Où va l''univers numérique' (et où peut-on faire des économies folles aujourd'hui)

Si la fabrication était une série de films à succès, le dernier chapiteau du théâtre pourrait se lire :"Bientôt dans une chaîne d'approvisionnement près de chez vous :le fil numérique". Et John Vickers serait l'un des premiers à acheter des billets. Technologue principal de la Direction des missions de technologie spatiale au siège de la NASA à Washington, D.C., il est responsable à l'échelle de l'agence de ses activités de fabrication de pointe et joue un rôle clé en aidant à guider l'organisation vers l'avant dans un monde de plus en plus numérique.

Cependant, Vickers utilise rarement l'expression « fil numérique ». Au lieu de cela, il préfère l'expression plus complète "jumeau numérique", un terme qui, selon lui, est au cœur de toute transformation numérique.

"Le fil numérique n'est qu'un petit élément de la transformation numérique actuellement en cours à la NASA et ailleurs dans la communauté manufacturière", a-t-il déclaré. "Une grande partie de cela tourne autour de l'utilisation du jumeau numérique, ou plus largement, d'un concept que nous appelons "tout basé sur un modèle".

Comme il l'a expliqué dans une récente présentation au Cambridge Group, le jumeau numérique améliore considérablement l'impact de la mission de la NASA en "engageant la convergence numérique, en réinventant les processus, produits et capacités de soutien aux missions et aux missions". Là encore, cependant, sa définition du jumeau numérique et d'autres terminologies standard de l'industrie ne concorde pas toujours avec celle de ses collègues.

"Il semble que tout le monde essaie de définir le jumeau numérique en termes très normatifs, mais je refuse de le faire", a déclaré Vickers. "Par exemple, je propose qu'il ne nécessite pas d'actif physique, un point de vue avec lequel certains de mes amis de l'AIAA [American Institute of Aeronautics and Astronautics] - qui ont récemment publié un article sur les jumeaux numériques - ne sont pas d'accord. Ce n'est pas non plus synonyme d'autres technologies, telles que MBSE [model-based system engineering] ou, comme je l'ai déjà mentionné, le fil numérique, même s'il contient des éléments de chacun."

Tel que conçu, tel que construit, tel qu'il est exploité

Le jumeau numérique est une approche interdisciplinaire, a-t-il expliqué, qui permet aux fabricants d'analyser, de synthétiser et d'harmoniser les liens entre les disciplines en un ensemble coordonné et cohérent.

Il est "collaboratif, prédictif, descriptif, d'investigation, cognitif et correctif".

Et bien que la version Vickers du jumeau numérique soit en effet basée sur un modèle, c'est cette première partie - collaborative - qui empêche les utilisateurs de "le jeter par-dessus le mur" comme avec les modèles multidisciplinaires traditionnels, qui ont tendance à conserver les informations dans leurs propres environnements cloisonnés.

Cela signifie que le jumeau numérique utilisé aujourd'hui lors des étapes de conception et de fabrication pilotera un jour l'ensemble de l'entreprise. Cela inclut les groupes de marketing, de gestion, de production et des finances, et en fin de compte, les utilisateurs finaux du produit, qui, dans le cas de la NASA, pourraient amener ces produits sur la lune ou au-delà.

Naissance du jumeau

Vickers a souligné que lui et le consultant de la NASA Michael Grieves, aujourd'hui scientifique en chef pour la fabrication de pointe au Florida Institute of Technology, ont inventé l'expression "jumeau numérique" en 2010. Et bien qu'il ne soit pas encore adolescent, le jumeau numérique de cette époque a a beaucoup évolué au cours de la dernière décennie.

Par exemple, il existe aujourd'hui des systèmes de simulation et d'analyse beaucoup plus avancés, ainsi que l'apprentissage automatique et l'intelligence artificielle.

Tous jouent désormais un rôle important dans toute initiative de transformation numérique.

Il en va de même pour les outils de réalité augmentée, hybride et virtuelle. Ceux-ci aident les humains à visualiser et à tester les produits virtuels, puis leur apprennent à utiliser leurs versions physiques une fois qu'ils ont été déployés.

Et bien sûr, il y a la fabrication additive qui, pour la NASA et bien d'autres, est un facteur clé de conception de produits plus rapide et plus rentable.

Don Kinard est chercheur principal pour les opérations de production aéronautique de Lockheed Martin à Fort Worth, au Texas. Il a également des décennies d'expérience dans l'ingénierie basée sur des modèles, une tendance qui a commencé sérieusement au début du programme d'avions de combat interarmées F-35.

"Le F-35 a marqué le début de notre transformation numérique", a-t-il déclaré.

"Contrairement à son prédécesseur le F-22, qui était encore basé sur du papier, il s'agissait du premier programme d'avion entièrement numérique. Nous avions des modèles solides pour tout."

Briser les paradigmes

C'était en 2004. Depuis lors, la numérisation a apporté d'innombrables avantages à Lockheed Martin.

Outre les éléments évidents, tels que des processus de conception et d'ingénierie plus efficaces, cela a également permis des améliorations significatives au niveau de la fabrication.

Cela comprend le perçage et l'installation de fixations automatisés, des processus d'usinage améliorés, la pulvérisation robotisée de revêtements protecteurs, la découpe laser de tubes contrôlée par ordinateur et, plus récemment, la métrologie sans contact, le tout piloté par des données numériques.

La métrologie sans contact est importante à bien des égards, a noté Kinard. En comparant des modèles solides 3D à des scans lumineux structurés de structures et de sous-ensembles d'avions, les fabricants trouvent qu'il est à la fois plus rapide et plus facile de répondre à toutes les questions sur la conception par rapport à la construction.

"C'est notre travail en tant que groupe technologique d'identifier les besoins de l'atelier de production et les opportunités d'automatisation, puis de déterminer comment les mettre en œuvre de manière rentable et avec un solide retour sur investissement", a-t-il déclaré. "Dans de nombreux cas, la solution est numérique."

Rien de tout cela n'est nouveau, a-t-il ajouté. Ce qui a changé, c'est la richesse des outils dont disposent aujourd'hui les fabricants, qu'il s'agisse des scanners à lumière structurée et laser que nous venons de mentionner ou des outils et systèmes logiciels d'analyse avancée utilisés pour analyser la conception des avions.

"Quelques années après le début du programme F-35, j'ai pu voir très clairement à quel point l'ingénierie basée sur les modèles fait une différence, en commençant par la conception initiale de l'avion jusqu'à la façon dont nous le soutenons sur le terrain."

Entrez dans la matrice

Cela affecte également la façon dont les pièces et les matériaux des avions sont achetés.

Kinard a souligné les travaux de Will Roper, le secrétaire adjoint de l'Air Force pour l'acquisition, la technologie et la logistique. Dans ses articles «Bending the Spoon», Roper a écrit:«Bien que notre processus de guerre froide produise des systèmes militaires de pointe, il augmente les délais et les coûts sont des sous-produits insoutenables. Le contraste frappant avec l'industrie commerciale place notre armée à l'extrémité "sans merveille" du terrier du lapin."

Selon Roper, le moyen de sortir de ce terrier de lapin passe par l'ingénierie numérique, un ensemble de technologies qui a conduit à la désignation "e-Series" de l'USAF pour les avions, les satellites et les systèmes d'armes entièrement conçus et fabriqués sur une base numérique. /P>

Le premier membre de ce club en plein essor ? L'eT-7A Red Hawk, un entraîneur à réaction conçu et construit en seulement 36 mois et nommé en l'honneur des aviateurs de Tuskegee.

"La possibilité de développer des prototypes virtuels dès le début de la phase de développement réduit le risque pour la production, car elle nous permet de savoir si la conception répondra aux exigences du client avant de commencer à couper le métal et à poser des composites, sans parler de passer des années en vol et tests structurels », a déclaré Kinard. "C'est donc vraiment l'accent mis aujourd'hui, dont la plupart tournent autour de la modélisation de simulation. Notre monde va changer radicalement au cours de la prochaine décennie à mesure que ces technologies deviennent plus sophistiquées et que la fidélité de nos modèles 3D augmente."

Paul Oldroyd, qui est chargé de mission technique et principale ressource technique pour la fabrication et le développement de processus chez Bell (une division de Textron), est d'accord, mais avec une mise en garde :même compte tenu de ses succès remarquables et de son adoption de la transformation numérique, l'industrie a encore un chemin à parcourir.

"Le mot 'transformation' sous-entend un environnement dynamique, ce qui signifie que nous devons continuer à aller de l'avant", a-t-il déclaré. "Néanmoins, nous avons tous progressé vers une architecture entièrement numérique."

Vous n'avez encore rien vu

Bell a certainement parcouru un long chemin depuis le V-22, son premier avion FBW (fly by wire), a-t-il expliqué.

De plus, le 525 Relentless sera un giravion commercial entièrement FBW. Les avions interarmées multirôles (JMR), y compris FLRAA (Future Long Range Assault Aircraft) et FARA (Future Attack Reconnaissance Aircraft) sont en cours de développement à l'aide du jumeau numérique et ont tiré des avantages significatifs de l'incorporation du fil numérique.

«À titre d'exemple discret de l'avantage, le système hydraulique de la nacelle JMR Valor V-280 a réalisé une réduction de 90% du travail d'ingénierie par rapport au système similaire sur le V-22, et a en même temps fourni un artefact numérique au l'équipe de fabrication, ce qui a également réduit le temps de développement de l'usine et la main-d'œuvre. »

Cela ne signifie pas qu'ils sont terminés. L'ingénierie basée sur les modèles s'améliore constamment, a-t-il noté, et le fil numérique doit être continu et robuste tout au long du cycle de vie.

« Non seulement il gérera et communiquera les performances des véhicules, mais il se traduira également par des mesures de fabrication, de maintenance et de soutien tout au long de la chaîne d'approvisionnement. L'entreprise numérique représente une rétroaction continue du véhicule aérien grâce à des analyses basées sur la physique, à la conception, à la validation virtuelle, à la fabrication, à la préparation, à la surveillance de la santé, au maintien en puissance et à la sensibilisation de la flotte."

Oldroyd a expliqué que "l'aviation de nouvelle génération" bénéficiera d'une maturation simultanée continue du produit et du processus.

"Nous utiliserons un jumeau numérique à architecture ouverte qui échange des données en temps réel", a-t-il déclaré. "Cette capacité fournira à toutes les parties prenantes (responsables de programme, membres de l'équipe interne, partenaires et clients) un accès en temps quasi réel aux mêmes informations, y compris les analyses techniques, les caractéristiques de performance et d'autres mesures pertinentes."

L'un des avantages d'un jumeau numérique hautement interactif au niveau de l'entreprise est que l'espace de fabrication peut évoluer simultanément avec l'espace de conception et d'analyse, en réalisant essentiellement le fil numérique.

Pour ce faire, Bell a créé un centre de technologie de fabrication dédié, qui, selon Oldroyd, est «un environnement d'innovation de fabrication fondé sur une philosophie numérique centrée sur l'Internet des objets».

À cette fin, l'entreprise explore des moyens de capturer des données de fabrication basées sur des capteurs à partir d'équipements CNC et de cellules de travail pour informer et affiner le jumeau numérique.

Cela fournira des informations sur le processus de fabrication lui-même, aidant l'entreprise à optimiser la productivité, à éviter les problèmes de qualité potentiels et à créer un historique de fabrication de chaque composant d'avion pour l'entreprise connectée, y compris les équipes opérationnelles.

"Nous le ferons." dit Oldroyd. « Le jumeau numérique doit être un organisme vivant, qui s'adaptera aux circonstances changeantes. De cette façon, le processus de fabrication deviendra de plus en plus robuste au fil des jours.

« En fin de compte, les cellules de travail peuvent être des éléments omniscients :elles s'auto-évalueront. Ils nous informeront lorsqu'ils ne sont pas en bonne santé. Et ils finiront même par prendre des mesures pour devenir sains au niveau environnemental. Nous n'avons pas fini d'évoluer, mais c'est là que se dirige "l'univers numérique".