Une plateforme logicielle pour la création de jumeaux numériques fonctionnels dans l’Industrie 4.0

Le concept d’industrie 4.0 révolutionne l’organisation des moyens de production en introduisant la personnalisation des produits Lot size 1 et l’approche « Plug and Produce », c’est-à-dire la mise en service d’une installation de production sans configuration poussée. Cela permet une grande flexibilité des chaînes de production et une meilleure résilience aux aléas. Afin de concrétiser ce concept et de permettre, par exemple, la reconfiguration, la supervision ou la maintenance prédictive des lignes de production, il est nécessaire d’augmenter la numérisation et la connectivité des composants de l’usine et, pour cela, de créer un jumeau numérique de l’usine. Celui-ci doit s’adapter en temps réel aux transformations de ses composants et aux reconfigurations des processus de production. À ce jour, la seule norme indépendante de la technologie permettant d’effectuer la numérisation des usines est AAS (IEC63278-1).

Pour chaque module matériel ou logiciel de l’usine, un Asset Administration Shell se décompose en :

• un modèle numérique fonctionnel du module,
• une interface programmée pour communiquer avec les autres modules de l’usine.

Cette norme du domaine du manufacturing, équivalente au standard USB, est soutenue par l’Italie (Industria 4.0), l’Allemagne (Platform 4.0) et la France (Alliance Industrie du Futur). Elle est en passe devenir la norme internationale de l’industrie 4.0. Cependant, les rares outils d’ingénierie permettant d’implanter des AAS sont incomplets : ils n’ont ni interface de modélisation graphique, ni fonctionnalité de déploiement automatique, ni connectivité standardisée aux équipements, ni vue graphique des modules connectés.

En collaboration avec le centre de recherche allemand DFKI, les chercheurs du CEA-List ont apporté leur expertise en ingénierie dirigée par les modèles (IDM) pour la création de Papyrus4Manufacturing qui offre :

• un langage de modélisation dédié au monde de l’Industrie 4.0,
• des interfaces graphiques pour la modélisation fonctionnelle des modules de l’usine,
• des générateurs automatiques de code pour la partie opérationnelle et la connectivité aux équipements réels avec des protocoles tels que OPC UA, MQTT ou ROS.

Papyrus4Manufacturing a été déployé sur des démonstrateurs pilotés par des partenaires industriels : gestion de déchets (Dupliprint), optimisation énergétique des ateliers de production (Stellantis) et dans un démonstrateur interne CEA : reconfiguration d’une cellule robotisée.

Plus d’informations :

• Mise en open source afin de créer un écosystème de développeurs et d’industriels
• Publication majeure