations numériques standardisées d'entités physiques interconnectées dans un cadre d'information qui fournissent une vue intégrée des cycles de vie (digital twin et digital thread)
  • internet industriel des objets avec une infrastructure permettant d'interconnecter des entités distribuées, à l'intérieur et à l'extérieur de l'organisation
  • normes d'information, à la fois les modèles d'information standard traditionnels et les protocoles de communication émergents basés sur des architectures orientées services. Les normes d'information décrivent le type d'informations qui peuvent être enregistrées et la manière dont elles le sont. En utilisant les normes d'information, les données qui, peuvent être demandées, partagées, échangées et transférées, sont enregistrées dans les systèmes d'information avec les mêmes exigences de qualité. Cela permet de garantir que les systèmes échangent les données de la même manière. Si l'échange n'est pas normalisé, il y a un enchevêtrement d'informations dans différentes "langues".
  • réseaux de communication avec une infrastructure de communication robuste et sécurisée pour assurer à la fois la sécurité des machines et la sûreté industrielle.
  • interaction homme-machine : la conception et la mise en œuvre de systèmes robotiques en interaction avec l'homme doivent se préoccuper de  la sécurité et du bien-être des travailleurs humains qui interagissent avec les systèmes robotiques avancés et les machines intelligentes.

et qui sont applicables dans les applications de production intelligente telles que :

  • usine numérique et transparente : technologie numérique permettant de modéliser, de communiquer et d'exploiter le processus de fabrication. Elle soutient la conception, la configuration, la surveillance et le pilotage d'un système de production.
  • robotique avancée et machines intelligentes : systèmes fonctionnant de manière autonome, communiquant, adaptatifs et éventuellement apprenants, capables de résoudre des problèmes et de prendre des décisions indépendamment des personnes lorsque cela est autorisé.

Ces normes pour la production intelligente peuvent être de types différents : norme de base, norme de terminologie, norme d’essais, norme de produit,  norme de processus, norme d’interface, norme sur les données à fournir.

Vous aimeriez savoir quelles sont les bonnes pratiques, quelles sont les dernières propositions de normes européennes et internationales, quelles normes sont en cours de révision et quelles normes sont actuellement soumises à une enquête publique ou viennent d’être publiées dans ces domaines ? Nous vous invitons à consulter les articles ci-dessous qui traitent du sujet :

Usine numérique et transparente :

[Juillet 2017] Comment assurer la cyber sécurité d’une nouvelle machine dès la conception ?

[Novembre 2019] Un livre blanc sur l’interopérabilité sémantique aborde les défis de l’ère de la transformation numérique

[Septembre 2020] Norme révisée pour faciliter l'échange d'informations sur le système de production

[Octobre 2020] Umati devient la langue universel de l’usine intelligente

Robotique avancée et machines intelligentes

[Juillet 2020] Les enjeux de la sécurité pour les robots mobiles

[Février 2021] Les normes "Robots" et "Systèmes robotiques" continuent à bouger

D’autres thématiques seront traitées prochainement. N’hésitez pas à nous communiquer vos défis et priorités actuelles  (veronique.dossogne@sirris.be ) pour que nous puissions en tenir compte

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