Vertus du virtuel

Lorsque les passagers apprécient une boisson et une friandise à bord d'un Boeing 787 Dreamliner, leur collation provient d'une cuisine fabriquée par le fabricant d'intérieurs d'avions Jamco Corporation.

Parallèlement au succès de Jamco dans la fabrication d'offices, de toilettes et de sièges pour Boeing, Airbus et d'autres, des besoins de gestion intégrés pour 3,2 millions d'ensembles de données CAO ont été nécessaires. Malgré toutes ces données, l'entreprise s'est trouvée incapable de répondre à certaines questions de base. Pourquoi un produit a été conçu comme il l'était ? Pourquoi met-il souvent des défauts de conception dans une pièce malgré son expérience passée de modification de la CAO dans d'autres pièces pour éliminer ce même défaut de conception ? Pourquoi a-t-il supprimé un élément essentiel pour réduire les coûts pour le rajouter plus tard ? Sa solution consistait à créer un fil numérique basé sur Aras Innovator, une plateforme d'innovation de produits low-code. La plate-forme permet aux concepteurs et ingénieurs de Jamco au Japon, en France et aux États-Unis de rechercher l'historique de conception et d'utiliser les informations associées pour comprendre pourquoi un produit a été conçu comme il l'était et cesser de répéter les erreurs du passé.

"En connectant les résultats de la recherche à nos informations, y compris les livrables et les diverses réglementations, nos concepteurs peuvent rechercher chaque processus jusqu'à son achèvement à tout moment et obtiendront des informations appropriées sur Aras Innovator sans dépendre de la succession technique entre les ingénieurs", a déclaré Hiroshi Sakurai, dans un étude de cas. Sakurai est directeur général adjoint, division ingénierie et technologie, groupe intérieurs et composants d'avions chez Jamco.

La plate-forme et les applications d'Aras font partie des nombreux outils que les fabricants peuvent utiliser pour créer des fils numériques, qui sont idéalement composés de données associées à un produit tout au long de son cycle de vie. Un fil numérique est un journal ou un enregistrement commençant par les données CAO et pouvant inclure des informations provenant de l'automate de la machine, de la maintenance effectuée, des capteurs, de la consommation d'énergie, etc.

L'entreprise, et d'autres, dispose également d'outils pour créer des jumeaux numériques, qui sont des modèles virtuels connectés à des actifs physiques qui sont utilisés pour comprendre comment apporter des changements et évaluer les impacts de ces changements sans avoir à affecter le monde réel. Ces actifs peuvent inclure des personnes, des processus, des flux de travail et une seule machine, ou un système tel qu'une usine entière. Entre autres utilisations, les jumeaux numériques peuvent aider à la planification de la sécurité et à la protection contre les erreurs d'une pièce lors de la phase de conception.

En règle générale, les outils de création d'un jumeau numérique et d'un thread incluent ceux déjà connus dans le secteur de la fabrication :applications CAO, PLM et IdO.

Innovator est open source, tandis que ses applications et celles d'autres fournisseurs sont généralement proposées avec un abonnement payant dans un paradigme de logiciel en tant que service. D'autres variantes parmi les outils incluent le standard par rapport à la personnalisation, la facilité d'utilisation, la flexibilité, la prise en charge d'applications personnalisées, l'inclusion d'applications low-code, des modèles pour représenter les éléments dans un jumeau numérique, des applications groupées ou à la carte, et plus encore.

Cependant, ce sur quoi les différents fournisseurs s'accordent largement, ce sont les avantages à tirer de la création d'un jumeau numérique, d'un fil numérique ou des deux.

Le jumeau numérique enrichit la boîte à idées

L'expérience de Jamco a démontré l'utilité d'utiliser un fil numérique pour fournir un historique et un contexte dans la phase de conception tout en éliminant les erreurs répétées, le tout dans la recherche d'une plus grande efficacité et d'une meilleure qualité.

Une autre utilisation serait pour la maintenance, a déclaré Craig Melrose, vice-président exécutif des solutions de transformation numérique chez PTC.

"Je peux leur fournir la compréhension et l'expérience de la maintenance grâce à la réalité augmentée (AR), en leur disant de démonter ceci en premier, de vérifier cet élément en second, d'inspecter cet élément en troisième", a-t-il déclaré. "Si je dois remplacer un élément, voici les détails sur la façon de le remplacer ou de le réinstaller. Comment confirmer que c'est fait correctement. Comment réassembler l'équipement et vérifier que tout a été fait correctement et prêt à être rallumé. Et même les éléments de sécurité tels que couper l'alimentation et verrouiller l'équipement, ce genre de choses, peuvent tous être livrés via AR. »

Un jumeau numérique offre ses propres avantages.

"Les avantages sont bien plus importants que l'investissement", a déclaré Zohair Mehkri, directeur de l'ingénierie responsable du jumeau numérique chez Flex Ltd., un sous-traitant mondial de 24 milliards de dollars. « Par exemple, vous pouvez avoir une optimisation complète de vos processus, de vos bâtiments, avant même que quoi que ce soit ne se produise. Vous pouvez déplacer les choses, vous pouvez changer de produit, installer de nouvelles machines, ajouter ou supprimer des effectifs ou du matériel et vous pouvez essayer tout cela dans le logiciel avant même de mettre les pieds dans votre usine.

« La quantité de temps et d'efforts que nous consacrons à revenir en arrière et à faire des essais et des erreurs sur les processus de fabrication physiques qui nous affectent financièrement est énorme. La capacité de faire cela dans un jumeau numérique est donc énorme. »

Une fois qu'un jumeau numérique est créé, les fabricants peuvent commencer la surveillance, l'optimisation et l'analyse. Chacune de ces étapes a ses propres avantages.

"Une analyse d'un processus à l'aide d'un jumeau numérique est très puissante car elle ne décrira pas seulement votre processus, elle fera des choses comme vous indiquer les domaines qui doivent être améliorés", a déclaré Mehkri. « Il ne doit pas y avoir de goulot d'étranglement. Cela pourrait même être :" Vous avez un espace vide ici, vous pourriez probablement l'utiliser. " Ou vous pouvez supprimer une tâche sans valeur ajoutée de votre processus. »

L'élément clé à garder à l'esprit est qu'un jumeau numérique est connecté au modèle physique avec du matériel et des logiciels, a-t-il déclaré. Cela peut entraîner des avantages plus élevés en raison de la boucle fermée.

"Si quelque chose se passe dans le système physique, le modèle numérique doit savoir qu'un changement dans le système physique s'est produit, le modèle numérique doit s'ajuster pour refléter le système physique, puis s'optimiser en fonction du changement, puis transmettre cette optimisation au système physique », a déclaré Mehkri.

S'il existe un goulot d'étranglement, un jumeau numérique peut proposer des solutions pour le corriger, a déclaré Ali Ahmad Malik, professeur adjoint d'ingénierie industrielle et des systèmes à l'université d'Oakland.

"Par exemple, dans une cellule d'assemblage, votre objectif est de 1 000 unités par jour, mais à une certaine heure, le jumeau numérique l'évalue et vous dit que si vous continuez à travailler au même rythme, vous ne pourrez pas atteindre l'objectif", il a dit. "Mais il ne me dit pas seulement le problème potentiel qui peut survenir d'ici la fin de la journée, mais il me donne également des solutions, car il a la possibilité de le simuler et il est intelligent. Il contient des informations sur les incidents précédents. Les suggestions peuvent inclure l'ajout d'un robot ou l'augmentation de la vitesse d'un robot. Je ne peux y parvenir que si j'ai une connectivité de données et que mon jumeau numérique continue de devenir intelligent à partir d'événements passés et d'apprentissages passés. Une dimension d'apprentissage automatique devrait donc y être activée. »

Malik, dont l'expérience dans la création de jumeaux numériques est avec des robots ou des cobots, a déclaré que le jumeau peut également aider à équilibrer le processus d'assemblage. Dans les cellules d'assemblage, des tâches sont assignées aux humains et aux robots travaillant ensemble pour construire un assemblage dans un laps de temps donné afin qu'aucun opérateur ne reste inactif. Avant le jumeau numérique, le processus était toujours effectué manuellement.

"Avec des jumeaux numériques qui évaluent en permanence la vitesse du robot, il continue d'équilibrer le processus et d'attribuer des tâches à la bonne source", a-t-il déclaré. « Donc, toute cette activité manuelle d'équilibrage des processus est confiée à un jumeau numérique. Si vous avez une production à haut volume et à faible volume, ce jumeau numérique peut grandement vous aider. »

Cela aidera également une usine à réagir plus rapidement aux fluctuations du marché, car des lignes ou des cellules de fabrication peuvent être ajoutées, supprimées ou modifiées rapidement et virtuellement pour réagir aux changements des marchés, testées par simulation et acceptées ou rejetées en fonction des résultats. Dans les industries réglementées, on parle même de pré-qualifier une ligne numériquement avant qu'elle ne soit qualifiée physiquement.

Melrose a déclaré que les changements rapides et virtuels qui sont testés avec la simulation peuvent maintenir le rythme de production dans une usine.

Par exemple, dit Melrose, prenez une usine fictive avec 10 machines. Les travailleurs ont du mal à changer les pièces dans et hors d'une machine parce qu'elles sont si lourdes, alors le propriétaire de l'usine veut ajouter une aide au levage.

"Plutôt que d'interrompre la production, je peux tester tout cela hors ligne sur un ordinateur pour m'assurer que cela fonctionnera bien", a-t-il déclaré. "Je vais l'installer et le tester pendant le week-end et le mettre en marche lundi afin que nous puissions reprendre la production avec ce nouvel élément ajouté."

Avant tout, ce que le jumeau numérique fournit, c'est un contexte et un cadre pour les données de capteur provenant d'une machine intelligente, a déclaré Rob McAveney, CTO chez Aras.

"Si vous y réfléchissez, j'ai deux avions différents avec deux moteurs différents qui donnent des informations sur le fonctionnement d'un moteur par rapport au fonctionnement de l'autre moteur", a-t-il déclaré. "Ces commentaires sont précieux, mais ils sont beaucoup plus précieux si je sais sur quel avion ils sont installés, où vole cet avion, quel est l'historique de maintenance de cet avion. Toutes ces choses sont importantes en termes d'analyse des données qui reviennent de ces capteurs. Donc le jumeau numérique, c'est pour moi là où il apporte le plus de valeur."

Thread, les applications jumelles pourraient ressembler davantage à la CAO

Pour McAveney, le plus grand défi réside dans les données déconnectées de systèmes disparates.

"Vous avez des données dans différents formats qui sont utilisées par différentes personnes dans différents départements qui ne se parlent jamais", a-t-il déclaré. "S'ils sont tenus de fournir leurs données, ils doivent les masser manuellement pour les rendre applicables aux besoins de quelqu'un d'autre."

Avoir des systèmes disparates en soi n'est pas mauvais, c'est le fait qu'il s'agit de systèmes disparates sans connexion.

"Et je ne veux pas dire [ne parlez pas] d'un point de vue technologique, je veux dire [ne parlez pas] d'un point de vue sémantique", a déclaré McAveney. "Cela signifie que j'ai une nomenclature dans le PLM, j'ai une nomenclature dans l'ERP, et il n'y a pas de mappage, il n'y a personne assis au milieu en disant 'Oh, ce champ dans ce système est le même que ce champ dans ce système." Nous devons nous assurer qu'ils sont synchronisés. Maintenant, il n'y a même plus de lien conceptuel entre eux, sans parler d'un lien physique."

Malik a comparé la situation décrite par McAveney, des données déconnectées, à celle des données de divers fournisseurs de logiciels de CAO.

"Par exemple, les données AutoCAD n'étaient [autrefois] ni exportables ni importables dans SolidWorks, mais il est maintenant tout à fait normal d'exporter et d'importer des données d'un CAO vers un autre CAO et il existe des formats standard", a déclaré Malik. « La même chose doit être faite dans cette dimension et pas seulement les données CAO mais aussi les données dynamiques et les informations que nous obtenons des systèmes physiques. Pour l'instant, nous sommes limités à la plate-forme d'une seule entreprise."

Les fournisseurs et les utilisateurs conviennent que la première et la plus importante étape à franchir dans l'utilisation d'un jumeau numérique consiste à déterminer votre objectif et les parties de votre système physique que vous souhaitez modéliser.

Un propriétaire d'usine peut simplement vouloir visualiser son usine, a déclaré Mehkri, et répondre à des questions telles que :Où sont mes matériaux ? Où les gens passent-ils leur temps ? Quelles sont les zones à fort trafic ? Où sont les problèmes en termes de ligne ?

"Lorsque vous commencez à visualiser ces types de défis, vous pouvez alors aborder ce deuxième facteur, à savoir comment résoudre ces problèmes, comment optimiser ces problèmes ou comment m'en débarrasser ?" dit-il.

Melrose a convenu qu'il était essentiel de choisir le bon objectif.

"Les entreprises sont légitimement averses au risque, mais en étant averses au risque, elles peuvent choisir le mauvais cas d'utilisation qui est de faible valeur et, potentiellement parce qu'elles ne sont pas sûres de la valeur, choisir la mauvaise technologie en fonction du prix plutôt qu'en fonction de l'impact", a déclaré PTC. Melrose. "Ils peuvent entrer dans le purgatoire des pilotes."

Alors que certains fournisseurs découragent la personnalisation, au moins une entreprise permet non seulement la personnalisation, mais l'encourage.

"En tant que client, vous êtes libre d'augmenter ces applications avec des fonctionnalités supplémentaires et ce que fait Aras, c'est de fournir aux abonnés d'Aras la possibilité d'utiliser les applications telles quelles, d'augmenter les applications comme bon leur semble, de créer de nouvelles applications comme bon leur semble", a déclaré McAveney. . "Ensuite, c'est notre travail de nous assurer que tous ces changements apportés par le client peuvent aller de l'avant avec la technologie.

"Alors qu'Aras continue de publier de nouvelles fonctionnalités et de nouvelles versions de la plate-forme qui fonctionnent avec des piles de calcul plus récentes, nous garantissons dans le cadre de notre abonnement que tout ce que vous créez aujourd'hui fonctionnera l'année prochaine."

Dans l'expérience de Mehkri dans la création de jumeaux numériques, il s'appuie sur les principes de fabrication au plus juste lorsqu'il y a un décalage entre son jumeau et le monde réel. Énumérer toutes les possibilités de ce qui a causé une différence est impossible, a-t-il déclaré.

« Il y a cependant des possibilités qui peuvent se produire; J'aurais pu modéliser de manière incorrecte, il pourrait y avoir une erreur de l'utilisateur, il pourrait y avoir différentes sources de données ou la source de données elle-même peut avoir un problème », a déclaré Mehkri. "La façon dont nous déterminons généralement cela est d'utiliser le pouvoir de Gemba, une technique de fabrication au plus juste, qui va à l'endroit où le travail est effectué. En nous rendant à l'étage physique, nous sommes en mesure de visualiser et de nous immerger dans le processus et d'effectuer une RCA (analyse des causes profondes) sur ce qui a causé l'écart, puis d'aller après cela et de comprendre le problème."

Un domaine avec lequel Mehkri et le reste de l'industrie se débattent est de ne pas avoir suffisamment de contenu standard pour modéliser les matériaux, les machines et les autres éléments dans un jumeau numérique. Lorsqu'il n'y a pas de modèle dans le logiciel, l'utilisateur doit le créer lui-même, ce qui prend du temps, a-t-il déclaré.

Malik a déclaré qu'un utilisateur peut avoir besoin de plusieurs produits pour créer son jumeau numérique. "Peut-être qu'un outil me permettra de concevoir les éléments présents dans un système physique", a-t-il déclaré. Un autre outil peut me permettre de définir la dynamique ou la cinématique du système physique puis un autre logiciel peut me permettre d'intégrer les données du système physique dans le système numérique. Ainsi, une combinaison de quatre ou cinq logiciels différents peut m'aider à compléter un jumeau numérique."

Certains des noms éminents parmi les fournisseurs d'outils numériques disposent d'un ensemble complet d'outils pour créer des jumeaux numériques, mais les petites et moyennes entreprises ne peuvent souvent pas se permettre ou n'ont pas de personnes ayant les compétences nécessaires pour l'utiliser, a déclaré Malik. Même parmi les plus grands fournisseurs, diverses applications peuvent ne pas transférer les données de manière fluide et facile.

"Mais si vous pouvez trouver un logiciel qui a plus de fonctionnalités dans un environnement, par exemple Visual Components offre une simulation continue, une connectivité de données, une simulation d'événements discrets ou une analyse stochastique dans un seul environnement", a-t-il déclaré. "C'est une très bonne fonctionnalité selon moi, car vous n'avez alors pas besoin de trois ou quatre logiciels."