Jumeaux numériques : Relier opérations et design pour une fabrication plus intelligente

La puissance de la technologie de jumeau numérique est amplifiée quand les modèles pour appareils discrets sont combinés en une vue au niveau système des opérations.

L'adoption à grande échelle de l'IoT industriel (IIoT) suscite l'intérêt pour la technologie de jumeau numérique. L'IIoT rassemble des dispositifs intelligents connectés et de l'analytique d'une façon qui permet aux organisations de surveiller, collecter, échanger, analyser, et délivrer de nouveaux insights précieux sur leurs systèmes et processus. Ces insights peuvent aider à piloter des décisions business plus intelligentes, plus rapides.

Quand un système physique est apparié avec une représentation numérique, les insights dérivés peuvent apporter des bénéfices additionnels aux fabricants dans différents aspects de leurs opérations, couvrant des aspects allant de la fabrication intelligente à l'optimisation de la chaîne d'approvisionnement en passant par les innovations de produit ou service.

L'intérêt pour la technologie de jumeau numérique explose à travers de nombreuses industries. Le marché, évalué à 3,1 milliards de dollars en 2020, devrait atteindre 48,2 milliards de dollars d'ici 2026, représentant un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 58 % de 2020 à 2026. Une telle croissance est due à l'usage anticipé des jumeaux numériques pour le design, la simulation, la MRO (maintenance, réparation et révision), la production, et le service après-vente, selon MarketsandMarkets. Les entreprises industrielles devraient connaître une forte croissance dans les solutions de jumeaux numériques alors qu'elles émergent de la pandémie. Beaucoup adoptent de telles solutions pour leurs opérations de bout en bout pour minimiser les pertes dues à la pandémie.

Domaines d'application étendus des jumeaux numériques industriels

Un modèle de jumeau numérique utilise des données des dispositifs IoT et autres capteurs pour évaluer l'état du dispositif ou pièce d'équipement. Les insights dérivés dans ces modèles peuvent être utilisés de plusieurs façons, incluant :

Jumeaux opérationnels : Dans de nombreux cas, les problèmes d'équipement sont dus à une utilisation incorrecte. Par exemple, un dispositif pourrait fonctionner hors de sa plage normale de température ou pression, ou il pourrait tourner à une vitesse plus élevée que recommandée. Si non adressé, le problème peut impacter le dispositif lui-même, menant peut-être à une panne inattendue ou une détérioration agressive. En utilisant un jumeau numérique de la pièce, l'analyse de données de l'état actuel d'un dispositif pourrait aider à identifier de telles conditions d'opération hors spécifications. Des simulations pourraient aider à explorer si pousser la performance d'un dispositif ou le faire fonctionner dans son environnement actuel est OK. Sinon, des changements pourraient être faits pour optimiser la performance actuelle du dispositif dans un environnement de travail.

Jumeau prédictif : Un jumeau numérique peut être utilisé pour faire de l'analyse what-if. Par exemple, un fabricant pourrait regarder les trade-offs : Si j'augmente la vitesse à laquelle un dispositif opère, quelle est l'amélioration immédiate en sortie. Et puis, utiliser la même simulation pour figurer l'impact de cette augmentation de vitesse sur l'équipement. En aurait-il besoin de service plus fréquent ? Échouerait-il plus vite ? Une analyse de coût pourrait alors être faite comparant l'augmentation nette de revenu dans un boost de production en faisant tourner le dispositif à un taux plus élevé versus le coût accru de maintenir l'équipement ou le remplacer plus fréquemment.

Boucle de retour vers le design produit et marketing : Une équipe de design produit pourrait utiliser les données collectées sur l'équipement utilisé sur le terrain pour améliorer ou ajuster le produit ou ajouter de nouvelles fonctionnalités basées sur son usage actuel. Est-ce qu'il performe mieux que prévu ? Peut-être qu'une version plus économiquement conçue suffirait. De même, il peut s'avérer qu'un dispositif dans certains environnements surperforme les spécifications énoncées. Le marketing et les ventes pourraient partager cette information avec d'autres clients dans les mêmes environnements.

Jumeaux numériques connectés : La puissance de la technologie de jumeau numérique est amplifiée quand les modèles pour appareils discrets sont combinés en une vue au niveau système des opérations. Par exemple, dans l'aviation, un fabricant pourrait avoir des représentants de jumeau numérique individuels de différents composants de moteur et un modèle qui leur permet de simuler et observer comment ces éléments travaillent ensemble. Les bâtiments intelligents utilisent fréquemment des combinaisons d'espaces intelligents, ascenseurs intelligents, systèmes CVC intelligents, et plus pour dériver des bénéfices synergiques quand un développeur ou propriétaire de bâtiment peut comprendre comment ces systèmes peuvent se compléter et travailler ensemble.

Modèles et jumeaux au niveau système

Les jumeaux numériques connectés dans la fabrication pourraient prendre deux chemins. L'un serait de se concentrer sur comment un équipement complexe opère en intégrant les modèles des pièces qui composent le système. Un tel modèle est l'équivalent à un fabricant de moteur d'avion simulant un moteur entier à partir de modèles de ses pièces.

Les fabricants peuvent rassembler des insights temps réel depuis l'intérieur de systèmes-de-systèmes pour rendre plus facile pour les ingénieurs de trouver des inter-dépendances cachées et recommander des étapes pour recalibrer l'équipement. Les insights dérivés sur comment l'équipement opère dans son environnement réel pourraient être utilisés par les ingénieurs et équipes de maintenance pour faire des ajustements et optimiser la performance de l'équipement.

Un autre domaine d'attention est la simulation et modélisation de processus de fabrication où des jumeaux sont créés pour différents équipements utilisés sur une ligne de production. Par exemple, une ligne d'assemblage complexe pourrait inclure un jumeau numérique de systèmes robotiques qui placent des items sur un convoyeur, un autre pour une fraise, encore un pour un outil de soudure, et plus.

Un jumeau numérique composite avec ces éléments permettrait à un fabricant d'obtenir des insights plus profonds dans les processus de bout en bout. Des ajustements pourraient être faits dans le modèle virtuel pour voir quel impact les changements auraient sur le produit fini, les taux de production, la qualité, et plus.

Sur la voie vers l'Industrie 4.0

Les technologies de connectivité et les données collectées sont essentielles pour un fabricant d'équipement ou dispositif pour participer à de futures initiatives industrielles telles que l'Industrie 4.0. Les initiatives de fabrication intelligente peuvent combiner visibilité d'usine, maintenance prédictive, modélisation et simulations pour obtenir des insights temps réel sur comment l'équipement opère maintenant, comment ses opérations peuvent être améliorées, et comment cela impacte les indicateurs clés de performance de bout en bout.