Jumeaux numériques dans le secteur manufacturier :utilisations, avantages et défis

Une infrastructure de classe entreprise peut améliorer l'efficacité des initiatives de jumeaux numériques et permettre des applications innovantes.

Les jumeaux numériques offrent aux fabricants de nouvelles façons de concevoir, de surveiller et de gérer les produits et les installations. Alors que le concept de jumeau numérique de base existe depuis plus d'une décennie, l'introduction récente et l'utilisation à grande échelle de technologies et de services de connectivité tels que Edge Compute, l'Internet des objets (IoT) et la 5G rendent désormais les jumeaux numériques pratiques pour les applications industrielles. .

Cependant, comme pour l'utilisation de toute nouvelle technologie dans des contextes commerciaux, il y a des défis à surmonter, des cas d'utilisation à définir, des meilleures pratiques à apprendre et un besoin de démontrer la valeur de l'utilisation du jumeau numérique pour l'entreprise. Pour résoudre ces problèmes et d'autres, RTInsights s'est entretenu avec ToddEdmunds, directeur de l'IoT industriel et de la stratégie Edge chez Dell Technologies.

Nous avons exploré pourquoi il y a un grand intérêt pour les jumeaux numériques pour la fabrication, discuté des technologies habilitantes, des cas d'utilisation, des obstacles et de la façon de commencer à utiliser les jumeaux numériques.

Voir aussi : Centre d'Edge Computing et 5G

Fabrication de jumeaux numériques

RTInsights : Que sont les jumeaux numériques et pourquoi l'intérêt de les utiliser dans la fabrication ?

Edmunds : Les jumeaux numériques sont des copies virtuelles d'objets, de systèmes ou d'organisations physiques réels. Et lorsque vous les combinez avec des données en temps réel, elles peuvent fournir des informations précieuses sur le fonctionnement de cet objet, système ou organisation. Dans le secteur manufacturier, il peut exister plusieurs types différents de jumeaux numériques, mais l'industrie essaie toujours de s'entendre sur leur nom. Commençons par les jumeaux numériques opérationnels. Les jumeaux numériques opérationnels vous permettent de poser et de répondre à la question, que se passe-t-il maintenant ? Par exemple, ce qui se passe avec les robots dans mon usine. Avec ce type de jumeau numérique, un industriel peut aussi se poser la question :que dois-je faire dans mon usine maintenant ? Dois-je faire de la maintenance prédictive sur ces robots ? Comment puis-je utiliser ce jumeau numérique pour examiner les mesures de qualité à plus long terme liées aux produits que je fabrique ?

Ensuite, il y a la prochaine génération de jumeau numérique, qui est un jumeau de simulation de niveau supérieur. Il vous permet de poser et de répondre à la question, et si? Et si j'augmente la vitesse de ma ligne de 25 % ? Les robots et autres actifs de cette chaîne de fabrication tomberont-ils en panne prématurément ? Et si oui, cela en vaudrait-il la peine, car je peux obtenir plus de production de mon usine dès maintenant, ce qui se traduit par des marges bénéficiaires plus élevées malgré l'augmentation des coûts de réparation ? Ces jumeaux numériques complets de nouvelle génération offrent des possibilités presque illimitées dans l'Industrie 4.0, la fabrication intelligente et les applications IdO industrielles.

Si vous avez le bon jumeau numérique et la bonne infrastructure pour héberger ce jumeau numérique, presque tous les cas d'utilisation de l'Industrie 4.0, toutes les efficacités que vous pouvez réaliser avec les dernières initiatives de fabrication intelligente, peuvent être combinés dans cette implémentation de jumeau numérique. C'est là qu'intervient la vraie valeur - une solution unique qui combine la maintenance prédictive, la visibilité de l'usine, l'analyse et l'intelligence artificielle, et même la réalité augmentée et la réalité virtuelle. Imaginez un directeur d'usine capable de parcourir virtuellement l'atelier de fabrication et de voir immédiatement ce qui se passe dans l'ensemble de l'usine et même à l'intérieur de chaque pièce d'équipement, comme les robots ou les machines.

Technologies habilitantes

RTInsights : Quelles sont les technologies habilitantes nécessaires pour utiliser les jumeaux numériques ?

Edmunds : L'edge computing, qui rapproche la puissance de calcul de l'endroit où les données sont produites et traitées, est le sujet d'actualité dans l'industrie en ce moment, alors que les organisations cherchent à prendre des décisions plus rapidement et à réduire leurs dépenses liées au cloud. C'est aussi un moyen efficace de mettre en œuvre les technologies nécessaires aux jumeaux numériques. Plus précisément, pour la fabrication et l'industrie, il existe deux types d'informatique de pointe qui sont très utiles pour déployer des jumeaux numériques.

Le premier est l'informatique à la périphérie industrielle . La périphérie industrielle comprend des appareils renforcés qui reposent sur le sol de l'usine et peuvent fonctionner dans les environnements à températures extrêmes, à fortes vibrations et robustes que l'on trouve dans la plupart des installations de fabrication. Le calcul de périphérie industriel est utilisé pour se connecter et extraire des données d'appareils d'usine qui ne partagent pas très facilement leurs données. Par exemple, un jumeau numérique d'un robot a besoin d'un flux constant de données d'état en temps réel pour maintenir sa précision et sa valeur opérationnelle. Les appareils de calcul Industrialedge seraient utilisés pour ingérer et traiter les informations de contrôle, de capteur et d'environnement pertinentes.

Le deuxième type d'informatique de périphérie qui est essentiel pour cela est la périphérie d'entreprise . Parfois appelée la périphérie épaisse, il s'agit d'une infrastructure de calcul, de stockage et de mise en réseau sur site de niveau entreprise nécessaire pour gérer les données et les charges de travail nécessaires à la mise en œuvre d'un véritable jumeau numérique. Lorsque vous pensez aux centaines ou aux milliers d'actifs d'usine dans une grande usine, il est impossible que toutes les données nécessaires à la mise en œuvre de nombreux jumeaux numériques soient stockées exclusivement dans le cloud. Les exigences de bande passante, les limitations de latence, les politiques de sécurité, les volumes de données, les problèmes de souveraineté et les coûts substantiels de transfert de toutes ces données vers et depuis le cloud seront tous trop prohibitifs.

Ainsi, une infrastructure sur site de niveau entreprise sera essentielle pour gérer les données et les charges de travail des multitudes de jumeaux numériques qui se trouveront dans l'usine. Et lorsque vous ajoutez la 5G et la future connectivité Wi-Fi6, ce type d'architecture de calcul de périphérie distribuée facilite grandement l'exploitation et l'utilisation des nouveaux flux d'informations permis par ces nouvelles technologies.

Avantages de DigitalTwin

RTInsights : Comment les jumeaux numériques sont-ils utilisés dans l'industrie manufacturière et quels sont leurs avantages ?

Edmunds : Il existe trois grandes catégories, et je vous donnerai quelques exemples à la fin. Premièrement, les jumeaux numériques peuvent donner un aperçu de la conception et de l'ingénierie de bout en bout d'un produit. Un fabricant peut créer un environnement de développement de produit virtuel qui conserve toutes les informations sur le produit en un seul endroit, ce qui peut résoudre les problèmes de silo de données qui existent généralement dans les organisations de fabrication.

Une autre utilisation d'un jumeau numérique dans la fabrication est de fournir un aperçu de l'état et des conditions actuels d'un actif de production de grande valeur. Vous pouvez utiliser un jumeau numérique pour surveiller et réagir à l'état et aux tendances en temps réel de l'actif et comment cela affecte le fonctionnement global de l'usine. En appliquant l'analyse et l'IA, le jumeau numérique peut être utilisé pour prédire quand l'actif pourrait tomber en panne pendant la production et planifier la maintenance pendant les temps d'arrêt normaux avant qu'il n'affecte les mesures de débit.

Et puis il y a les utilisations de la prochaine génération, cette troisième catégorie de jumeau numérique, qui vous donne un aperçu des décisions futures. De tels jumeaux numériques appliqueraient une IA et des analyses de niveau supérieur pour optimiser la fonctionnalité de vos actifs. Ils réduiraient également les coûts, le temps de maintenance et les temps d'arrêt. Par exemple, McLaren, la célèbre équipe de course de Formule 1 (F1), a pu réduire le temps de construction de sa voiture de course F1 de ce qui est généralement de 42 mois à 24 mois en utilisant les capacités du jumeau numérique. En appliquant les mêmes technologies de jumeau numérique, ils ont également pu développer leur hypercar P1 de production en deux fois moins de temps et à la moitié du coût de la norme industrielle typique.

Un autre exemple est en cours de développement pour l'armée américaine qui utilise des jumeaux numériques pour construire différentes itérations de véhicules militaires afin d'optimiser et de tester la capacité de survie de ces véhicules. Les technologies jumelles numériques permettent de simuler la façon dont les véhicules pourraient exécuter des centaines ou des milliers de scénarios d'attaque différents et simulent d'être touchés par différents types d'ordonnances, à plusieurs endroits. L'utilisation d'un jumeau numérique leur permet de construire un véhicule beaucoup plus sûr et beaucoup plus résistant.

Défis DigitalTwin

RTInsights : Quels sont les défis lors du déploiement et de l'utilisation de jumeaux numériques ?

Edmunds : Les jumeaux numériques ont besoin d'une infrastructure de niveau entreprise pour gérer les données et les charges de travail. Cette infrastructure d'entreprise doit être conçue autour de la sécurité, de l'évolutivité et de la fiabilité. Une fois que vous commencerez à voir la valeur des données du jumeau numérique, la fiabilité et l'évolutivité seront essentielles, et cela nécessite un investissement initial dans la bonne infrastructure. Cela conduit à la nécessité d'identifier les initiatives de jumeau numérique de la plus haute valeur et de quantifier le retour sur investissement pour justifier la valeur de la mise en œuvre de l'architecture la plus efficace. De cette façon, le jumeau numérique peut être mis en œuvre correctement dès le départ et avec la bonne infrastructure de niveau entreprise nécessaire pour évoluer.

Un autre défi est que le jumeau numérique d'aujourd'hui est dans une toute nouvelle phase, un concept assez nouveau. Il existe des jumeaux numériques depuis des décennies, mais ils ne sont pas vraiment au point où nous examinons cette réplique exacte d'un système entier, d'un système de systèmes ou d'actifs dans l'usine. C'est là que se dirige l'industrie, où certaines des meilleures entreprises se précipitent pour créer le logiciel et créer les applications capables de mettre en œuvre ce véritable jumeau numérique. Personne n'est encore là. Il existe de nombreuses très bonnes entreprises et de très bonnes applications qui peuvent gérer différentes parties de cet écosystème de jumeau numérique. Mais il n'existe pas encore de solution ultime unique de bout en bout pour le jumeau numérique.

Démarrer avec les jumeaux numériques

RTInsights : Comment les entreprises commencent-elles à utiliser des jumeaux numériques ?

Vous devez regarder la valeur, l'objectif que vous voulez tirer du jumeau numérique, et être prêt à investir dans l'infrastructure. Vous n'avez pas besoin de commencer avec une infrastructure complète de bout en bout pour que cela se produise. Cependant, l'infrastructure doit être conçue pour pouvoir évoluer largement et profondément afin de gérer les données et les charges de travail informatiques nécessaires pour créer le jumeau numérique de manière à réaliser le retour sur investissement.

Ainsi, vous pouvez commencer petit avec une implémentation initiale de jumeau numérique. La bonne infrastructure vous permettra d'ajouter plusieurs jumeaux numériques en plus de cela et de passer à des centaines, voire des milliers de jumeaux numériques différents de tous les types imaginables.

Une autre façon de commencer est de s'impliquer dans l'écosystème du jumeau numérique qui émerge rapidement. L'un des meilleurs est le Digital Twin Consortium. Le consortium DigitalTwin est une organisation collaborative qui stimule l'innovation de la technologie digitaltwin et a été fondée par Dell Technologies, Ansys, GE, Microsoft et Lendlease, et comprend certains des principaux acteurs technologiques à l'intérieur et à l'extérieur de l'IoT industriel et de l'industrie 4.0. Le Digital Twin Consortium dispose d'un groupe de travail sur la fabrication, ainsi que de groupes axés sur l'industrie pour les infrastructures et les bâtiments, les ressources naturelles, l'aérospatiale et la défense. Le consortium est ouvert à toute personne souhaitant s'y joindre. L'adhésion est un excellent moyen d'en savoir plus sur les jumeaux numériques et sur ce que d'autres entreprises font avec les jumeaux numériques et de façonner l'avenir de la terminologie, de la technologie et de la taxonomie des jumeaux numériques et de ce qu'ils peuvent être.