ENIM connecté atelier 4.0

UNIVERSIDAD DE VALLADOLID ESCUELA DE INGENIERIAS INDUSTRIALES Grado en Ingeniería de Organización Industrial ENIM CONNECTÉ ATELIER 4.0 Autor: Herrera Guerra, Carmen Tutor: Juan Ignacio Salgado Universidad de destino: ENIM Valladolid, Junio 2019. ENIM CONNECTÉ 2 ENIM CONNECTÉ ATELIER 4.0 Juin 2019 PRESIDENT OF THE JURY Monsieur PASQUERO TUTEUR PÉDAGOGIQUE Monsieur Romuald STOCK Carmen Herrera Guerra Patricia González García ENIM CONNECTÉ 3 Index 1. RÉSUMÉ et MOTS CLÉS.................................................................................................. 4 2. AVANT-PROPOS .............................................................................................................. 5 3. REMERCIEMENTS ........................................................................................................... 6 4. PRÉSENTATION ............................................................................................................... 7 4.1. Contexte et origines du projet ........................................................................................ 7 4.1.1. Présentation de l’ENIM ............................................................................................................ 7 4.1.2. Présentation de l’atelier .......................................................................................................... 8 4.2. Introduction à l'industrie 4.0 et définitions techniques ....................................... 9 4.2.1. Industrie 4.0, qu’est-ce que c’est ? Avantages et inconvénients .......................... 10 4.2.2. Définitions .................................................................................................................................. 11 4.3. Définition du Projet Atelier ENIM connecté 4.0 ..................................................... 12 4.4. Objectifs du PFE ................................................................................................................. 15 4.5. Participants ......................................................................................................................... 16 4.6. Diagramme de Gantt ......................................................................................................... 17 5. CAHIER DES CHARGES ............................................................................................... 19 5.1 Introduction ......................................................................................................................... 19 5.2 Bête à cornes ........................................................................................................................ 19 5.3 Diagramme Pieuvre ........................................................................................................... 21 5.4. Cahier des charges général du projet ......................................................................... 23 6. RECHERCHE DES SOLUTIONS .................................................................................. 23 6.2 Choix du programme à utiliser ...................................................................................... 24 6.3. Quelles sont les raisons pour lesquelles ThingWorx a été choisi ? ................. 25 7. DÉVELOPPEMENT D’UN DEMONSTRATEUR ...................................................... 26 7.1. THINGWORX ........................................................................................................................ 26 7.1.1. Installation du programme ThingWorx et création du serveur .......................... 31 7.1.2. Étapes que nous avons suivies pour créer notre programme .............................. 31 7.1.3. Programmes qui ont fonctionné avec Arduino ........................................................... 35 7.1.4. Problème de connexion au serveur et explication du choix d’une alternative d’affichage des données .................................................................................................................... 36 7.1.5. Bilan ThingWorx ..................................................................................................................... 38 7.2. DEMONSTRATEUR SUR SERVEUR WEB ENIM .......................................................... 38 7.2.1 Introduction ............................................................................................................................... 38 7.2.2 Qu'est-ce que le html ? ........................................................................................................... 39 7.2.3 Interface ....................................................................................................................................... 39 8. CONCLUSIONS / PERSPECTIVES FUTURES .......................................................... 42 9. BIBLIOGRAPHIE ........................................................................................................... 44 10. TABLE DE FIGURES ................................................................................................... 45 11. ANNEXES ...................................................................................................................... 47 11.1. Cahier de charges des programmes informatiques ........................................... 47 11.2. Programmes de l’industrie 4.0 étudiés ................................................................... 56 GOOGLE CLOUD ................................................................................................................................... 56 THINGSPEAK ......................................................................................................................................... 60 11.3. Arduino ............................................................................................................................... 62 ENIM CONNECTÉ 4 1. RÉSUMÉ et MOTS CLÉS RÉSUMÉ Dans ce PFE, les besoins de l’atelier l’ENIM sont étudiés pour atteindre un futur atelier connecté 4.0. Afin d’accomplir cette tâche, Il est nécessaire d’approfondir la connaissance de Internet of Things, Industrie 4.0 et le Service Cloud. L’objectif principal est de concevoir un outil permettant de visualiser les graphiques des différents capteurs installés dans les machines de l’atelier, en temps réel et en stockage dans le Cloud. Ces graphiques doivent être affichées sur différents appareils tels que les tablettes, les ordinateurs, les robots et les mobiles ; et doivent être accessibles aux enseignants, aux étudiants et aux visiteurs. Pour cette première mission, une recherche d’un programme informatique répondant aux besoins a été réalisée. Une fois que le programme (ThingWorx) a été trouvé, la connexion avec les capteurs et une carte d’acquisition Arduino pu être exécutée. Comme deuxième mission, il a été décidé de créer un site web HTML en raison de problèmes de connexion du serveur avec le programme précédemment recherché. Le web HTML servira de premier prototype pour atteindre l’objectif du PFE, créer un atelier ENIM connecté 4.0. MOTS CLÉS Internet of Things, Industrie 4.0, Service Cloud, ThingWorx, Arduino, HTML. ENIM CONNECTÉ 5 2. AVANT-PROPOS Ce projet est le résultat de nos quatre années d’études à l’Université de Valladolid et servira de Projet Final d’Études en Ingénierie de Gestion Industrielle. Quand nous sommes revenus en 2014, nous n’aurions jamais imaginé une façon aussi intéressante de mettre la touche finale à cette phase de nos vies. Dès le départ, nous savions que nous irions à Metz au deuxième semestre, nous avons hâte de présenter enfin ce projet. Étudier dans une très petite ville en Espagne comme Valladolid, peut parfois vous éloigner des plus grandes opportunités à l’extérieur. Mais cette expérience a été enrichissante et a renforcé nos compétences pour lesquelles nous sommes très reconnaissantes. La route n’a pas été facile, pleine d’obstacles et de lutte, mais nous nous rappellerons certainement cette période comme l’une des meilleures de nos vies. Malgré les difficultés, nous avons pu obtenir un résultat dont nous sommes très satisfaites. À l’heure actuelle, nous attendons avec impatience la remise des diplômes et nous espérons un avenir aussi radieux qu’il y a 4 ans, sous le signe de la motivation et de la confiance. ENIM CONNECTÉ 6 3. REMERCIEMENTS Nous souhaitons exprimer notre plus sincère gratitude à l’Université de Valladolid, l’Université du Lorraine et à l’ENIM pour leur programme d’échange qui nous a permis de participer à ce projet de l’Industrie 4.0. Nous aimerions tout particulièrement remercier notre coordinateur Juan Ignacio SALGADO pour son soutien face aux nombreux obstacles auxquels nous avons été confrontées. Nous aimerions exprimer nos remerciements tout particulièrement à Monsieur STOCK qui nous a offert l’excellente occasion de mener ce projet. Sa patience, son orientation et son soutien ont été essentiels au développement de ce projet. Nous aimerions également remercier les autres groupes d’étudiants du PFE d’avoir levé certains doutes. Nous avons bien travaillé ensemble pour le même objectif, obtenir un ENIM innovative en 2022. Un merci spécial à Monsieur SANTI, pour son aide cruciale avec le code html. Pour terminer aussi, nous aimerions dire merci au département informatique, particulièrement Monsieur TURQUAIS et Monsieur MISCHLER pour leur support avec les réseaux Wifi et leurs connaissances en sécurité des données. ENIM CONNECTÉ 7 4. PRÉSENTATION 4.1. Contexte et origines du projet 4.1.1. Présentation de l’ENIM L’école nationale d’ingénieurs de Metz (ENIM) est l'une des 205 écoles d'ingénieurs françaises accréditées au 1er septembre 2018 à délivrer un diplôme d'ingénieur. La durée des études est de cinq ans post-bac ou de trois ans à bac+2. Les principales matières sont le génie mécanique et la productique. C’est une Université de grand prestige qui coopère avec beaucoup de partenaires dont la Chine, l’Amérique du Sud et l’Europe. Notre projet est inclus dans un échange Erasmus et il s’agit d’une PFE de cinquième année. L’École Nationale d’Ingénieurs de Metz a un but d’innovation pour se rendre à l’ingénierie de l’avenir. Notre projet a été concentré pour relier les machines atelier à un nuage de données et ainsi démontrer que l’Université est connectée et dirigée vers l’industrie 4.0 Figure 1: Bâtiment ENIM L’origine de notre projet est le plan stratégique ENIM 2022 avec la définition suivante : « Une école d’inge nieurs comme l’ENIM est une entite qui partage de nombreux enjeux avec les entreprises dont elle est la partenaire. Elle doit, comme elles, innover en permanence pour ame liorer sa notorie te , son acce s aux ressources financières et s’adapter aux évolutions de son marché. ENIM CONNECTÉ 8 Le projet stratégique de l’École Nationale d’Ingénieurs de Metz sur la période 2018-2022 doit permettre à l’École de satisfaire son ambition : faire de l’ENIM une école qui tout en affirmant son identité, trouve un positionnement stratégique capable de la différentier, d’accroitre l’excellence et d’amplifier sa reconnaissance sur le territoire et à l’international. L’objectif essentiel et fédérateur du plan stratégique est la satisfaction des parties prenantes de l’École que sont :  Les étudiants (élèves-ingénieurs, apprentis-ingénieurs, élèveschercheurs)  Les entreprises nationales et internationales ;  Les partenaires académiques nationaux et internationaux ;  L’État (stratégie nationale de recherche et d'innovation) ;  Les collectivités territoriales ;  La société (développement des territoires) » Quelques ateliers qui se sont tenus en lien avec cet objectif :  Stratégie et Créativité  Robotique et procédés  La recherche au service de l'industrie  Réalité virtuelle et industrie connectée  Prototypage évolutif Au cours des années suivantes, les étudiants continueront à faire des PFE sur la base de ce plan stratégique. 4.1.2. Présentation de l’atelier Depuis 2010, l'ENIM bénéficie d'un tout nouveau bâtiment alliant qualités esthétiques et fonctionnalités exemplaires proposant une halle technologique de 3000 m² permettant aux étudiants de découvrir la réalité du terrain. Au total, 7600 m² de surface sont consacrés à l'atelier, regroupant salles de cours, laboratoires et toutes les technologies d'avant-garde permettant de mettre pratique les connaissances des futurs ingénieurs. ENIM CONNECTÉ 9 Figure 2: Atelier ENIM Si nous nous concentrons sur notre projet, l’atelier de l’Industrie 4.0 sera composé de plusieurs parties. D’abord une salle oasis où les étudiants peuvent expérimenter avec la réalité virtuelle augmentée (PFE Réalité Virtuelle). Puis une partie dédiée aux robots et aux cobots de l’usine du futur (PFE 1G 4.0 Usine du Futur Plateforme robotique). Et après une ligne d’assemblage manuel connecté fourni par la société ZF de Bouzonville. Elle regroupe les composants suivants : Camera pour contrôler le montage, mesure couple de serrage, outils de contrôle connectés en wifi, et informations techniques via tablette + tags NFC. Différents types de capteurs seront installés dans ces zones de l’atelier, tels que capteurs de la température, l’accélération, le bruit ou le courant électrique. Les données de ces capteurs seront affichées dans les différents dispositifs du laboratoire. En tant qu’élément principal, les écrans d’ordinateur, mais aussi dans les tablettes, les robots ou les propres mobiles des utilisateurs. 4.2. Introduction à l'industrie 4.0 et définitions techniques Dans cette section, nous expliquerons le vocabulaire technique que nous avons utilisé dans notre PFE. ENIM CONNECTÉ 16 - Tester la collection de données des capteurs grâce à Arduino et la carte Wifi ESP 8266 - Développer un démonstrateur : Créer une page Web HTML pour accéder aux graphiques des capteurs 4.5. Participants Notre projet Atelier ENIM connecté 4.0 est dans le plan stratégique ENIM 2022 vers l’industrie du futur. D’autres projets que nous évoquerons sont réalisés en parallèle par d’autres étudiants. Tous ces groupes d’étudiants travaillent ensemble vers l’innovation de l’Université et le démarrage de nouveaux services pour les étudiants. Une arborescence est présentée ci-dessous, puis les objectifs de chaque projet sont expliqués. Figure 9: Arborescence des participants des PFE ENIM 2022 PFE Atelier ENIM Connectée 4.0 Objectif : Recherchez un programme qui recueille les données des capteurs de l’atelier et les affiche sous forme de graphiques ou de tableaux sur les appareils disponibles. Cela contribuera à améliorer la pédagogie de l’atelier pour les étudiants. Participants : Carmen Herrera et Patricia González. PFE Réalité Virtuelle Objectif : Mise en place de la réalité virtuelle au service de la pédagogie. ENIM CONNECTÉ 17 Participants : Oksana Thavone et Hugo Mazars. PFE Créativité Objectif : Création d’un learning center Chez ArcelorMittal. Participants : Adil Diouri et Samuel Ferreira Da Silva. PFE ENIM Connecté Objectif : Concevoir un système pour créer une université avec tous les services connectés. Participants : Xinran Song (Supply Chain), Waziir Yassin (Maintenance), Shiwen Chen (Qualité) et El Mehdi Pernin. PFE 1G 4.0 Usine du Futur Plateforme robotique Objectif : Usinage et cobots de l’Usine du Futur. Participants : Maximilien Hanus et Jérémy Neisius. PFE 1G 4.0 Usine du Futur Plateforme robotique Objectif : Ponçage-Polissage et Montage-Démontage de l’Usine du Futur. Participants : Franck Matangoye et Vivien Delcampe. 4.6. Diagramme de Gantt Afin de décomposer les tâches de notre projet et de nous planifier dans le temps nous avons réalisé un diagramme de Gantt. Les activités y sont présentées avec leur explication et les dates auxquelles chaque tâche a été exécutée. Activité Explication Dates Arrivée Connaissance des caractéristiques du projet, de l'environnement de l'atelier et de l'équipe de travail 04/0210/02 Cahier des charges Bête à cornes, Diagramme Pieuvre, Cahier des charges. Réunion avec le professeur pour aligner les besoins du projet 11/0217/02 Vacances d'hiver 18/0224/02 Trouver des solutions Trouver des solutions, trouver des programmes informatiques adaptés aux 25/0203/03 ENIM CONNECTÉ 18 besoins Réunions avec le service informatique et le professeur -Explication des propositions -Échange d'informations pour choisir la meilleure solution -Proposition pour créer un réseau Wifi robuste et supplémentaire axé sur l'utilisation de l’atelier connectée 4.0 -Mercredi 20/03 réunion avec le service informatique, les élèves du PFE ENIM connecté et M.Stock 04/0324/03 Décision du programme informatique à utiliser : ThingWorx -Consultation des guides d’installation du programme -Téléchargement des programmes nécessaires -Comprendre le mécanisme d’envoi des données des capteurs au programme 25/0331/03 Utilisation d’Arduino -Téléchargement des bibliothèques et programmes Arduino nécessaires -Création des programmes : 1. Lire les données du capteur de température 2. Connectez la carte Arduino au wifi 3. Envoyer les données d’Arduino à ThingWorx 01/0407/04 Vacances printemps 08/0421/04 Problèmes de serveur ThingWorx -L’ancien serveur a expiré après 30 jours, besoin de démarrer un nouveau -Le serveur ne se connecte pas avec le programme Arduino -Tester de nombreux programmes dans Arduino pour connecter le serveur 22/0405/05 Recherche de solutions alternatives : HTML -Réunion avec le professeur pour trouver une autre solution parce que ThingWorx ne fonctionne pas - Décision de créer un Web HTML plus simple et pratique -Dessiner la conception Web HTML pour le rendre agréable à l’utilisateur 06/0512/05 Création du Web HTML -Recherche d’informations HTML sur Internet -Avec l’aide de M. Santi créer un Web sur un serveur public avec les exigences du projet 13/0519/05 Rédiger le projet -Ecrire tout ce que nous avons fait dans le projet avec les formats nécessaires 20/0526/05 ENIM CONNECTÉ 19 -Continuer à faire le Web HTML Préparer la présentation orale -Préparer la présentation orale et les questions possibles 27/0502/06 Présentation du projet au Tribunal -Temps pour les problèmes possibles -Soutenance du projet le 6 Juin 03/0609/06 Figure 10: Désagrégation diagramme de Gantt Dans l'image suivante, un schéma visuel du Gantt a été réalisé avec le programme Microsoft Project. Figure 11: Diagramme de Gantt 5. CAHIER DES CHARGES 5.1 Introduction Il existe de nombreux programmes pour connecter des objets, mais chacun couvre des besoins différents. Beaucoup d'entre eux sont pensés pour de grands projets, ils sont très complexes et leur prix est très élevé. Nous devons choisir un programme qui couvre les besoins du projet avec les ressources disponibles. Pour faire un bon choix, il faut étudier les besoins du projet. Pour ce faire, nous utiliserons trois outils : Bête à cornes, Diagramme Pieuvre et Cahier des charges. 5.2 Bête à cornes D'abord nous effectuons une bête à cornes. La bête à cornes est un outil d’analyse fonctionnelle du besoin. Répondre à trois questions: 1. A qui rend-il service ? 2. Sur quoi agit-il? ENIM CONNECTÉ 20 3. Dans quel but le système existe-t-il ? Nous avons réalisé trois bêtes à cornes différents. Un pour les professeurs, un pour les étudiants et un pour les visiteurs. Le but de l'atelier pour les enseignants est d'améliorer la pédagogie. Figure 12: Bête à cornes professeurs Le but de l'atelier pour les étudiants est de se former dans l'industrie 4.0. ENIM CONNECTÉ 21 Figure 13: Bête à cornes étudiants Le but de l'atelier pour les visiteurs est de leur montrer que l'ENIM est actuellement dans les usines du futur. Figure 14: Bête à cornes visiteurs 5.3 Diagramme Pieuvre Ensuite, nous faisons un diagramme pieuvre. L’outil “diagramme pieuvre est utilise pour analyser les besoins et identifier les fonctions de service d’un produit. Le diagramme met en évidence les relations entre les différents éléments du milieu environnant et le produit. Ces différentes relations sont appelées les fonctions de service qui conduisent à la satisfaction du besoin. Il existe deux types de fonctions :  Fonctions principales (FP) : Elles justifient la création du produit et représentent la relation entre deux éléments de l'environnement externe.  Fonctions Contraintes (FC) : représentent les limites des fonctions principales. ENIM CONNECTÉ 22 Figure 15: Diagramme Pieuvre Il y a trois fonctions principales :  Capteurs – serveur  Capteurs – wifi  Cloud – wifi Et sept fonctions contraintes :  Visiteurs  Professeurs  Elèves  Support de consultation  Pirates informatiques  Surveillance  Techniciens ENIM CONNECTÉ 23 5.4. Cahier des charges général du projet Pour étudier plus en détail les fonctions et critères du diagramme pieuvre, nous réalisons un cahier des charges. Dans le cahier des charges, nous voyons les éléments dans lesquels les fonctions sont divisées, les critères qu'elles doivent remplir et le niveau qu'elles doivent atteindre. Figure 16: Cahier des charges général 6. RECHERCHE DES SOLUTIONS Une fois les besoins étudiés, nous commençons par la recherche du programme à utiliser. Parmi les nombreuses options possibles, nous étudierons en détail cinq solutions possibles. Dans le cahier des charges des programmes informatiques, il est montré comment chaque solution répond aux fonctions de : prix, interface, collecte de données, échantillon de données, compatibilité wifi-capteur, ressources et sécurité. Le prix doit être abordable pour l'université et avoir un bon rapport qualitéprix. ENIM CONNECTÉ 24 L'interface doit être intuitive et facile à utiliser pour tous les utilisateurs. Vous devriez pouvoir choisir à la fois la machine et les propriétés à afficher. En ce qui concerne la collecte des données, les données doivent être stockées correctement et avoir une capacité de stockage suffisante. Échantillon de données : Graphiques appropriés pour chaque capteur. La connexion wifi-capteur-serveur doit être bonne, fiable et sécurisée. Toutes les données doivent être envoyées dans le cloud. Celui-ci doit être accessible, sécurisé et doté d'un stockage suffisant. La connexion doit être compatible avec tous les types d'écrans, mobiles, robots et tablettes. Le programme doit offrir un bon niveau de sécurité, en ligne avec le niveau de sécurité de l'ENIM et de l'Université de Lorraine. D'autre part, nous avons fait une estimation des besoins de stockage de l'atelier : 6.2 Choix du programme à utiliser Une réunion a eu lieu pour présenter toutes les solutions pour choisir un programme et faire le lien avec l'atelier. Les étudiants du projet "ENIM connecté", Xinran Song, Waziir Yassin, Shiwen Chen et El Mehdi Pernin ont assisté à cette réunion. Monsieur Eric Mischler et Monsieur Marc Turquais, appartenant au service informatique de l'ENIM. Monsieur Romuald Stock, tuteur du projet " ENIM connecté, atelier4.0 " et les deux participantes de ce projet, Carmen Herrera et Patricia González. ENIM CONNECTÉ 25 Les 6 solutions ont été présentées 1. Google Cloud 2. ThingSpeak 3. ThingWorx 4. Juniper 5. MLog 6. Serveur ENIM Il y a eu une discussion sur chaque programme, exposant les avantages et les inconvénients (avec le cahier de charges). Ainsi que l'opinion personnelle de chacun en fonction de son expérience. GoogleCloud a été rejeté parce qu'il fonctionne avec un serveur américain et parce qu'il y a des opinions contre ce programme. ThingSpeak a été écarté car seul un très petit nombre de capteurs peut être connecté, c'est-à-dire que ce programme ne servirait qu'à faire une démonstration du projet. Juniper et MLog ont été rejetés parce qu'ils étaient des solutions trop compliquées et nous n'avons pas assez d'informations pour savoir si elle répond correctement à toutes les fonctions. Un serveur propre à ENIM est faisable mais il a été décidé que la solution la plus efficace serait ThingWorx. L’Excel synthétisant les solutions se trouve à l’annexe 11.1. Cahiers de charges des programmes informatiques. Nous décomposons toutes les solutions logicielles que nous avons trouvées dans l’annexe. 6.3. Quelles sont les raisons pour lesquelles ThingWorx a été choisi ? Le programme répond à toutes les fonctions : La raison principale est que c’est un outil industriel de la société PTC et l’ENIM travaille déjà avec cette société. ENIM CONNECTÉ 32 2 : Créer une Application Key Une application key est l’authentification qui est utilisée pour envoyer ou recevoir des données de notre Thing. Il est associé à un « tag » qui est commun à tous les composants de notre Thing. Dans notre cas nous avons créé le Appkey « IndConn_Appkey » avec le tag « FoundationQuickStart » commun à tout le projet. Figure 20: Capture AppKey ThingWorx 3: Créer un ThingShape et un Service Nous créons un ThingShape appelé « myThingShape ». Il faut assurer que le tag correspond au même utilisée lors de la création de notre appKey. Après il faut sélectionner "ajouter ma propriété" pour commencer à ajouter des propriétés à notre ThingShape. Ce sont les valeurs que nous allons pousser vers le site ThingWorx via Ethernet ou Wifi de notre Arduino. Nous sélectionnons "nombre" comme type. Nous créons deux propriétés value 1 et value 2. Figure 21: Capture ThingShape ThingWorx ENIM CONNECTÉ 33 Maintenant, nous allons créer un service qui lit les valeurs de notre Arduino et remplace nos propriétés avec ces derniers. Nous ajoutons des entrées qui correspondent aux valeurs de données que nous envoyons à partir de l’Arduino. Ces noms d’entrée doivent correspondre aux noms que nous sélectionnons dans notre code Arduino et le type doit être STRING. Ensuite, nous devons écrire un JavaScript court qui convertira et qui remplira les propriétés. Figure 22: Capture service ThingWorx 4. Créer à Thing Il faut assurer aussi que c’est le même tag que nous avons utilisé pour notre ThingShape et notre appKey. Nous choisissons le « GenericThing » comme Thing Template. Nous choisissons « myThingShape » comment ThingShape du Thing. ENIM CONNECTÉ 34 Figure 23: Capture MyThing ThingWorx 5. Tester le service Cette étape n’a pas pu être faite parce que le serveur ne s’est pas connecté au programme d’Arduino, qui n’a pas pu envoyer les données des capteurs au programme ThingWorx. Mais en voici l’explication du fonctionnement : Dans notre Thing, nous pourrions tester le service que nous aurions effectué en cliquant sur services sur le côté gauche de l’écran. Nous cliquons sur « Test bouton » pour qu’apparaissent les valeurs d’Ardouino comme suit : Figure 24: Capture Test Service Maintenant on sort de cette fenêtre. Nous allons à "Mything" propriétés et ces valeurs sont également remplies avec les valeurs Arduino. ENIM CONNECTÉ 35 Figure 25: Capture MyProperties ThingWorx 7.1.3. Programmes qui ont fonctionné avec Arduino Dans cette section, nous expliquons les programmes que nous avons développés avec Arduino. Programme pour enlever la température du capteur par l’écran Figure 26: Capture programme température (Arduino) ENIM CONNECTÉ 36 Programme pour connecter la carte Arduino au Wifi Figure 27: Capture programme connexion Wifi (Arduino) 7.1.4. Problème de connexion au serveur et explication du choix d’une alternative d’affichage des données Après avoir essayé plusieurs programmes Arduino sur plusieurs jours, il n’a pas été possible de faire la connexion avec le hosted server de ThingWorx. Le problème figure dans cette ligne qui ne se connecte pas : char server[] = "https://pp-1904300736ol.devportal.ptc.io"; Nous ne savons pas exactement ce qui n'a pas fonctionné, mais le programme ne détecte pas l'adresse IP du serveur et ne se connecte pas à celui-ci, donc les données du capteur ne sont pas envoyées à Thingworx. Nous avons essayé "http", "https" pour voir s'il s'agissait d'un problème de sécurité, mais aucun ne fonctionnait. Ci-dessous se trouve une image du programme utilisé pour envoyer les données à thingworx. ENIM CONNECTÉ 37 Dans ce programme, le nom de réseau "Android AP" et son mot de passe sont entrés comme valeurs. Ainsi que les éléments créés dans ThingWorx (appkey, nom de la chose, nom du serveur et nom du service) sont introduits. Figure 28: Capture programme connexion Arduino-ThingWorx Après avoir essayé de chercher des informations sur différents sites web et forums, nous n'avons pas trouvé de solution. Nous avons donc réalisé un bilan de ThingWorx pour continuer notre projet. ENIM CONNECTÉ 38 7.1.5. Bilan ThingWorx AVANTAGES :  ThingWorx c'est un outil industriel de la société PTC et l'ENIM travaille déjà avec cette société  Il couvre les besoins du projet  Il offre une plateforme de réalité virtuelle (Vuforia Studio)  Le niveau de sécurité est très bon  Fonctionne avec Arduino  L'interface est agréable et intuitive INCONVÉNIENTS :  La version d'essai a un serveur qui expire dans un délai de 30 jours  La version complète de ThingWorx a un prix élevé (€20000 par an)  Une connaissance approfondie de IoT est nécessaire  La connexion entre le programme et Arduino est compliquée Comme l’objectif du PFE est de montrer les données d’un capteur, nous avons décidé de créer un serveur Web interne à l’ENIM d’une manière plus simple pour être en mesure de montrer l’objectif. 7.2. DEMONSTRATEUR SUR SERVEUR WEB ENIM 7.2.1 Introduction L'alternative choisie a été de faire une application de test en html. L'idée était de faire quelque chose de simple, qui couvrirait les besoins du projet, mais à plus petite échelle. C'est-à-dire, avec un nombre réduit de capteurs. Nous pouvons diviser cette nouvelle phase du projet en trois parties distinctes : 1. Conception de l'interface 2. Programmation en html 3. Connexion des capteurs et création de graphiques ENIM CONNECTÉ 39 7.2.2 Qu'est-ce que le html ? HTML signifie HyperText Markup Language. C'est le nom donné au langage de programmation utilisé dans la création de pages Web, qui sert de norme de référence pour leur codage et leur structuration, à travers un code du même nom (html). Le langage html fonctionne sur la base de marqueurs écrits (qui apparaissent entre guillemets angulaires : <html>), à partir desquels sont cryptés l'apparence et l'ordre interne d'une page web, ainsi que les scripts ou routines qui y opèrent. En html nous pouvons distinguer : - Eléments: Servent à représenter le contenu et ses attributs, ainsi qu'à marquer les paramètres du langage lui-même, tels que le point de départ de la chaîne de commande et le point de fermeture, ou les besoins particuliers. - Attributs: Les spécifications concernant la valeur, la couleur, la position, etc. des éléments incorporés dans le code. Elles consistent généralement en une série d'instructions logiques ou numériques. 7.2.3 Interface Notre mission principale était la conception de l'interface. Il devait répondre à plusieurs exigences. Il devait être simple et intuitif, afin que chacun sache comment l'utiliser. D'autre part, le design devait être adapté à un bureau tactile. Nous avons étudié les différentes possibilités et sommes arrivés à la conclusion que la meilleure chose à faire était de faire une interface minimaliste avec des icônes de design plates et des images réelles de l'atelier. Le résultat final est le suivant : Sur la page d'accueil, nous pouvons voir les différentes zones dans lesquelles l'atelier est divisé : - Plateforme robotique - Ligne de production connectée - Machines Conventionnelles - Fraiseuse CN ENIM CONNECTÉ 40 - Tour CN - Atelier Global Figure 29: Capture page d'accueil En cliquant sur la zone d'atelier choisie, la page nous montre l'image réelle de l'atelier. Dans l'image on peut voir où se trouvent les capteurs grâce à une icône qui montre le type de capteur qu'il est. Figure 30: Image de l'atelier avec les icônes des capteurs. Lorsque vous cliquez sur l'icône, la page affiche un graphique dans lequel les données du capteur sont collectées. ENIM CONNECTÉ 41 Figure 31: Capture du graphique d'accélération La programmation html est l'oeuvre de monsieur SANTI. Actuellement, à la suite d'un projet parallèle, il y a quatre capteurs dans la fraiseuse. Un pour la consommation de courant, deux accéléromètres et une sonde de température. Les capteurs sont connectés par WIFI à deux cartes Arduino ESP8266 à l'intérieur de la fraiseuse et à une carte Arduino ESP32 à l'extérieur. Ces cartes sont connectées via wifi à un Raspberry PI, qui dispose d'un programme permettant de stocker, visualiser les données et créer des graphiques à partir de celles-ci. Tous les éléments (capteurs, cartes Arduino, Raspberry) doivent être connectés au même réseau. A ce jour, si l’on clique sur les capteurs cela nous dévoile des graphiques. À l’avenir le clic nous mènera à des URL graphiques en temps réel. ENIM CONNECTÉ 48 GOOGLE CLOUD STORAGE  Intègre le stockage dans vos applications avec une seule API unifiée.  Accédez instantanément aux données à partir de n'importe quel type de stockage.  Il est conçu pour fournir un stockage sûr et durable.  Pour notre projet, la classe de stockage optimale est régionale. La classe de stockage peut être modifié à tout moment. Parce que:  Convient pour : données fréquemment consultées dans une région  Redondance : régional dans les zones de disponibilité  Niveau de réponse : 99,9%  Réactivité : API uniforme avec temps d'accès milliseconde  Études de cas : stockage de contenu rarement consulté  Opérations de classe A (ajout d'objets et affichage de segments et d'objets)  Opérations de classe B (obtention d'objets et affichage des métadonnées de segments et d'objets) ÉCHANTILLON DE DONNÉES DATA STUDIO ET DATA PREP  Séries chronologiques, des diagrammes à barres, des diagrammes à secteurs, des tableaux, des cartes thermiques, des cartes géographiques, des cartes de résultats, des diagrammes de dispersion, des diagrammes à puces et des diagrammes de surface  Personnalisation des rapports  Modèles de rapport  Gestion des utilisateurs COMPATIBILITÉ WIFI-CAPTEURS MEILLEUR INTERCONNEXION DISPONIBLE: VPN IP SEC GOOGLE CLOUD VPN: connecte en toute sécurité votre réseau sur site au réseau privé virtuel de GOOGLE CLOUD PLATFORM (VPC) via une connexion VPN IPsec. ENIM CONNECTÉ 49  Le trafic est crypté.  Ce type d'interconnexion est très utile pour se connecter à votre VPC via l'Internet public et est idéal dans les cas où il existe des connexions avec un faible volume de données  Posibilté d'appariement direct CLOUD WIFI BIG QUERY: Stockage de données sans serveur, analyse en temps reel, SQL standard, Stockage logique des données, séparation des ressources de stockage et des ressources informatiques, sauvegarde automatique et restauration facile Intégration BigData, collecte flexible des données. RESOURCES GOOGLE APP ENGINE Créer des applications hautement évolutives sur une plateforme entièrement gérée sans serveur. SÉCURITÉ CLOUD IDENTITY-AWARE PROXY Utilise l'identité et le contexte pour protéger l'accès à vos applications et machines virtuelles conformes aux réglementations internationales: ISO 27001, ISO 27017, ISO 27018, SOC 1, SOC 2 et SOC 3 PLUSIEURS NIVEAUX DE SÉCURITÉ  Protection dans les opérations et les appareils.  Les communications Internet avec les services cloud publics sont cryptées en transit.  Les utilisateurs et les services sont protégés par un système d'authentification multifactorielle robuste  Les données stockées sur l'infrastructure sont cryptées PRODUITS ET FONCTIONS  La sécurité de l'infrastructure dans le nuage, sécurité des conteneurs, machines virtuelles blindées, sécurité du réseau, sécurité des points de ENIM CONNECTÉ 50 connexion, sécurité des données, gestion des identités et des accès, sécurité des applications.  Gestion, risques et conformité POLITIQUE DE CONFIDENTIALITÉ Si nous détectons une brèche dans la sécurité de Google qui met en danger vos données, nous vous en informerons immédiatement. Vous contrôlez tout ce qui arrive à vos données. Vous avez la tranquillité de savoir où sont stockées les données Google et qu'elles sont à votre disposition quand vous en avez besoin. Vous pouvez compter sur les pratiques de sécurité de Google, qui font l'objet d'une vérification indépendante. S2 : THINGSPEAK PRIX GRATUIT  Évolutif pour les grands projets: No. L'utilisation annuelle est plafonnée.  Nombre de messages:3 millions/an (8.200/jour)  Intervalle de mise à jour de message limite: toutes les 15 secondes  Nombre de canaux: 4  MATLAB Compute Timeout: 20 secondes nombre d'abonnements  MQTT simultanés: limités à 3  Partages de canaux privés: limités à 3 actions  Support technique: Forum Vous pouvez développer en achetant des unités. Chaque unité coûte 250 dollars et comprend:  Évolutif pour les grands projets: Oui  Nombre de messages:33 millions/an (90 000/jour)  Intervalle de mise à jour de message limite: chaque second ENIM CONNECTÉ 51  Nombre de canaux: 250  MATLAB Compute Timeout: 60 secondes nombre d'abonnements  MQTT simultanés: 50 per unit  Partages de canaux privés: illimité  Support technique: Standard Matworks support INTERFACE Apps faciles et utiles:  matlab analysis  matlab visualizations  plugins COLLECTE DE DONNÉES Les chaînes ThingSpeak stockent des données. Chargez des données à partir du Web ou envoyez des données depuis des appareils vers un canal ThingSpeak. Utilisez ces applications pour transformer et visualiser des données ou déclencher une action:  matlab analysis  matlab visualizations  plugins ÉCHANTILLON DE DONNÉES Le stockage est fait dans un canal privé ou public. ThingSpeak stocke les données dans les canaux privés par défaut, mais les canaux publics peuvent être utilisés pour partager des données avec d'autres. ANALYZEAnalysez et Visualisez vos données avec MATLAB. Le stockage des données dans le Cloud permet d'accéder facilement à vos données. En utilisant des outils analytiques en ligne, vous pouvez explorer et visualiser les données. Vous pouvez découvrir les relations, les modèles et les ENIM CONNECTÉ 52 tendances des données. Vous pouvez calculer de nouvelles données. Et vous pouvez les visualiser dans les parcelles, les diagrammes et les jauges. COMPATIBILITÉ WIFI-CAPTEURS Arduino. ESP8266 Wifi Module Le module Wi-Fi est une radio Wi-Fi à faible coût avec un microcontrôleur à bord. Coûtant moins de 5US $, le 1/5 offre la connectivité et la programmabilité à tout « projet connecté » comme la surveillance de capteurs de température et le contrôle de l'aquarium. CLOUD WIFI ThingSpeak permet aux capteurs, aux instruments et aux sites Web d'envoyer des données vers le Cloud. RESOURCES ANALYZEAnalysez et Visualisez vos données avec MATLAB Pourquoi voudriez-vous analyser et visualiser des données dans ThingSpeak? ThingSpeak donne accès à MATLAB pour vous aider à donner un sens aux données. Vous pouvez: convertir, combiner et calculer de nouveaux calculs de planification de données à exécuter à certains moments comprendre visuellement les relations dans les données à l'aide de fonctions de traçage intégrées combiner les données de plusieurs canaux pour créer une analyse plus sophistiquée. SÉCURITÉ Aucune information. S3 : THINGWORX PRIX THINGWORX ACADEMIC DATA SHEET La version étudiante de ThingWorx peut être testée gratuitement pendant 90 jours. ENIM CONNECTÉ 53 VUFORIA STUDIO ACADEMIC DATA: Il existe une version gratuite de 30 jours. THINGWORX FOUNDATION/THINGWORX ANALYTICS Vous devez vous inscrire et contacter PTC pour connaître le prix. INTERFACE THINGWORX INDUSTRIAL CONNECTIVITY: Permet aux utilisateurs de connecter, de gérer, de surveiller et de contrôler divers dispositifs d'automatisation et applications logicielles via une interface utilisateur intuitive. Interface simplifiée pour une installation, une configuration, une maintenance et un dépannage simples. COLLECTE DE DONNÉES THINGWORX FOUNDATION Offre la solution sur une plate-forme de développement IoT unique. THINGWORX INDUSTRIAL CONNECTIVITY Est une source unique de données d'automatisation industrielle, permettant aux entreprises de connecter facilement des dispositifs et applications disparates pour IOT. ÉCHANTILLON DE DONNÉES THINGWORKS ANALYTICS: Transformez les données en informations grâce à des interfaces intuitives et faciles à utiliser qui offrent des capacités d'analyse complexes aux utilisateurs non experts.  Modélisation prédictive  Analyse explicative  Surveillance en temps réel  Scoring prédictif ENIM CONNECTÉ 54 COMPATIBILITÉ WIFI-CAPTEURS THINGWORX FOUNDATION La connectivité ThingWorx AlwaysOn, via les SDK ThingWorx et le MicroServer Edge, fournit une technologie de communication évolutive, sécurisée et facilement déployable pour faciliter une connectivité bidirectionnelle continue entre les capteurs, les périphériques, les équipements et le serveur ThingWorx - indépendamment de l'architecture réseau. ThingModel : Est le composant essentiel qui connecte et unifie tous les modules de la plate-forme ThingWorx et les couches de la pile technologique. Le ThingModel est la représentation numérique d'une "chose" physique réelle. CLOUD WIFI THINGWORX FOUNDATION  Serveurs de connexion : Prise en charge de la connectivité aux périphériques par diverses méthodes, y compris les nuages de périphériques tiers, les connexions réseau directes, les API ouvertes.  Adaptateurs de nuages de périphériques. RESOURCES ThingWorx Industrial Connectivity Sa bibliothèque de plus de 150 pilotes de périphériques, pilotes clients et plugins avancés permet d'accéder à des milliers de périphériques et autres sources de données, offrant ainsi une visibilité à l'échelle de l'entreprise pour améliorer la prise de décision de l'atelier au dernier étage. Est la première plate-forme de connectivité de l'industrie, fournissant une source unique de données d'automatisation industrielle. SÉCURITÉ ThingWorx Industrial Connectivity  Tire parti des protocoles de communication OPC et informatiques pour fournir un accès sécurisé aux données des actifs industriels ENIM CONNECTÉ 55  Sécurité accrue de la messagerie via SSL et TLS pour des communications sécurisées, authentifiées et cryptées sur différentes topologies de réseau IOT Application Security  Permissions de configuration  Créer une extension d’authentification  Activation de l’authentification ld dans ThingWorx  Créer une clé d’application S4 : JUNIPER PRIX Prix aprox: 25000. INTERFACE Un tableau de bord, qui fournit une interface utilisateur basée sur le Web. COLLECTE DE DONNÉES Un DataManager, qui distribue et stocke les données de plusieurs agents. ÉCHANTILLON DE DONNÉES Aucune information. COMPATIBILITÉ WIFI-CAPTEURS Aucune information. CLOUD WIFI AppFormix fournit un contrôle et une visibilité des ressources pour les hôtes, les conteneurs et les machines virtuelles dans n'importe quelle infrastructure cloud. RESOURCES Aucune information. SÉCURITÉ Aucune information. S5 : MLOG PRIX Aucune information. ENIM CONNECTÉ 56 INTERFACE MLOG VIEW Lecture des données archivées de la base de données (de la date à la date), visualisation (tableau, graphique), exportation du tableau au format *.csv, exportation du graphique au format *.bmp, *.jpg, *.pdf ou *.html. COLLECTE DE DONNÉES SERVEUR MLOG Lecture des données des appareils et des transducteurs en protocole Modbus RTU/TCP, enregistrement des données dans la base de données (Firebird 2.5), informations sur l'état de la communication. Les données sont archivées dans la base de données. ÉCHANTILLON DE DONNÉES MLOG CLIENT Visualisation en ligne des valeurs de process (tableau, valeurs individuelles, graphique, graphique à barres, possibilité d'ajouter son propre graphique). COMPATIBILITÉ WIFI-CAPTEURS Aucune information. CLOUD WIFI Aucune information. RESOURCES Aucune information. SÉCURITÉ Aucune information. 11.2. Programmes de l’industrie 4.0 étudiés GOOGLE CLOUD Google Cloud est une plateforme Google qui regroupe différentes applications de développement web. Dans le schéma suivant, nous pouvons voir les applications qui nous intéressent et les besoins couverts par chacune d'elles. ENIM CONNECTÉ 57 Figure 32: Schéma GoogleCloud Ensuite, nous allons développer les plus importantes : GOOGLE BIGQUERY Il s'agit d'un stockage de données d'entreprise rapide, économique et hautement évolutif, sans avoir besoin d'un administrateur de base de données. Stockage de données sans serveur : vous permet de vous concentrer sur les données et l'analyse plutôt que sur les opérations et le volume des ressources informatiques. C’est rapide et facile à utiliser avec des données de toute taille. Analyse en temps réel : grâce à l'API d'insertion de streaming à haut débit de BigQuery, vous pouvez analyser ce qui se passe en temps réel car vous avez les données immédiatement disponibles. SQL standard : Compatible avec un dialecte SQL standard conforme à la norme ANSI:2011, ce qui réduit le besoin de réécrire le code et vous pouvez profiter des fonctionnalités avancées de SQL. ENIM CONNECTÉ 64 Figure 35: Schéma carte UNO Arduino CONNEXION A LA TENSION 1-Connexion USB 2-Prise de Canon / Barrel Jack (La tension recommandée pour la plupart des modèles Arduino est comprise entre 6 et 12 volts) PINS (5V, 3.3V, GND, ANALOG, DIGITAL, PWM, AREF) Les broches de votre Arduino sont les endroits où vous connectez des fils pour construire un circuit. Ils ont généralement des « en-têtes » en plastique noir qui vous permettent de brancher simplement un fil droit dans la carte. L’Arduino a plusieurs différents types de broches, dont chacun est étiqueté sur la carte et utilisé pour différentes fonctions. GND (3): Il y a plusieurs broches GND sur l’Arduino, qui peuvent être utilisés pour la terre de votre circuit. 5V (4) & 3.3 V (5): La broche 5V fournit 5 volts de puissance, et la broche 3.3 V fournit 3,3 volts de puissance. La plupart des composants simples utilisés avec l’Arduino fonctionnent heureusement hors de 5 ou 3,3 volts. Analogique (6): la zone des broches sous l’étiquette Analogique (a0 à a5 sur l’UNO) sont des broches analogiques. Ces broches peuvent lire le signal d’un ENIM CONNECTÉ 65 capteur analogique (comme un capteur de température) et le convertir en une valeur numérique que nous pouvons lire. Numérique (7): en face des broches analogiques sont les broches numériques (0 à 13 sur l’UNO). Ces broches peuvent être utilisées pour les deux entrées numériques (comme dire si un bouton est poussé) et la sortie numérique (comme alimenter une LED). PWM (8): vous avez peut-être remarqué le tilde (~) à côté de certaines des broches numériques (3, 5, 6, 9, 10 et 11 sur l’UNO). Ces broches agissent comme des broches numériques normales, mais peuvent également être utilisés pour quelque chose appelé Pulse-Width Modulation (PWM). AREF (9): signifie référence analogique. La plupart du temps, vous pouvez laisser cette pin seule. Il est parfois utilisé pour régler une tension de référence externe (entre 0 et 5 volts) comme limite supérieure pour les broches d’entrée analogiques. BOUTON DE REINITIALISATION (10) VOYANT D’ALIMENTATION LED (11) : Juste en dessous et à droite du mot "UNO" sur votre carte de circuit, il y a une petite LED à côté du mot "ON" (11). Cette LED devrait s’allumer chaque fois que vous branchez votre Arduino dans une source d’alimentation. TX RX LEDs (12) : TX est courte pour la transmission, RX est court pour recevoir. Ces marquages apparaissent tout à fait un peu dans l’électronique pour indiquer les broches responsables de la communication en série. Dans notre cas, il y a deux endroits sur l’Arduino UNO où TX et RX apparaissent--une fois par les broches numériques 0 et 1, et une deuxième fois à côté des LED d’indicateur TX et RX. Ces LEDs nous donneront quelques belles indications visuelles chaque fois que notre Arduino reçoit ou transmet des données (comme quand nous chargeons un nouveau programme sur la carte). MAIN IC (13) : C'est le cerveau de notre arduino. REGULATEUR DE TENSION (14)