Jumeau numérique

Qu'est-ce qu'un jumeau numérique ?

Un jumeau numérique est une représentation numérique d'un appareil, d'un processus ou d'un environnement qui existe dans le monde réel. Grâce à cette technologie, les entreprises créent des copies virtuelles de leurs actifs, effectuent des simulations précises et appliquent les succès testés dans le monde réel.

Colin J Parris, Ph.D., directeur de la technologie chez GE Digital, décrit un jumeau numérique comme un « modèle vivant qui génère des résultats commerciaux ».

Bien que cette explication simplifie une technologie complexe, elle fonctionne à merveille. Le jumeau numérique est un modèle vivant qui se comporte comme le monde réel, car il est modélisé à partir d'actions et de composants réels. Les entreprises utilisent la technologie des jumeaux numériques pour examiner leurs activités et obtenir les résultats souhaités.

Brève histoire de la technologie des jumeaux numériques

La technologie des jumeaux numériques peut sembler être une nouvelle fonctionnalité de l'industrie 4.0, mais elle remonte en fait aux années 1970, lorsque la NASA a été la première à développer le concept de « jumeau ». Cependant, cette technologie n'était pas numérique lors de sa première mise en œuvre.

En 1970, la célèbre mission Apollo 13 a perdu ses réservoirs d'oxygène pendant son voyage vers la Lune. Une lutte pour la survie s'est alors engagée à bord du vaisseau spatial et au sol. Disposant d'un temps limité, les ingénieurs de la NASA au sol ont dû trouver un moyen de dépanner et de réparer le vaisseau spatial à distance.

Une équipe d'ingénieurs au sol a utilisé un jumeau physique du vaisseau spatial pour recréer les problèmes rencontrés par l'équipage d'Apollo 13. Grâce à ces informations, la NASA a pu trouver les solutions appropriées et sauver les astronautes à bord.

Comment l'IoT rend possible la technologie des jumeaux numériques

La technologie moderne des jumeaux numériques dépend en grande partie des capteurs et appareils IoT qui collectent des données du monde réel et les appliquent au monde numérique. Pour atteindre ce niveau de modélisation, plusieurs facteurs essentiels doivent être réunis.

Analyses constantes et cohérentes

Tout d'abord, la technologie des jumeaux numériques doit s'appuyer sur des processus d'analyse solides et cohérents. Les données doivent être capturées en temps réel afin de pouvoir être analysées à chaque étape. Ce n'est qu'ainsi que votre jumeau numérique pourra réagir et anticiper les problèmes et les solutions du monde réel.

Quelle que soit la taille de l'appareil, du processus ou de l'environnement, la quantité de données nécessaire pour créer une copie numérique complète est énorme. Les données doivent être organisées et structurées de manière à permettre aux personnes et aux systèmes d'extraire des informations précieuses à tout moment de la conception, de la construction et de l'exploitation.

Données ouvertes et stratifiées

Le jumeau numérique collectant des données provenant de nombreuses sources et appareils IoT, celles-ci doivent être harmonisées. En d'autres termes, les informations doivent former un modèle fédéré composé de couches de données, ce qui souligne l'importance du premier facteur essentiel mentionné ci-dessus.

Un modèle en couches permet également à plusieurs machines et appareils de se connecter et d'apprendre les uns des autres à partir de leurs environnements et de leurs jumeaux numériques, créant ainsi un environnement ouvert pour un flux de données et un apprentissage rapides.

Application contextuelle

Tout en capturant les aspects techniques d'une machine, d'un processus ou d'un environnement, la technologie des jumeaux numériques permet également aux entreprises d'appliquer différents modèles en fonction du contexte industriel.

Par exemple, les turbines utilisées pour l'air ou l'eau se comportent différemment, produisent des données distinctes et ont des objectifs contrastés. Il en va de même pour les outils de coupe qui coupent différents métaux et les pompes qui améliorent le débit de divers liquides.

En fonction de l'objectif du secteur, le jumeau numérique doit refléter l'environnement et les résultats uniques du monde réel. Ce niveau de différenciation offre aux entreprises une visibilité et un contrôle incroyables tout au long du cycle de vie complet d'un processus ou d'un produit.

Les trois phases de la technologie des jumeaux numériques

La technologie des jumeaux numériques comporte trois phases. Chaque phase utilise un jumeau numérique modélisé complexe afin d'atteindre les plus hauts niveaux de configuration, de fabrication et de fonctionnalité.

Phase 1 : Conception - Planifier pour réussir

Au cours de la phase de conception, vous disposez d'une toile vierge pour créer et tester vos idées. Il n'est pas nécessaire de passer par des prototypes coûteux.

La technologie des jumeaux numériques permet de faire correspondre des éléments physiques tels que la nomenclature (BOM) et les actifs physiques à des actifs numériques tels que les logiciels et les connaissances de l'entreprise. En réunissant les composants physiques et numériques dès le début du cycle de vie d'un produit, les fabricants peuvent planifier leur réussite et comprendre efficacement les résultats de leurs conceptions.

Grâce au jumeau numérique, les fabricants peuvent passer d'une conception axée sur les prototypes à une conception axée sur les opérations. Cette orientation garantit que les produits sont fabriqués avec des objectifs clairs et fiables qui ont déjà été atteints numériquement.

Phase 2 : Construction - Amélioration de la fabrication

La phase de construction est entièrement consacrée à l'amélioration de la fabrication. Jusqu'à présent, dans la phase de conception, nous nous sommes intéressés au jumeau numérique d'un seul produit. Mais dans la phase de construction, l'idéal est que les machines et les processus utilisés pour fabriquer le produit exploitent également un jumeau numérique. En utilisant des appareils et des outils IoT dans la fabrication, les entreprises acquièrent une meilleure compréhension de la manière dont chaque action influe sur la phase de construction.

La technologie des jumeaux numériques vous fournit diverses informations pendant la phase de construction :

1. Comment vos processus de fabrication affectent les résultats du produit.
2. Les contraintes et tolérances spécifiques de la conception et de la fabrication.
3. Les actions et mesures nécessaires pour obtenir les résultats escomptés.

Phase 3 : Exploitation - Informations en temps réel

La phase d'exploitation est celle où le produit est utilisé dans le monde réel tout en continuant à respecter les objectifs de performance optimaux grâce à une surveillance en temps réel. Grâce à des capteurs IoT, le jumeau numérique extrapole et mesure les facteurs qui modifieront les fonctions et les résultats du produit.

Par exemple, supposons que le produit en fonctionnement soit un moteur à turbine pour un avion commercial. En fonction du taux d'humidité, de la température et de la vitesse du vent, le moteur à turbine devra fonctionner différemment pour atteindre des performances optimales.

La technologie des jumeaux numériques crée un environnement de rétroaction constante des informations qui sont partagées entre les mondes physique et numérique. Les personnes et les systèmes peuvent ainsi tirer parti de cette technologie pour accéder à des informations et des connaissances auxquelles ils n'auraient jamais eu accès auparavant.

Ce qui distingue la phase d'exploitation, c'est le temps. Cette phase est généralement la plus longue du cycle de vie d'un produit, ce qui signifie qu'elle offre d'incroyables opportunités d'apprendre, de se développer et de s'améliorer continuellement. Les données capturées en cours de processus sont ensuite utilisées pour améliorer la phase d'exploitation ainsi que les phases de conception et de construction des projets suivants.