Jumeaux numériques : donner vie à l’usine

La technologie des jumeaux numériques n’est pas nouvelle. Mais elle a gagné en popularité ces dernières années, notamment avec les jumeaux numériques de villes entières, de moteurs d’avion, de voitures et de ponts.

Aujourd’hui, les principaux fabricants considèrent les jumeaux numériques comme des outils essentiels, non seulement pour optimiser les opérations, mais aussi pour anticiper les changements et répondre de manière proactive aux dynamiques du marché.

Dans ce blog, je réponds à quelques questions clés sur les jumeaux numériques et je montre comment leur utilisation permet de visualiser et de simuler des décisions, avant de les appliquer, pour aider les fabricants à accélérer la création de valeur.

Qu’est-ce qu’un jumeau numérique?

En termes simples, un jumeau numérique est une réplique virtuelle d’un système physique. Il représente, dans la mesure du possible, la structure physique complète d’un système, avec toutes ses fonctions et tous ses composants, ainsi que ses processus et ses données. Le jumeau numérique est la réplique de la « vie réelle » de l’objet : son utilisation, son entretien, sa réparation et son environnement opérationnel réel. Il peut être constamment mis à jour et les modèles prédictifs peuvent évoluer en fonction de son cycle de vie en utilisant les données du système et les changements de comportement.

À l’échelle des entreprises du secteur manufacturier, les jumeaux numériques peuvent s’appliquer aux éléments suivants.

1. Système ou produit cible – Il s’agit du système et des services finaux, une éolienne par exemple, qu’un fabricant vend à un client.
2. Système de fabrication – Il s’agit de l’ensemble de l’usine et de la chaîne de production utilisées pour construire l’éolienne, c’est-à-dire le système cible.
3. Système d’assistance – Ce système englobe l’entretien, la réparation et la modernisation du système cible et peut également soutenir le système de fabrication principal.

Chaque instance de jumeau numérique (DTI) est associée à un système ou à un objet individuel donné. Par exemple, s’il y a 10 éoliennes, il y aura 10 DTI représentant le cycle de vie de chacune d’entre elles.

Quels sont les avantages des jumeaux numériques pour les fabricants?

Les jumeaux numériques peuvent être utilisés tout au long du cycle de vie d’un produit, dès les premières étapes de son développement, y compris la phase de conception et d’essai, jusqu’à la fabrication, l’entretien, la réparation et la modernisation, offrant ainsi des avantages à chaque étape. Voici quelques-uns des principaux avantages.

• Améliorer la conception des produits et accélérer l’innovation : les jumeaux numériques créent une dynamique positive entre les opérations, la chaîne d’approvisionnement et la R&D, sur la base des données de terrain, des données de production ou du système d’exécution de la fabrication. Ils permettent d’améliorer ou de faire évoluer la conception du système, les processus et les services.
• Optimiser la fabrication en temps réel : prenons une nouvelle fois l’exemple des éoliennes. La conception d’une éolienne doit répondre aux exigences du client, du marché et des spécifications techniques. Si ces exigences changent ou évoluent au cours du processus de fabrication, le jumeau numérique de l’éolienne peut « dialoguer » avec le jumeau du système de fabrication pour apporter les modifications nécessaires et reconfigurer le processus de production en conséquence.
• Réduire les coûts et les délais de mise sur le marché : grâce aux jumeaux numériques, les fabricants peuvent concevoir, tester et développer des prototypes beaucoup plus rapidement et réduire les délais de mise sur le marché de 20 à 30 %. Cela permet ainsi de diminuer les coûts.
• Améliorer les capacités de prévision : outre la prédiction des performances et du comportement, les jumeaux numériques peuvent prévoir et prévenir les pannes d’équipement en surveillant les données en temps réel, réduisant ainsi le coût total de propriété et le temps d’immobilisation des actifs.
• Visualiser et simuler les décisions : à l’aide de ses nombreux modèles prédictifs, basés sur des lois physiques ou sur des données opérationnelles, le jumeau numérique est capable de créer différents scénarios dont les résultats et les effets sont évalués afin de faciliter la prise de décision. À cet égard, l’intégration du cadre d’ingénierie des systèmes ainsi que de méthodes de sciences des données et d’intelligence artificielle est essentielle.

Exploiter les données pour mieux tirer parti des jumeaux numériques

Bien que les technologies de maquette numérique en R&D existent depuis plusieurs décennies, les fabricants doivent maintenant les mettre en œuvre à l’échelle de l’entreprise pour garantir une valeur commerciale à long terme. L’un des plus grands défis est le manque d’uniformité, de cohérence et de continuité. Voici cinq éléments clés à prendre en compte pour lancer votre projet de jumeau numérique :

1. s’assurer que vos plans sont conformes aux objectifs de l’entreprise, tels que la réduction des délais de mise sur le marché;
2. améliorer la chaîne de valeur de votre secteur et défier les pratiques actuelles grâce à un cadre d’ingénierie des systèmes avancé;
3. définir clairement les modèles, les objets et l’ontologie des données (les définitions, les règles, l’utilisation et les liens entre ces éléments);
4. assurer la continuité des données tout au long du cycle de vie d’un objet ou d’un système, de la R&D à la fin de vie;
5. passer d’une maquette numérique à un jumeau numérique grâce à la valorisation des données opérationnelles et aux modèles prédictifs dynamiques associés (évoluant tout au long du cycle de vie).

La mise en œuvre des jumeaux numériques s’effectue de manière progressive. D’énormes quantités de données doivent être prises en compte, il est donc important que les priorités de votre entreprise orientent la feuille de route de votre jumeau numérique afin que vous puissiez réaliser votre vision, étape par étape, avec continuité et cohérence. Assurer la continuité des données de R&D dans les modèles prédictifs est une première étape clé. Par exemple, si le coût total de propriété du système ou sa disponibilité opérationnelle est obligatoire, la feuille de route doit d’abord se concentrer sur l’entretien, la réparation et la révision ou le soutien logistique intégré.

Utiliser les jumeaux numériques pour accélérer l’innovation, l’expérimentation et la création de valeur

Chez CGI, nous aidons nos clients de tous les secteurs à exploiter le plein potentiel des jumeaux numériques en nous concentrant sur les objectifs de l’entreprise, en trouvant les bons cas d’utilisation, en démontrant leur valeur par leur transformation rapide en solution et par leur mise à l’échelle. Voici quelques exemples :

• amélioration de la fiabilité opérationnelle des véhicules de la flotte de défense d’une entreprise de défense grâce à la maintenance prédictive et à la reconfiguration pour optimiser l’utilisation et la disponibilité du système;
• création d’un jumeau numérique 4D d’une usine pour une grande mine européenne afin d’améliorer l’efficacité de l’entretien et d’accroître la sécurité des travailleurs en réduisant les coûts;
• création d’un jumeau numérique pour bâtir une ville intelligente du futur en Finlande à l’aide de la réalité augmentée et de données de précision.
• projet de reconstitution de la Terre (connu sous le nom de Food System Digital Twin Precursor) dans le cadre du programme Digital Twin Earth de l’Agence spatiale européenne, afin d’améliorer la compréhension des systèmes alimentaires mondiaux.

Au centre d’innovation mondial de CGI, à Toulouse, en France, nous aidons nos clients à exploiter les avantages de la technologie des jumeaux numériques en concevant des cas d’utilisation pour la fabrication, tels que l’utilisation de solutions informatiques commerciales prêtes à l’emploi, pour prédire l’impact des événements sur un système de fabrication. Nous nous concentrons sur la co-construction, avec les clients du secteur manufacturier, de l’usine du futur, sur la conception de nouvelles solutions de fabrication et sur l’amélioration de solutions existantes grâce à l’innovation et à la mise en œuvre des bonnes pratiques de l’industrie 4.0 pour accélérer la transformation.

Vous cherchez à faire avancer votre projet de jumeau numérique avec des solutions pratiques et réalisables? Communiquez avec moi pour visiter notre centre d’innovation ou discuter de la façon dont nous pouvons vous aider.