Que sont les systèmes cyberphysiques ? Les systèmes cyberphysiques (CPS) servent de base technologique permettant de relier de manière fluide le monde physique au monde informatique virtuel.
Résumé
À l'ère de la numérisation et de la quatrième révolution industrielle, aussi appelée l'Industrie 4.0, les systèmes cyberphysiques (CPS) jouent un rôle absolument central. Ils servent de base technologique permettant de relier de manière fluide le monde physique au monde informatique virtuel. Mais que recouvre exactement ce terme et quels potentiels ces systèmes complexes recèlent-ils pour l'avenir de l'industrie et d'autres domaines ?
CPS : une définition
Les systèmes cyberphysiques, souvent appelés CPS, sont des systèmes intelligents qui associent des composants mécaniques et électroniques à une technologie de l'information et à des logiciels modernes. Ces systèmes sont en mesure de collecter des données dans le monde physique, de les traiter numériquement, de les analyser et, sur la base de ces informations, de contrôler ou d'influencer ensuite des processus physiques.
Il s'agit de systèmes embarqués qui collectent des informations via des capteurs et interviennent dans le monde physique via des actionneurs. En raison de leur capacité d'auto-organisation et d'adaptation à des conditions changeantes, les systèmes cyberphysiques avancés constituent un facteur décisif pour le développement d'applications complexes dans différents domaines.
Le lien entre le monde numérique et le monde physique
L'intégration des systèmes cyberphysiques est au cœur de leur fonctionnement. Ils transcendent la séparation traditionnelle entre le monde numérique et le monde physique en permettant un flux continu d'informations et de moyens de contrôle. Les capteurs détectent des grandeurs physiques telles que la température, la pression ou la position et les convertissent en données numériques. Ces données sont transmises à des unités de traitement centrales ou décentralisées via des réseaux sans fil ou câblés.
C'est là qu'ont lieu le traitement et l'analyse des informations, souvent avec l'aide de l'intelligence artificielle. Les résultats obtenus sont ensuite utilisés pour intervenir directement dans le processus physique par le biais d'actionneurs (p. ex. moteurs, vannes).
CPS vs. IoT : quelle est la différence ?
- Systèmes cyberphysiques (CPS) : les CPS vont au-delà de la simple mise en réseau et de l'échange de données. Ils intègrent en profondeur les processus physiques au niveau de commande numérique. Un CPS n'est pas seulement connecté, il est également capable de réagir de manière autonome aux données collectées ainsi que de contrôler et d'optimiser activement les processus physiques.
- Internet des objets (IoT) : afin de collecter et d'échanger des données, l'IoT se concentre en premier lieu sur la mise en réseau d'appareils et d'objets du quotidien. Il s'agit de permettre aux « objets connectés » de communiquer entre eux et de fournir des informations. Une maison intelligente qui contrôle l'éclairage et le chauffage via une application est un exemple typique d'IoT.
Domaines d'utilisation
Les domaines d'application des systèmes cyberphysiques sont très variés et vont de la production industrielle aux infrastructures quotidiennes.
Les CPS dans l'Industrie 4.0 (usine intelligente)
Au sein de l'Industrie 4.0, les CPS servent d'épine dorsale à une « usine intelligente ». Ils permettent alors la numérisation complète et la mise en réseau des processus de production. Les machines, les produits et les systèmes logistiques communiquent entre eux, échangent des informations sur leur état et se commandent en grande partie eux-mêmes.
- Lignes de production intelligentes : des machines qui se configurent et s'adaptent elles-mêmes pour fabriquer différents produits.
- Maintenance préventive (Predictive Maintenance) : des capteurs surveillent l'état des composants mécaniques et signalent à temps les défaillances imminentes.
- Systèmes de transport autonomes : des systèmes de transport sans conducteur qui déplacent des matériaux et des produits au sein d'une usine.
Infrastructures intelligentes (réseaux intelligents, maisons intelligentes)
Les CPS contribuent de manière significative à l'efficacité et à la sécurité des infrastructures critiques :
- Smart Grids (réseaux électriques intelligents) : afin de contrôler et d'optimiser de manière dynamique la production, la distribution et la consommation d'énergie, p. ex. en intégrant les énergies renouvelables, les CPS utilisent des réseaux électriques intelligents.
- Smart Home (maison intelligente) : bien qu'ils soient souvent associés à l'IoT, les systèmes complexes pour maisons intelligentes, qui contrôlent p. ex. le chauffage, la ventilation et les systèmes de sécurité de manière intelligente et adaptative, peuvent être considérés comme des CPS.
Systèmes autonomes et mobilité
Dans le domaine de la mobilité et de la robotique, les CPS sont indispensables :
- Véhicules autonomes : des voitures et camions autopilotés qui perçoivent leur environnement grâce à une multitude de capteurs et prennent des décisions de manière autonome afin de circuler en toute sécurité.
- Robots industriels : des robots qui ne se contentent pas d'exécuter des tâches programmées, mais qui sont également capables de réagir aux changements dans leur environnement et d'adapter leurs mouvements en conséquence.
E-santé
Dans le secteur de la santé, les CPS permettent la mise en place de nouvelles formes de soins des patients et de surveillance :
- Appareils médicaux intelligents : appareils qui surveillent en permanence les données vitales des patients et qui déclenchent automatiquement des alarmes ou administrent des médicaments en cas d'anomalie.
- Télémédecine : systèmes qui permettent aux médecins de surveiller et de traiter les patients à distance.
Opportunités et potentiels pour l'Industrie 4.0
- Efficacité et productivité : l'automatisation et l'optimisation des processus améliorent l'utilisation des ressources et les performances de production.
- Flexibilité : les CPS permettent de s'adapter rapidement aux changements sur le marché et aux souhaits des clients grâce à des systèmes reconfigurables de manière dynamique.
- Modèles commerciaux : les produits et services connectés ouvrent la voie à des services basés sur les données et à de nouvelles approches.
- Décisions : les données en temps réel permettent d'adopter des critères de décision précis.
- Réduction des interventions humaines : les systèmes autonomes prennent en charge les tâches dangereuses ou répétitives.
- Robustesse : l'autosurveillance, la détection et l'élimination des erreurs augmentent la sécurité après défaillance.
Conclusion
Les systèmes cyberphysiques sont le moteur de la transformation de notre industrie et de notre société. Ils permettent de relier de manière fluide des processus physiques à des réseaux informatiques, créant ainsi une nouvelle génération de systèmes intelligents, connectés et autonomes, qui ont le potentiel d'améliorer fondamentalement notre monde.
Entrez en contact avec nos expertes et nos experts
Autres contributions
Qu'est-ce que l'Industrie 4.0 ?
L'Industrie 4.0 est synonyme de transformation numérique de l'industrie. Découvrez comment l'IoT, l'IA et le big data optimisent la production et augmentent la flexibilité.
All Electric Society Factory
La All Electric Society Factory de Phoenix Contact peut produire de l'énergie positive grâce à un réseau électrique à courant continu sophistiqué. Un coup d'œil dans les coulisses révèle comment cela fonctionne.
Qu'est-ce que l'Asset Administration Shell ?
L'Asset Administration Shell (AAS) est une représentation numérique d'un
actif physique et fait partie intégrante des normes de
l'Industrie 4.0.