Méthodologie pour la continuité numérique et l'intégration entre les systèmes de gestion du cycle de vie des produits et les objets connectés : application dans l'industrie manufacturière

Methodological framework for a digital thread between product lifecycle management and internet of things : application to the manufacturing industry

• Auteur / Autrice : Piers Barrios
• Direction : Benoît Eynard, Christophe Danjou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Industriel : Unité de recherche en Mécanique - Laboratoire Roberval (FRE UTC - CNRS 2012)
• Date : Soutenance le 13/12/2022
• Etablissement(s) : Compiègne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale 71, Sciences pour l'ingénieur (Compiègne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de recherche en mécanique acoustique et matériaux / Laboratoire Roberval

Mots clés

Mots clés contrôlés

Internet des objets

Industrie 4.0

Production -- Gestion

Produits nouveaux

Conception technique

Écoconception

Génie industriel

Produits commerciaux -- Cycle de vie

Analyse du cycle de vie

Mots clés libres

Objets connectés

IdO

PLM

IoT

Continuité numérique

Servicisation

Instanciation

Product Lifecycle Management (PLM)

IoT

IIoT

PLM

Digital Thread

Internet of Things

Servitization

Instantiation

Product life cycle

Industrial engineering

Sustainable engineering

Engineering design

New products

Production management

Résumé

Depuis son émergence il y a deux décennies, la gestion du cycle de vie des produits (PLM) a façonné le développement de produits et l'ingénierie de production tout en aidant à accélérer considérablement les processus et opérations. De plus, les objets connectés (IoT) sont actuellement en très forte émergence et l'intérêt qui y est porté de plus en plus croissant. Étonnamment, les interactions entre les plateformes IoT et logiciels PLM sont très rares à ce jour. Les industriels ont permis quelques connexions là où le retour sur investissement était élevé et certain. Cependant, le défi pour l'intégration de ces systèmes demeure conséquent. L'intégration des deux systèmes est essentielle pour tirer le meilleur parti des données collectées par divers capteurs pendant la fabrication, l'utilisation, la maintenance et les défaillances du produit. Ces données seront ensuite exploitées afin d'améliorer la conception, la fabrication, le maintien en condition opérationnel ou le retrait de service du produit actuel, de la gamme de produits ou d'un futur produit, créant ainsi une boucle de rétroaction vertueuse permettant des produits plus durables via la servicisation des produits ou le paiement à l'utilisation. La problématique de cette thèse est « Comment lier les informations de gestion du cycle de vie des produits, notamment les informations d'ingénierie, et les données des objets connectés, quels qu'ils soient, dans un contexte d'industrie manufacturière discrète ? » Tout d'abord, cette thèse présente l'état de l'art actuel des méthodologies existantes, du PLM, de l'IoT et de l'interopérabilité et détaille la problématique en une question de recherche plus précise : « Quel méthodologie pourrait être utilisée pour développer une solution prête pour l'industrie afin d'assurer une continuité numérique entre le PLM et l'IoT ? » Cette thèse propose ainsi un cadre méthodologique pour une continuité numérique entre PLM et IoT basé sur quatre concepts clés et trois approches novatrices. Les quatre concepts clés sont les configurations de référence, la gestion des modifications, l'instanciation du produit et la structuration des données IoT. Les trois nouvelles approches sont l’orientation fonctionnel du PLM (basé sur des fonctions de réaction, d'interfaçage, de stockage et de traitement des données), le rapport de problème en tant que medium et l’enrichissement des configurations de référence dite « comme devrait être ». Ensuite, ce cadre méthodologique est validé sur des cas d'utilisation basés sur la bouteille intelligente REBO. Enfin, la discussion porte sur l'extension possible du cadre à d'autres industries et métiers.

Since its emergence two decades ago, Product Lifecycle Management (PLM) has shaped product development and production engineering while helping achieve a tremendous quickening in processes and operations. On the other hand, Internet of Things (IoT) is currently in extraordinarily strong emergence and overall interest is increasingly growing. Surprisingly, interactions between IoT platforms and PLM software are very scarce to this day. The industry has enabled a few connections when and where return on investment was high and certain. However, nowadays, the struggle for systems integration remains. The two systems’ integration is key to make the most of the data collected by various sensors about a product’s manufacturing, usage, maintenance, and failures, namely its lifecycle. This data will then be exploited to improve either conception, manufacturing, servicing, or disposal of either the current product, the product range or a future product therefore creating a virtuous feedback loop enabling more sustainable products via product servitisation or pay-per-use. This thesis’ problem statement is “How to link product lifecycle management information, especially engineering information, and data from smart things, whatever they are, in a discrete manufacturing industry context?” First, it presents the current state-of-the-art of existing methodologies, PLM, IoT and Interoperability and phrases the research question: “What framework could be used to develop an industry-ready solution to ensure a digital thread between PLM software and IoT Platform?” This thesis then proposes a methodological framework for a digital thread between PLM and IoT based on four key concepts and three novel approaches. The four key concepts are Baselines, Change Management, Product Instantiation and IoT information structuration. The three novel approaches are Function-enabled PLM (based on reacting, interfacing, storing and data processing functions), Problem report as a medium, and Enrichment of ‘as to be’ baselines. Thirdly, it is validated upon use cases based on the REBO smart bottle. Finally, discussion covers the possible extension of the framework over other industries and trades.