Qu'est-ce qu'un jumeau numérique ?

Il est question de jumeau numérique lorsque chaque processus, service ou produit physique reçoit une forme ou une représentation numérique dynamique. Le produit physique peut alors être évalué et manipulé sur la base de l'analyse du jumeau numérique dans une série d'environnements de travail.

Le concept de jumeau numérique est un parfait exemple de la façon dont les mondes physique et virtuel convergent. Essentiellement, un jumeau numérique utilise des données du monde réel pour créer une simulation via un programme informatique qui prédit le comportement d'un produit ou d'un processus. Ces programmes s'intègrent facilement à l'Internet des objets (IoT), à l'intelligence artificielle (IA), ainsi qu'à l'analyse logicielle, le tout dans le but d'améliorer le rendement.

L'importance des jumeaux numériques dans l'industrie 4.0

La quatrième révolution industrielle, ou l'industrie 4.0, tourne autour de l'automatisation et de l'échange de données. Et de nombreuses technologies de fabrication sont au cœur de son fonctionnement dans le monde des affaires.

Le concept de jumeaux numériques offre des possibilités illimitées. L'approche traditionnelle consistant à construire un produit et à le modifier au fil des versions est désormais obsolète. Avec un système de conception basé sur le virtuel, le meilleur niveau d'efficacité possible d'un produit, d'un processus ou d'un système peut être identifié et créé simplement en comprenant ses caractéristiques spécifiques, ses capacités de performance et les problèmes potentiels qui peuvent survenir.

Le cycle de développement d'un produit avec des jumeaux numériques peut considérablement simplifier un processus complexe. De la conception à la phase de déploiement, les entreprises peuvent créer une empreinte numérique de leur création. Chaque aspect de ces créations numériques est interconnecté et pourra générer des données en temps réel. Les entreprises peuvent ainsi mieux analyser et prévoir les éventuels problèmes de mise en œuvre, dès la phase initiale de conception. Les problèmes peuvent être corrigés à l'avance, ou ils peuvent donner des avertissements précoces pour éviter tout temps d'arrêt.

Ce processus ouvre également des possibilités de créer des produits nouveaux et améliorés de manière plus rentable, grâce aux simulations dans des applications réelles. Le résultat final sera une meilleure expérience client. Les processus de jumelage numérique intègrent le big data, l'intelligence artificielle, le machine learning ainsi que l'Internet des objets, et représentent l'avenir des espaces d'ingénierie et de fabrication.

Types de jumeaux numériques

Il existe plusieurs types de simulateurs pour les jumeaux numériques.

Jumeaux de produits

Il s'agit de modèles numériques de produits distincts. Les fabricants créent ces modèles virtuels et examinent le produit dans différentes conditions. Toutes les modifications nécessaires au produit peuvent être apportées au niveau du produit unique avant que la chaîne de production soit créée et qu'un produit physique soit fabriqué. Il en résulte une conception plus efficace et une réduction des dépenses de fabrication et des délais de mise sur le marché.

Jumeaux de processus

Il s'agit de modèles numériques pour les processus de fabrication. Grâce à un modèle virtuel de la façon dont un processus de production peut fonctionner dans divers scénarios, les entreprises peuvent évaluer son fonctionnement dans chaque type. C'est la manière la plus simple de créer une méthodologie de production efficace. Ce processus peut être affiné avec un jumeau numérique pour chaque pièce d'équipement. Pour les entreprises, cela signifie la possibilité de mettre en place des systèmes de maintenance préventive. Cela réduit l'occurrence de temps d'arrêt coûteux et accélère les opérations de fabrication de manière sûre et efficace.

Jumeaux du système

Des modèles numériques sont également réalisés pour des usines ou des systèmes industriels entiers. De grandes quantités de données opérationnelles peuvent être collectées à partir d'une série de dispositifs et de produits dans un système existant. Cela permet d'obtenir des informations pour la création de nouvelles et meilleures opportunités commerciales qui optimisent tous les processus impliqués.

Certains prédisent que les jumeaux numériques remplaceront les travailleurs humains lorsqu'il s'agira de diagnostiquer un équipement défectueux. En fait, c'est déjà le cas dans certaines entreprises. Les modèles virtuels ont tendance à être plus efficaces, car ils ont la capacité de recueillir des informations. Par exemple, un modèle virtuel peut évaluer l'état des pièces détachées à partir d'un large éventail de capteurs présents dans le mode en ligne. Cela permet de s'assurer qu'elles peuvent être réparées ou remplacées rapidement.

Applications des jumeaux numériques

Il ne fait aucun doute que le concept de jumeau numérique sera la prochaine grande nouveauté dans la plupart des secteurs d'activité. Il permettra de prédire avec précision l'état actuel et futur des actifs physiques en analysant simplement leurs équivalents numériques. Avec un jumeau numérique, une organisation pourra obtenir des informations plus intelligentes et plus précises sur la performance des produits et améliorer le service à la clientèle. Les organisations seront en mesure de prendre de meilleures décisions opérationnelles et stratégiques sur la base des informations recueillies. Voici quelques-uns des secteurs qui en font un usage intensif.

Industrie manufacturière

Les jumeaux numériques changent les fondements de l'industrie manufacturière, en créant des modèles de conception efficaces et en améliorant la maintenance et les mises à niveau. Les fabricants seront en mesure de réduire considérablement les temps de production.

Automobile

Les jumeaux numériques créent un modèle virtuel d'un véhicule connecté, capturant des données comportementales et opérationnelles. Cela permet d'analyser le fonctionnement global et les niveaux de performance du véhicule et de toutes ses fonctionnalités connectées, ce qui se traduit par une expérience personnalisée pour les propriétaires de voitures, qui peut être adaptée à leurs besoins spécifiques.

Distribution

Des modèles virtuels du client peuvent être créés pour essayer des vêtements, des nuances de rouge à lèvres et des accessoires, ce qui est déjà utilisé pour certains achats en ligne. Les jumeaux numériques peuvent être utilisés pour simuler l'apparence d'un plan d'aménagement intérieur, jusqu'au décor et aux accessoires. C'est là tout l'enjeu de l'expérience client, et le jumeau numérique joue un rôle central dans l'amélioration de l'expérience client en créant des jumeaux virtuels et en simulant l'apparence ou le ressenti d'un client dans des scénarios pertinents. Les jumeaux numériques peuvent contribuer à la planification en magasin ainsi qu'à la mise en œuvre de la sécurité et à la gestion de la consommation d'énergie.

Santé

Les applications de jumeau numérique peuvent être trouvées dans un large éventail de secteurs au sein de l'industrie des soins de santé. Lorsqu'elles sont combinées à l'IoT, elles peuvent créer un fonctionnement fluide à chaque étape, de la surveillance d'un patient aux soins de santé préventifs, et même des résultats de soins de santé personnalisés basés sur des simulations de jumeaux numériques.

Villes intelligentes

Les jumeaux numériques peuvent aider à planifier des villes plus intelligentes. En combinaison avec l'IoT, les jumeaux numériques peuvent améliorer le développement économique grâce à une gestion efficace des ressources, une réduction de l'empreinte écologique de l'industrie et une augmentation globale de la qualité de vie. Sur la base des informations recueillies par plusieurs réseaux de capteurs et systèmes intelligents, les urbanistes pourront mettre en œuvre de meilleures politiques pour le fonctionnement et l'entretien des villes, en tenant compte de son expansion.

L'Internet of Things industriel

Les entreprises industrielles qui adoptent les jumeaux numériques ont la possibilité de surveiller, de suivre et de contrôler numériquement les aspects physiques de leurs systèmes industriels. Outre les données opérationnelles, les jumeaux numériques permettent également de capturer des données environnementales, notamment des détails tels que l'emplacement, la configuration et les modèles financiers. Tout cela permet de faire des prévisions sur les opérations futures et de traiter les anomalies.

Exploration spatiale

La National Aeronautics and Space Administration (NASA) teste toutes les conceptions d'équipement dans un environnement virtuel avant de fabriquer des versions physiques. Ce n'est que lorsqu'il répond à toutes les exigences nécessaires sous forme numérique qu'un engin spatial est considéré comme prêt à être fabriqué. La même approche peut être appliquée par les centres spatiaux du monde entier.

Industrie pétrolière et gazière

Grâce aux jumeaux numériques, les ingénieurs de British Petroleum (BP) sont en mesure de visualiser et de contrôler des milliers de conduites souterraines sous la neige en Alaska. Siemens fait de même pour la surveillance de ses énormes turbines à gaz. Des milliers de tests sont effectués sur des capteurs pour faciliter le processus des jumeaux numériques.

Dans d'autres secteurs, l'utilisation d'un jumeau numérique permet aux opérateurs de s'entraîner sur une maquette numérique plutôt que de consacrer des ressources à la création d'un simulateur dédié. Le machine learning et l'IA prenant de plus en plus d'importance, les machines pourraient bientôt être largement autonomes. Il est prévu que ces machines soient capables de se diagnostiquer et de se réparer automatiquement en cas de défaillance. La correction dans un environnement virtuel sera le moyen le plus rentable de gérer les éléments présents dans le monde réel.

Les avantages des jumeaux numériques pour les entreprises

Les jumeaux numériques ont principalement été utilisés dans le secteur de la fabrication. Cependant, cela change rapidement et il existe un potentiel pour un large éventail d'entreprises, en particulier celles qui intègrent l'IoT dans leurs processus opérationnels. Plusieurs industries vont réaliser les avantages des jumeaux numériques dans un avenir immédiat.

Production rentable d'un produit sans défaut

Le processus qui consiste à faire passer un produit de la planche à dessin à la salle d'exposition peut être coûteux. Chaque itération du produit implique plusieurs étapes et des coûts de main-d'œuvre. Grâce aux jumeaux numériques, les entreprises peuvent réduire les défauts existants ou potentiels pendant la production, en donnant aux ingénieurs la possibilité de tester et de simuler le produit dans une configuration virtuelle. Il est beaucoup plus rentable de corriger les erreurs dans un environnement virtuel que dans un environnement réel. Les fabricants seront en mesure d'éliminer tous les risques possibles dans la production et de s'assurer que le produit, une fois lancé, fonctionne comme prévu.

Mise sur le marché rapide des produits

Avec un jumeau numérique, les entreprises réduisent le temps nécessaire à la mise sur le marché et peuvent devancer leurs concurrents. L'ensemble du cycle de vie du produit peut être simulé dans un environnement numérique et toutes les améliorations peuvent être apportées rapidement et efficacement, ce qui réduit considérablement les risques pour l'entreprise. Dans la mesure où la copie virtuelle valide le fonctionnement d'un produit dans la réalité, la durée du développement est plus courte.

Maintenance prédictive

Les jumeaux numériques peuvent également anticiper les problèmes et fournir des solutions à l'avance, ce que l'on appelle la maintenance prédictive. Toutes les copies à distance surveillent en permanence leurs homologues physiques et recueillent toute une série d'informations via des capteurs. Ces données sont analysées en temps réel et les éventuels temps d'arrêt ou pannes peuvent être prévus et résolus. Les opérateurs humains utilisent ces informations pour signaler les problèmes et les résoudre immédiatement.

Inconvénients de la technologie des jumeaux numériques

Les avantages de cette technologie sont vraiment étonnants et peuvent changer la donne pour les entreprises qui l'adoptent. Mais, comme toute technologie, il y a certains pièges à éviter lors du choix de cette technologie.

Sécurité des données

L'un des problèmes fondamentaux du concept des jumeaux numériques est celui de la sécurité et de la confidentialité des données. Le système utilise un logiciel intelligent, qui a naturellement accès à un large éventail de ressources et d'informations privées sur les entreprises, ce qui en fait une cible pour les cyberattaques et les tentatives de vol de données. Les entreprises doivent réfléchir et élaborer des stratégies lorsqu'il s'agit de mettre en œuvre des systèmes de sécurité pour la technologie des jumeaux numériques.

Niveaux élevés d'investissement requis

Un autre inconvénient des jumeaux numériques est le niveau élevé d'investissement nécessaire à leur mise en œuvre. Toutes les entreprises ne peuvent pas se permettre le retour sur investissement lorsque les ressources financières sont limitées.

Avec le niveau et la vitesse de l'innovation dans le domaine du machine learning et de l'utilisation du big data, ces modèles virtuels ont une place permanente dans l'ingénierie moderne, dans un effort constant pour stimuler l'innovation et améliorer les performances. En utilisant les concepts de jumeaux numériques, chaque entreprise sera en mesure d'adopter et d'améliorer les tendances technologiques d'importance stratégique. Elles seront en mesure d'éviter les défaillances coûteuses des produits physiques. Les entreprises disposeront également d'une base idéale pour la surveillance de l'analyse avancée et les capacités prédictives.