La puissance des jumeaux numériques pour améliorer la conception, le service client et l'efficacité

Le film Apollo 13 a montré au monde comment les ingénieurs de la NASA ont utilisé un "jumeau terrestre" du vaisseau spatial endommagé pour concevoir un moyen de ramener les astronautes à bord. Depuis lors, la notion d'accouplement incarnée dans l'effort de ce sauvetage miraculeux s'est développée et s'est sophistiquée. Sa mise en œuvre est de plus en plus de nature virtuelle et a finalement évolué vers la pratique désormais connue sous le nom de "jumeaux numériques". Le terme « jumeau numérique » a été utilisé pour la première fois par le Dr Michael Grieves de l'Université du Michigan (en ce qui concerne le travail de développement de produits effectué à la NASA) dans son livre Virtually Perfect : Driving Innovative and Lean Products through Product Lifecycle Management (Virtually perfect : produits et ajustés dans la gestion du cycle de vie des produits). En termes simples, les jumeaux numériques sont une représentation virtuelle dynamique d'un produit physique.

Définition du jumeau numérique

Offrant un point de départ pour créer le jumeau numérique d'un produit manufacturé réel, la richesse des données des systèmes de CAO 3D constitue la base du développement d'un modèle numérique exact et est, en fait, disponible bien avant la création d'une manifestation physique. Cependant, au début des années 2000, les mécanismes de capture directe d'informations sur les disques individuels au moment de la fabrication étaient encore relativement primitifs. Seules des quantités limitées de données étaient disponibles pour caractériser le modèle numérique, souvent sur papier et collectées manuellement. Plus récemment, l'adoption croissante des systèmes d'exécution de fabrication (MES), qui collectent des données à partir d'une grande variété de capteurs, jauges, instruments de mesure de précision, équipements d'inspection, qu'est-ce qu'un vernier etc., a considérablement augmenté la quantité d'informations capturées à partir des processus de fabrication. L'automatisation des processus de collecte, de stockage et d'organisation des données permet aujourd'hui de construire des modèles beaucoup plus complexes et de reproduire numériquement les propriétés du produit physique avec un degré de précision beaucoup plus élevé.

démocratisation

Les dernières avancées en matière de traitement de l'information, en particulier l'Internet des objets (IoT) et l'essor de l'informatique en nuage abordable et hautes performances, permettent la création rentable de jumeaux numériques qui couvrent l'ensemble du cycle de vie du produit, y compris les opérations quotidiennes sur le terrain. De plus, la pratique est devenue plus accessible aux entreprises beaucoup plus petites que les grands fabricants d'équipement d'origine (OEM) et les organisations soutenues par le gouvernement qui ont été parmi les premiers à adopter les jumeaux numériques. Une accessibilité accrue peut inciter à des cas d'utilisation plus imaginatifs pour améliorer la conception des produits, les délais de mise sur le marché, la gestion et la maintenance, ainsi que l'expérience de l'utilisateur final.

Amélioration de la création de produits

Les modèles exacts disponibles permettent aux fabricants de produits d'étudier les jumeaux numériques pour obtenir des informations qui peuvent, à leur tour, être appliquées pour améliorer de nombreux aspects de la création de produits physiques, tels que les caractéristiques de conception, les composants sélectionnés, la chaîne d'approvisionnement et les processus de fabrication utilisés. Vous pouvez également rationaliser le développement de nouveaux produits et gagner du temps et de l'argent en créant et en testant des générations successives de produits dans un environnement virtuel, en passant à la fabrication physique uniquement lorsque la dernière itération du modèle numérique répond à toutes les spécifications requises et est entièrement optimisée en fonctionnement. termes. Comme Michael Grieves lui-même l'a observé, il est beaucoup plus facile de déplacer des pixels que de déplacer des atomes.

Véritable maintenance prédictive

Les jumeaux numériques ont été appliqués efficacement aux produits à faible volume qui contiennent un grand nombre de pièces ou qui nécessitent des travaux de configuration ou de réglage importants. Parmi les principaux exemples, on peut citer les moteurs aéronautiques ou les grosses turbines à gaz ou à vapeur utilisées dans les centrales électriques utilisant des combustibles fossiles. La complexité de ce type de système empêche les opérateurs de calculer le moment optimal pour mettre les unités hors ligne pour la maintenance en se basant sur l'analyse du temps moyen entre les pannes (MTBF).

Les arrêts non planifiés sont coûteux dans le cas de la production d'énergie électrique et critiques pour la sécurité dans le cas des moteurs d'avion, c'est pourquoi la maintenance conventionnelle est effectuée de manière routinière, souvent trop fréquemment, dans le but de remplacer les pièces vulnérables bien avant la fin de leur vie utile. . Cependant, malgré son prix, cette approche ne peut pas prédire quand un composant particulier tombera en panne, ce qui comporte le risque permanent d'une panne inattendue et coûteuse. En revanche, les jumeaux numériques, qui peuvent exploiter de grandes quantités de données provenant des capteurs de leurs homologues physiques pour créer des applications logicielles prédictives précises, offrent une maintenance de pointe plus rentable qui prend en compte un grand nombre de problèmes connexes. paramètres avec les conditions de fonctionnement existantes. Ces paramètres peuvent dicter que l'équipement exposé à une utilisation intensive, à de brèves surcharges ou à des risques environnementaux (comme un moteur aéronautique exposé à de grandes quantités de cendres volcaniques sur un itinéraire spécifique un jour spécifique) nécessite une maintenance plus tôt que recommandé dans le calendrier standard. renforce la sécurité et augmente la rentabilité en réduisant les temps d'arrêt imprévus. D'autre part, si les données indiquent une usure inférieure à la normale (due, par exemple, à des niveaux d'activité inférieurs aux attentes), les intervalles de remplacement peuvent être allongés, réduisant les temps d'arrêt de routine sans compromettre la qualité du service ni augmenter le risque de panne.

Une gestion plus précise des actifs distants

La surveillance rentable des actifs distants est un autre avantage majeur des jumeaux numériques. La pression croissante associée à l'utilisation de sources d'énergie renouvelables a conduit à la construction de parcs éoliens. Les parcs éoliens sont souvent situés dans des endroits éloignés, dans des zones côtières ou en mer, pour profiter de conditions de vent favorables. Les conditions météorologiques dans de tels endroits peuvent être extrêmes et si, par exemple, des dommages causés par une tempête sont suspectés, les dépenses (sans parler des retards) liées à l'envoi d'une équipe de techniciens pour vérifier l'état des turbines ou d'autres équipes peuvent être élevées. Avoir un jumeau numérique de chaque ressource de parc éolien, enrichi des données en temps réel d'un grand nombre de capteurs installés sur les turbines et autres infrastructures physiques, permet aux experts d'évaluer l'état (par exemple, les faiblesses structurelles ou les dommages) sur les équipements électriques. ) rapidement et en détail pour déterminer le meilleur plan d'action. Il peut même être possible de résoudre certains problèmes à distance. Ou, si une visite sur site est jugée nécessaire, les informations nécessaires peuvent être transmises à l'avance à l'équipe appropriée et équipée pour effectuer leur tâche, évitant ainsi le coût de visites multiples. Les jumeaux numériques sont également précieux dans des conditions de fonctionnement normales. L'application de données de configuration et de performances en temps réel à un jumeau numérique permet à chaque turbine physique d'être réglée pour optimiser l'efficacité et la fiabilité.

De meilleures expériences client

Les effets de démocratisation de l'IoT et du cloud computing permettent d'appliquer le concept de jumeaux numériques de manière plus commerciale. Les fournisseurs d'équipements, tels que les fournisseurs d'automatisation de la fabrication, par exemple, peuvent l'utiliser pour offrir des expériences client supérieures aux avantages de la maintenance standard basée sur l'utilisation. Un jumeau numérique de chaque machine du parc d'un client peut fournir des informations que le fournisseur peut utiliser en interne pour le développement futur de produits et lui donne la possibilité de partager des conseils personnalisés avec les utilisateurs, tels que des moyens de modifier le comportement de l'opérateur pour obtenir des améliorations, augmenter les performances ou minimiser l'usure de l'équipement ou la consommation d'énergie.

L'avenir des jumeaux numériques

Historiquement, les jumeaux numériques ont fonctionné sur de puissantes plates-formes Internet industrielles, telles que Predix de GE. Plus récemment, la collaboration de GE et Microsoft pour intégrer Predix dans le cloud Azure de Microsoft et l'émergence de plates-formes telles que le logiciel en tant que service (SaaS) SAP Predictive Engineering Insights promettent d'améliorer considérablement l'accessibilité et l'évolutivité de la technologie jumelle. les technologies numériques, qui, à leur tour, permettront de tirer parti de l'intelligence artificielle dans le cloud pour exécuter de nombreux scénarios de simulation. Sur la base de cette approche, les jumeaux numériques sont passés d'un concept créatif utilisé pour la première fois dans l'industrie spatiale à un outil passionnant avec un grand attrait commercial. La société d'analyse Gartner l'a classée parmi les 10 tendances technologiques stratégiques de 2018 et prédit que des milliards d'objets auront des jumeaux numériques d'ici le début de la prochaine décennie.

Selon un rapport Research and Markets, 75% des cadres interrogés envisagent d'intégrer des jumeaux numériques avant 2020. IDC, pour sa part, prédit qu'en moyenne, les entreprises réduiront de 30% la durée des cycles de processus critiques grâce à l'investissement dans la technologie des jumeaux numériques. À une époque où les organisations s'efforcent de se transformer numériquement, un jumeau numérique peut présenter un modèle virtuel d'un processus, d'un produit ou d'un service pour englober de nombreuses fonctions, notamment faciliter la planification d'entreprise, fournir une base de données de tests pour l'expérimentation numérique ou proposer un plan pour l'avenir. amélioration. Les applications couvrent l'ensemble du cycle de vie, de sorte que sa portée ira au-delà de la fabrication et s'étendra à d'innombrables secteurs, tels que les bâtiments intelligents, les soins de santé, la gestion de l'environnement, l'exploration pétrolière et gazière et les villes intelligentes.