Communication Informatique-Industrielle

L’Edge Computing décentralise le traitement des données

L’Edge Computing consiste à réaliser certains traitements au plus près des machines et d’envoyer uniquement les informations pertinentes à des applications de surveillance décentralisées ou hébergées dans le Cloud. Les solutions Edge permettent d’agréger et de rationaliser les données issues d’équipements connectés, de les traiter en périphérie du réseau, avant de les transmettre à des systèmes informatiques de plus haut niveau. Elles peuvent être employées partout où des données issues de capteurs ou de contrôleurs doivent être analysées en temps réel afin de prendre rapidement des décisions et de déclencher des actions pour améliorer un processus industriel.

Le monde de l’informatique industrielle est en pleine transformation. Rares sont les fournisseurs de systèmes d’automatismes et d’équipements de production à ne pas mettre en avant les capacités IIoT, Cloud et Edge Computing de leurs solutions de dernière génération. Ces trois technologies sont d’ailleurs bien souvent interdépendantes et opèrent de concert. L’IIoT (Industrial Internet of Things) consiste à connecter des équipements automatisés pour en capturer les données pertinentes afin de surveiller et d’optimiser leur fonctionnement, améliorer leur rendement, planifier des interventions de maintenance… Les capteurs et les processeurs intégrés à une chaîne de montage composée de plusieurs machines et de robots connectés constituent une formidable source de données industrielles.
Le principal défi des applications IIoT est d’extraire ces données, parfois inutilisées et pour certaines oubliées, les collecter et les transmettre pour une analyse localement ou sur des plates-formes Cloud via des applications de traitement dédiées. L’industriel pourra ainsi disposer de tableaux de bord lui permettant de surveiller les paramètres clés de ses process industriels. Il pourra alors se baser sur ces paramètres pour le guider dans ses choix afin de prendre les décisions les plus appropriées pour améliorer ses procédés. Automatiser la remontée des informations provenant des équipements de production et les transmettre en temps réel permet par exemple d’anticiper l’usure et le remplacement de certaines pièces, d’être immédiatement averti d’une rupture de charge ou d’un dysfonctionnement, de prévoir et de gérer les évolutions de la production.
Ces données peuvent être transmises puis traitées vers des serveurs locaux ou des plates-formes Cloud qui ne sont autres que des serveurs accessibles à distance par Internet. Le transfert de ces données peut toutefois surcharger le trafic réseau et nécessiter des moyens de stockage superflus. C’est là qu’intervient l’Edge Computing qui consiste à réaliser certains traitements au plus près des machines et d’envoyer uniquement les informations utiles aux applications hébergées dans des systèmes distants ou dans le Cloud. Ce qui permet également de gagner en latence et de garantir la protection des informations sensibles. En théorie, tout cela semble simple. En pratique, la tâche est bien plus délicate lorsqu’il s’agit d’un parc de machines disparates exploitant une diversité d’interfaces de connexion, de protocoles de communication, de formats de données…

Extraction et traitement des données

Extraire les données de fonctionnement pertinentes de machines-outils et d’installations automatisées, les agréger, les structurer de manière cohérente et les transférer vers tout système IT pour leur supervision, leur traitement et leur analyse, n’est pas une sinécure. D’autant que les machines d’ancienne génération n’embarquent pas toujours de solutions de capture et de traitement de données et que celles qui en sont pourvues n’exploitent pas toutes les mêmes interfaces et protocoles de communication. Pourtant, le traitement, l’agrégation et l’analyse rapides d’un plus grand nombre de données provenant de diverses sources promettent d’aider les industriels à prendre les décisions pertinentes au bon moment afin d’améliorer leurs opérations et d’être plus réactifs pour s’adapter aux évolutions de leurs activités.
Pour tirer pleinement avantage des opportunités offertes par l’Edge Computing et les machines connectées, il faut cependant pouvoir déployer des solutions capables d’agréger des données provenant d’une variété de sources afin de délivrer une vision globale des processus. Outre la disparité des machines qui présentent des architectures mécaniques et des technologies de contrôle et de communication numériques distinctes, s’ajoute parfois la difficulté de leur répartition géographique. De ce fait, certaines informations sont isolées et difficiles à exploiter. De plus, certaines informations doivent être traitées et transmises en temps réel alors que ce n’est pas forcément nécessaire pour d’autres. L’association de l’Edge computing et du Cloud computing vise à faire face à de tels défis. Ces technologies sont le fruit des continuels progrès de l’informatique depuis des décennies afin de répondre aux exigences de industriels en matière de capture et d’analyse de données.

Plateforme d’Edge Computing MCM-100 d’ADLINK
La plateforme d’Edge Computing MCM-100 d’ADLINK est destinée à la surveillance de l’état des machines. Elle assure l’acquisition de données et de mesure des vibrations des machines et des équipements rotatifs dont elle permet la maintenance préventive par l’analyse de ces paramètres.

De l’ordinateur central au Cloud

Lorsque l’informatique s’est invitée dans les usines, un ordinateur central a d’abord été chargé du traitement et du stockage des données issues des équipements qui lui étaient connecté. Puis, ont pris le relais des structures décentralisées reposant sur des PC opérant en mode client-serveur. Avec l’essor des technologies de communication sans-fil, des appareils informatiques mobiles peuvent dorénavant exploiter des applications logicielles déportées sur des plates-formes Cloud.
Les solutions Cloud présentent de nombreux avantages. Les données sont sauvegardées sur des systèmes centralisés où sont hébergées leurs applications d’analyse. Les données et applications sont accessibles à distance et les mises à jour logicielles peuvent être effectuer plus simplement. Mais les technologies Cloud sont dépendantes de la connectivité au réseau. Cette architecture ne peut pas répondre complètement aux applications de collecte d’un grand volume de données issus d’appareils connectés. Elle nécessite la mise en place de ressources informatiques centralisées capables de transférer et de gérer de très importantes quantités d’informations. Le traitement, exclusivement dans le Cloud, de données provenant d’applications industrielles peut significativement augmenter les coûts de stockage et d’intégration informatiques. De plus, lorsque les données doivent être traitées en temps réel afin de prendre des décisions appropriés très rapidement, le temps de transfert via un réseau étendu pour accéder aux applications Cloud distantes peut s’avérer problématique. En outre, pour des raisons de sécurité et de confidentialité, certaines données sensibles ne peuvent être envoyées sur des plates-formes Cloud.

Alliance Edge et Cloud computing

L’alliance des technologies d’Edge et de Cloud computing permet de s’affranchir de ces problématiques en combinant des ressources informatiques centralisées et distribuées dans une même architecture au sein de laquelle les équipements périphériques communiquent entre eux et avec les plates-formes Cloud. Les applications de traitement de données sont désormais déportées à la périphérie du réseau et prises en charge par des appareils d’Edge computing. Celles-ci recueillent et traitent des données brutes en périphérie de réseau, et partagent des métadonnées avec le Cloud. Ce qui permet de réaliser une analyse reposant sur l’historique des données afin d’améliorer en continu les processus et d’élaborer des modèles. Ce processus est optimisé lorsque les données issues de plusieurs appareils périphériques peuvent être combinées et centralisées afin de fournir la vision globale de l’ensemble d’une ligne de production, d’un site de fabrication voire de plusieurs usines. Les informations tirées de l’analyse de l’historique des données peuvent par ailleurs être renvoyées aux appareils Edge afin qu’ils puissent évoluer et améliorer leur processus de prise de décision.

L’Edge Computing traite certaines données au plus près des machines.

Disparité du parc de machines


Cependant, une grande partie du parc installé de machines et d’équipements automatisés ne disposent pas de capacités de connexion aux applications Edge. Certains équipements d’ancienne génération ne possèdent même pas de solutions de pilotage et de communication numériques. Dans d’autres situations, les équipements exploitent des contrôleurs et des langages de pilotage incompatibles. Ces équipements connectés ne peuvent donc pas être surveillés ni contrôlés depuis une même plate-forme. Ces disparités et problématiques techniques rendent difficile le partagent de données. Afin de faciliter l’échange des données de fonctionnement, les fabricants de machines ainsi que les fournisseurs de solutions d’automatisme développent des passerelles s’adaptant aux technologies de connexion et au format des données des machines afin d’assurer leur collecte et leur transmission vers des systèmes informatiques déportés.
Les solutions d’Edge computing connectées aux interfaces des machines convertissent les données dans un format approprié puis les transmettent à travers le réseau Ethernet industriel. Ce qui permet donc d’intégrer des capacités Edge aux process de fabrication existants. Ces données peuvent alors être combinées à celles provenant d’équipements numériques plus récents afin de fournir une vision complète des opérations de l’ensemble du parc de machines. Les responsables de production ou de maintenance peuvent ainsi être avertis immédiatement de la défaillance ou du dysfonctionnement d’une machine avant même que la production ne soit impactée. La corrélation des données historiques et opérationnelles fournit des informations pertinentes indispensables à la planification et à la programmation des opérations de maintenance préventive.
Toufefois, l’adoption de solutions Edge reposant sur des standards ouverts ainsi que sur du matériel et des logiciels intégrés facilitera le déploiement d’applications Edge et favorisera l’interopérabilité des systèmes. De plus, le recours à des composants modulaires permettra de faire évoluer et de personnaliser les applications. Enfin, le matériel doit évidemment être suffisamment robuste pour fonctionner dans les conditions parfois difficiles des environnements industrielles.

De l’industrie aux villes intelligentes


Les technologies d’Edge Computing peuvent être déployées dans une variété de domaines :
• Industrie : surveillance en temps réel des données des machines afin d’optimiser leur fonctionnement et leur maintenance, et d’améliorer l’ensemble d’un processus de production.
• Services de santé : collecte et analyse des données d’appareils médicaux portés par le patient ou installés à son domicile afin de surveiller ses symptômes, ses médicaments, son alimentation, ses activités et ses indicateurs vitaux.
• Commerce : gestion et analyse des données des points de vente, des systèmes de contrôle des stocks, des bornes numériques d’interaction avec la clientèle…
• Bâtiments intelligents : gestion et maintenance des systèmes de sécurité, d’éclairage, de chauffage, de ventilation et de climatisation, ainsi que des ascenseurs, des équipements électriques, des dispositifs de protection contre les incendies.
• Villes intelligentes : gestion et maintenance des feux tricolores, des horodateurs, de l’éclairage, etc.. 

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