in English

Processus de transport dans l'univers de l'IoT

Dans le décor sauvage de l'Alaska, les technologies IoT garantissent le transport sécurisé des biens et des services le long de l'un des tronçons d'autoroute les plus difficiles des États-Unis. L'Alaska Department of Transportation and Public Services a fait appel aux solutions Cisco pour gérer des ressources radio, des canaux et des médias hautement sécurisés, coordonner l'expédition et assurer la connectivité réseau sur les routes. Cette mise en œuvre permet d'apporter une réponse rapide aux situations d'urgence, d'améliorer la sécurité et d'optimiser l'efficacité de la gestion et de l'entretien de l'équipement.

Fig 1. Dans le décor sauvage de l'Alaska, les technologies IoT garantissent le transport sécurisé des biens. Image fournie par Getty

Dans cet environnement extrême, l'IoT joue un rôle de plus en plus important pour tous les systèmes de transport (ferroviaire, maritime, aérien et routier) à l'échelle du globe. Ces avancées permettent aux transporteurs de s'adapter au rythme imposé par les fabricants. D'autres articles publiés sur le Hub IoT ont montré comment l'évolution de la technologie des capteurs, du réseau et du Cloud (dont l'IoT) a permis de stimuler la productivité, la compétitivité et la granularité du choix dans les usines et les entrepôts.

Si les processus de fabrication modernes impliquent des transports avancés, que fait l'industrie des transports pour relever ce défi ? Quels sont les composants d'un système de transport, comment peuvent-ils être modifiés par l'IoT et quels en sont les avantages ? Nous allons aborder ces questions et leurs réponses dans la suite de ce document.

Si nous nous concentrons sur les systèmes de transport routier, nous pouvons fournir des données plus précises sur les défis et les avantages potentiels, les deux étant énormes. En effet, l'année dernière, le transport routier a généré 676 milliards de dollars aux États-Unis, contre un revenu total de 478 milliards pour Apple, Amazon et Google. Cette grande industrie doit affronter son lot de problèmes : pénurie de chauffeurs, coûts croissants des temps d'arrêt imputables aux pannes ou aux accidents, vols de véhicules ou de chargements, efficacité opérationnelle et demande croissante en informations en temps réel sur l'état du fret (la situation géographique bien sûr, mais aussi des détails sur le contenu exact d'une expédition). De plus, si cette expédition inclut des denrées alimentaires ou pharmaceutiques périssables, l'anticipation des problèmes de réfrigération ou du contrôle environnemental devient indispensable, afin de pouvoir remédier à la situation avant la destruction définitive d'un stock précieux, voire irremplaçable.

La complexité de ces problèmes s'intensifie pour les activités de transport international ou à grande échelle. En effet, ces opérations sont fragmentées et impliquent l'intervention de différents transporteurs, entrepôts et véhicules tout au long du trajet. Compte tenu de la problématique résumée ci-dessus, nous allons voir les défis potentiels d'exploitation à grande échelle ou à l'international, ainsi que les solutions ouvertes par l'IoT.

Conduite automatisée de camions

Le développement de la conduite automatisée de camions pourrait contribuer à résoudre certains de ces problèmes, en réduisant, voire éliminant totalement, le recours aux chauffeurs. Si le développement d'un système fiable de conduite autonome risque d'être très élevé, il sera largement compensé par l'élimination des salaires annuels des chauffeurs. Quoi qu'il en soit, même si la vision d'autoroutes remplies de véhicules à conduite autonome semble quelque peu futuriste, on constate cependant déjà des réalisations limitées. Le conglomérat minier Rio Tinto exploite depuis 2008 des flottes automatisées de très gros camions dans une région reculée de l'ouest de l'Australie, avec une réduction de l'ordre de 13 % des coûts du transport et du remorquage. Cette solution élimine les temps de pause, l'absentéisme, les coûts de changement d'équipe et la logistique des repas, tout en augmentant la sécurité par une intervention humaine plus réduite dans l'environnement minier.

Fig 2. Rio Tinto exploite depuis 2008 des flottes automatisées. - Image fournie par Getty

Les convois de camions ouvrent une autre possibilité de conduite autonome. Le chauffeur du camion de tête garde le contrôle de toutes les fonctions de direction et donne le rythme. Les chauffeurs des autres camions sont déchargés des opérations de direction, d'accélération ou de freinage, et leur présence peut ne pas s'imposer sur le plan technique après le départ du convoi. Ce système abaisse les taux d'accident et peut réduire la consommation de carburant d'environ 15 %. L'espace routier est mieux utilisé, avec une réduction des émissions de carbone.

Un essai effectué avec un convoi piloté par un camion Volvo à Barcelone, en Espagne, a donné des résultats concluants. Le chauffeur a fourni les instructions de direction aux quatre véhicules suivants. La voie de l'automatisation complète progressera par étapes intermédiaires ; l'expérimentation est déjà en cours.

La conduite autonome pourrait réduire le nombre d'accidents liés au transport routier, sachant que les accidents peuvent se chiffrer en centaines de milliers de dollars, voire en millions si un décès est à déplorer. Elle pourrait aussi être la solution idéale à la pénurie de chauffeurs de camion ; l'American Trucking Association a estimé qu'il manquait près de 48 000 chauffeurs aux États-Unis en 2015, chiffre qui pourrait atteindre 175 000 en 2024.

Parallèlement à ces avantages imputables à l'automatisation de la conduite, l'IoT aurait beaucoup à offrir avec la détection, la collecte, l'analyse d'événements dans le véhicule, de même que l'avertissement des utilisateurs, quel que soit le niveau d'automatisation. Les camions sont de plus en plus souvent équipés de capteurs qui surveillent le fonctionnement du moteur, le comportement du chauffeur, l'état du chargement et la position. Différents intégrateurs de systèmes utilisent les données de ces capteurs, ainsi que l'analyse basée sur le Cloud pour générer des informations exploitables par les opérateurs de flottes.

Suivi et localisation de nouvelle génération

En 2012, FreightWatch a enregistré 946 cas de vol de marchandises en Amérique, et 689 en Europe ; ces incidents coûtent chaque année plusieurs milliards de dollars aux transporteurs au titre des retards d'inventaire et du coût des biens volés. Le service Radar Blackberry peut être utile pour aider les opérateurs à lutter contre ces vols :

Envoie des données en temps quasi réel sur la position des remorques et des conteneurs à un portail accessible n'importe où, sur un smartphone, une tablette ou un ordinateur.
Basé sur un dispositif de suivi des biens facile à installer sur une remorque.
Identifier la position des biens, leur utilisation, identifier et prévenir les risques de vol et d'inefficacité
Détecter le moment où le camion traverse la zone géographique définie par l'utilisateur ou lorsque la porte d'une remorque est ouverte ou fermée
Surveille la température, l'humidité et la présence de fret, afin de détecter les problèmes susceptibles de menacer l'intégrité des marchandises
Notifie le personnel d'entrepôt d'une arrivée imminente pour lui permettre de planifier en conséquence
La sécurité est garantie par le cryptage de toutes les données transmises. En outre, les dispositifs et les points terminaux Cloud sont authentifiés
Basé sur le Cloud, ce système ne nécessite pas d'infrastructure coûteuse
D'autres systèmes peuvent également améliorer la sécurité, avec la surveillance des capteurs pour portes, l'établissement de communications bidirectionnelle fiables et les boutons panique, mais aussi contribuer à écarter toute risque de piratage en détectant les activités de brouilleur de signal GPS et GSM. Les informations GPS permettent également de suivre les véhicules volés.

De même, DHL propose deux produits SmartSensor ; le SmartSensor RFID est un dispositif RFID passif UHF, qui mesure les températures pendant le transport. Ses données peuvent faire l'objet d'une analyse rétrospective sur le portail Web de DHL, à tout moment et n'importe où dans le monde. Ce système respecte les réglementations pharmaceutiques EU GMP Annexe 11, US 21 CFR Part 11 et EU GDP.

Le SmartSensor GSM mesure les données de température, d'humidité, de choc et de lumière (ouverture de porte), et suit la position pendant le transport. Ce dispositif charge ses données sur le portail Web de DHL via le réseau de téléphonie portable GSM, afin de permettre une analyse en temps quasi réel des données.

Passage d'un entretien préventif à un entretien prédictif

Non content de surveiller les mouvements et les conditions du fret, l'IoT aide les opérateurs de flottes à améliorer la disponibilité des camions en préférant un entretien prédictif à un entretien préventif. Le fabricant International Truck a lancé le programme OnCommand Connection, qui exploite les technologies du Big Data et de l'IoT pour minimiser les perturbations des services de transport routier. Chaque camion IT construit depuis l'été 2015 est doté d'une option télématique qui se branche sur le moteur et lit les données provenant d'autres composants.

Contrôle le régime moteur, la vitesse du camion, la température du liquide de refroidissement, l'usure des freins et d'autres variables
Les données collectées à intervalles de 15 à 60 secondes, et (principalement) transmises sur les réseaux cellulaires à un référentiel Amazon Web Services accessible par IT et ses clients.
Ces données sont ensuite chargées sur un cluster Hadoop pour analyse à partir d'algorithmes d'apprentissage machine écrits en Python, R et SAS.
Les résultats de l'analyse aident TI à améliorer ses propres mécanismes de tests internes et sensibilisent les clients aux activités d'entretien prédictif
Le cluster Hadoop devrait dépasser 1 Po de données, pour accompagner plus de 200 000 camions.
Peut prédire la réaction de différentes configurations de camions et combinaisons de pièces (20 000 possibilités environ) les unes avec les autres dans le monde réel, et générer des alertes si ces prédictions et les entrées de capteur signalent un problème latent.
L'entretien prédictif réduit les temps d'arrêt, point particulièrement important lorsque chaque journée d'inactivité d'un camion peut générer jusqu'à 1000 dollars de perte de revenu

Surveille les chauffeurs et garantit la conformité

Les chauffeurs peuvent être considérés comme des composants du système d'un camion, à l'instar du moteur, des freins et du chargement. En tant que tels, les chauffeurs et les opérateurs peuvent bénéficier dans une mesure égale de la surveillance, des retours et des recommandations d'amélioration.

Les répartiteurs peuvent contrôler à distance l'efficacité du carburant en temps réel ; les chauffeurs ont-ils tendance à freiner ou accélérer trop brusquement ?
Recommander une vitesse optimale pour un itinéraire
Suivre les itinéraires des chauffeurs, le temps passé à charger et à décharger
Gérer les heures de conformité des services
Un système peut devenir plus intelligent à mesure qu'il reçoit des retours, et devenir ainsi mieux à même de prodiguer des conseils relatifs à l'état des routes, aux quais de chargement, aux conditions météorologiques et à d'autres facteurs susceptibles d'affecter le calendrier de livraison
Dispositifs enregistreurs électroniques (ELD) ; la Federal Motor Carrier Safety Administrator (FMCSA), en charge de la réglementation et de la supervision de la sécurité des véhicules commerciaux, exige que les chauffeurs de camion utilisent un dispositif ELD aux États-Unis. Ce dispositif collecte des données concernant la position, la date, l'heure, le véhicule et l'ID du chauffeur, l'état de la puissance du moteur, l'état de mouvement du véhicule, les kilomètres parcourus et les heures de fonctionnement du moteur.
Les ELD peuvent être couplés aux smartphones pour stocker et sauvegarder les informations collectées, afin de faciliter la collecte organisée et systématique des données.
La conformité réglementaire est assurée au moyen du suivi précis des heures de service (HOS) et l'enregistrement des données relatives à l'entretien des véhicules
Dans l'ensemble, les chauffeurs apprécient ces dispositifs qui leur épargnent les nombreuses heures auparavant nécessaires pour remplir les carnets de bord en format papier, afin de se conformer à la réglementation régissant les heures de service. Le dispositif ELD peut également servir de preuve pour exonérer des chauffeurs en cas d'accident.
Il est également possible d'utiliser des données ELD pour modéliser le risque de fatigue. La technologie de modélisation prédictive utilise plusieurs milliers de points de données pour créer l'image réelle du comportement d'un chauffeur et offrir une opportunité de rectification.

Utilisation d'une technologie de fret connectée afin de fournir une solution d'expédition mondiale fiable et visible

Les activités de transport de fret international ou à grande échelle peuvent impliquer plusieurs transporteurs, véhicules et points de cheminement. Les possibilités d'erreur sont nombreuses si les responsables sur le terrain ne se comportent pas comme prévu ; par exemple, s'ils placent un paquet sur le mauvais camion après l'analyse. Le système centralisé ne dispose plus d'une vue précise de ce qui se passe vraiment. Ce problème est aggravé par le fait que le fret suit généralement un maillage complexe et fragmenté de points de cheminement ou d'entrepôts appartenant à différents prestataires de services tout au long de l'itinéraire.

Les implémentations traditionnelles de suivi et de localisation ont tenté d'améliorer ce scénario en utilisant des systèmes plus efficaces, mais la technologie IoT permet désormais d'adopter une nouvelle approche plus performante. Intel, par exemple, a mis au point un système international basé de fret intelligent. Ce système fait appel à des capteurs intelligents fixés sur chaque colis ou article. Ces capteurs renvoient des données à une ressource centrale ou basée dans le Cloud par le biais de passerelles mobiles sur le véhicule, ou de passerelles fixes situées dans les points de cheminement.

Les acteurs du fret bénéficient ainsi d'une vue unifiée et cohérente de l'état du fret à mesure qu'il progresse dans le système
Des informations d'expédition en temps réel peuvent être transmises aux systèmes existants et aux nouveaux systèmes d'analyse du Big Data, permettant aux clients d'accéder aux informations d'expédition pendant le transit
Des capteurs de température et des accéléromètres permettent aux clients de surveiller les conditions de transport et de prendre des mesures correctives, si nécessaire. Cela peut impliquer la modification de l'environnement du conteneur d'expédition, ou le réacheminement du fret vers une autre destination.
Les données collectées peuvent également faciliter la visibilité et la planification à plus long terme

La figure 3 : Système de transport intelligent Intel - Image fournie par Intel

La plate-forme Intel IoT est une architecture de référence pour connecter la technologie de suivi des capteurs de fret aux passerelles qui communiquent avec les analyses de données et le système de gestion existants d'un client via une interface de pare-feu. Elle se compose des composants suivants :

Capteurs intelligents : capteurs avec processeur intégré, mémoire et fonctions de communication sans fil, fixés aux colis
Passerelles : dispositifs mobiles, alimentés sur batterie, qui accompagnent les chargements en transit, et versions de points de cheminement fixes associés aux colis reçus et/ou qui n'ont pas encore été expédiés. Gérée par une application spécialement conçue pour accepter les paramètres d'expédition et les mettre à disposition, dont le système d'exploitation et les packages applicables pour la sécurité, la gestion et les analyses locales.
Configurator : application Cloud se connectant aux applications client pour créer des paramètres de configuration pour chaque chargement, dont les ajustements de paramètres.
State Reconciliation Engine : application Cloud gérant la cohérence entre les passerelles et les abstractions résidant dans les systèmes opérationnels des clients (expéditions, chargements et points de cheminement).
Clearinghouse : application Cloud permettant de gérer les communications entre les passerelles et les applications clientes (logistique, applications existantes ou opérationnelles) ; événements périodiques entrants et événements hors cycle qui sont reçus ici pour échanger avec les systèmes clients ; les changements d'état sortants et les appels de méthodes sont reçus par l'application Clearinghouse pour transmission aux passerelles.
Kits de développement logiciel (SDK) : outils fournis aux clients souhaitant créer de nouveaux systèmes opérationnels, afin de garantir la compatibilité future avec les améliorations apportées aux applications de passerelle, Clearinghouse, Configurator et State reconciliation engine.

Conclusion

Le transport de fret, et particulièrement de marchandises périssables, peut être complexe et difficile à gérer : des imprévus risquent d'affecter les conducteurs, les véhicules et le fret. Nous avons vu dans quelle mesure les fonctions de contrôle et de surveillance de l'IoT permettent de remédier à ces problèmes. La nécessité des véhicules autonomes, voire sans conducteur, est admise par les professionnels, et certaines réalisations ont déjà vu le jour. Les chauffeurs ont également beaucoup à gagner, car ces systèmes simplifient considérablement les procédures administratives.

Grâce aux réseaux IoT de capteurs sans fil robustes et à faible coût, et de passerelles mobiles, le suivi des marchandises gagne également en simplicité et en fiabilité. Les articles de fret comportant un capteur peuvent communiquer avec les postes de contrôle centraux et les opérateurs peuvent voir, en temps réel, la position des marchandises et leur condition. Cela évite d'avoir à se contenter d'informations indirectes, différées, voire incorrectes, fournies par des scanners et des dispositifs de saisie manuelle des données.

Ce mode d'exploitation de la technologie IoT présente de nombreux avantages. Elle évite le gaspillage de carburant, réduit le temps d'arrêt des camions, évite les problèmes liés aux chauffeurs et réduit les pertes de marchandises tout en améliorant les bénéfices en réacheminant les marchandises vers d'autres destinations si des opportunités se présentent en cours de trajet.