Comprendre les jumeaux numériques dans l'industrie manufacturière
Les jumeaux numériques vont bien au-delà des modèles numériques statiques ou des simulations traditionnelles. Ils établissent un lien entre les environnements virtuels et les systèmes physiques, permettant aux industriels d’accéder à des informations en temps réel, d’améliorer la visibilité opérationnelle et de prendre des décisions plus éclairées.
Malgré leur importance croissante, le terme « jumeau numérique » est souvent utilisé de manière imprécise. Les modèles numériques, les ombres numériques, les simulations et les jumeaux numériques sont parfois considérés comme des concepts identiques, alors qu’ils présentent des capacités et des niveaux de connectivité différents.
Cet article explique ce que sont réellement les jumeaux numériques, comment ils se distinguent des autres représentations numériques, où ils apportent le plus de valeur dans l’industrie manufacturière et pourquoi ils devraient jouer un rôle de plus en plus important dans l’avenir des opérations industrielles.
Qu’est-ce qu’un jumeau numérique ?
Un jumeau numérique est une représentation virtuelle dynamique d’un actif physique, d’un processus, d’un système de production ou d’une installation industrielle. Il échange continuellement des informations avec son équivalent réel, créant ainsi un lien entre les opérations physiques et l’environnement numérique.
Cet échange bidirectionnel de données permet aux industriels de suivre les performances, d’anticiper les problèmes potentiels, de tester des améliorations et d’optimiser les processus à partir d’informations opérationnelles actualisées.
Pour mieux comprendre les jumeaux numériques, il est utile de les différencier des autres types de représentations digitales.
Le modèle numérique
Un modèle numérique est une représentation virtuelle d’un produit, d’une machine, d’un processus ou de l’agencement d’une usine. Il peut être utilisé pour la visualisation, la conception ou la simulation, mais il n’est pas connecté aux données en temps réel provenant d’un système physique.
Les modèles numériques peuvent soutenir la planification et l’analyse, mais ils ne reflètent pas automatiquement les changements qui se produisent dans les opérations réelles.
L’ombre numérique
Une ombre numérique reçoit des données provenant de son équivalent physique. Cette connexion à sens unique permet de maintenir la représentation virtuelle à jour et de faciliter le suivi ainsi que l’analyse des opérations.
Cependant, l’environnement numérique ne transmet pas d’informations ni d’instructions au système physique. Il peut donc observer les conditions opérationnelles, mais ne peut pas les influencer directement.
Le jumeau numérique
Un jumeau numérique établit une relation continue et bidirectionnelle entre un système physique et son équivalent virtuel.
Cette connexion permet aux industriels de suivre les performances en temps réel, d’anticiper les défaillances potentielles, d’évaluer les changements opérationnels et d’améliorer les processus à partir de données actualisées.
Où les jumeaux numériques créent-ils de la valeur dans l’industrie manufacturière ?
Dans le secteur manufacturier, les jumeaux numériques sont particulièrement utiles lorsqu’ils sont appliqués aux installations de production et aux processus industriels.
Les jumeaux numériques d’usine et de processus vont au-delà de la simple visualisation en combinant des capacités de simulation avec des données opérationnelles. Cette approche permet aux industriels de mieux comprendre le fonctionnement de leurs systèmes et d’évaluer les améliorations possibles avant d’apporter des changements dans l’environnement physique.
Plusieurs applications démontrent déjà la valeur de cette technologie.
La mise en service virtuelle
La mise en service virtuelle permet aux industriels de tester les systèmes d’automatisation et les logiques de commande dans un environnement numérique avant leur déploiement.
La mise en service virtuelle traditionnelle est généralement utilisée pendant les phases de conception et de validation. Une fois le système physique mis en exploitation, la simulation initiale peut toutefois ne plus refléter les évolutions qui se produisent dans l’environnement réel.
Les jumeaux numériques permettent d’étendre la mise en service virtuelle au-delà d’un simple processus de validation ponctuel.
Grâce à leur connexion aux données opérationnelles, ils peuvent soutenir le suivi continu des performances, la maintenance prédictive, l’analyse des systèmes et l’amélioration permanente des opérations. Les industriels peuvent ainsi identifier les problèmes plus tôt et mettre en œuvre des optimisations fondées sur les conditions réelles d’exploitation.
Ce niveau de visibilité peut également contribuer aux efforts de sécurité et de conformité en aidant les organisations à vérifier que leurs systèmes automatisés continuent de respecter les exigences applicables dans des conditions opérationnelles réelles.
L’optimisation continue des processus
Les environnements de production évoluent constamment.
La demande peut varier, les équipements peuvent s’user, les exigences relatives aux produits peuvent changer et des goulots d’étranglement imprévus peuvent perturber les flux de travail. Un processus performant dans certaines conditions peut nécessiter des ajustements lorsque les circonstances opérationnelles évoluent.
Les jumeaux numériques aident les industriels à s’adapter à ces changements en offrant une vision plus claire des performances des processus en temps réel.
Par exemple, dans une opération de conditionnement, les variations du volume de production ou les perturbations de la chaîne d’approvisionnement peuvent créer des congestions à certaines étapes du flux de travail. Un jumeau numérique peut aider à identifier ces problèmes et à orienter les décisions concernant les flux de production, la vitesse des équipements, le routage ou la taille des lots.
En analysant continuellement les conditions opérationnelles, les industriels peuvent maintenir un débit plus régulier, réduire les perturbations et améliorer l’efficacité globale.
La formation des équipes et la préservation des connaissances
La formation des employés dans les environnements industriels peut être complexe. Les équipements sophistiqués, les systèmes automatisés, les exigences de sécurité et les contraintes liées à la production en cours peuvent limiter les possibilités d’apprentissage pratique.
Les jumeaux numériques offrent un environnement virtuel dans lequel les employés peuvent explorer les équipements, comprendre les processus de production, s’entraîner aux procédures opérationnelles et simuler des opérations de dépannage sans perturber la production réelle.
Cette approche interactive peut apporter plusieurs avantages :
- Réduire le temps d’intégration des nouveaux collaborateurs.
- Améliorer la préparation des équipes.
- Favoriser des environnements de formation plus sûrs.
- Permettre de tester différents scénarios opérationnels.
- Préserver les connaissances lors des changements de poste ou des départs de collaborateurs expérimentés.
Les jumeaux numériques peuvent également soutenir le développement continu des compétences. À mesure que les industriels introduisent de nouveaux robots, systèmes d’automatisation ou processus de production, les environnements de formation peuvent être mis à jour afin de refléter les technologies et les pratiques les plus récentes.
L’apprentissage devient ainsi plus flexible et permet aux organisations de développer les compétences nécessaires à des opérations industrielles toujours plus avancées.
Pourquoi la simulation constitue un excellent point de départ
La création d’un jumeau numérique entièrement intégré, connecté à chaque machine, processus et source de données, peut sembler complexe et coûteuse, en particulier pour les organisations qui débutent leur transformation numérique.
La simulation constitue une approche plus accessible et plus progressive.
Les plateformes de simulation permettent aux industriels de concevoir, tester, valider et optimiser leurs systèmes de production dans un environnement numérique contrôlé. Les équipes peuvent évaluer les implantations d’usine, les flux de processus, les stratégies d’automatisation et les améliorations opérationnelles avant de les appliquer aux installations physiques.
Cette approche réduit les risques et aide les organisations à mieux comprendre les conséquences potentielles de leurs décisions avant d’engager des ressources importantes.
Plutôt que de transformer une usine entière en une seule étape, les industriels peuvent commencer par un processus ou une zone de production spécifique. Ils peuvent tester des concepts, valider des améliorations, mesurer les résultats et développer progressivement leurs capacités numériques.
Cette démarche progressive rend la transformation numérique plus facile à gérer et établit une base solide pour la mise en œuvre future de jumeaux numériques.
Les jumeaux numériques, l’intelligence artificielle et l’avenir de l’industrie
L’association des jumeaux numériques et de l’intelligence artificielle (IA) devrait créer de nouvelles opportunités pour l’industrie manufacturière.
L’IA peut renforcer les capacités prédictives des jumeaux numériques en analysant les données opérationnelles, en identifiant des tendances, en détectant les problèmes potentiels et en recommandant des actions avant qu’une perturbation ne survienne.
Au lieu de simplement avertir les équipes qu’un équipement risque de tomber en panne, les systèmes enrichis par l’IA pourraient aider à déterminer la réponse la plus appropriée et à orienter les décisions de maintenance préventive.
Les analyses alimentées par l’IA peuvent également contribuer à :
- Améliorer la précision de la planification de la demande.
- Optimiser la gestion des stocks.
- Réduire les pertes de matières.
- Améliorer l’utilisation des ressources de production.
- Optimiser la consommation d’énergie.
- Accélérer la prise de décision fondée sur les données.
À mesure que les technologies deviennent plus accessibles, les jumeaux numériques couvrant l’ensemble des installations industrielles devraient également se généraliser.
Ces systèmes pourraient offrir une visibilité plus complète sur les opérations de production et permettre une optimisation en temps réel à l’échelle de l’usine.
La durabilité jouera également un rôle important dans le développement des technologies de jumeaux numériques. En aidant les industriels à réduire les déchets, à améliorer l’efficacité énergétique et à optimiser l’utilisation des ressources, ces solutions peuvent favoriser une production plus responsable sur le plan environnemental.
Pourquoi les industriels doivent commencer à se préparer dès maintenant
Les industriels qui commencent aujourd’hui à explorer les technologies de jumeaux numériques pourraient être mieux positionnés pour améliorer leur efficacité, renforcer leur résilience opérationnelle et accroître leur avantage concurrentiel.
La transformation ne doit pas nécessairement commencer par la création d’une réplique numérique entièrement connectée d’une usine complète. Les organisations peuvent débuter par la simulation, analyser des processus spécifiques, valider des améliorations et développer progressivement leurs capacités.
Une approche structurée et progressive permet de réduire les risques liés à la mise en œuvre tout en aidant les équipes à acquérir les connaissances techniques et l’expérience opérationnelle nécessaires à des initiatives de transformation numérique plus avancées.
Les jumeaux numériques devraient devenir un élément de plus en plus important de l’industrie manufacturière moderne. En reliant les opérations physiques à des environnements numériques intelligents, ils peuvent améliorer la visibilité, soutenir la prise de décision prédictive, favoriser l’optimisation continue, développer les compétences des équipes et contribuer à une production plus durable.
L’avenir de l’industrie sera de plus en plus connecté, fondé sur les données et intelligent. Les jumeaux numériques offrent aux organisations une voie concrète pour se préparer à cette évolution.
Source : Visual Components – Understanding Digital Twins in Manufacturing