Intégration de solution blockchain dans un système global de traçabilité d’une usine opérationnelle

Integration of a blockchain solution in a global traceability system of a working factory

• Auteur / Autrice : Valentin Mullet
• Direction : Eric Ramat, Patrick Sondi Obwang
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et technologie de l'information et de la communication. Informatique et applications
• Date : Soutenance le 25/11/2022
• Etablissement(s) : Littoral
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, technologie et santé (Amiens)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'informatique, signal et image de la Côte d'Opale (Calais, Pas de Calais) - Laboratoire d'Informatique Signal et Image de la Côte d'Opale / LISIC
• Partenaire(s) de recherche : Financeur : Hauts-de-France. Conseil régional
• Jury : Président / Présidente : Antoine Gallais
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Eric Ramat, Patrick Sondi Obwang, Nathalie Mitton, Virginie Goepp, Christophe Gransart
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nathalie Mitton, Virginie Goepp

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes informatiques -- Mesures de sûreté

Données massives

Industrie 4.0

Blockchains

Traçabilité

Mots clés libres

Traçabilité

Blockchain

Usine 4.0

Big data

Sécurité

Simulation

Traceability

Blockchain

Factory 4.0

Big data

Security

Simulation

Résumé

L'industrie 4.0 implique des changements majeurs dans la gestion des processus de fabrication. L'internet des objets et le cloud computing permettent des interactions en ligne entre des tiers, tels que des clients et des fournisseurs, avec le système de traçabilité d'une usine. La blockchain industrielle offre un paradigme qui permet de mettre en place un registre infalsifiable de transactions impliquant plusieurs partenaires, individuellement libres d'y inscrire des actions et de vérifier les actions des autres de manière ad hoc. En ce sens, elle permet de mettre en place une traçabilité fiable, transparente et directement vérifiable par chaque partenaire (fournisseur/usine, usine/sous-traitant, usine-client, etc.). A l'ère des usines connectées, elle constitue une solution qui peut être mise en oeuvre entre le système d'information de l'usine et les différents partenaires pour automatiser la gestion de la traçabilité. Néanmoins, le système global de traçabilité de l'usine peut comporter des composants interne avec des implications fortes sur la confidentialité et dont le lien avec la traçabilité n'incombe qu'à l'usine et pas à ses partenaires. Dans ce contexte, la transparence apportée se ferait au détriment de la confidentialité des données. De plus, les évaluations proposées sur la blockchain portent en général sur ses performances en tant que technologie, plutôt que sur son impact global sur le système industriel, ce qui peut être un frein à son adoption. Ce travail de thèse vise à développer une architecture et proposer des évolutions des systèmes de traçabilité pour permettre l'intégration d'une solution blockchain destinée à garantir la traçabilité entre l'usine et les partenaires sans qu'il n'y ait compromission de la confidentialité au motif de la transparence. Dans un premier temps, un état des lieux de l'usine sera présentée sous l'angle de la cybersécurité avec pour contribution une division de l'usine sous forme de périmètres en vue d'aboutir à une synthèse de bonnes pratiques adaptées à chaque périmètre en matière de sécurité informatique. Ensuite, nous définissons une approche de traçabilité centrée sur le produit soulignant l'implication des partenaires ainsi qu'une catégorisation des données selon leur criticité, ce qui permet de gérer leur accès et leur stockage au niveau des différents partenaires ainsi que dans l'infrastructure de l'usine. La présentation de l'architecture blockchain viendra dans un troisième temps avec une implémentation via la plateforme Multichain ainsi qu'une discussion sur la consommation en terme énergétique mais également en termes de stockage de la blockchain. Enfin, une modélisation à évènement discret pouvant être adaptée à n'importe quelle usine de production industrielle est également proposée afin d'analyser l'impact d'une solution blockchain sur une usine opérationnelle en fonction de différentes métriques telles que les besoins en capacité de stockage, la consommation d'énergie et l'impact environnemental.

Industry 4.0 involves major changes in manufacturing process management. Both the Internet of Things and cloud computing allow online interactions between third parties, such as providers, customers and suppliers, with the tracceability system of a factory. The industrial blockchain offers a paradigm that makes it possible to set up an unfalsifiable register of transactions involving several partners, individually free to register actions and to verify the actions of others on an ad hoc basis. In this sense, it makes it possible to set up reliable, transparent and directly verifiable traceability by each partner (supplier/factory, factory/subcontractor, factory-customer, etc.). In the era of connected factories, it is a solution that can be implemented between the factory's information system and the various partners to automate traceability management. However, the plant's overall traceability system may include internal components with strong implications on confidentiality, and whose link with traceability lies only with the plant and not with its partners. In this context, the transparency would be obtained to the detriment of data confidentiality. In addition, the evaluations proposed on the blockchain often focus on its own performance rather than on its impact on the industrial system, which is one of the obstacles to its massive adoption. This thesis work aims to develop an architecture and propose changes to traceability systems in order to allow the integration of a blockchain solution intended to guarantee traceability in full transparency between the factory and the partners without compromising the confidentiality. Firstly, an inventory of the factory will be presented regarding cybersecurity, thus introducing our contribution to a division of the factory in the form of perimeters which will guide our synthesis of good practices regarding the manufacturing system security. Then, we define a product-centered traceability approach underlining the implication of the partners as well as a categorization of the data according to their criticality. The presentation of the blockchain architecture will come in a third step along with its implementation using the Multichain platform as well as a discussion on its resource consumption, such as energy and storage volume related to the blockchain solution. Finally, a discrete event modeling that can be adapted to any manufacturing factory plant will be proposed in order to analyze the impact of a blockchain solution on the overall factory plant, according to different metrics such as storage volume needsn energy consumption, and environmental impact.