La puissance et les pièges des jumeaux numériques dans la fabrication

Dans dix ans, il y aura probablement un jumeau numérique pour les appareils grand public, les machines industrielles, le réseau électrique, les infrastructures pétrolières et gazières et même des usines entières. Mais alors que les jumeaux numériques sont chauds maintenant, la signification précise de ce terme n'est pas toujours claire. S'il est clair qu'il s'agit de représentations basées sur des données d'objets physiques, la résolution des projets actuels de jumeaux numériques varie considérablement. « Il existe des jumeaux numériques, des quasi-jumeaux numériques, des « sosies » numériques et des degrés de jumelage numériques de type « nous souhaitons être liés » », a déclaré Dan Miklovic, chercheur à LNS Research. "Nous voyons de nombreuses entreprises utiliser aujourd'hui de très petits" brins d'ADN "de jumelage numérique, la technologie devenant beaucoup plus importante au cours des prochaines années."

Début 2018, le jumeau numérique est encore une technologie émergente, bien que ses racines remontent à 2003, lorsque Michael Grieves, Ph.D. a présenté le concept dans un cours pour cadres sur la gestion du cycle de vie des produits à l'Université du Michigan. L'année dernière, Gartner a fixé la technologie à mi-chemin de l'ascension initiale de l'étape « Innovation Trigger » de son cycle de battage médiatique, qui ressemble plutôt à une colline de montagnes russes dont le sommet est surnommé le « Pic des attentes exagérées

Les jumeaux numériques étant une technologie naissante, nombre de leurs promesses restent floues et étroitement liées au discours marketing de technologies telles que l'IIoT, l'analyse, l'apprentissage automatique, l'intelligence artificielle et l'informatique cognitive. L'idée de base est que le jumeau numérique peut renforcer la productivité et optimiser les actifs physiques, les processus ou les systèmes. « Le jumeau numérique est aujourd'hui le meilleur moyen pour les industriels de simuler et d'expérimenter sans toucher à un système de production. Vous pouvez créer des modèles en utilisant des données précises en temps réel. C'est quelque chose d'extrêmement nouveau », a déclaré Poniewierski.

De plus, les jumeaux numériques peuvent simultanément stimuler la collaboration entre les travailleurs qui, après avoir utilisé des jumeaux numériques pour détecter un problème, peuvent mettre leurs ressources en commun pour le résoudre. Les avantages proposés des jumeaux numériques dans l'espace industriel sont les suivants :aider les fabricants à améliorer la qualité des produits finis, apporter des capacités de maintenance prédictive aux équipements de fabrication, aider les fabricants à passer de la vente de résultats industriels plutôt que de produits discrets tout en aidant les organisations industrielles à optimiser leurs machines , produits, lignes de production ou installations entières. Il se trouve que tous ces avantages ont été directement liés à l'IIoT lui-même.

L'un des principaux avantages de la technologie des jumeaux numériques est son potentiel d'expérimentation. « Un fabricant pourrait créer un jumeau numérique pour, par exemple, une application de maintenance prédictive. Ils peuvent ensuite former le comportement réel de la machine pour leurs opérateurs, machines et fournisseurs, en construisant essentiellement un banc d'essai en temps réel pour améliorer la qualité de la production », a déclaré Poniewierski. "Ils pourraient se rendre compte que l'expérimentation sur des jumeaux numériques en direct coûtera, par exemple, un dollar, alors que la réalisation de cette même expérience dans un environnement de développement coûtera 100 $."

Selon Gartner, un jumeau numérique possède quatre caractéristiques essentielles, qui sont toutes étroitement liées à la « chose » dans un projet d'Internet des objets. Premièrement, il existe un modèle de la « chose » qu'il représente. Deuxièmement, il existe des données sur cette chose, telles que son identité, son statut et son contexte. Troisièmement, il y a le caractère unique d'un jumeau. Autrement dit, chaque jumeau numérique correspond à un objet unique. Enfin, le jumeau numérique surveille l'état d'une « chose » IoT. "Vous pouvez demander au jumeau des informations sur la chose", a expliqué Nick Jones, vice-président, analyste distingué chez Gartner lors du Symposium Gartner de novembre 2017 à Barcelone. Les jumeaux numériques peuvent également être équipés en option d'analyses pour des applications telles que la maintenance prédictive. Il existe également la possibilité pour les jumeaux numériques de contrôler des objets physiques. Enfin, certains jumeaux numériques sont capables de simuler la « chose » qu'ils sont censés reproduire.

Pour être clair, l'idée d'utiliser des modèles sophistiqués de produits physiques n'est pas nouvelle. Des organisations telles que la NASA utilisent des simulations avancées pour les engins spatiaux depuis de nombreuses années. Ce qui distingue les jumeaux numériques, c'est leur connexion aux données de capteurs connectés en streaming à partir d'objets compatibles IoT, leur permettant de découvrir des informations et de déclencher des actions basées sur des capteurs et des machines intelligentes et, dans les usines, de fabriquer des systèmes d'exécution, érodant les barrières entre le physique et le mondes numériques. Bien que le concept de réunir ces modèles physiques et virtuels ne soit pas nouveau, il est incomplet, comme l'a observé Grieves.

Les fabricants peuvent également déployer des jumeaux numériques qui placent des capacités d'IA/machine learning à la périphérie d'un réseau pour détecter les anomalies et repérer les modèles de données à côté d'un équipement sensible dans l'atelier.

Des cas d'utilisation spécifiques de la technologie des jumeaux numériques ont également été proposés et, dans certains cas, réalisés. Par exemple, les jumeaux numériques ont le potentiel d'aider les entreprises industrielles à réduire les dépenses de développement de produits et les tâches de maintenance à distance. De plus, les entreprises qui s'appuient fortement sur les tests destructifs lors du développement de produits pourraient en effectuer virtuellement une partie importante. Par exemple, une entreprise automobile pourrait utiliser la technologie du jumeau numérique pour réduire le besoin d'essais de collision de véhicules prototypes. De même, les entreprises qui comptent beaucoup sur la construction de modèles et de prototypes élaborés pourraient économiser de l'argent en utilisant des jumeaux numériques lors du développement de produits. De plus, les organisations exploitant des actifs de valeur dans des emplacements éloignés pourraient utiliser un jumeau numérique de l'équipement pour simuler la durée de vie, ce qui permettrait de réduire le besoin d'envoyer un technicien sur ce site pour vérifier son état. Les technologies de jumeaux numériques pourraient également aider les fabricants à améliorer le niveau de sophistication et la convivialité des futures générations de projets tout en accélérant le délai de mise sur le marché.

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