Jumeaux numériques, pièce principale de l’Industrie 4.0.

Par Eric Dosquet, Chief Innovation Officer Avanade France

Les technologies transforment notre façon d’interpréter le monde et de prendre des décisions. En augmentant nos capacités existantes, en les rendant plus efficaces ou en engendrant l’apparition de capacités tout à fait nouvelles, elles nous permettent d’économiser du temps et des ressources. Les jumeaux numériques (ou digital twins), produits complexes, sont une brillante illustration de ce que l’innovation peut apporter au monde industriel.

 

Il a été LA star de la Hannover Messe 2018, à peine 16 ans après la définition de son concept. Le jumeau numérique ou digital twin est une réplique virtuelle, un modèle logiciel dynamique d’un produit ou d’un système physique, allant d’un moteur d’avion à une usine entière. Il repose sur des données de capteurs et crée des simulations digitales qui se mettent à jour et fournissent des renseignements sur leur évolution tout le long du cycle de vie. C’est d’ailleurs lors d’une présentation portant sur la création d’un centre dédié à la gestion du cycle de vie des produits (PLM) que le concept a été introduit pour la première fois aux industriels en 2002 à l’Université du Michigan.

 

Modéliser des produits et des process pour les analyser, tester, améliorer

Les jumeaux numériques accompagnent tout naturellement le développement de l’IoT industriel et de l’industrie 4.0. Leurs bénéfices en sont simples : l’économie de temps et de ressources (30% du temps des cycles de processus critiques, tels que développement, fabrication, maintenance, selon IDC[1]). Les jumeaux numériques permettent également de modéliser, de mieux comprendre et de prédire à moindre coût le comportement et les interactions de la totalité des objets et des systèmes de l’IoT industriel.

Si aujourd’hui à peine 4% de grandes entreprises manufacturières utilisent les jumeaux numériques, d’ici 2021 déjà selon Gartner, ils seraient implémentés dans près de la moitié avec une performance améliorée de 10%.[2] Gartner prévoit que, dans les 3 à 5 prochaines années, des centaines de millions d’objets connectés (entre 100 et 200 millions, selon les estimations) auront leur jumeau numérique. Aujourd’hui l’aéronautique et la défense sont le plus en avance en la matière, des projets Smart City, avec ses infrastructures, ses réseaux de transports, ses services s’y mettent aussi.

 

Promesses et enjeux des jumeaux numériques

Naturellement, les jumeaux numériques demandent des investissements, mais leurs promesses sont nombreuses :

  • Accélérer la conception et l’innovation des produits

Les simulations permettent de tester des hypothèses, qu’il y a peu, semblaient irréalistes. C’est en utilisant le digital twin que Maserati a modélisé et a optimisé non seulement l’aérodynamique et la performance du modèle Ghibi, mais aussi le son de la portière qui se ferme, le bruit de l’échappement, le bruit de la pluie tombant sur le toit et l’expérience du passager sur le siège avant. Les développeurs plaçaient dans le prototype un mannequin équipé de micros, enregistraient tous les bruits et utilisaient ces données pour continuer les tests « en virtuel ».

 

  • Optimiser la durée de vie et installer la maintenance prédictive

Les jumeaux numériques sont nourris de millions de données fournies par les capteurs. Demain, elles intègreront des systèmes d’IA qui apporteront une meilleure compréhension du comportement des produits, et donc de leur amélioration. C’est dans cette logique que Safran a équipé ses moteurs LEAP des digital twins. Grâce à ce système de surveillance en continu et aux multiples capteurs, le constructeur peut vérifier à distance les performances du moteur, indiquées par la température ou la vitesse de rotation par exemple, et la mesure de l’environnement extérieur, c’est-à-dire les conditions météorologiques dans lequel le moteur évolue.

Les pièces déjà en production peuvent être modélisées et testées virtuellement autant de fois que nécessaire dans des conditions modifiées. Chez Airbus l’utilisation des digital twins dans les tests des avions en vol avant leur commercialisation a permis de réduire la durée des tests de 18 à 12 mois.

 

  • Mettre en place de nouveaux business models

General Electric Aviation a développé les jumeaux numériques des composants de la partie chaude de ses moteurs GE90 et a créé, grâce aux simulations, un nouveau modèle économique. Le constructeur ne vend pas les moteurs aux compagnies aériennes, mais les propose « as a service » : ils sont loués en complément de services de maintenance prédictive et un moyen d’optimiser les vols tout en réduisant le temps d’immobilisation au sol. En tout, avec ses plus que 660 000 jumeaux numériques pour ces moteurs d’avions, turbines à gaz, éoliennes, General Electric a créé plus de 300 millions de valeur et une nouvelle activité de services pour ses clients.

 

Les jumeaux numériques dépassent de loin la notion d’un produit ou d’une machine. Ils permettent de créer une copie digitale et en temps réel d’une usine entière et à une plus grande échelle, s’inscrivent dans l’industrie 4.0 qui crée une synergie entre des entreprises de tous horizons. L’interopérabilité de leurs données et systèmes sera fondamentale pour leur succès. La question de la normalisation se posera et il est temps de se positionner parmi les acteurs qui décideront de ces nouvelles règles du jeu.


[1] https://www.journaldunet.com/solutions/expert/70075/le-jumeau-numerique—nouveau-levier-de-performance-pour-les-entreprises.shtml
[2] https://www.gartner.com/smarterwithgartner/prepare-for-the-impact-of-digital-twins/
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