Le jumeau numérique, un atout pour l’Industrie 4.0

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Les jumeaux numériques pourraient aider les entreprises à surveiller les opérations, à effectuer une maintenance prédictive ou à améliorer les processus. Ces simulations représenteraient un marché de 63,5 milliards de dollars d’ici 2027, exploité par l’industrie 4.0.

Représenter virtuellement en temps réel des objets, des processus ou des systèmes est possible grâce au jumeau numérique. Bien que ceux-ci puissent représenter des objets purement numériques, ils servent souvent de passerelle entre les domaines physique et numérique. Par exemple, un jumeau numérique peut fournir une vue numérique des opérations de l’usine, un réseau de communication ou le flux de colis dans un système logistique.

“Une implémentation de jumeau numérique est un objet ou un modèle logiciel encapsulé qui reflète un seul objet physique, processus, entreprise, personne ou autre abstraction.” Selon Gartner. “Les données de plusieurs jumeaux numériques peuvent être agrégées pour obtenir une vue composite de plusieurs entités du monde réel, telles qu’une centrale électrique ou une ville, et leurs processus associés.”

Simulation : de multiples avantages

Ces clones virtuels d’opérations physiques peuvent aider les entreprises à surveiller les opérations, à effectuer une maintenance prédictive et à fournir des informations pour les décisions d’achat d’immobilisations. Ils peuvent également aider à simuler des scénarios qui prendraient trop de temps ou qui coûteraient trop cher à tester avec des actifs physiques, à créer des plans d’affaires à long terme, à identifier de nouvelles inventions et à améliorer les processus. Selon GlobalLogic, société spécialisée dans l’ingénierie de produits numériques, les jumeaux numériques offrent cinq avantages clés :

– Accélération de l’évaluation des risques et du temps de production. Les jumeaux numériques peuvent aider les entreprises à tester et valider leurs produits virtuellement avant qu’ils n’existent dans le monde réel. Les ingénieurs peuvent les utiliser pour identifier les défaillances de processus.

– Maintenance prédictive. Les entreprises peuvent utiliser des jumeaux numériques pour surveiller de manière proactive les équipements et les systèmes afin de planifier la maintenance avant qu’ils ne tombent en panne, améliorant ainsi l’efficacité de la production.

– Surveillance à distance en temps réel. Les utilisateurs peuvent surveiller et contrôler à distance les systèmes.

– Meilleure collaboration entre les équipes. GlobalLogic note que l’automatisation des processus et l’accès 24h/24 et 7j/7 aux informations système permettent aux techniciens de passer plus de temps à collaborer.

– Meilleure prise de décision financière. En intégrant les données financières, les entreprises peuvent utiliser des jumeaux numériques pour prendre des décisions d’ajustement plus intelligentes et plus rapides.

L’utilisation de jumeaux numériques se développe rapidement, mais la technologie sous-jacente de mise en réseau et d’interconnexion doit se poursuivre, notamment en termes d’interopérabilité. (Crédit Dassault Systèmes)

Technologie basée sur les données en temps réel

Les jumeaux numériques se composent de trois éléments principaux, selon l’intégrateur de systèmes SL Controls :

– Informations historiques. Données sur les performances passées des machines, processus et systèmes.

– Données en temps réel. Les jumeaux numériques reçoivent des mises à jour continues des capteurs d’équipement et des sorties des plates-formes et des systèmes, tels que l’équipement de fabrication, le service client et les achats.

– Données futures. Ils incluent l’apprentissage automatique et les données fournies par les ingénieurs.

4 domaines d’application

selon ibmLes différents types de jumeaux numériques utilisés aujourd’hui se distinguent essentiellement par leur domaine d’application :

– Composants jumeaux/jumeaux partiels : C’est l’unité de base des jumeaux numériques. Le jumeau représente ici les caractéristiques physiques, mécaniques et/ou électriques d’un composant ou d’une pièce.

– Jumeaux d’actifs : les actifs sont deux composants ou plus qui fonctionnent ensemble. Ces jumeaux représentent l’interaction des composants pour créer des données de performance.

– Jumeaux de système ou d’unité : ces jumeaux reflètent l’interaction des actifs qui composent un système ou une unité.

– Process Twins : ces jumeaux représentent la façon dont les systèmes fonctionnent ensemble. Par exemple, un processus jumelé peut représenter une installation de production entière.

La simulation, un atout des jumeaux numériques

Vous pouvez considérer les jumeaux numériques comme des simulations d’objets et de processus physiques, mais ce qui les distingue, c’est mises à jour en temps réel. Selon l’intégrateur de systèmes SL Controls, les simulations permettent aux ingénieurs de tester et d’évaluer un actif physique, mais la simulation est statique. Cela dépend de la saisie de nouveaux paramètres par l’ingénieur. Les jumeaux numériques reçoivent des mises à jour en temps réel de l’actif physique, du processus ou du système, permettant aux ingénieurs de tester, d’évaluer et d’analyser dans des conditions réelles.

Une solution adoptée par Rolls-Royce et Mars

Les entreprises utilisent déjà des jumeaux numériques pour améliorer leur activité. Par exemple, Rolls-Royce améliore l’efficacité des moteurs à réaction. La multinationale de l’aérospatiale et de la défense Rolls-Royce a mis en place une technologie de jumeau numérique pour surveiller les moteurs qu’elle produit. L’entreprise peut surveiller le fonctionnement de chaque moteur, les conditions dans lesquelles il vole et la façon dont le pilote l’utilise. Rolls-Royce utilise le jumeau numérique pour proposer des plans de service adaptés à des moteurs spécifiques.

La Cité de l’architecture & du patrimoine et la direction régionale des affaires culturelles de Nouvelle-Aquitaine (DRAC) ont collaboré avec l’éditeur Dassault Systèmes pour construire un jumeau virtuel à l’échelle 1/1 de la grotte de Lascaux, fermée au grand public depuis 1963.

Le département de recherche technologique du CEA introduit progressivement trois jumeaux numériques logistiques. S’appuyant sur les expériences terrain de ses 6 partenaires commerciaux, elle a conçu trois modèles économiques fictifs pour simuler des scénarios d’activité portuaire, de stockage et de flux massiques.

L’entreprise de confiserie, de soins pour animaux de compagnie et d’alimentation Mars a créé un jumeau numérique de votre chaîne d’approvisionnement de fabrication pour soutenir vos opérations. L’entreprise utilise la technologie pour améliorer la capacité et les contrôles de processus, notamment en augmentant la disponibilité des machines grâce à la maintenance prédictive et en réduisant les déchets associés aux machines qui emballent des quantités incohérentes de produits.

TIAA réduit la complexité du service client. La Teachers Insurance and Annuity Association of America-College Retirement Equities Fund (TIAA) utilise un jumeau numérique pour réduire la complexité de l’intégration de nouveaux clients institutionnels. Le jumeau TIAA utilise les métadonnées des produits, les flux opérationnels, les interdépendances qui se chevauchent et les règles métier pour valider les sélections de plans de service des opérateurs de plan.

Bayer Crop Science remodèle sa stratégie avec les usines virtuelles. L’entreprise a créé des « usines virtuelles » pour chacun de ses neuf sites de fabrication de semences de maïs en Amérique du Nord. Ces usines virtuelles sont des représentations numériques dynamiques de l’équipement, des caractéristiques de flux de produits et de processus, de la nomenclature et des règles de fonctionnement sur chacun des neuf sites. En plus de fournir une vue en temps réel des opérations, les usines virtuelles permettent à Bayer d’effectuer des analyses de simulation qu’elle utilise pour analyser de nouvelles stratégies, prendre des décisions d’achat d’immobilisations, créer des plans d’affaires à long terme et améliorer les processus.

Plateformes logicielles complètes

Les plates-formes logicielles de jumeaux numériques intègrent des données de capteurs IoT et d’autres données pour surveiller les performances des actifs et effectuer des simulations. Ian Skerrett, consultant, explique que les plates-formes numériques jumelles évolutives présentent six caractéristiques essentielles. Tout d’abord, ils permettent de gérer le cycle de vie des jumeaux numériques. Ian Skerrett explique que les jumeaux numériques sont des instances de “câbles numériques” ou de “maîtres numériques”, c’est-à-dire les exigences, les pièces et les systèmes de contrôle qui constituent un actif physique. Par exemple, le master numérique d’une éolienne se compose des dessins techniques, des nomenclatures, des versions logicielles et d’autres artefacts utilisés pour créer une éolienne. Une plate-forme de jumeau numérique pour les éoliennes devrait tirer parti de ce maître numérique et fournir des outils pour tester, déployer et gérer le jumeau numérique basé sur le maître numérique. Ces outils doivent pouvoir s’adapter à des centaines de maîtres numériques et à des milliers de jumeaux numériques.

Ils sont aussi une source unique de vérité. Les plateformes doivent pouvoir mettre à jour et fournir le statut exact de chaque jumeau numérique. Par exemple, la maintenance de routine peut avoir pour résultat qu’un actif a une pièce ou une version de micrologiciel différente d’un autre actif. Une plateforme doit pouvoir mettre à jour l’état exact de chaque objet actif dès qu’il change. En tant qu’interface et point d’intégration d’une solution IoT industrielle, la plateforme doit fournir une API ouverte permettant à tout système d’interagir avec elle. La plate-forme devrait également aider l’entreprise à créer des visualisations approfondies, des tableaux de bord et une analyse des données en direct provenant du jumeau numérique. Les données en direct doivent être liées au jumeau numérique.

La plate-forme doit également permettre aux utilisateurs de créer des événements et des processus métier pouvant être exécutés sur la base des données de la plate-forme. Enfin, la plateforme doit permettre la collaboration entre les acteurs d’un jumeau numérique. Il doit indiquer quelle entreprise possède ou exploite chacun et quels utilisateurs sont autorisés à accéder aux données.

de nombreux fournisseurs

De nombreuses entreprises créent leurs propres jumeaux numériques, mais il existe des fournisseurs de plateformes populaires. Voici quelques-unes des offres les plus populaires :

-Dassault Systems avec l’expérience 3D

– logiciel de simulation de fabrication numérique aPriori

– Jumeau numérique Autodesk

– Plateforme Ayla IdO

-AWS IdO

– Centre de processus d’affaires (EPC) des technologies d’interface

– Nuage de surveillance de la production Oracle IoT

– Predix de la plateforme GEDexperience

– SAP Leonardo Internet des objets

– PTC et Ansys avec Creo Ansys Simulation

Un marché en plein essor

Le marché des jumeaux numériques se développe à un rythme rapide. Selon le cabinet d’études MarchésetMarchés, le marché mondial des jumeaux numériques valait 3,1 milliards de dollars en 2020 et devrait atteindre 63,5 milliards de dollars d’ici 2027. Considérez le jumeau numérique comme un élément clé de la quatrième révolution industrielle (ou “industrie 4.0”). “Dans l’industrie 4.0, le jumeau numérique est considéré comme intégrant des techniques de fabrication à des technologies de pointe telles que l’IoT qui aide à développer des systèmes de fabrication interconnectés”, indique la société de recherche dans son rapport.

“Par conséquent, la technologie du jumeau numérique semble être une solution idéale qui permet aux entreprises de réaliser plus facilement les normes de l’industrie 4.0.” L’entreprise estime que les secteurs de l’automobile et des transports, de l’énergie et de l’électricité, de l’aérospatiale et de la défense sont les principaux utilisateurs finaux de la technologie des jumeaux numériques.

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