Emploi
Les systèmes cyberphysiques et la chaîne d’approvisionnement
L’industrie 4.0 a donné lieu à des avancées telles que les systèmes cyberphysiques, pensés pour permettre la communication via internet entre les appareils connectés.
Qu’est-ce qu’un système cyberphysique ?
Un système cyberphysique (ou SCP) est un système matériel et logiciel qui collecte et traite les données d’un ou de plusieurs objets connectés et commande les actionneurs nécessaires à leur fonctionnement. Un SCP est ainsi capable de copier, d’automatiser et de contrôler des éléments physiques dans un environnement numérique. Selon la Fondation Nationale des Sciences des États-Unis, les SCP sont des systèmes techniques construits à partir de l’intégration transparente de composants logiciels et matériels, et qui en dépendent.
Malgré la forte similitude entre les systèmes cyberphysiques et l’internet des objets (IoT) ou l’internet industriel des objets (IIoT), il existe une différence fondamentale entre eux. D’après l’université Vanderbilt, IoT est la technologie permettant l’interconnexion de toutes sortes d’appareils à des fins de suivi et d’échange de données. En revanche, les systèmes cyberphysiques sont étroitement liés aux processus physiques. Ainsi, ils constituent le fondement d’un IoT qui peut, à son tour, générer une efficacité et une connectivité avancées pour les appareils et les services, et ce, dans différents domaines de l’espace cyberphysique.
Caractéristiques des systèmes cyberphysiques
Les systèmes cyberphysiques sont également liés à la robotique, puisque cette technologie peut faire partie des nanodispositifs ou des robots dédiés à la fabrication de mécanismes de précision :
- Axés sur la donnée. Les systèmes cyberphysiques collectent des données par le biais de capteurs et de dispositifs IoT.
- Capteurs mobiles pour la fusion de données. Tout d’abord, de petits capteurs mobiles sont intégrés dans des objets physiques. Ensuite, les données collectées à partir de différents points d’un réseau sont rassemblées pour créer de nouvelles informations avec un contexte suffisant et des connaissances issues de toutes les sources.
- Entraîneurs de modèles. Une fois les données contextualisées, les systèmes cyberphysiques peuvent servir à l’entraînement de modèles d’intelligence artificielle.
- Conception basée sur la simulation. La conception des SCP se fait à l’aide de simulations exhaustives générant un feedback en temps réel sur les caractéristiques physiques.
- Autonomes. Les composants matériel et logiciel des systèmes cyberphysiques sont intelligents, précis et réactifs. Ils peuvent ainsi prendre en compte le comportement des systèmes physiques sans direction ni intervention humaine.
- Communication en temps réel. Les capteurs IoT et autres dispositifs connectés collectent des informations en permanence et peuvent analyser l’expérience. Ils peuvent ainsi apporter des améliorations, les mettre en œuvre et accroître leur performance.
- Sécurisés et privés. Les systèmes cyberphysiques peuvent être dotés de mécanismes de masquage de l’identité des utilisateurs et d’anonymisation des données avant leur exploitation pour la modélisation ou le contrôle de n’importe quel caractéristique physique.
Quels sont les composants d’un système cyberphysique ?
Pilotés par des programmes informatiques, les SCP ont les capteurs comme porte d’entrée pour les algorithmes d’intelligence artificielle exécutés dans le cloud. Les éléments ci-dessous composent un SCP et lui permettent de fonctionner dans l’espace cyberphysique :
- Matériel. Il comprend les capteurs et tous types de systèmes électriques, électroniques, hydrauliques, mécaniques, mécatroniques ou pneumatiques.
- Logiciel. Il consiste en des algorithmes qui prennent des décisions intelligentes sur la base des informations collectées.
- Éléments de connectivité. Ils permettent la communication avec d’autres systèmes afin de générer et d’échanger des données utiles.
Exemples de systèmes cyberphysiques
L’association des capacités de calcul, de stockage de données et de communication au contrôle des objets physiques permet de développer de nouvelles solutions dans certains scénarios :
- Contrôle des machines pour améliorer leurs performances.
- Suivi de l’état des systèmes et optimisation de ceux-ci à l’aide de la maintenance prédictive.
- Collaboration et apprentissage entre les robots. Les systèmes cyberphysiques et la robotique coexistent, par exemple, dans le cadre du partage de cartes d’entrepôts entre les AMR via un logiciel de gestion de flottes.
- Des véhicules distribuant des informations entre eux ou sur une infrastructure pour déterminer le meilleur itinéraire ou la vitesse optimale.
Différences entre les systèmes cyberphysiques et l’IoT
Les systèmes cyberphysiques se caractérisent par le contrôle par retour d’information du monde physique qu’ils offrent grâce à des calculs informatiques en temps réel. Mais ils présentent aussi de nombreux autres aspects distinctifs par rapport à l’internet des objets :
| Systèmes cyberphysiques | Internet des objets |
|---|---|
| Supervisent et contrôlent les processus physiques | Sert à créer un réseau d’appareils connectés qui collectent et échangent des données |
| Ils sont une intégration physique dans des composants cybernétiques en réseau | Comprend des dispositifs physiques connectés à des capteurs sur l’internet |
| Ils sont plus complexes que les appareils IoT | Ils sont relativement simples |
| Conçus pour interagir avec des processus physiques et les piloter | Les appareils IoT sont conçus pour interagir avec les centres de données |
| Nécessitent l’analyse des données en temps réel pour assurer le bon fonctionnement des systèmes physiques | Les dispositifs IoT génèrent de grandes quantités de données susceptibles d’être analysées pour mieux comprendre le comportement des utilisateurs, les produits et d’autres facteurs |
| Les véhicules autonomes, les systèmes d’automatisation industrielle et les dispositifs médicaux sont des exemples de SCP | Les thermostats intelligents, les bracelets d’activité ou les systèmes de sécurité domestique peuvent utiliser l’internet des objets. |
Domaines d’application des systèmes cyberphysiques
Les systèmes cyberphysiques, grâce à leur capacité de retour d’information, sont de plus en plus riches en données. C’est pourquoi ils sont utilisés dans de nombreux secteurs industriels, ainsi que dans la chaîne d’approvisionnement :
- Usines intelligentes. Elles tirent parti des SPC pour contrôler les processus de production ou suivre leur consommation d’énergie. Les systèmes cyberphysiques et la robotique forment un tandem.
- Médecine assistée. Instruments chirurgicaux assistés, prothèses bioniques.
- Véhicules autonomes, drones, domotique.
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