Réseaux de campus 5G Exemples d'applications industrielles pour la communication sans fil à large bande.
Résumé
Une faible latence ainsi qu'une stabilité et des débits de transmission de données élevés : ce sont quelques-unes des caractéristiques avec lesquelles la 5G marque des points. Les réseaux de campus dits 5G promettent des potentiels considérables pour les applications industrielles. De grands groupes chimiques et des sites interconnectés les explorent - et découvrent notamment comment la 5G peut être utile dans l'exploitation de systèmes de transport sans conducteur ainsi que dans les parcs de stockage et la gestion de la chaîne d'approvisionnement.
La 5G, moteur de la transformation numérique
Un regard sur le passé : quatre associations industrielles ont rarement été aussi unanimes que sur le thème de la 5G. Dans un communiqué de presse commun, les VCI, VDA, VDMA et ZVEI ont constaté en novembre 2020 une « forte demande de réseaux de campus industriels 5G ». Pour la chimie, Martin Schwibach, responsable de la connectivité industrielle et de la mobilité industrielle chez BASF, y parle des réseaux de campus 5G comme d'une « condition importante pour faire avancer la transformation numérique dans l'industrie chimique ». M. Schwibach est considéré comme l'un des moteurs des nouvelles technologies dans l'industrie chimique.
Ce n'est un secret pour personne que BASF, comme d'autres groupes chimiques, s'intéresse depuis un certain temps déjà à la technologie radio 5G. En 2018 déjà, un article du magazine Wirtschaftswoche illustrait le fait que la téléphonie mobile 5G pourrait à l'avenir « bouleverser le monde de la logistique chez BASF ... ». Matthias Frankhänel, directeur de BASF, avait alors démontré comment un camion-citerne sans conducteur avançait « à tâtons » sur le site de Ludwigshafen - toujours le long de transpondeurs encastrés dans le sol et étroitement surveillés par des caméras vidéo et un collaborateur dans un poste de supervision central. M. Frankhänel savait déjà à l'époque : « Si nous utilisons à l'avenir 20 véhicules et plus, nous ne pourrons réaliser le transfert de données en masse qu'avec la technologie 5G ». BASF a alors mis en place un environnement de test pour la 5G dans différents domaines d'application au sein de son environnement de production.
Réseaux de téléphonie mobile sous souveraineté nationale
Le groupe n'était pas seul dans cette situation. En mai 2021, 126 entreprises et organisations ont déposé auprès de l'Agence fédérale allemande des réseaux une demande d'attribution de fréquences dans une plage comprise entre 3 700 et 3 800 MHz pour leur réseau 5G local - Phoenix Contact en faisait partie. Un tel réseau de campus ouvre - souvent en interaction avec un Edge Cloud - de nouvelles possibilités pour la communication industrielle dans le cadre de l'Industrie 4.0. Les entreprises peuvent contrôler entièrement de tels réseaux sur leur site - contrairement aux technologies mobiles actuelles - et conservent ainsi la maîtrise de leurs propres données et déterminent la sécurité et la disponibilité du réseau. Elles peuvent également faire installer et exploiter les réseaux par des opérateurs publics ou d'autres fournisseurs, ce qui permet également aux acteurs de taille moyenne de l'industrie des process de les utiliser.
Les véhicules à guidage automatique (AGV) qui approvisionnent en matières premières l'immense usine de BASF constituent un cas d'application spectaculaire, mais loin d'être le seul possible, de la téléphonie mobile 5G dans l'industrie des process. Comme les véhicules sans conducteur circulent généralement dans des zones non ATEX, la transmission des vidéos en direct nécessaires à la surveillance est l'une des premières applications possibles sur les grands sites chimiques. Pour les applications où la protection anti-explosion joue un certain rôle, les concepts de protection actuels pour la communication industrielle doivent être revus d'urgence et adaptés aux nouvelles exigences pour éviter les sources d'inflammation.
La surveillance des douches d'urgence permet d'augmenter la sécurité du personnel de l'installation en alertant immédiatement le poste sanitaire d'entreprise le plus proche
Applications potentielles de la 5G
On peut prévoir que les applications actuellement en discussion dans l'industrie chimique pour la 5G seront réalisables à partir de 2025 environ. Outre l'exploitation des AGV, cela comprend de nombreuses applications dans la production, par exemple la transmission de données volumineuses pour la surveillance et l'optimisation, typique de l'Industrie 4.0. Ou des cas d'application critiques en matière de sécurité, par exemple la notification du fonctionnement d'une douche de sécurité à une équipe de secours.
La surveillance du niveau de remplissage permet de détecter très tôt dans le réseau de communication les écarts des paramètres importants de l'installation tels que le niveau de remplissage, la température ou la pression
De nombreuses autres applications sont possibles dans le cadre de la logistique et de la gestion de la chaîne d'approvisionnement. Il est par exemple possible d'éviter des lacunes dans la chaîne d'approvisionnement si, dans le contexte de la gestion des stocks, les niveaux de remplissage des réservoirs sont envoyés automatiquement aux fournisseurs et déclenchent une commande en cas de besoin. En principe, cela peut également être réalisé avec d'autres techniques de communication. Mais si, comme c'est le cas chez Phoenix Contact, un réseau de campus 5G est disponible, il est logique de l'utiliser pour de tels cas d'application.
La transmission dans le sens inverse est également possible : avant même la livraison, le fournisseur peut envoyer des informations sur la qualité du lot de produits actuel à l'entreprise de transformation, qui les utilise par exemple pour optimiser le processus. D'autres options apparaissent lors de la transmission de données à des fins de traçabilité des processus de fabrication, comme c'est le cas depuis longtemps dans l'industrie pharmaceutique et alimentaire. Les données de qualité supplémentaires saisies pour les produits intermédiaires peuvent être transmises à la centrale QM à l'aide de techniques sans fil et avec un minimum d'efforts.
La réalité augmentée aide à la maintenance
Une surveillance simplifiée grâce aux drones
Un autre cas de figure pour la 5G pourrait être la transmission de signaux vidéo dans le cadre de la surveillance de la sécurité d'installations étendues ou difficilement accessibles - p. ex. des installations de vapocraquage, des plateformes pétrolières ou de vastes parcs de stockage. Des drones équipés de caméras thermiques, tels que ceux déjà utilisés par certaines usines de fabrication de produits chimiques, pourront à l'avenir survoler de manière autonome les entreprises et les entrepôts à surveiller et transmettre leurs données vidéo pour une analyse en temps réel. Les points chauds sont ainsi détectés avant qu'un incendie ne se déclare.
Pour les équipes de maintenance, la 5G offrira également des possibilités d'optimiser leur travail. Par exemple dans le cadre de la réalité augmentée via des lunettes de données ou des tablettes, deux applications de l'Industrie 4.0 qui sont prônées depuis longtemps et en partie mises en œuvre. Grâce au réseau de campus 5G de l'usine, le personnel de service peut à tout moment recevoir des instructions techniques ou de courtes vidéos sur place dans l'installation. Même un transfert massif de données, provoqué par toute une équipe de travailleurs mobiles plus quelques transporteurs AGV, n'entraînerait plus, selon la vision, de goulots d'étranglement.
Les différentes propriétés de l'Industrial 5G peuvent être utilisées en fonction des exigences
La 5G offre des services précieux
Au vu de tous ces cas d'application possibles, une propriété de la technologie 5G est particulièrement importante : contrairement aux autres normes de téléphonie mobile, la 5G est une infrastructure de communication à part entière. Elle comprend des services précieux - par exemple la possibilité d'attribuer différemment les ressources et les priorités aux participants. La surveillance de fonctions critiques dans le cadre de la production nécessite certainement une grande fiabilité dans la transmission des données ; la priorité devrait être élevée en conséquence. En revanche, les données nécessaires à la surveillance de l'état de certaines pompes dans le cadre de la maintenance préventive ne sont généralement pas critiques en termes de temps. La priorité devrait donc être fixée à un niveau bas.
Les débits de données nécessaires sont également plutôt faibles. L'exemple de la douche de sécurité montre qu'un faible débit de données n'est pas forcément en corrélation avec une faible priorité. Un seul signal suffit à la station sanitaire pour savoir que la douche de sécurité a été utilisée. Mais celui-ci doit lui parvenir le plus rapidement possible. En revanche, les débits de données élevés nécessaires au fonctionnement des AGV s'accommodent d'une priorité moindre. Si l'autoroute de l'information est effectivement encombrée, il suffit de les garer au point d'arrêt sécurisé le plus proche.
Regarder vers l'avenir
Cette possibilité d'orchestrer le réseau 5G de manière à couvrir les besoins d'applications très diverses dans le secteur industriel distingue clairement la 5G de toutes les autres technologies de transmission. Elle pourrait ainsi devenir un jour - du moins sur les grands sites industriels - le seul standard de communication. C'est, il est vrai, de la musique d'avenir. Une coexistence de différentes technologies de raccordement sans fil et filaire marquera probablement encore longtemps la plupart des entreprises de l'industrie des process. Et de nombreuses petites entreprises chimiques travailleront à l'avenir totalement sans 5G. Toutefois, par le biais des cas d'application décrits dans l'intralogistique avec l'intégration d'AGV et de drones, ainsi que par le biais d'applications dans le cadre de la surveillance des conditions et de la maintenance, la 5G démontrera son utilité dans de nombreuses entreprises d'ici quelques années.
Articles concernés
Couplage de l'usine et du bâtiment
Le système de gestion des bâtiments Emalytics Automation harmonise les formats de données et relie intelligemment les secteurs entre eux.
Gestion de l'injection 2.0
Phoenix Contact propose une solution certifiée pour les installations photovoltaïques.
Bâtiment 60 - étude globale des bâtiments
Comment l'étude globale des bâtiments et la numérisation révolutionnent la construction de bâtiments.