Exploiter les jumeaux numériques dans la fabrication : avantages, applications 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, surveiller et gérer les produits et installations. Bien que le concept de base de jumeau numérique existe depuis plus d'une décennie, l'introduction récente et l'utilisation à grande échelle des technologies et services de connectivité tels que l'informatique de périphérie (Edge Compute), l'Internet des objets (IoT) et la 5G rendent maintenant les jumeaux numériques pratiques pour les applications industrielles.

Cependant, comme 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 des jumeaux numériques à l'entreprise. Pour trier ces questions et d'autres, RTInsights s'est entretenu avec Todd Edmunds, Directeur de la stratégie IoT industriel et Edge chez Dell Technologies.

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

Voir aussi : Centre pour l'informatique de périphérie et la 5G

Les jumeaux numériques dans la fabrication

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 physiques, de systèmes ou d'organisations réels. Et quand vous les combinez avec des données en temps réel, ils peuvent fournir des insights précieux sur le fonctionnement de cet objet, système ou organisation. Dans la fabrication, il peut y avoir plusieurs types différents de jumeaux numériques, mais l'industrie essaie encore de s'accorder sur comment les appeler. Commençons par les jumeaux numériques opérationnels. Les jumeaux numériques opérationnels vous permettent de poser et répondre à la question : qu'est-ce qui se passe maintenant ? Par exemple, que se passe-t-il avec les robots dans mon usine. Avec ce type de jumeau numérique, un fabricant peut aussi poser la question : que devrais-je faire dans mon usine maintenant ? Devrais-je faire de la maintenance prédictive sur ces robots ? Comment puis-je utiliser ce jumeau numérique pour examiner des métriques de qualité à plus long terme liées aux produits que je produis ?

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 répondre à la question : et si ? Et si j'augmente la vitesse de ma ligne de 25 % ? Les robots et autres actifs sur cette ligne de fabrication vont-ils tomber en panne prématurément ? Et si oui, est-ce que ça vaudrait le coup de le faire parce que je peux obtenir plus de production de mon usine maintenant, résultant en des marges bénéficiaires plus élevées malgré les coûts de réparation accrus ? Ces jumeaux numériques complets de prochaine génération ont des possibilités presque illimitées dans les applications Industrie 4.0, fabrication intelligente et IoT industriel.

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 combinées dans cette implémentation de jumeau numérique. C'est là que la vraie valeur réside — une solution unique qui combine maintenance prédictive, visibilité d'usine, analytique, intelligence artificielle, et même réalité augmentée et réalité virtuelle. Imaginez un directeur d'usine capable de se promener virtuellement dans l'atelier de fabrication et de voir immédiatement ce qui se passe dans toute l'usine et même à l'intérieur de chaque équipement tel que robots ou machines.

Technologies habilitantes

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

Edmunds : L'informatique de périphérie — apporter la puissance de calcul plus près de là où les données sont produites et traitées — est le sujet brûlant actuel dans l'industrie alors que les organisations cherchent à prendre des décisions plus rapides et réduire leurs dépenses cloud. C'est aussi un moyen efficace d'implémenter les technologies requises pour les jumeaux numériques. Spécifiquement pour la fabrication et l'industrie, il y a deux types d'informatique de périphérie qui sont très utiles pour déployer les jumeaux numériques.

Le premier est le calcul à la périphérie industrielle. La périphérie industrielle inclut des dispositifs durcis qui se trouvent sur le plancher de l'usine et peuvent fonctionner dans les températures extrêmes, les vibrations élevées, les environnements robustes que l'on trouve dans la plupart des installations de fabrication. Le calcul de périphérie industrielle est utilisé pour se connecter et extraire des données des dispositifs du plancher de l'usine qui ne partagent pas facilement leurs données. Par exemple, un jumeau numérique d'un robot a besoin d'un flux constant de données de statut en temps réel pour maintenir sa précision et sa valeur opérationnelle. Les dispositifs de calcul de périphérie industrielle seraient utilisés pour ingérer et traiter les informations de contrôle, de capteurs et d'environnement pertinentes.

Le deuxième type d'informatique de périphérie qui est critique pour cela est la périphérie d'entreprise. Parfois appelée la périphérie épaisse, c'est une infrastructure de calcul, stockage et réseau de classe entreprise sur site nécessaire pour gérer les données et charges de travail requises pour implémenter un vrai jumeau numérique. Quand vous pensez aux centaines ou milliers d'actifs du plancher de l'usine dans une grande usine, il n'y a aucun moyen que toutes les données requises pour implémenter autant de 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 questions de souveraineté, et les coûts substantiels du transfert de toutes ces données vers et depuis le cloud seront tous trop prohibitifs.

Donc, une infrastructure sur site de classe entreprise sera essentielle pour gérer les données et charges de travail pour la multitude de jumeaux numériques qui seront dans l'usine. Et quand vous ajoutez la 5G, et la connectivité Wi-Fi 6 à venir, ce type d'architecture de calcul de périphérie distribuée rend beaucoup plus facile d'accéder et d'utiliser les nouveaux flux d'information activés par ces nouvelles technologies.

Avantages des jumeaux numériques

RTInsights : Comment les jumeaux numériques sont-ils utilisés dans la fabrication, et quels sont leurs avantages ?

Edmunds : Il y a trois grandes catégories, et je vous donnerai quelques exemples à la fin. Premièrement, les jumeaux numériques peuvent fournir 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 garde toutes les informations sur le produit en un seul endroit, ce qui peut résoudre les problèmes de silos de données qui existent typiquement dans les organisations de fabrication.

Une autre utilisation d'un jumeau numérique dans la fabrication est de fournir un aperçu du statut et des conditions actuels d'un actif de production de haute valeur. Vous pouvez utiliser un jumeau numérique pour surveiller et réagir au statut et aux tendances en temps réel de l'actif et comment il affecte l'opération globale de l'usine. En appliquant l'analytique 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'elle n'affecte les métriques de débit.

Et puis il y a les utilisations de prochaine génération, cette troisième catégorie de jumeau numérique, qui donne des insights sur les décisions futures. De tels jumeaux numériques appliqueraient une IA et une analytique 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 leur voiture de course F1 de ce qui est typiquement 42 mois à 24 mois en utilisant les capacités de jumeau numérique. En appliquant les mêmes technologies de jumeau numérique, ils ont également pu développer leur hypercar de production P1 en moitié du temps et à moitié du coût de la norme industrielle typique.

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

Défis des jumeaux numériques

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

Edmunds : Les jumeaux numériques ont besoin d'une infrastructure de classe entreprise pour gérer les données et 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 commencez à voir la valeur des données du jumeau numérique, la fiabilité et l'évolutivité vont être clés, et cela nécessite un investissement dans la bonne infrastructure en amont. Cela conduit à la nécessité d'identifier les initiatives de jumeau numérique à plus haute valeur et de quantifier le ROI pour justifier la valeur de l'implémentation de l'architecture la plus efficace. Ainsi, le jumeau numérique peut être implémenté correctement initialement et avec l'infrastructure de classe entreprise nécessaire pour évoluer.

Un autre défi est que le jumeau numérique d'aujourd'hui est dans une phase assez nouvelle, un concept relativement nouveau. Il y a eu des jumeaux numériques pendant des décennies, mais ils ne sont pas vraiment au point où nous regardons cette réplique exacte d'un système entier, de systèmes de systèmes, ou d'actifs sur le plancher de l'usine. C'est là que l'industrie se dirige, où certaines des meilleures entreprises courent pour construire le logiciel et construire les applications qui peuvent implémenter ce vrai jumeau numérique. Personne n'y est encore tout à fait. Il y a beaucoup de très bonnes entreprises et de très bonnes applications qui peuvent gérer différentes parties de cet écosystème de jumeau numérique. Mais il n'y a pas encore de solution unique, ultime, de bout en bout pour le jumeau numérique.

Commencer avec les jumeaux numériques

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

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

Donc, vous pouvez commencer petit avec une implémentation initiale de jumeau numérique. La bonne infrastructure vous permettra d'ajouter plusieurs jumeaux numériques par-dessus et d'évoluer vers des centaines, voire des milliers de jumeaux numériques différents de tous types concevables.

Une autre façon de commencer est de s'impliquer dans l'écosystème de jumeau numérique qui émerge rapidement. L'un des meilleurs est le Digital Twin Consortium. Le Digital Twin Consortium est une organisation collaborative qui stimule l'innovation de la technologie de jumeau numérique et a été fondé par Dell Technologies, Ansys, GE, Microsoft et Lendlease, et inclut certains des principaux acteurs technologiques à l'intérieur et à l'extérieur de l'espace IoT industriel et Industrie 4.0. Le Digital Twin Consortium a un groupe de travail sur la fabrication, ainsi que des groupes axés sur l'industrie pour l'infrastructure et les bâtiments, les ressources naturelles, et l'aérospatiale et la défense. Le consortium est ouvert à tous ceux qui veulent y adhérer. Adhérer est un excellent moyen d'apprendre sur les jumeaux numériques et ce que les autres entreprises font avec les jumeaux numériques et de façonner l'avenir de la terminologie, de la technologie et de la taxonomie pour les jumeaux numériques et ce qu'ils peuvent être.