L'IdO dans l'Industrie 4.0

L'Internet des objets est l'un des piliers de la quatrième révolution industrielle (également appelée Industrie 4.0). Avec le prix des capteurs IoT qui chute à un niveau historiquement bas (de 200 % depuis 2004) et des solutions prêtes à l'emploi disponibles, il est désormais plus facile que jamais d'augmenter la digitalisation dans une organisation de toute taille du secteur de l'Industrie 4.0.

SelonL'enquête de Deloitte, la majorité des CXO travaillant dans l'Industrie 4.0 conviennent que l'IoT sera la technologie ayant le plus grand impact sur leur organisation au cours des prochaines années, aux côtés des autres technologies du « big four » du secteur (Internet des objets, Intelligence artificielle, Infrastructure cloud et Big Data).

Dans ce guide, nous examinerons de plus près l'IoT dans le contexte de l'Industrie 4.0. Vous apprendrez :

• à quoi ressemble l'architecture IoT,
• ce qu'est un hub IoT et comment il est utilisé dans l'Industrie 4.0,
• le processus de création et de gestion des systèmes IoT,
• comment divers Connectivité IoT comparez les technologies et comment choisir celle qui convient le mieux à vos besoins,
• comment protéger votre solution IoT des attaques de pirates informatiques.

Plongeons dans le vif du sujet.

Qu'est-ce que l'Internet des objets et comment est-il utilisé ?

L'Internet des objets peut être défini de nombreuses manières différentes, mais la définition la plus simple à comprendre est la suivante : tout appareil électronique remplissant les quatre fonctions suivantes : se connecter, collecter, analyser et transformer, est un appareil de l'Internet des objets. Lorsque vous disposez d'un appareil (qu'il s'agisse d'un capteur, d'une ampoule ou d'un réfrigérateur) et que vous le connectez à un réseau (c'est-à-dire Wi-Fi), cet appareil peut collecter des données de notre environnement – des mesures que nous pouvons ensuite analyser.

En plaçant des capteurs IoT sur les appareils, vous pouvez collecter les données, c'est-à-dire celles relatives à la température, à la qualité de l'air, etc., qui sont ensuite transférées vers le Cloud où elles sont mises à disposition de différentes applications capables d'utiliser et de traiter ces données. Veuillez noter que la communication entre les appareils et les applications peut être bidirectionnelle : les appareils peuvent être gérés via des applications externes, notamment à des fins de gestion des accès.

La collecte de données est l'utilisation la plus courante de l'IoT, mais les dispositifs de l'Internet des objets peuvent être utilisés pour fournir différents services, par exemple la surveillance à distance de véhicules, y compris la localisation du véhicule et son itinéraire. Un autre cas d'usage est celui d'un bâtiment intelligent doté de multiples dispositifs, ou de machines industrielles gérées à l'aide d'algorithmes de pilotage.

En savoir plus sur pourquoi l'Internet des objets a gagné en popularité et comment cela a évolué au cours des cinq dernières années.

Examinons maintenant de plus près à quoi ressemble un système IoT couche par couche. Il est crucial d'avoir une bonne compréhension deArchitecture IoT pour éviter les erreurs courantes, comme des estimations imprécises ou l'absence de plans clairs sur l'endroit où les données doivent être traitées.

Qu'est-ce que l'architecture IoT ?

Lorsque vous pensez à l'architecture IoT en général, vous pouvez l'imaginer comme une machine dotée de multiples rouages qui doivent fonctionner ensemble pour que l'ensemble du système fonctionne comme prévu. Veuillez noter que lorsque vous la planifiez, vous devez inclure non seulement les composants physiques, mais aussi les formats de données qui seront utilisés, les procédures organisationnelles et le contexte commercial du système.

En règle générale, et afin de fonctionner sans défaillance, l'architecture IoT doit inclure ces quatre blocs constitutifs :

• Évolutivité
• Maintenabilité
• Fonctionnalité
• Disponibilité

Tous ces éléments sont essentiels, l'évolutivité étant considérée comme le plus important pour les organisations en croissance dont le nombre de projets à gérer via une architecture IoT augmente.

Quatre étapes de l'architecture IoT

Lorsque vous commencez à assembler un système Internet des objets, vous devez inclure quatre étapes ou couches. Veuillez noter que ces couches représentent également le processus de traitement des données.

Les outils avancés d'analyse de données jouent un rôle crucial dans ces étapes, permettant aux entreprises de collecter, d'analyser et d'interpréter de vastes quantités de données en temps réel.

Capteurs et contrôleurs

La première couche peut également être décrite comme l'ensemble des appareils connectés au réseau. Cela peut inclure, sans s'y limiter, des capteurs qui collectent des données telles que la température, le mouvement et la qualité de l'air, ainsi que des contrôleurs pouvant être utilisés pour piloter les appareils et leur envoyer des requêtes. Ceux-ci peuvent modifier la réalité physique – c'est-à-dire qu'ils peuvent ouvrir des portes, déclencher des alarmes en cas d'incendie ou d'intrusion, ou arrêter une ligne d'assemblage. Une fois que les capteurs ont collecté les données, ils peuvent les envoyer au réseau pour traitement.

Réseau

Le système d'acquisition de données (DAS) et les passerelles représentent les couches réseau. Le DAS sert à agréger et à convertir les données brutes en formats accessibles à toutes les couches du système. Les passerelles jouent le rôle de niveau de connexion entre les capteurs et l'Internet, mais elles peuvent également assurer des fonctions de base telles que le filtrage des données et la prévention des logiciels malveillants.

Applications et edge IT

Cette couche comprend tout élément qui utilise les données collectées, sous quelque forme que ce soit. Il peut s'agir d'outils de Machine Learning, d'une technologie de visualisation de données ou d'un système externe qui inspecte et évalue tout ce qui se passe dans une usine ou une propriété publique. Cette couche inclut également les applications capables d'envoyer des informations aux dispositifs en réseau ou de les gérer de quelque manière que ce soit.

Cloud ou centre de données

C'est ici que les données correctement formatées et traitées sont stockées et peuvent être analysées plus en détail. Cela peut également signifier que le Cloud ou le centre de données doit être alimenté en informations provenant d'autres sources extérieures au système IoT. Selon le volume de données que vous devez conserver et traiter, l'utilisation du Cloud, tel que Microsoft Azure Cloud ou Amazon Web Services, peut constituer une solution idéale.

Quelles sont les erreurs courantes lors de la planification d'une architecture IoT ?

Selon Jaroslaw Dzikowski, qui occupe le poste de Senior Embedded Software Engineer chez Spyrosoft, il existe quatre défis cruciaux dans l'introduction de l'Internet des Objets au sein de votre organisation :

• Exigences peu claires
• Des estimations inexactes concernant les éléments fondamentaux de votre système
• Aucune définition claire de l'endroit où les données doivent être traitées
• Prise en compte insuffisante des mises à jour de firmware à distance

Il est essentiel d'aligner l'architecture IoT sur les processus métier afin de garantir une meilleure coordination, visibilité et analyse à travers les différentes fonctions de l'entreprise.

Avec le rôle dominant de l'IoT et de la collecte de données dans le secteur de l'Industrie 4.0, un élément du système IoT sera crucial pour le développement futur de ce domaine : le hub IoT.

Ci-dessous, vous découvrirez ce qu'est un hub IoT, quelles solutions IoT prêtes à l'emploi sont actuellement disponibles et quel est le processus d'introduction des hubs IoT au niveau organisationnel. La section suivante a été rédigée en collaboration avec Krzysztof Maciejewski, Lead Embedded Architect chez Spyrosoft.

Qu'est-ce qu'un IoT Hub ?

IoT hub est un service géré de type Platform-as-a-Service (PaaS) et peut être utilisé comme point focal permettant de connecter des appareils à Internet. D'un côté, il y a les appareils qui envoient leurs données depuis les capteurs vers le hub et/ou reçoivent les informations du hub. De l'autre côté, il y a des applications qui peuvent ou non être basées sur le Cloud et qui peuvent gérer les appareils et traiter les données, c'est-à-dire les visualiser. En bref, l'IoT hub sert de médiateur entre ces appareils et les applications utilisées pour gérer ces derniers et collecter des données.

Dans le contexte de l'Industrie 4.0, la transformation numérique joue un rôle crucial dans l'amélioration des processus de fabrication et de l'efficacité opérationnelle en unifiant les données et les systèmes, créant ainsi des opérations plus intelligentes et automatisées.

Cette solution peut être développée de manière indépendante, mais il existe des produits prêts à l'emploi disponibles sur le marché (liste complète ci-dessous).

IoT Hubs disponibles sur le marché

Les solutions IoT Hub les plus courantes sont :

• Azure IoT Hub
• IBM Watson IoT Platform,
• AWS IoT Device Management,
• ThingsBoard,
• AWS IoT Device Defender,
• Trend Micro Deep Security,
• Cumulocity IoT,
• Scaleway IoT Hub.

Quels sont les avantages de l'utilisation des IoT Hubs ?

Sécurité

La plupart des solutions disponibles sur le marché offrent au moins quelques moyens de gérer qui et quels appareils peuvent y accéder, avec la possibilité d'intégrer un registre d'appareils dans le hub, de distribuer des signatures d'accès partagées à l'aide de clés d'accès et de jetons de sécurité, et des intégrations API visant à renforcer la sécurité de ces solutions.

Contrôle total du processus

Une fois que vous aurez achevé le processus de mise en œuvre du hub IoT que je mentionne ci-dessous, vous pourrez contrôler précisément quels appareils sont interconnectés, quelles données ils collectent et partagent (que ce soit entre eux ou avec des applications externes) et où les données sont stockées et traitées.

Évolutivité

Quelle que soit la taille actuelle de vos réseaux IoT, en utilisant un hub IoT, vous pouvez facilement ajouter de nouveaux appareils, voire un ensemble d'appareils, ou en limiter le nombre. Là encore, avec la plupart des hubs IoT prêts à l'emploi disponibles sur le marché, vous pouvez le faire en quelques minutes.

Cas d'usage d'IoT Hub

Grâce au hub IoT, les entreprises du secteur de l'Industrie 4.0 peuvent bénéficier d'analyses basées sur les données collectées à partir d'appareils interconnectés. Ces analyses peuvent être utilisées pour :

Maintenance prédictive

En analysant les données collectées par les capteurs placés dans les machines, la durée de vie des pièces essentielles peut désormais être prédite afin qu'elles puissent être remplacées avant une défaillance. La maintenance prédictive permet aux fabricants de réduire les coûts de maintenance de routine, qui n'est pas toujours nécessaire, ainsi que de réduire le risque de retards de production causés par des défaillances inattendues.

Contrôle qualité

L'IoT est également largement utilisé pour rendre la gestion de la qualité plus efficace. L'IoT, associé à l'IA, à l'optique avancée et aux capteurs, constitue un moyen plus précis et automatisé de garantir qu'aucun produit défectueux ne quitte la ligne de production. Sur la base des données collectées par les caméras et les capteurs via un hub IoT, le logiciel d'IA apprend à distinguer les bons produits des produits défectueux. Lorsque le système de vision industrielle détermine qu'un produit présente un défaut, il est retiré de la ligne de production.

Jumeau numérique

Un jumeau numérique est une représentation virtuelle 1:1 d'un objet physique. Il peut être utilisé pour exécuter des simulations à des fins de formation, examiner des problèmes de performance et générer des informations précieuses, par exemple, sur les améliorations de produits. Les observations et conclusions peuvent ensuite être appliquées à l'objet original.

La technologie du jumeau numérique peut être combinée à la réalité mixte. Une personne, par exemple un électricien, peut voir une version virtualisée d'une installation électrique à travers des lunettes ou des casques de réalité mixte, comme le Microsoft HoloLens. Il peut voir où se trouvent les câbles sans avoir besoin d'utiliser un détecteur de fil électrique. Il peut également vérifier tous les paramètres clés sans équipement spécialisé, car toutes les données sont collectées dans le hub IoT en temps réel et affichées directement devant ses yeux via le casque de réalité mixte.

Quel est le processus de construction d'un système IoT ?

La première chose à faire est de connecter tous les appareils à Internet. Si l'appareil dispose déjà d'une configuration de connectivité installée (plus d'informations sur les options de connectivité plus loin), il vous suffit de le mettre en ligne.

Le processus de fabrication dans l'Industrie 4.0 transforme les méthodes traditionnelles grâce à l'intégration de technologies avancées telles que l'Internet industriel des objets (IIoT), l'IA et l'apprentissage automatique, ce qui se traduit par une efficacité accrue, une surveillance en temps réel et une réduction des temps d'arrêt.

Lorsque vous planifiez la collecte de données, la deuxième étape consiste à réfléchir aux données que vous pourriez avoir besoin de collecter, puis à décider où placer les capteurs, de quel type ils doivent être et quel logiciel serait le plus adapté à l'agrégation des données et à la réception des requêtes. Cette étape du processus exige non seulement de réfléchir à la partie électronique (capteurs), mais aussi à la mécanique sous-jacente au processus de collecte de données et de pilotage des dispositifs. Les capteurs peuvent également être utilisés pour étendre les fonctionnalités d'un dispositif.

L'étape suivante consiste à développer une application basée sur le Cloud capable de stocker les données et d'être utilisée pour piloter et communiquer avec les dispositifs.

Une fois le hub IoT mis en œuvre et prêt à l'emploi, l'étape suivante consiste à commencer à gérer votre parc d'appareils. Voici quelques bonnes pratiques recommandées par notre architecte embarqué principal, Krzysztof Maciejewski :

• Utiliser l'automatisation autant que possible.
• Détecter automatiquement tout problème d'accès à Internet depuis les appareils et améliorer la connexion si nécessaire.
• Surveiller automatiquement l'état de santé des appareils et les remplacer/réparer en cas de défaillance.
• Utilisez des campagnes de mise à jour du firmware des appareils par voie hertzienne si nécessaire.
• Faites évoluer facilement votre solution – en ajoutant de nouveaux appareils/de nouvelles fonctionnalités/en introduisant l'usage de l'IA/en étendant le Cloud computing.

>> En savoir plus sur création et gestion de systèmes IoT Hub 

Options de connectivité

Le choix de la technologie de connectivité appropriée est crucial dans la construction d'un système IoT. Il existe une multitude de technologies de connectivité IoT adaptées à des besoins spécifiques, allant des technologies à courte portée basées sur la RFID à l'Internet haut débit.

Chaque technologie donne des résultats différents et répond à des besoins spécifiques. Voici les critères que vous devez prendre en considération pour choisir l'option la plus appropriée :

Autonomie

Il existe des technologies à courte portée, telles que le RFID, le NFC, le Bluetooth ou le Wi-Fi, dont la portée se mesure en pieds, et des technologies à longue portée, comme un réseau mobile. Il existe également la connectivité satellite, qui offre une portée mondiale.

Coûts

Nous avons déjà mentionné que la connectivité satellite est probablement l'option la plus coûteuse. La connectivité au réseau mobile dépend largement de la quantité de données transférées – elle peut être relativement bon marché ou assez coûteuse. Le Bluetooth, s'il est utilisé pour une connexion réseau local et/ou sans accès à Internet, ne génère aucun coût autre que ceux liés à la consommation d'énergie. Si le Bluetooth est utilisé pour accéder à Internet via une certaine passerelle, vous devez alors également inclure le coût du transfert de données via une telle passerelle.

Comme vous pouvez le constater, le coût de la connectivité IoT dépend dans une large mesure de la portée et de la taille du transfert de données.

Bande passante

La bande passante est étroitement liée à la portée et au coût. Plus vous souhaitez transférer de données, plus le coût est élevé et plus c'est difficile à courte distance. Pour les options de connectivité IoT sans fil, plus la distance est grande, plus le transfert de données est lent. Dans le cas des options de connectivité filaire, comme l'ethernet ou la fibre, la bande passante est nettement supérieure à celle des solutions sans fil. Cependant, le coût est également plus élevé.

Consommation d'énergie

Certaines technologies de connectivité, telles que les réseaux mobiles, sont très gourmandes en électricité. Cela peut poser problème lorsqu'un dispositif doit transmettre une grande quantité de données tout en fonctionnant sur batterie.

Cependant, certaines technologies permettent d'utiliser une seule batterie pour tout le cycle de vie d'un dispositif. Dans ce cas, bien entendu, la consommation d'énergie doit être minimale. Cela peut être obtenu en limitant le transfert de données et la portée, ce qui entraîne une consommation d'énergie nettement plus faible mais une latence plus élevée.

Certaines technologies de réseau mobile ont introduit des sous-normes spéciales, comme le LTE Narrowband IoT. Cela permet de transmettre des données à basse vitesse, en maintenant la consommation d'énergie à un minimum, de sorte qu'un appareil peut effectivement fonctionner sur une seule batterie tout au long de son cycle de vie.

Latence

Certaines technologies à très faible bande passante consomment peu d'énergie ; cependant, en raison de la faible vitesse de transfert des données, elles présentent une latence élevée.

>> En savoir plus sur les plus courants Options de connectivité IoT

Comment protéger votre solution IoT des attaques de pirates informatiques ?

La mise en œuvre de la technologie IoT ne va pas toujours de pair avec le maintien de mesures de sécurité appropriées. Dans cette section, vous découvrirez quels sont les risques et comment garantir que votre solution IoT est bien protégée contre ceux-ci.

Sécuriser l'ensemble de la chaîne d'approvisionnement est crucial dans les implémentations IoT, car des technologies avancées comme l'IoT et l'IA améliorent la visibilité, l'efficacité et la gestion tout au long de la chaîne d'approvisionnement.

Quels risques de sécurité pouvez-vous rencontrer avec l'IoT ?

Menace de rançongiciel

Un type particulier de malware, appelé ransomware, bloque l'accès à des fichiers spécifiques ou à un dispositif IoT lui-même en les chiffrant jusqu'à ce que vous payiez les hackers pour obtenir la clé de déchiffrement.

Attaques DDoS

Un botnet est un réseau d'appareils connectés à l'IoT infectés par des logiciels malveillants, ce qui permet aux pirates de les contrôler à distance. Les botnets peuvent être utilisés par des pirates pour paralyser une organisation, soit pour obtenir de l'argent, soit, dans certains cas, simplement pour nuire à l'activité d'un concurrent.

Attaques PDoS

Dans le cas d'une attaque par déni de service permanente, l'objectif est de perturber définitivement le fonctionnement d'un appareil ou de supprimer tous les fichiers stockés.

Utilisation de votre transfert de données

Les pirates informatiques peuvent générer un trafic excessif, ce qui pourrait consommer une quantité importante de transfert de données. Vous ne le remarquerez peut-être qu'à la réception de votre facture mensuelle.

Comment améliorer la sécurité de l'IoT et éviter les problèmes de sécurité ?

Voici quelques recommandations essentielles à suivre :

• Adoptez une approche simple pour la conception des appareils.
• Utilisez un réseau privé si possible.
• Assurez des mises à jour régulières du firmware.
• Échange de données sécurisé avec des algorithmes cryptographiques TLS

>> Découvrez les recommandations ci-dessus plus en détail dans cet article sur Sécurité IoT

Vous cherchez un partenaire technologique pour vous aider à construire et à faire évoluer vos solutions IoT industrielles ?

Chez Spyrosoft, nous avons travaillé avec de nombreux clients du secteur de l'Industrie 4.0, et nous possédons une expérience pratique dans la création et la mise à l'échelle de solutions industrielles.

Si vous souhaitez en savoir plus sur notre offre actualisée Industrie 4.0 ou si vous avez besoin d'une équipe d'experts pour soutenir votre projet IoT, consultez plus d'informations sur notreSite web Industrie 4.0et réservez un appel sans engagement à l'aide du formulaire ci-dessous.

FAQ : l'IoT dans l'Industrie 4.0

Quelle est la véritable différence entre l'IoT et l'IoT industriel (IIoT) ?

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Dans le contexte de l'Industrie 4.0, l'IoT désigne généralement l'IoT industriel (IIoT). Alors que l'IoT grand public se concentre sur les maisons intelligentes et les objets connectés, l'IIoT est utilisé dans les usines, les systèmes énergétiques, la logistique et les infrastructures intelligentes.
Les principales différences sont :
– Exigences de fiabilité et de disponibilité beaucoup plus élevées
– Des normes de cybersécurité renforcées
– Intégration avec les systèmes industriels existants (PLC, SCADA, MES, ERP)
– Besoins de traitement en temps réel ou quasi réel
En bref, l'IIoT opère dans des environnements critiques où toute interruption a un impact direct sur le chiffre d'affaires et la sécurité.

Ai-je vraiment besoin d'un IoT Hub, ou puis-je tout construire à partir de zéro ?

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Techniquement, vous pouvez construire votre propre backend IoT. Cependant, l'utilisation de plateformes gérées comme Azure IoT Hub ou AWS IoT Device Management réduit considérablement le time-to-market et la complexité opérationnelle.
Développer ces capacités à partir de zéro nécessite un effort d'ingénierie considérable et une maintenance continue. Pour la plupart des organisations, tirer parti d'une plateforme existante est plus rapide, plus sûr et plus rentable.

Comment choisir la bonne technologie de connectivité ?

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Il n'existe pas d'option de connectivité « meilleure » universelle. Le bon choix dépend de :
– Autonomie requise
– Volume de données et bande passante
– Contraintes de consommation d'énergie
– Exigences de latence
– Coût total de possession
Par exemple :
– Les technologies à courte portée (par exemple Bluetooth, Wi-Fi) fonctionnent bien à l'intérieur des installations.
– Les réseaux mobiles conviennent aux actifs géographiquement distribués.
– Les connexions filaires offrent une bande passante et une stabilité supérieures dans les installations industrielles fixes.
Votre analyse de rentabilité doit guider la décision, et non la tendance technologique.

Comment faire évoluer une solution IoT sans perdre le contrôle ?

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L'évolutivité nécessite :
– Une architecture bien conçue
– Provisionnement automatisé des appareils
– Gestion centralisée des appareils
– Formats de données standardisés
– Mécanismes de mise à jour sécurisés
L'utilisation de hubs IoT gérés et d'outils d'automatisation vous permet d'ajouter des appareils, d'étendre les fonctionnalités et d'intégrer des capacités d'IA sans reconstruire le système à partir de zéro.

Quand dois-je faire appel à un partenaire technologique externe ?

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Vous devriez envisager un soutien externe lorsque :
– Vous manquez d'expertise interne en systèmes embarqués ou dans le cloud
– La sécurité est une préoccupation majeure
– Vous devez intégrer l'IoT à des systèmes existants complexes
– Vous souhaitez accélérer votre time-to-market
Un partenaire expérimenté peut vous aider à éviter les erreurs d'architecture, à réduire la dette technique et à concevoir un système qui soutient la croissance à long terme (et non un simple pilote à court terme).