Le développement de la fabrication industrielle dans son contexte

Une brève histoire des théories de production

L’industrie manufacturière est en constante évolution depuis des décennies. L’une des meilleures façons d’appréhender clairement la direction vers laquelle les concepts de la fabrication industrielle sont orientés est d’examiner ces mêmes concepts selon la perspective tridimensionnelle suivante : les « coûts », la « diversité » et le « volume ».

Si l’on jette un œil sur les facteurs qui ont l’impact le plus significatif selon les périodes, il apparaît que certaines périodes avaient une demande plus marquée pour des coûts à la baisse, tandis que d’autres mettaient davantage l’accent sur des volumes élevés. De nos jours, l’industrie manufacturière fait face à l’ultime exigence (dictée par le marché) de réduire les coûts tout en accroissant les volumes et avec une offre toujours plus diverse.

La naissance du Cloud Manufacturing et ce que cela apporte de nouveau

Le concept de Cloud Manufacturing (CMfg en abrégé) a été conçu comme un nouveau paradigme de la fabrication industrielle, censé répondre aux nouveaux besoins du marché. Son développement n’est pas dû au hasard, car il s’est fait de façon concomitante au développement de l’internet et à l’explosion des technologies de l’information.

Pour rendre à César ce qui lui appartient de droit, il convient de rappeler l’article de Goldhar et Jelinek, « Manufacturing as a service business: CIM in the 21st century », qui les premiers ont formulé l’idée de base du « Manufacturing-as-a-Service », considéré comme le point de départ du CMfg. Il est toutefois important de souligner que le CMfg constitue bel et bien une nouveauté, et n’est pas une façon détournée de « faire du neuf avec du vieux ».

Qu’est-ce que le Cloud Manufacturing ?

Le concept de Cloud Manufacturing peut s’expliquer simplement en suivant pas à pas les cinq étapes que constituent le passage d’une commande pour un ouvrage sur mesure.

Un portrait vivant des étapes correspondantes du processus, selon les principes du Cloud Manufacturing

• Étape 1 : Un client passe une commande pour lancer la fabrication d’un item spécifique auprès d’une plateforme de Cloud Manufacturing. 
• Étape 2 : Sur cette plateforme de Cloud Manufacturing sont inscrits un certain nombre de fournisseurs différents (identifiés comme « fournisseur A », « fournisseur B »… Il peut même s’agir d’une usine particulière rattachée à la même entreprise que celle qui a émis la commande). En somme, le Cloud Manufacturing s’appuie davantage sur le réseau de fabrication, lequel peut être constitué de machines possédées en propre, mais aussi de partenaires externes.
• Étape 3 : Dès que la commande est validée, la plateforme de Cloud Manufacturing met en place un processus de fabrication spécifique à la réalisation de la tâche demandée. Par exemple, certaines pièces peuvent être produites ici, certaines autres là-bas, et la totalité peut être traitée en post-usinage dans un lieu tout autre. Il en résulte que non seulement le processus de fabrication mais aussi la logistique sous-jacente ne seront pas toujours identiques d’un projet à un autre. La Figure 2 montre une multitude de processus possibles (N étant le nombre de couches de fabrication).
• Étape 4 : La plateforme détecte le risque d’un retard à la livraison sur l’une des étapes du processus, pour une commande donnée (t₂ dans la figure).  Alors qu’il était prévu que le processus de fabrication original ‘A’ se déroule tel que : t₂ → t₃ → t₄ (t₂ étant anciennement considérée comme la première étape de fabrication), la plateforme de CMfg procède à un réajustement de la chaîne de valeur pour obtenir : t₁ → t₃ → t₄. D’où l’élimination de l’étape problématique (t₂) et la mise en place d’une nouvelle chaîne de valeur.
• Étape 5 : La production est alors finalisée en permettant le déroulement des étapes de fabrication (couplé à la logistique correspondante pour l’approvisionnement des matières premières) selon la chaîne de valeur nouvellement établie. Enfin, le produit fini est livré au client.

Écart entre la théorie et la pratique

Il s’agit là, cependant, d’une vue théorique du concept. Afin de prendre toute la mesure de son potentiel, l’industrie doit pousser plus loin son développement. 

Il existe, par exemple, un problème constitué par l’absence d’une forme standardisée de communication entre les différents équipements et machines utilisés par les fournisseurs, et les systèmes d’information correspondants. Un flux de données et d’informations parfaitement intégré permettrait de profiter de toute la puissance offerte par le Cloud Manufacturing, notamment en rendant possible une connexion directe entre les logiciels de chiffrage instantané et le réseau des outils de production.

Quo Vadis Cloud Manufacturing ?

Quelques spéculations sur les évolutions du marché en lien avec le Cloud Manufacturing

Certaines recherches académiques permettent de laisser présager de ce que sera le développement du Cloud Manufacturing. Liu et. Al. (2019) [3] s’attendent à un développement en plusieurs étapes, suivant la structure ci-dessous :

• Phase 1 : « Implémentation préliminaire »
• Phase 2 : « Implémentation relativement complète »
• Phase 3 : « Implémentation complète »
• Phase 4 : « Implémentation totale »

Au cours de la Phase 1, on procède uniquement à l’agrégation dans la plateforme de Cloud Manufacturing de certaines ressources particulières (ex. Machines CNC, logiciels CAD, etc…), couplées à l’implémentation de fonctions et d’applications basiques. Selon leur degré de maturité, la montée en force se fera progressivement au cours du temps, jusqu’à la Phase 4.

Arrivé à la Phase 4, toutes les ressources possibles se trouvent intégrées à la plateforme de Cloud Manufacturing, qui est alors en mesure de fournir tous les services de fabrication correspondants et nécessaires. D’où l’émergence en chair et en os de la théorie du CMfg, telle qu’elle est formulée dans la figure 2. 

Il est également intéressant de mentionner le travail mené par Wang et Peng (2013), dans lequel ils discutent assez brillamment des évolutions du marché du CMfg, en utilisant des modèles économiques typiques, parmi lesquels la théorie des jeux et les analyses de l’équilibre général. 

Pour eux, le développement du marché du CMfg peut être pensé comme un modèle en trois étapes, justement nommées première étape, deuxième étape et troisième étape, chaque étape accumulant un pourcentage croissant du total des entreprises de fabrication industrielle présentes sur le marché. Un modèle qui n’est pas sans rappeler les quatre phases décrites plus haut.

D’où la question suivante : où en sommes-nous aujourd’hui ? En réalité, nous ne sommes qu’au tout début du voyage (Phase 1). En conjuguant les opinions glanées auprès des experts concernés, aussi bien sur le terrain que dans le domaine des sciences fondamentales, il apparaît que la Phase 4 ne sera pas atteinte avant, en gros, 15 à 20 années supplémentaires.

Une illustration de ce que pourrait être le développement du marché du Cloud Manufacturing

Ce qui suit est une illustration des évolutions spéculées par Wang et Peng, concernant le marché du Cloud Manufacturing, avec les années données sur l’axe des abscisses et le pourcentage des entreprises impliquées sur l’axe des ordonnées.

Il est intéressant de noter que leur estimation pour la troisième étape est similaire à mon hypothèse d’un temps de maturation nécessaire de 15 à 20 ans.

Spectre du Cloud Manufacturing

Il existe déjà, dans ce domaine, un nombre significatif d’adopteurs précoces. Robin Dechant a fait un travail remarquable en tirant le portrait de ce nouveau marché. Je vais utiliser deux des chiffres qu’il donne pour illustrer le développement de ce domaine :

Évolution du spectre du Cloud Manufacturing

La première observation que l’on peut faire concerne, évidemment, les conventions de nommage : alors qu’en 2018 le concept de CMfg était largement considéré comme un terme de substitution pour tout ce qui concerne l’imprimerie 3D, voire le prototypage, le concept a aujourd’hui acquis, en accord avec ses principes, sa pleine signification : celle de Manufacturing-as-a-service (rappelant par là les termes employés par Goldhar and Jelineks). 

En analysant le portrait qui en est fait, on peut déjà mettre en évidence la consolidation des processus au niveau du marché : par exemple l’acquisition, entre 2018 et 2020, de Shift par Xometry. À cette époque, Shift était considéré comme le leader Européen historique sur ce marché, en termes de réseau de fabrication industrielle, alors que Xometry avait déjà la stature et la réputation d’un leader mondial.

En outre, même abstraction faite de de cette consolidation, le nombre d’entreprises a quand même augmenté de 34,4%, ce qui souligne l’accroissement du marché. On peut d’ailleurs observer une tendance similaire dans le domaine de la fabrication additive : alors qu’il n’y avait que 171 entreprises en 2019, leur nombre est passé à 240 en 2020, soit une augmentation de 40,35%.

Quelques observations sur le spectre actuel du Cloud Manufacturing

Il est possible d’en déduire :

1. Une nette tendance à la hausse, sur la base du seul nombre d’entreprises impliquées à la fois dans le marché du CMfg et de la fabrication additive.
2. Un marché qui n’est pas encore saturé (principalement parce qu’on voit encore de nouvelles entreprises apparaître).
3. Un intérêt croissant pour ces nouvelles méthodes de fabrication, y compris dans les milieux plus traditionnels : les grandes entreprises tentent de se joindre au mouvement, notamment par la création d’entreprises dérivées ou de start-up filles, tandis que les employés des entreprises de fabrication traditionnelles démissionnent pour lancer leur propre affaire.
4. Une consolidation partielle a déjà eu lieu.
5. Nous faisons toujours face à un énorme écart entre la théorie et la pratique. Une analyse approfondie du panorama donne à penser que nous en sommes encore à la Phase 1

Le « cycle du hype » de Gartner

Afin de conclure cette section sur un outil permettant une analyse tangible, parlons du célèbre « cycle du hype » de Gartner, dont l’usage est communément répandu, tant en théorie qu’en pratique. L’hypothèse sous-jacente prétend que, pour chaque nouvelle technologie, cette dernière suit un chemin toujours à peu près identique : démarrant par une acceptation préliminaire et sommaire du marché, pour aboutir à une bulle de « hype » (un moment où, en somme, elle fait fureur). 

Après quoi, on observe une forme de décélération jusqu’à un plateau d’acceptation inférieur, avant son acceptation finale, capitalisée par une accumulation d’attention. 

Les parties intéressantes ont été marquées par des rectangles rouges dans la figure suivante (figure 6). On considérera (comme on l’a fait dans la section précédente) que les termes « Smart Factory » et « CMfg » sont interchangeables. 

Si on se réfère au « cycle du hype » de Gartner, nous sommes en ce moment pile entre le pic des attentes exagérées et le gouffre des désillusions. Le plateau de productivité devrait être atteint d’ici deux à cinq ans.

Ce à quoi peut s’attendre l’industrie manufacturière

Après plusieurs années de recherches, on peut supposer que le futur verra de nombreux changements dans le domaine de la fabrication industrielle. Personnellement, j’ai synthétisé mes pensées en trois hypothèses, présentées ci-dessous.

Des transformations majeures de la chaîne d’approvisionnement

Avant tout, les chaînes d’approvisionnement traditionnelles subiront de plein fouet le contrecoup du CMfg : le principe selon lequel les inefficacités sous-jacentes sont systématiquement éradiquées s’applique également, par définition, aux entreprises non économiquement viables. Le CMfg risque de leur en faire voir et il n’est pas impossible de se retrouver dans un scénario où ne survivront que ceux qui sauront s’adapter.

Des changements de normes dans les industries de type process et discret

Les industries de type discret sont déjà obligées de lutter contre les industries de type process, et il est inévitable, sur le long-terme, qu’elles se retrouvent dépassées par des processus de fabrication comme le Cloud Manufacturing.

L’industrie manufacturière peut être grossièrement divisée entre industries de type discret et industries de type process. Les premières s’attachent à dupliquer des produits identiques au travers de lignes d’assemblage, tandis que dans les secondes, le produit fini ne saurait être démantelé pour récupérer ses éléments constitutifs.

Bien que les industries de type discret soient actuellement les plus affectées par le concept de CMfg, les industries de type process ne sont pas à l’abri non plus.

Bien sûr, le développement du Cloud Manufacturing au sein même de l’industrie de type process prendra intrinsèquement plus de temps, en raison des normes strictes ayant trait à la sécurité de l’environnement de travail et des procédés de fabrication, sans parler, plus généralement, des lois en vigueur. Cependant, malgré une perte de temps à court-terme, la balance sur le long-terme penche en faveur du CMfg, en raison de sa propension à générer un environnement mieux contrôlé, et de ses principes qui s’accordent mieux d’un environnement bien régulé.

Ceci est principalement dû à la gestion intégrale de l’information par la plateforme sous-jacente. Pour présenter les choses plus simplement, s’il se présente une norme particulière ou une restriction spécifique pour une fabrication donnée, le CMfg sera naturellement à même de les traiter de façon adaptée et avec toute l’attention nécessaire, tout simplement parce que cela fait partie des paramètres d’entrée !

Il est facile de considérer un environnement mieux contrôlé comme étant plus facile à gérer, notamment parce que la probabilité d’une erreur humaine s’en trouve drastiquement réduite.

Comment sont perçues les solutions de Cloud Manufacturing dans le monde réel ?

Pour en finir avec cette partie, je conclurai en citant quelques idées émanant d’un des rares articles parlant du CMfg et touchant au domaine de l’entreprise au sens large, rédigé par Charro and Schaefer [14]. Cet article analyse la façon dont est perçu le Cloud Manufacturing par certains fournisseurs d’usinage. En faisant abstraction de l’aspect scientifique, je vais me concentrer sur l’évaluation finale de leur enquête, résumée dans le tableau suivant :

En considérant le côté positif que laisse entrevoir ce résultat, je voudrais prendre un instant pour débattre des aspects négatifs évoqués et mettre en exergue leur manque de pertinence par rapport à la viabilité à long-terme du concept de CMfg.

Voici, en gros, pourquoi je pense que les points négatifs rapportés devraient surtout être vus comme des angoisses relatives au Cloud Manufacturing, plutôt que comme de réels problèmes.

« Choc culturel en entreprise », « Les entreprises veulent posséder leurs propres machines », « Réticence au changement », « Collaboration avec des inconnus » de même que « Les tenants des machines peuvent se montrer gourmands » sont des assertions plus subjectives qu’autre chose, et qui sont toutes plus ou moins invalidées quand on prend en compte d’autres facteurs, tels que « Support de la direction », « Compatibilité » and « Possibilité accrue de faire des essais et erreurs ». Une fois ces pratiques en place, j’ai tendance à penser que ces sentiments subjectifs s’envoleront. En réalité, cela fait partie intégrante d’un processus d’adaptation mentale, qui doit être lui-même correctement aligné et développé. 

En ce qui concerne les autres points négatifs mentionnés, je prétends qu’ils ne seront plus aussi prévalents une fois le CMfg arrivé à maturation, selon les projections déjà évoquées. Ces points négatifs sont, à mon sens, principalement dus au manque de sophistication dont souffre encore le CMfg, un problème récurrent dans les premières phases de développement.

Conclusion

Le marché industriel, et la demande qui en découle, sont en train de changer. Des changements qui ont suscité divers paradigmes visant la fabrication industrielle, afin que cette dernière soit capable de suivre ces nouvelles exigences. Je pense que le Cloud Manufacturing constitue, à cet égard, le modèle le plus prometteur.

La théorie se développe à un rythme toujours plus soutenu et, dans le monde entier, de nouvelles entreprises se lancent dans l’aventure. Une bonne acceptation générale de concepts comme le Cloud Computing entraîne naturellement une meilleure acceptation des paradigmes de fabrication eux-mêmes basés sur le cloud, comme le Cloud Manufacturing. 

Dans un autre de mes articles (rédigé en allemand) à propos du Cloud Computing, où j’en souligne l’émergence cruciale et indéniable, j’ai fait le pari que le concept était là pour s’installer dans la durée, un pari que je suis prêt à réitérer pour le CMfg. Vous avez le choix soit d’accepter la transformation de l’industrie manufacturière, soit de la refuser. Mais un refus par défaut mettra immanquablement en péril toutes les entreprises concernées. Un phénomène similaire à l’avènement d’internet, quand certains s’efforçaient de l’ignorer : « ce n’est jamais qu’un effet de mode, nous n’avons pas à leur emboîter le pas ! ». Je pense, au contraire, que ce N’EST PAS un effet de mode, mais bien la destinée manifeste de la fabrication industrielle, ceteris paribus (toutes choses étant égales par ailleurs).

Si le Cloud Manufacturing ne vient pas aujourd’hui, alors il viendra plus tard. Le Cloud Manufacturing est une façon prometteuse de reconnaître le changement des tendances qui a cours dans le marché de la fabrication industrielle. 

En fin de compte, je conclurai en citant le titre d’un de mes autres articles : « Le Cloud Manufacturing : mythe ou futur de la fabrication industrielle mondiale ? ». À mon avis, il s’agit bel et bien du futur de la fabrication industrielle mondiale. Il est temps de prendre le train en marche !

Robert Henzel, étudiant en doctorat à l’Université Stuttgart

Références

[1] S. Kubler, J. Holmström, K. Främling, and P. Turkama. Technological theory of cloud manufacturing. In Service Orientation in Holonic and Multi-Agent Manufacturing – Proceedings of SOHOMA 2015, Cambridge, UK, November 5-6, 2015, pages 267–276, 2015.
[2] Skarlat, O. (2020) https://www.researchgate.net/publication/305780155_Elastic_Manufacturing_Process_Landscapes (Accessed on: 15.12.2020)
[3] Yongkui Liu, Lihui Wang, Xi Vincent Wang, Xun Xu & Pingyu Jiang (2019):
Cloud manufacturing: key issues and future perspectives, International Journal of Computer
Integrated Manufacturing, DOI: 10.1080/0951192X.2019.1639217
4] https://www.gartner.com/en/documents/3988511/hype-cycle-for-manufacturing-operations-strategy-2020, accessed: 16.12.2020
[5] Alberto Charro & Dirk Schaefer (2018) Cloud Manufacturing as a new type of Product-Service System, International Journal of Computer Integrated Manufacturing, 31:10, 1018-1033, DOI: 10.1080/0951192X.2018.1493228

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