Qu’est-ce qu’un jumeau numérique dans l’industrie ?

Inventé en 2012, le terme « Industrie 4.0 », ou la 4ème révolution industrielle, désigne la diversité des nouvelles technologies et innovations numériques qui transforment l’industrie en connectant monde réel et monde virtuel à l’aide de la donnée. Les stratégies de transformation digitales, associée à l’internet des objets (IoT) apportent un socle solide pour contribuer à la convergence des mondes physiques et numériques. Découvrez ce qu’est un jumeau numérique (Digital Twin) ainsi que son usage dans l’industrie.

Qu’est-ce qu’un jumeau numérique ?

Un jumeau numérique dans l’industrie est une copie virtuelle d’un objet, d’un produit, d’un équipement, d’une personne, d’un processus, d’une chaîne d’approvisionnement ou même d’un écosystème commercial ou technique complet.

Ce concept a été initialement introduit par David Gerlernter dès 1991 dans son livre Mirror Worlds et dès lors conceptualisé pour le manufacturing afin d’améliorer la gestion de cycle de vie d’un produit (PLM ou Product lifecycle Management).

Cette technologie est basée sur les données. Dans le monde industriel elles proviennent de capteurs de l’internet des objets (IoT) — qui sont intégrées à l’objet original. Ces informations donnent des visions à la fois physiques et opérationnelles des modifications de l’objet en temps réel. En fonction de l’architecture des installations, les infrastructures disponibles, les processus mis en place et les besoins sous-jacents, le tout peut être connecté à des solutions cloud.

Le personnel sur le terrain peut ainsi surveiller et superviser les systèmes. Un des avantages à utiliser le numérique : les modifications peuvent aussi être apportées au système. C’est à dire qu’il est possible de visualiser et de simuler sur la version numérique, mais également d’agir sur la version physique. Cela permet virtuellement d’anticiper les changements et d’effectuer certains ajustements avant d’effectuer toute modification dans le système réel. Ainsi, le système virtuel permet des adaptions et des manipulations fines en amont sans altération.

Jumeau numérique, comment ça fonctionne ?

Le concept de jumeau numérique est de recopier un environnement physique et de le reproduire sous forme digitale. Les technologies nécessaires dépendent du niveau de fidélité souhaité. Il est très différent de vouloir analyser et suivre le niveau de vibration d’un moteur comparativement à le visualiser dans son intégralité, le piloter et ou encore en analyser chaque partie. Le tout est bien sûr dépendant de l’accessibilité des données sur l’environnement physique.

Cela à de nombreux avantages. Par exemple il est possible de tester la modification d’un objet ou d‘un système de manière plus sûre et moins coûteuse.

Il est donc envisageable pour les industriels d’analyser de nombreuses variantes afin d’optimiser leurs stratégies d’améliorations ou d’optimisations. Ainsi, elles peuvent se servir du jumelage numérique pour éviter les temps d’arrêt de production qui surviennent en raison de problèmes de maintenance.

Bien qu’elle n’en soit qu’à ses débuts, cette technologie doit être une réplique très proche de l’actif physique réel. Elle doit également disposer des mêmes variables et flux de données que l’actif physique afin de permettre la détection de problèmes au plus tôt. En fonction de l’objet cible et l’objectif final, il est nécessaire d’obtenir plus ou moins d’informations. La variabilité des sujets ne permet pas de créer une liste de pré-requis universel.

Comment le jumeau numérique aide à une meilleure maintenance ?

Les technologies de l’industrie 4.0 permettent de mettre en place des solutions de maintenance prédictive. Cela évite aux équipes de maintenance de faire face à une panne ou à un temps d’arrêt imprévu. Les arrêts de production sont bien souvents synonymes de perte de profits. C’est là ou la technologie de jumeau numérique peut, entre autre, apportée tout son sens.

Cela permet de concevoir, tester et mettre en œuvre de meilleures politiques de maintenance, et ce, avant même que l’actif ne soit en production. En effet, cette technologie permet de visualiser par exemple une ligne de production ou même un atelier entier en action avant qu’il n’existe dans le monde réel.

Selon la qualité du système de jumelage numérique, des simulations complètes peuvent être effectuées en testant une variété d’entrées et de conditions. Ces informations seront alors utilisées pour aider la conception, l’installation, la configuration et la mise en œuvre de l’actif.

Plus encore, ces solutions peuvent être utilisées pour faire de la formation en amont des installations ou directement guider les techniciens sur le terrain en pleine intervention.

Quelles sont les applications du digital twin dans l’industrie ?

De nombreuses industries telles que l’automobile, l’aérospatiale et l’aviation, les biens de consommation, l’agriculture ou encore les soins de santé et les appareils médicaux peuvent intégrer le concept de jumelage numérique. Il est utilisé à diverses échelles pour améliorer les opérations de fabrication, l’ingénierie, ou encore le service.

La conception des produits

Ils peuvent servir de prototype virtuel pendant la phase de conception. Ils seront alors ajustés pour tester différentes simulations ou conceptions avant d’investir dans un PoC ou prototype solide. Cela permet de gagner du temps et de réduire les coûts en diminuant le nombre d’itérations nécessaires à la mise en fabrication du produit.

L’optimisation des processus

Les capteurs d’une chaîne de fabrication, ou les IoT, peuvent être utilisés pour créer un jumeau numérique du processus et analyser des indicateurs de performance pertinents. Les ajustements apportés et testés peuvent identifier de nouvelles façons d’optimiser la production, de réduire les écarts et de faciliter l’analyse des causes profondes.

La gestion de la qualité

Pendant la production, la surveillance des données des capteurs de l’internet des objets sont essentielles. Elles concourent à prévenir une qualité optimale et diminuent les déchets. Grâce à ce type de technologie, il est possible de modéliser chaque partie du processus de production pour identifier où les écarts se produisent. De nombreux critères peuvent être utilisés afin de mettre en place ou d’améliorer le processus qualité.

La gestion de la chaîne d’approvisionnement

Les chaînes d’approvisionnement et les entreprises de logistique/distribution s’appuient sur ce concept pour suivre et analyser les indicateurs clés de performance. Il peut s’agir de la performance de l’emballage, de la gestion de la flotte ou encore de l’efficacité des itinéraires. Le jumelage numérique est particulièrement utile pour optimiser la traçabilité en temps réel et analyser les itinéraires de distribution.

La maintenance prédictive

Au niveau des équipements individuels ou des processus de fabrication, le jumelage numérique peut identifier les écarts ou les défaillances qui indiquent la nécessité de réparations ou de maintenance préventive avant qu’un problème grave ne survienne. Il aide également à optimiser les niveaux de charge, l’étalonnage des outils, le suivi de la performance, …

La collaboration entre les équipes

Plus qu’un simple concept technique, ces nouveaux usages apporte une disponibilité immédiate des données opérationnelles facilite le partage entre les disciplines. Cela favorise une meilleure collaboration, une communication efficiente et une prise de décision plus rapide. L’ingénierie, la production, les ventes et le marketing peuvent tous travailler ensemble pour prendre des décisions plus éclairées.

Et toutes les prochaines innovations

Même si le concept du jumeau numérique n’est pas récent, celui-ci devient récurrent et se développera naturellement et rapidement dans le futur.

Quels sont les défis du jumelage numérique ?

Un jumeau numérique efficace nécessite un important volume de données provenant de nombreuses sources. Cette précision a pour but de créer une représentation qui reflète fidèlement l’entité physique et son état. Tout aussi important, il doit modéliser le comportement des différents composants physiques et leurs interactions avec d’autres composants. Les outils de réalité augmentée (AR – Augmented Reality) et de réalité virtuelle (VR – Virtual Reality) permettent un affichage pertinent et adapté à ces nouveaux usages.

Pour rester compétitives dans les années à venir, les industries doivent renouveler leur engagement à investir dans des plateformes de l’internet des objets. Ces technologies acquièrent et analysent les données. De nombreux outils utilisent ensuite ces informations pour surveiller, maintenir et améliorer les opérations de fabrication.

Le jumeau numérique est une technologie prometteuse qui devient de plus en plus populaire au sein du monde industriel. Au fil des années, les entreprises pourront créer de nouvelles opportunités commerciales, obtenir des informations essentielles à l’amélioration de leurs produits ou encore prévenir les besoins en maintenance de leurs chaînes de production. Pour en savoir plus, n’hésitez pas à entrer en contact avec nos équipes.