5G et TSN : travailler ensemble pour répondre aux exigences en temps réel
Automatisation. Analyse basée sur l’IA. Véhicules à guidage automatique. Réalité augmentée. À mesure que les environnements industriels intègrent de plus en plus de technologies de ce type dans leurs processus afin de s’autosurveiller et d’améliorer la production en temps réel, leur complexité augmente.
Plus de complexité s’accompagne souvent de plus de risques. Quelques secondes d’interruption de service peuvent être dommageables en termes de productivité, de sécurité et de revenus. Prenons ces trois exemples.
1. Automatisation des processus et des flux de travail
Les robots collaboratifs (cobots) et d’autres types de robots industriels, tels que les robots cartésiens ou Delta, nécessitent un contrôle précis lors de la production en direct. Grâce à des technologies telles que le contrôle de mouvement intelligent, des capteurs et des actionneurs sont utilisés pour gérer les mouvements déterministes des robots.
L’interconnexion avec des capteurs, d’autres robots et appareils, et des réseaux permet le traitement des données nécessaires à ces opérations. Ceci est particulièrement vital pour les cobots, qui sont conçus pour travailler aux côtés des humains sans barrières, gardes ou clôtures. La communication en temps réel au cours de ce processus est essentielle pour s’assurer que les robots exécutent rapidement et en toute sécurité les fonctions spécifiques requises pour leur application.
La connectivité sécurisée et à faible latence avec le cloud permet aux robots de collecter, d’analyser et de répondre aux informations sur ce qui se passe dans leur environnement en temps réel, ainsi que de recevoir des instructions et de maintenir une connaissance de la situation.
Une courte interruption de la communication peut entraîner des problèmes de production ou des problèmes de sécurité.
2. Prévenir les pannes d’équipement avant qu’elles ne se produisent
L’exécution des machines est essentielle pour maintenir la productivité et les revenus. La collecte et l’analyse continues des données en temps réel des machines, telles que la température interne, le niveau de bruit et les vibrations, le régime des pièces en rotation, etc., réduisent le temps et les coûts associés à une maintenance inutile tout en veillant à ce que les machines ne rencontrent pas de défaillance.
La collecte de données en temps réel et la connectivité au cloud permettent de déterminer quelle maintenance est nécessaire et quand, en fonction de l’état et du fonctionnement de l’équipement, ainsi que des prévisions sur l’état futur.
Lorsque des anomalies sont détectées pendant le fonctionnement, des alertes en temps réel peuvent être envoyées à l’opérateur de la machine ou au directeur de l’usine pour l’avertir d’un problème potentiel nécessitant une enquête et une correction. Cela permet aux travailleurs de maximiser les performances, la disponibilité et la productivité de l’équipement.
Sans ces capacités en temps réel, la maintenance préventive ne serait pas possible. Au lieu de cela, la maintenance réactive, c’est-à-dire la réponse aux problèmes une fois qu’ils surviennent, serait la seule option. En suivant cette approche de la maintenance, les problèmes ne sont pas résolus tant qu’ils n’ont pas déjà eu un impact sur les opérations.
3. Construire un produit correctement du premier coup
L’American Society for Quality affirme que le fabricant moyen consacre entre 15 % et 20 % de son chiffre d’affaires aux coûts liés à la qualité.
La surveillance en temps réel du processus de fabrication à l’aide de capteurs et d’autres dispositifs permet de suivre la qualité des produits à chaque étape afin de garantir la cohérence, la haute qualité et la conformité réglementaire. Elle permet d’identifier rapidement les erreurs de production et les irrégularités afin de pouvoir les corriger immédiatement et de réduire les déchets et les retouches.
Sans la possibilité de suivre et de corriger les processus en temps réel, les travailleurs risquent de ne pas se rendre compte avant des heures, voire plus, qu’il y a un problème de production. Parfois, il n’est pas découvert jusqu’à ce qu’un client reçoive un produit de mauvaise qualité.
Intégration de la 5G et du TSN pour soutenir l’industrie 4.0
Pour permettre ce niveau de transformation numérique et d’automatisation industrielle, ainsi que les applications en temps réel qui favorisent l’efficacité, de plus en plus d’environnements de fabrication explorent l’intégration de la 5G et du TSN (time-sensitive networking).
Qu’est-ce que le TSN ?
Le TSN est un ensemble de normes définies dans IEEE 802.1 et IEEE 802.3 pour introduire des mécanismes de qualité de service, de fiabilité et de configuration. En tant qu’évolution de l’Ethernet, TSN rend Ethernet déterministe. Il permet également à différents types de trafic de partager le même réseau.
Comme son nom l’indique, le concept de « temps » est la raison d’être de TSN. Il veille à ce que les informations critiques soient transmises d’un point à un autre dans un laps de temps précis grâce à des protocoles de synchronisation, de synchronisation et de contrôle et de hiérarchisation du trafic de données.
Qu’est-ce que la 5G ?
La 5G est une technologie cellulaire, définie par 3GPP, qui offre des largeurs de bande nettement supérieures, des connexions presque sans délai et des mécanismes de sécurité améliorés.
Elle peut prendre en charge l’automatisation mobile et l’itinérance sans fil rapide nécessaire pour assurer la connectivité avec une latence très faible et une grande fiabilité dans les environnements d’automatisation.
Réunir les deux
La 5G peut apporter les capacités en temps réel de TSN aux réseaux sans fil pour la communication industrielle. Alors que le TSN prend en charge la connectivité filaire, la 5G prend en charge la connectivité mobile et cloud.
L'association de la 5G et du TSN pourrait constituer une étape cruciale dans la mise en place d'environnements industriels mieux connectés et plus productifs et dans la prise en charge des communications entre contrôleurs, entre contrôleurs et dispositifs et entre dispositifs et ordinateurs.
Rendre le TSN sur la 5G possible aujourd’hui
La 5G dispose des capacités requises pour fonctionner avec le TSN dans les applications d’automatisation industrielle, et 3GPP a fait des progrès significatifs vers l’intégration des systèmes 5G avec TSN. La version 16, par exemple, introduit des activateurs 5G. Mais la 5G est encore actuellement à la traîne lorsqu’il s’agit de rendre cela possible. Dans le même temps, la marge d’erreur dans les environnements de fabrication continue de se réduire.
C’est pourquoi Belden développe de nouvelles architectures pour aider les environnements industriels à faire les premiers pas vers cette intégration technologique. Nous pouvons vous aider à économiser du temps et des ressources tout en assurant cohérence et fiabilité.
Ces solutions aideront les usines de fabrication à construire l’avenir en intégrant la 5G et le TSN pour une intégration filaire et sans fil transparente.
Ressources connexes :
À propos de l'auteur
Lukas Bechtel travaille chez Belden depuis 2012, passant d’ingénieur en automatisation des tests à architecte technologique dans notre bureau de direction technique. Il est également membre du corps professoral et chercheur à l’Université d’Esslingen, où il enseigne aux étudiants l’informatique, la sécurité des réseaux et les réseaux industriels, tout en étudiant des domaines tels que l’industrie 4.0, la communication sans fil et la communication et la sécurité industrielles.