Comment la connectivité pose les bases de l’usine intelligente

L’industrie 4.0 a révolutionné notre façon de fabriquer et d’automatiser. Le monde des capteurs connectés et des données de fabrication en temps réel permet aux entreprises d’améliorer significativement leur efficacité, leur flexibilité et leur sécurité. Toutefois, la création d’une usine intelligente et axée sur les données ne va pas sans poser des défis. Plus la dépendance à la technologie numérique est grande, plus la vulnérabilité des réseaux est grande. Les flux de données deviennent plus complexes, plus difficiles à contrôler, ce qui peut entraîner des retards, voire des arrêts. En outre, toute solution Industrie 4.0 que vous choisissez doit également être capable de résister aux conditions parfois difficiles qui prévalent dans l’atelier. Mais alors, comment mettre en œuvre les techniques de l’Industrie 4.0 de manière durable, sûre et, surtout, avec succès ?

La connectivité est le principal obstacle sur la voie d’une usine intelligente performante. Tout, de la saisie des commandes à la surveillance et à la maintenance à distance, nécessite une connexion numérique à un hub ou à un environnement de contrôle. En même temps, cette connectivité est cruciale pour assurer des fonctions telles que le contrôle du système, les alarmes, les mises à jour et la cybersécurité. Cependant, l’introduction de tous ces systèmes est extrêmement complexe. Les opérateurs doivent envoyer de grandes quantités de données à travers les pare-feu vers la bonne destination de manière cybersécurisée. Car tant que la puissance de calcul d’un ordinateur reste limitée, il est important d’identifier les flux de données des installations critiques. Qu’est-ce qui est critique, qu’est-ce qui doit être priorisé pour que les commandes et les données contenant des informations clés n’arrivent pas trop tard et ne causent pas de perturbations.

Les entreprises doivent donc réfléchir en profondeur à la manière dont les données circulent dans la production et à la façon dont toutes les machines et usines connectées doivent être structurées et connectées pour obtenir une topologie fonctionnelle. Pour créer des réseaux intelligents et faire en sorte que les flux de données restent fiables et réactifs, la connectivité doit être contrôlée. Cela ne peut se faire qu’en combinant du matériel (tels que des commutateurs et des ports Ethernet qui garantissent une communication sécurisée et des protocoles de réseau simples) avec un logiciel de gestion de réseau complet. Ajoutez ensuite la technologie sans fil pour accéder à distance aux données de production dans l’atelier. Pour un contrôle précis des flux de données, les opérateurs peuvent utiliser des commutateurs gérés par Ethernet pour connecter différents systèmes et technologies de manière sécurisée et facilement contrôlable. Ces commutateurs comblent le fossé entre les systèmes et les appareils disparates, et participent activement à l’optimisation du trafic réseau afin de garantir la priorité des flux de données critiques. Par ailleurs, ils peuvent agir lorsqu’un trafic de données inconnu veut passer par les ports.

Mais dans un environnement industriel, ces fonctionnalités ne sont pas suffisantes. En effet, les équipements doivent également être robustes et résistants afin de pouvoir durer pendant des décennies, avec une maintenance limitée et parfois dans des conditions très difficiles. Ici, il n’est pas utile de faire des économies. La défaillance d’un composant peut entraîner l’arrêt de toute une chaîne de production ou, pire, mettre en danger la vie des opérateurs travaillant à proximité. Dans une production où chaque maillon de la chaîne est connecté, le risque d’interférences électromagnétiques provenant de divers systèmes et appareils est plus élevé. Ceux qui, dans le réseau, transmettent constamment des données créent un environnement de bruit de fond électromagnétique. Ce n’est peut-être pas visible pour les opérateurs, mais cela peut affaiblir la force du signal, ralentir le trafic de données et entraîner des retards et des arrêts.  

Un deuxième point d’attention est le climat ambiant. Les températures dans un environnement industriel peuvent varier de -40 °C à 75 °C. Les deux extrêmes du spectre ont un impact sur l’état de préparation physique des appareils et des composants, du moins si l’on n’y prête pas suffisamment attention. 

Malgré ces défis importants, les solutions sont encore souvent choisies sur étagère auprès de différents fabricants et fournisseurs. La recherche des meilleures affaires est souvent le moteur de cette démarche, mais le résultat final est souvent plus coûteux et perturbateur. Par exemple, lorsque ces composants sont incompatibles et ne fonctionnent pas bien ensemble, ou ne sont pas conçus pour résister aux températures les plus élevées ou aux champs électromagnétiques. La défaillance n’est alors pas une possibilité mais une certitude. Les responsables des contrats d’achat de nouveaux composants doivent donc être conscients de ces problèmes. Les personnes à la recherche de solutions doivent opter pour des composants capables de résister aux conditions industrielles difficiles. En outre, elles doivent tenir compte du fait que plus il y a de pièces mobiles, plus le risque de défaillance est élevé.

Car quels que soient les efforts déployés par les exploitants pour protéger leurs installations contre les temps d’arrêt, ils ne peuvent pas tout prévoir. Les expériences récentes avec le covid-19 en sont la meilleure preuve. Les producteurs doivent donc disposer d’un plan et d’une infrastructure qui leur permettent de faire face avec souplesse à des circonstances exceptionnelles, si elles se présentent. La production en flux tendu et les processus industriels exigent une continuité de service. Les coûts des temps d’arrêt s’accumulent rapidement. Par conséquent, la topologie d’un réseau doit être construite de manière à obtenir un maximum de redondance et un minimum d’interférences. Une topologie maillée, dans laquelle tous les appareils sont connectés en un réseau complexe, peut par exemple garantir cela. Tous les appareils peuvent alors communiquer entre eux et ajuster dynamiquement leurs voies de transmission en cas de différence de puissance du signal. Cela permet d’appliquer une technologie avancée qui peut restaurer le réseau si une ou plusieurs connexions tombent en panne. Le réseau peut donc continuer à fonctionner indépendamment des interférences ou de la position.

Mais des environnements de production différents comportent d’autres défis. Dans un réseau physique ou câblé, les réseaux maillés présentent un risque accru de tempête de diffusion. Cela se produit lorsqu’il y a une accumulation de signaux et de trafic sur un réseau informatique industriel. Une tempête de diffusion qui n’est pas traitée consommera une grande partie du réseau au point qu’aucun trafic normal ne pourra passer. Cette interférence peut être évitée par le transfert de paquets, une fonction présente dans les commutateurs gérés. Ils permettent aux opérateurs d’utiliser en toute sécurité plusieurs dispositifs dans un réseau en anneau ou maillé pour faire circuler les données sur des chemins différents lorsque le chemin par défaut ne fonctionnerait pas pour une raison quelconque. Le résultat est donc un réseau capable de se réparer lui-même et d’ajuster intelligemment sa topologie pour garantir l’exécution des tâches, même lorsque les ingénieurs tentent de résoudre les problèmes.

Plus les dispositifs IoT sont nombreux, plus les systèmes de l’industrie 4.0 peuvent générer des informations. Mais cela augmente également le risque de cyberattaques, car les points d’intrusion potentiels sont plus nombreux. Alors que la cybersécurité est bien établie dans les réseaux IT, il reste encore beaucoup à faire dans ce domaine pour les systèmes OT dans les ateliers de production. Les opérateurs ont donc besoin de solutions capables de faire écran aux cybermenaces afin qu’elles ne puissent pas menacer les opérations critiques ou extraire des données sensibles. Ces systèmes doivent également être facilement intégrés dans l’architecture technologique existante. L’infrastructure numérique des usines est trop étendue et trop coûteuse pour être simplement remplacée par des systèmes plus récents et plus sûrs. Une cyberdéfense adéquate doit se composer de plusieurs couches, reliant à la fois la couche IT numérique et la couche OT physique. En ce qui concerne les logiciels, les systèmes de défense classiques tels que les antivirus peuvent apporter des solutions. Mais il est également nécessaire de disposer d’alertes automatisées, d’une intelligence permettant de détecter et d’analyser les menaces, afin que les opérations puissent se poursuivre en toute sécurité. 

Dans le domaine OT, une solution appropriée pourrait consister à connecter une passerelle unidirectionnelle ou une diode de données. Il s’agit d’un seuil matériel qui bloque les canaux vulnérables d’un réseau et qui peut être désactivé sur place par les opérateurs si nécessaire. Une telle passerelle contrôle le trafic de données et les flux de données tout en offrant le répit nécessaire au bon fonctionnement des processus critiques. Une approche combinée de la cybersécurité permet de créer une usine capable d’isoler très efficacement ses actifs des cybermenaces. Il s’agit d’une solution qui protège les processus et l’intégrité de la production, ainsi que la sécurité des employés. Le réseau industriel peut être connecté en toute sécurité à l’IIoT sans risque d’intrusion.