La thématique de l'industrie du futur, et en particulier l’application de la réalité augmentée, fait partie des axes de recherche de Télécom SudParis depuis 2016. De leur côté, des industriels tel elm leblanc (groupe Bosch), mènent une réflexion analogue et identifient la réalité augmentée comme un levier de performance. Dans le cadre d’un partenariat de grande envergure conclu entre l’IMT et l’industriel autour des transformations industrielle et numérique, Télécom SudParis et elm.leblanc s'engagent dans un projet de recherche. Quelques années plus tard, les résultats sont là. L’expertise des chercheurs académiques alliée à celle des acteurs du monde industriel a permis de faire avancer l’innovation. Un partenariat recherche publique / industrie soutenu par le label Carnot, l'un des outils du programme investissements d’avenir de l’État.

Le démonstrateur, une première étape

« Pour engager Télécom SudParis dans ce grand défi, nous avons commencé par identifier des chercheurs proches de ce sujet et à les inciter à s’orienter vers la thématique de l’industrie du futur » rappelle Olivier Martinot, Directeur de l’Innovation et des relations entreprises.

Fin 2017, Télécom SudParis affecte une partie de son financement Carnot à la mise en place d’un premier démonstrateur de réalité augmentée appliqué à la formation et la maintenance dans l’industrie. Ce démonstrateur est développé dans le cadre de la plateforme MyMultimediaWorld de Télécom SudParis dont le responsable est Marius Preda, enseignant-chercheur au département ARTEMIS, spécialiste des technologies de traitement d'images.

Ce démonstrateur est une étape primordiale pour entamer des discussions avec un industriel. En montrant la précision du calage des images virtuelles sur un environnement réel, enjeu majeur de la réalité virtuelle, le démonstrateur a fait la preuve du potentiel de la réalité augmentée appliquée à un environnement industriel. Il a donné le coup d’envoi à un projet de recherche partenariale entre l’Institut Mines-Télécom et elm.leblanc.

 

 

Objectif de ce projet : étudier les conditions de réussite de cette transformation, en s'appuyant sur les compétences académiques des laboratoires de Télécom SudParis et de l'IMT Atlantique et sur leur capacité à collaborer avec l'industrie.

Fin 2017, Télécom SudParis soutient également une start-up, Spectral TMS, hébergée dans son incubateur, IMT Starter. Marius Preda aide à la réalisation des premiers prototypes. Cette start-up travaille aujourd’hui avec des partenaires industriels comme Safran. Un exemple de collaboration qui montre que Télécom SudParis est à même de travailler avec des start-up comme avec de grands industriels.

 

Le défi d’elm.leblanc, un environnement incertain

Un industriel comme elm.leblanc, chef de file de l'industrie du chauffage, doit s'adapter à un environnement complexe et incertain en augmentant la flexibilité de sa production. Ce défi peut être relevé en rendant les opérateurs sur chaînes de production plus polyvalents et en en faisant les acteurs clés de la transformation de l'industrie. Cela implique un apprentissage plus efficace de leur activité au poste de travail.

« Nos ventes sont par exemple immédiatement impactées par les évolutions réglementaires telle l'interdiction du fuel, explique Emmanuel Bricard, directeur informatique d'elm.leblanc.

De même, répondre au marché implique d'aller de plus en plus vers du « sur mesure » : des petites séries voire des productions à l’unité. De surcroît, nous devons nous adapter à la saisonnalité des ventes et aux variations conséquentes du plan de charge qui en découlent. Nous le faisons en ayant recours à l'intérim pendant la période de chauffe, ce qui exige de former, dans des délais souvent courts, des personnels à nos processus d'assemblage. L'enjeu est de limiter les risques de désorganisation qui pourraient résulter de la mobilisation de nos experts pour encadrer ces formations ».

 

 

L'apport des technologies

« Nos produits intègrent de plus en plus le numérique, pour améliorer le quotidien de nos clients en leur proposant des applications plus pratiques poursuit Emmanuel Bricard. Nous sommes convaincus que la technologie apporte également des réponses aux défis industriels auxquels nous sommes confrontés ».

Bosch et elm.leblanc s'engagent ainsi dans l’industrie du futur, dans le but de développer des usines « agiles », capables d'adapter leur production à la demande. Cela contribuera à pérenniser la présence de sites industriels dans des pays tels que la France. Cette dynamique implique de planifier des investissements et de faire évoluer les compétences des collaborateurs afin qu'ils soient plus polyvalents. Pour cela, il est indispensable d'améliorer l'efficacité de la formation et de réduire son impact sur la production.

 

 

Les enjeux de la formation

L’enjeu du projet Iron Men est de former plus rapidement et plus efficacement les opérateurs, directement sur leur poste de travail. Démocratisée dès 2016 par les lunettes Hololens, la réalité mixte a été identifiée comme un axe de formation par elm.leblanc.

En effet, en équipant les opérateurs de casque de réalité augmentée, il est possible de leur transmettre en temps réel des instructions sous forme de projections holographiques. Ils peuvent ainsi poursuivre leur travail et échanger avec leurs collègues, tout en ayant un retour sur leurs actions, comme celui que pourrait leur prodiguer un superviseur. Ces outils vont permettre de développer la polyvalence des collaborateurs, ce qui est un facteur clé pour la compétitivité de l'industrie.

 

 

Un cadre structurant

C'est un accord-cadre initié entre les directions de l’IMT et d’elm.leblanc qui a conduit à un partenariat de recherche autour de l'industrie 4.0 et en particulier, de la réalité augmentée (RA).

Les compétences permettant d'appliquer les méthodes de la recherche à l'étude de ces problématiques ont été mobilisées, notamment chez Télécom SudParis, au sein de l’équipe dirigée par Marius Preda. Ainsi est né le projet Iron Men, porté par un consortium regroupant l'IMT, et ses écoles Télécom SudParis et IMT Atlantique, elm.leblanc et des sociétés spécialisées dans la RA.

Lauréat de l'appel à projets Grands défis du numérique dans la catégorie « Réalité augmentée / Réalité mixte », subventionné par l’État dans le cadre du programme investissements d'avenir via le label Carnot, Iron Men a commencé en 2018 pour une durée prévue de 3 ans.

Il s’agit d’un partenariat stratégique d’entreprise (PSE), de grande envergure et au long cours. A ce jour, c’est le partenariat industriel le plus ambitieux pour le Carnot TSN. Il implique plusieurs thèses Cifre : les doctorants sont embauchés par l’entreprise elm.leblanc et encadrés au plan académique par les scientifiques des laboratoires partenaires.

« Les doctorants partagent équitablement leur temps entre l’usine et le laboratoire. Lorsqu’ils sont dans l’usine, ils sont proches de la chaîne de fabrication. Au laboratoire, on analyse ce qu’ils ont découvert dans l’usine, on décortique les gestes de l’opérateur explique Marius Preda. Le partenariat est la meilleure façon de collaborer »

 

La complémentarité recherche-industrie

Pour elm.leblanc, le déploiement de la RA exigeait de dresser un état des lieux dans un domaine nouveau dans lequel il ne possédait pas de compétences en interne. Depuis la création de sa cellule innovation il y a sept ans, elm.leblanc fait ainsi appel à des doctorants pour travailler sur divers sujets tels que la chaudière hybride ou l'Internet des objets.

« Malgré les différences de culture qui existent entre les mondes de la recherche publique et de l'industrie, nous sommes convaincus que leur complémentarité permet d'avancer très vite sur des sujets nouveaux » s'enthousiasme Emmanuel Bricard.

Conçu pour préparer le déploiement de la réalité mixte chez elm.leblanc, le projet Iron Men est d'une ampleur inédite, avec trois thèses dans des laboratoires de Télécom SudParis sur les aspects réalité augmentée appliquée à l’industrie et deux à IMT Atlantique sur les aspects lentilles connectées. Une sixième thèse est même déjà envisagée pour repenser la chaîne de production, lorsqu'Iron Men aura livré ses résultats.

« Nos interlocuteurs allient des compétences académiques à une expérience des réalités industrielles, ce qui est très précieux » affirme Emmanuel Bricard.

Des recherches sur les compétences

L'objectif est donc de créer des méthodes et des outils permettant de faciliter et d'accélérer l'apprentissage du travail sur des processus d'assemblage, sans faire intervenir d'expert.

« Contrairement à ce que j'imaginais, j'ai découvert au travers d’elm.leblanc, que l'industrie 4.0 ne repose pas seulement sur une robotisation accrue, mais au contraire, les travailleurs humains resteront au centre des préoccupations explique Marius Preda.

En effet, face à la nécessité de produire de nombreux modèles de chaudières en petites séries, les opérateurs sont considérés comme les mieux à même de rendre le processus de production plus agile, à condition qu'ils soient formés ».

Tout l'enjeu est de concevoir en amont « des expériences de RA » efficaces, dans un contexte de guidage des opérateurs en temps réel. Il s'agit de présenter les bonnes informations au bon moment, au bon endroit et de la bonne manière en fonction des compétences de l'opérateur. Autrement dit, de transformer l'information et de la contextualiser en l'adaptant à chaque opérateur.

 

 

« L'une des thèses va s'intéresser à l'évaluation des différentes modalités utilisées en RA pour interagir avec l'environnement : la voix, les gestes, etc. résume Thierry Duval, professeur et référent interactions 3D réalité mixte à IMT Atlantique. Se pose aussi la question de l’acceptabilité de l'usage des casques de RA : combien de temps peuvent-ils être portés pendant la journée ? Quels sont les effets sur le système visuel humain d’une gymnastique oculaire entre réel et virtuel ? ».

Les thèses Cifre travaillent sur des cas d’usage réels, elles ont un objectif précis.

« Dans notre cas, précise Thierry Duval, elm.leblanc veut disposer d’ici quatre ou cinq ans, d’un outil utilisable sur chaîne de production ».

Les chaînes d'assemblage étant reconfigurées en permanence, il est également nécessaire de se doter d'outils facilitant la modélisation du poste de travail afin de maintenir la cohérence entre monde réel et monde virtuel. C'est pourquoi les sujets abordés par les thèses comprennent l'évaluation des méthodes de visualisation d'images 3D dans les différents scénarios d’assemblage, l'étude de la simplification des données permettant leur visualisation en temps réel, le développement de modélisations sémantiques 3D ayant pour but d'améliorer la compréhension de l’environnement à partir des images capturées par les lunettes de RA.

 

L'ADN de la valorisation

Les différents modules associés aux fonctionnalités décrites plus haut : reconnaissance des gestes et de l'environnement, modélisation du poste de travail, modélisation des instructions de travail en réalité mixte seront intégrés dans des outils répondant aux besoins métier d'elm leblanc et seront utilisés dans ses usines de Drancy et de Saint Thegonnec.

Grâce à une conception fondée sur des standards, les résultats d'Iron Men pourront être transposés à d’autres chaînes de production. Cette valorisation, qui fait partie intégrante des missions de l'IMT et de la culture de Télécom SudParis « stimule également le travail académique en lui fournissant des problèmes concrets à résoudre » selon Marius Preda.

« Les applications dans un environnement industriel représentant un plus significatif pour les publications scientifiques ».

La synergie au cœur du projet Iron Men traduit son ambition de contribuer au développement de l'industrie du futur.