La conception virtuelle stimule l'innovation dans les intérieurs d'avions

Quand les passagers profitent d'une boisson et d'une friandise sur un Boeing 787 Dreamliner, leur collation vient d'une galerie faite par le fabricant d'intérieurs d'avions Jamco Corporation.

Avec le succès de Jamco dans la fabrication de galeries, toilettes et sièges pour Boeing, Airbus et autres, sont venus des besoins de gestion intégrée pour 3,2 millions de jeux de données CAO. Malgré avoir toutes ces données, l'entreprise se retrouvait incapable de répondre à certaines questions de base. Pourquoi un produit a-t-il été conçu de cette façon ? Pourquoi mettait-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 supprimait-il un élément essentiel pour réduire les coûts pour l'avoir à rajouter plus tard ? Sa solution a été de créer un fil numérique basé sur Aras Innovator, une plateforme d'innovation produit low-code. La plateforme permet aux concepteurs et ingénieurs de Jamco au Japon, France et États-Unis de rechercher l'historique de conception et d'utiliser les informations connexes pour comprendre pourquoi un produit a été conçu comme il l'était et arrêter de répéter les erreurs passées.

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

La plateforme et applications d'Aras sont parmi les nombreux outils que les fabricants peuvent utiliser pour créer des fils numériques, qui sont idéalement composés de données associées à un produit pendant tout son cycle de vie. Un fil numérique est un journal ou un enregistrement commençant avec les données CAO, et peut inclure des informations du PLC de la machine, maintenance faite dessus, capteurs, consommation d'énergie, et plus.

L'entreprise, et d'autres, ont aussi des outils pour créer des jumeaux numériques, qui sont des modèles virtuels connectés avec des actifs physiques utilisés pour comprendre comment faire des changements et jauger les impacts de ces changements sans avoir à affecter le monde réel. Ces actifs peuvent inclure des personnes, processus, flux de travail et une seule machine — ou un système comme une usine entière. Parmi d'autres usages, les jumeaux numériques peuvent aider avec la planification de sécurité et à l'erreur-proofing d'une pièce à la phase de conception.

Généralement, les outils pour construire un jumeau numérique et un fil incluent ceux déjà familiers dans la fabrication — CAO, PLM et applications IoT.

Innovator est open source, tandis que ses applications et celles d'autres fournisseurs sont offertes généralement avec un abonnement payant dans un paradigme logiciel en tant que service. D'autres variations parmi les outils incluent prêt-à-l'emploi vs personnalisé, facilité d'utilisation, flexibilité, support pour applications personnalisées, inclusion d'applications low-code, modèles pour représenter les éléments dans un jumeau numérique, applications groupées ou à la carte, et plus.

Ce sur quoi divers fournisseurs s'accordent largement, cependant, sont les récompenses à gagner de la création d'un jumeau numérique, fil numérique, ou les deux.

Le jumeau numérique enrichit la boîte à suggestions

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

Un autre usage serait pour la maintenance, a dit Craig Melrose, vice-président exécutif des solutions de transformation numérique chez PTC.

« Je peux leur fournir la compréhension et l'expérience de maintenance via la réalité augmentée (RA), leur disant démontez ceci d'abord, vérifiez cet élément second, inspectez cet élément troisième », a-t-il dit. « Si j'ai besoin de remplacer un élément, voici les détails sur comment le remplacer ou le réinstaller. Comment confirmer que c'est fait correctement. Comment réassembler l'équipement et vérifier que tout a été fait correctement et prêt à redémarrer. Et même des éléments de sécurité comme couper l'alimentation et verrouiller l'équipement, ce genre de choses, peuvent tous être livrés via la RA. »

Un jumeau numérique offre ses propres avantages.

« Les bénéfices sont bien plus grands que l'investissement », a dit Zohair Mehkri, directeur d'ingénierie responsable du jumeau numérique chez Flex Ltd., un fabricant sous contrat mondial de 24 milliards $. « Par exemple, vous pouvez avoir une optimisation complète de vos processus, de vos bâtiments, avant que quoi que ce soit n'arrive. Vous pouvez déplacer des choses, changer des produits, mettre de nouvelles machines, ajouter ou retirer des effectifs ou du matériel et vous pouvez essayer tout cela dans le logiciel avant même de mettre le pied sur le plancher de votre usine. »

« La quantité de temps et d'efforts qu'on dépense à revenir en arrière et faire des essais-erreurs sur des processus de fabrication physiques qui nous affectent financièrement est énorme. Donc la capacité de faire cela dans un jumeau numérique est énorme. »

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

« Une analyse de processus utilisant un jumeau numérique est très puissante car elle ne se contentera pas de décrire votre processus, elle fera des choses comme vous dire les domaines qui ont besoin d'être améliorés », a dit Mehkri. « Ce n'est pas nécessairement un goulot d'étranglement. Ça pourrait même être : "Vous avez de l'espace vide ici, vous pourriez probablement l'utiliser." Ou vous pouvez retirer une tâche sans valeur ajoutée de votre processus. »

La chose clé à garder en tête est qu'un jumeau numérique est connecté au modèle physique avec matériel et logiciel, a-t-il dit. Cela peut mener à des bénéfices plus élevés grâce à la boucle fermée.

« Si quelque chose arrive dans le système physique, le modèle numérique devrait savoir qu'un changement dans le système physique s'est produit, le modèle numérique devrait s'ajuster pour refléter le système physique et puis s'optimiser basé sur le changement et puis passer cette optimisation au système physique », a dit Mehkri.

Si un goulot d'étranglement existe, un jumeau numérique peut offrir des solutions pour le corriger, a dit Ali Ahmad Malik, professeur adjoint en génie industriel et des systèmes à l'Université Oakland.

« Par exemple, dans une cellule d'assemblage votre cible est 1 000 unités par jour, mais à une certaine heure le jumeau numérique l'évalue et vous dit si vous continuez à travailler au même rythme vous ne pourrez pas atteindre l'objectif », a-t-il dit. « Mais ce n'est pas seulement me dire le problème potentiel qui peut survenir à la fin de la journée mais aussi me donne des solutions, parce qu'il a l'opportunité de le simuler et il est intelligent. Il a l'information des incidents précédents. Les suggestions peuvent inclure ajouter un robot ou augmenter la vitesse d'un robot. Je ne peux atteindre cela que si j'ai la connectivité de données et mon jumeau numérique continue de devenir intelligent grâce aux événements passés et à l'apprentissage passé. Donc une dimension d'apprentissage automatique devrait être activée dedans. »

Malik, dont l'expérience avec la création de jumeaux numériques est avec des robots ou cobots, a dit que le jumeau peut aussi aider avec l'équilibrage du processus d'assemblage. Dans les cellules d'assemblage, les tâches sont assignées aux humains et robots travaillant ensemble pour construire un assemblage en un temps donné pour qu'aucun opérateur ne reste inactif. Avant le jumeau numérique, le processus était toujours fait manuellement.

« Avec les jumeaux numériques qui évaluent continuellement la vitesse du robot, il continue d'équilibrer le processus et d'assigner les tâches à la bonne source », a-t-il dit. « Donc toute cette activité manuelle d'équilibrage de processus va à un jumeau numérique. Si vous avez de la production à haut mélange, bas volume, ce jumeau numérique peut grandement vous aider. »

Cela aidera aussi une usine à réagir plus rapidement aux fluctuations du marché parce que les lignes ou cellules de fabrication peuvent être rapidement et virtuellement ajoutées, supprimées ou modifiées pour réagir aux changements de marchés, testées via simulation et acceptées ou rejetées basées sur les résultats. Dans les industries réglementées, il y a même des discussions sur la pré-qualification d'une ligne numériquement avant qu'elle ne le soit physiquement.

Melrose a dit que les changements rapides et virtuels testés avec simulation peuvent maintenir la production qui ronronne dans une usine.

Par exemple, Melrose a dit, prenez une usine fictive avec 10 machines. Les ouvriers ont du mal à changer des pièces dans et hors d'une machine parce qu'elles sont si lourdes, donc le propriétaire de l'usine veut ajouter un assistant de levage.

« Plutôt que d'interrompre la production, je peux tester tout cela hors ligne dans un ordinateur pour m'assurer que ça va bien marcher », a-t-il dit. « Je l'installerai et le testerai pendant le week-end et le mettrai en marche lundi pour qu'on puisse recommencer à faire tourner la production avec ce nouvel élément ajouté. »

Avant tout, ce que le jumeau numérique fournit est un contexte et cadre pour les données de capteurs qui coulent d'une machine intelligente, a dit Rob McAveney, CTO chez Aras.

« Si vous y pensez comme j'ai deux avions différents avec deux moteurs différents donnant un retour sur comment un moteur fonctionne vs comment l'autre moteur fonctionne », a-t-il dit. « Ce retour est précieux mais il est bien plus précieux si je sais sur quel avion ils sont installés, où cet avion vole, 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 où il fournit le plus de valeur. »

Applications fil et jumeau pourraient être plus comme la CAO

Où McAveney voit le plus grand défi est dans les données déconnectées de systèmes disparates.

« Vous avez des données dans différents formats qui sont utilisées par différents individus dans différents départements qui ne se parlent jamais les uns aux autres », a-t-il dit. « 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'ils sont des systèmes disparates sans connexion.

« Et je ne veux pas dire [ne se parlent pas] d'un point de vue technologique, je veux dire [ne se parlent pas] d'un point de vue sémantique », a dit McAveney. « Signifiant que j'ai une nomenclature dans le PLM, j'ai une nomenclature dans l'ERP, et il n'y a pas de mapping, il n'y a personne assis au milieu disant "Oh, ce champ dans ce système est le même que ce champ dans cet autre système." Nous devons nous assurer qu'ils sont synchronisés. Maintenant il n'y a même pas de connexion conceptuelle entre eux, sans parler d'une connexion physique. »

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

« Par exemple, les données AutoCAD étaient [une fois] pas exportables ou importables dans SolidWorks, mais maintenant c'est une chose très normale d'exporter et importer des données d'un CAO à un autre et il y a des formats standards », a dit Malik. « La même chose doit être faite dans cette dimension et pas seulement les données CAO mais aussi les données dynamiques et l'information qu'on obtient des systèmes physiques. Pour l'instant on est limité à la plateforme d'une compagnie. »

Fournisseurs et utilisateurs s'accordent que la première et plus importante étape à prendre en utilisant un jumeau numérique est de déterminer votre objectif et quelles parties de votre système physique vous voulez modéliser.

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

« Quand vous commencez à visualiser ces types de défis, alors vous pouvez aller dans ce second facteur, qui est comment je résous ces problèmes, comment j'optimise ces problèmes, ou comment je me débarrasse de ces problèmes ? » a-t-il dit.

Melrose a acquiescé, choisir le bon objectif est clé.

« Les compagnies sont à juste titre risk averse mais en étant risk averse peut-être choisissent-elles le mauvais cas d'usage qui est low value et, potentiellement parce qu'elles ne sont pas sûres de la valeur, choisissent la mauvaise technologie basée sur le prix plutôt que sur l'impact », a dit Melrose de PTC. « Elles peuvent tomber dans le purgatoire des pilotes. »

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

« Vous êtes libre en tant que client d'augmenter ces applications avec des capacités additionnelles et ce qu'Aras fait est de fournir la capacité pour les abonnés Aras d'utiliser les applications telles quelles, d'augmenter les applications comme ils le voient fit, de construire de nouvelles applications comme ils le voient fit », a dit McAveney. « Ensuite c'est notre travail de s'assurer que tous ces changements que le client a faits sont capables d'avancer avec la technologie. »

« Alors qu'Aras continue de libérer de nouvelles capacités et nouvelles versions de la plateforme qui fonctionnent avec de nouvelles piles de calcul, nous garantissons comme partie de notre abonnement que tout ce que vous construisez aujourd'hui marchera l'an prochain. »

Dans l'expérience de Mehkri créant des jumeaux numériques, il s'appuie sur les principes de fabrication lean quand il y a un décalage entre son jumeau et le monde réel. Lister toutes les possibilités pour ce qui a causé une différence est impossible, a-t-il dit.

« Il y a quelques possibilités qui peuvent arriver cependant ; j'aurais pu modéliser incorrectement, il pourrait y avoir une erreur utilisateur, il pourrait y avoir différentes sources de données ou la source de données elle-même peut avoir un problème », a dit Mehkri. « La façon qu'on détermine d'habitude c'est en utilisant le Power of Gemba, une technique de fabrication Lean, qui est d'aller à l'endroit où le travail est fait. En allant sur le plancher physique nous sommes capables de voir et nous immerger dans le processus et faire une RCA (analyse de cause racine) sur ce qui a causé la divergence et puis aller après ça et comprendre le problème. »

Un domaine où Mehkri et le reste de l'industrie luttent est de ne pas avoir assez de contenu prêt-à-l'emploi pour modéliser matériaux, machines et les autres éléments dans un jumeau numérique. Quand il n'y a pas de modèle dans le logiciel, l'utilisateur doit le créer lui-même, ce qui est chronophage, a-t-il dit.

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

Quelques-uns des noms proéminents parmi les fournisseurs d'outils numériques ont un ensemble complet d'outils pour construire des jumeaux numériques, mais les petites et moyennes entreprises souvent ne peuvent pas se le permettre ou n'ont pas les gens avec les compétences pour l'utiliser, a dit Malik. Même parmi les plus gros fournisseurs, diverses applications peuvent ne pas transférer les données facilement et sans heurts.

« Mais si vous pouvez trouver un logiciel qui a plus de fonctionnalités dans un seul environnement, par exemple Visual Components offre simulation continue, connectivité de données, simulation à événements discrets ou analyse stochastique dans un seul environnement », a-t-il dit. « C'est une très bonne caractéristique à mon avis parce qu'alors vous n'avez pas besoin de trois ou quatre logiciels. »