IoT industriel et révolution du jumeau numérique : Transformer la fabrication

Le terme « jumeau numérique » désigne la conceptualisation d'une réplique numérique d'un objet physique, d'une opération, en utilisant les données de dispositifs intelligents comme les capteurs. Le canal reliant le jumeau numérique à son homologue physique est appelé « fil numérique ». Le modèle numérique est régulièrement mis à jour avec intégration de l'intelligence artificielle et des données, offrant une réalité virtuelle 실제 et concurrente. Combiner l'objet physique à son équivalent généré par ordinateur est crucial. Avec l'essor de l'IoT industriel, la technologie du jumeau numérique est plus pertinente que jamais.

Les homologues numériques sont connectés via la technologie réseau et leur capacité à résoudre les problèmes et à offrir une performance opérationnelle supérieure en fait une technologie essentielle pour toute organisation.

En offrant aux entreprises une réplique numérique complète de leurs produits, la technologie du jumeau numérique permet aux industries de détecter tout problème physique sur les équipements bien à l'avance, afin de prendre les mesures appropriées pour éliminer les problèmes potentiels avant qu'ils ne surviennent.

Créer une réplique numérique d'un équipement est une tâche ardue. La meilleure approche consiste à créer un homologue numérique pour une division de l'unité de fabrication, le mettre en œuvre, puis étendre aux autres zones.

De plus, le jumeau numérique se distingue de la CAO (conception assistée par ordinateur). Son véritable potentiel réside dans sa capacité à offrir rapidement une connexion réelle et étendue entre les mondes physique et numérique dans l'industrie.

Article connexe : Tour d'horizon des estimations de marché et de ses phases

La technologie du jumeau numérique transforme l'industrie manufacturière, réduisant les coûts, contrôlant les actifs et diminuant les temps d'arrêt dus aux pannes. Le jumeau numérique d'un objet physique joue un rôle vital dans l'IoT industriel. Cette technologie ouvre de nouvelles possibilités pour les entreprises du monde entier. La réplique numérique utilise la réalité virtuelle, les données et la modélisation graphique pour créer un modèle virtuel parfait de tout équipement.

Fonctionnement de la technologie du jumeau numérique :

Dans la technologie actuelle, des capteurs accompagnant les objets physiques en usine collectent des données et les transmettent à leur réplique générée par ordinateur ; leur communication améliore finalement la performance de l'objet physique. La cerise sur le gâteau : l'homologue virtuel peut être créé bien avant la construction physique de l'équipement dans les unités de fabrication.

Pour créer la réplique virtuelle exacte d'un produit physique, les ingénieurs doivent collecter et fusionner des données de nombreuses sources : statistiques de fabrication, informations sur son fonctionnement, logiciels d'analyse. S'y ajoutent des procédures d'IA intégrées à la réplique informatique de l'équipement spécifique.

La réplique numérique dans l'unité de fabrication est utilisée à divers niveaux :

#1 Niveau composant :

Ce niveau met en évidence le composant unique crucial dans l'ensemble du processus de fabrication. La seule pièce dont le processus dépend le plus fortement.

#2 Niveau actif :

La réplique numérique au niveau actif crée une réplique numérique d'une partie spécifique de l'équipement utilisée en phase de production.

#3 Niveau système :

Lorsque les fabricants ont besoin d'améliorer l'ensemble de la ligne de production, la réplique numérique au niveau système est mise en œuvre.

#4 Niveau processus :

Le niveau processus examine l'ensemble du cycle de vie d'un produit : de la conception et du développement à la fabrication, la distribution, jusqu'à l'utilisation par l'utilisateur final. Cela aide au développement des produits actuels et futurs.

Article connexe : 5 meilleures utilisations de l'IoT industriel dans le transport

Plan de conception du concept de jumeau numérique :

#1 Construction :

Cette phase inclut l'équipement d'un objet physique avec de multiples capteurs mesurant des informations sur l'objet et son environnement. Les mesures se classent en deux catégories :

1. Mesures opérationnelles, relatives à la performance physique : uniformité de couleur, couple, déplacement, résistance à la traction.
2. Données externes affectant les opérations : pression barométrique, température ambiante, niveau d'humidité.

Ces mesures sont converties en messages numériques sécurisés via des encodeurs, puis transférés vers la réplique numérique de l'équipement.

#2 Communication :

Cette phase réalise une connectivité bidirectionnelle en temps réel entre les processus physiques et la plateforme numérique. La connectivité réseau est vitale pour soutenir l'homologue virtuel. Elle implique trois éléments :

1. Traitement en périphérie (Edge processing) :

   Cette interface connecte les capteurs aux historiens de processus, traite les données des capteurs et les transmet à la plateforme. Elle traduit les protocoles propriétaires pour rendre les formats de données compréhensibles et réduire la communication réseau. Le traitement en périphérie accélère la communication en traitant les données ingérées aux points de terminaison.

2. Interface de communication :

   Les interfaces de communication transfèrent les données traitées (informations) de la fonction capteur à la fonction d'intégration. Selon la configuration du jumeau numérique, le capteur produisant l'information peut être placé n'importe où : exploitation minière, domicile, parking, presque n'importe quel lieu.

3. Sécurité en périphérie (Edge security) :

   L'introduction de nouveaux capteurs et communications apporte de nouvelles menaces de sécurité, évoluant rapidement. De nouvelles solutions pour activer les jumeaux numériques en toute sécurité seront nécessaires à mesure que les actifs IP se développent. Pare-feu, chiffrement, clés d'application, certificats d'appareil sont les approches les plus courantes.

#3 Agrégation :

L'agrégation des données soutient l'ingestion dans un entrepôt de données, facilement traité et préparé pour l'analyse. L'agrégation et le traitement peuvent se faire dans le cloud ou sur site.

#4 Analyse :

Vient l'analyse des données. À cette étape, l'ensemble des données est examiné en profondeur. Les analystes et data scientists utilisent des plateformes d'analyse avancée pour générer des insights permettant une prise de décision intelligente.

#5 Étape d'insight :

Les insights issus de l'analyse sont présentés sur des tableaux de bord avec représentations visuelles, mettant en évidence les moindres différences de performance entre l'analogique du monde physique et le modèle de jumeau numérique sur une ou plusieurs dimensions. Cela indique les zones nécessitant une investigation.

#6 Action :

C'est ici qu'on utilise les insights actionnables de l'étape précédente pour les réinjecter dans l'actif physique. Les insights passent par des décodeurs qui décodent les commandes, puis sont envoyés aux actionneurs responsables du contrôle et du mouvement de l'équipement. Les insights peuvent aussi mettre à jour les systèmes back-end contrôlant les chaînes d'approvisionnement.

Comment poser la première pierre avec la technologie du jumeau numérique ?

#1 Identifier les opportunités :

Il est crucial d'envisager et de cibler les zones d'une unité de fabrication qui peuvent bénéficier de la technologie du jumeau numérique. Le besoin et le bon scénario varient selon les unités, mais présenteront probablement ces caractéristiques :

1. L'équipement physique sélectionné doit être un élément crucial de votre processus de fabrication pour justifier l'investissement dans un homologue virtuel.
2. Les problèmes produit-processus peuvent être résolus, débloquant potentiellement de la valeur pour l'entreprise ou le client.

Une fois les opportunités ciblées, elles doivent être évaluées pour reconnaître les facteurs du processus offrant les avantages du jumeau numérique.

#2 Détecter le processus :

L'étape suivante consiste à identifier la configuration de jumeau numérique pilote offrant la plus haute valeur et le meilleur taux de succès. On peut considérer les facteurs de gestion du changement organisationnel et d'opérations pour identifier le meilleur candidat. Les entreprises choisissent souvent la mauvaise approche en se lançant dans la construction d'un jumeau numérique d'équipements ou processus hautement complexes, rencontrant des difficultés. Elles devraient plutôt viser large plutôt que profond : déployer le jumeau numérique largement dans l'organisation là où il apporte le plus de valeur et de soutien.

#3 Pour commencer, aller étroit :

Pour limiter la portée, le pilote peut être un sous-ensemble de divisions ou de produits. La portée limitée doit au moins démontrer de la valeur pour l'entreprise. En développant le pilote, les implémenteurs doivent être adaptables et avoir un esprit ouvert. Un écosystème agnostique permettra l'adaptabilité et l'intégration avec les données, et tirera parti de nouveaux partenaires ou technologies.

Tout en voulant être agnostique vis-à-vis des données (structurées et non structurées) et des sources (nouveaux capteurs ou sources externes), il faut une solution de bout en bout suffisamment évolutive pour supporter l'expansion.

#4 Étendre le pilote :

Une fois le pilote réussi, il peut être étendu. Il faut identifier les opportunités d'extension et d'en récolter les bénéfices. On peut commencer par cibler des processus adjacents ou similaires, interconnectés avec le pilote. Apprendre des erreurs commises lors du développement du pilote et l'étendre rapidement.

Et n'oubliez pas de communiquer la valeur apportée par l'adoption du jumeau numérique à vos actionnaires et à l'entreprise au sens large.

#5 Évaluer :

Surveiller et mesurer ces solutions après leur implémentation permet de mesurer la valeur apportée par le jumeau numérique. On peut itérativement modifier les futurs processus de jumeau numérique et observer les résultats pour identifier la meilleure configuration possible.

En résumé :

En bref, la technologie du jumeau numérique, tendance de pointe, jouera un rôle vital dans les déploiements d'applications IoT industrielles. Elle apportera des revenus accrus, réduira les coûts indésirables dus aux problèmes d'équipements et de processus, diminuera les dépenses de maintenance, augmentera la cohérence de la ligne de production et améliorera le service client, but ultime des industries.

Si vous recherchez une solution IoT de bout en bout pour votre entreprise, n'hésitez pas à nous contacter, nous vous aiderons à choisir la solution adaptée à vos besoins.