Comment la technologie Digital Twin comble le fossé des talents de fabrication

Le concept de jumeau numérique, dans lequel une organisation crée une représentation virtuelle de ses opérations commerciales, existe sous diverses formes depuis des décennies, mais a subi un changement considérable ces dernières années.

Auparavant, les jumeaux numériques étaient créés à l'aide de feuilles de calcul pour saisir des données et voir les résultats potentiels de divers scénarios. Grâce aux progrès de l'intelligence artificielle et de la réalité virtuelle, la technologie des jumeaux numériques a progressé avec des projections plus rapides et plus précises, basées sur des flux infinis de données accessibles de n'importe où dans le monde. Il s'agit essentiellement de créer un « métavers » pour les entreprises manufacturières.

En utilisant un flux direct de données et en appliquant l'apprentissage automatique, la technologie des jumeaux numériques permet à une usine de fabrication d'utiliser les données en temps réel pour devenir plus intelligente et plus efficace. Pour ce faire, il identifie les lacunes dans le processus de fabrication, prédit le calendrier des problèmes de maintenance ou de production de défauts avec une précision croissante à mesure qu'il collecte des informations. La gestion de ces problèmes dès le début ou avant qu'ils ne surviennent évite les temps d'arrêt et les pertes de productivité.

Alors que le secteur manufacturier est aux prises avec une pénurie de main-d'œuvre qualifiée, la technologie des jumeaux numériques aide les dirigeants à maintenir un atelier productif et sûr malgré les ressources limitées.

Soutenir les opérations Lean

Avec la retraite des travailleurs expérimentés de la fabrication et peu de travailleurs qualifiés disponibles pour les remplacer, le secteur industriel américain est confronté à une pénurie de compétences depuis plusieurs années. La Grande Démission, alimentée par la pandémie de COVID-19, n'a fait qu'ajouter au défi.

Alors que les fabricants luttent pour attirer, intégrer et former de nouveaux talents, la technologie des jumeaux numériques sert de bouée de sauvetage à de nombreux fabricants. Les entreprises l'utilisent pour tester différentes configurations d'équipement afin de trouver les options les plus productives et d'éviter les temps d'arrêt. De plus, l'automatisation permet à de nombreuses usines de fabrication de poursuivre la production malgré les réductions de la main-d'œuvre disponible. Un seul opérateur de machine peut faire fonctionner plusieurs machines de manière autonome, car le jumeau numérique analyse les données pour voir comment différentes entrées et processus auront un impact sur la productivité.

La technologie des jumeaux numériques est particulièrement utile au stade du prototypage de la fabrication, où les équipes développent plusieurs itérations d'un produit pour déterminer quelle conception et quels matériaux produiront la meilleure pièce finale. Les jumeaux numériques peuvent rationaliser le processus de prototypage pour améliorer les délais de mise sur le marché tout en réduisant les coûts. Les prototypes de jumeaux numériques sont des rendus numériques qui permettent aux équipes de conception de voir comment différents modèles fonctionneront dans le monde réel, sans consacrer des matériaux et du temps de production à plusieurs itérations possibles. Le prototype peut contenir des informations relatives aux attributs physiques, aux propriétés, aux paramètres de fonctionnement, à la nomenclature, aux numéros de pièces, etc. Avec un prototype numérique, les produits peuvent être construits beaucoup plus tôt dans le processus et les simulations peuvent être exécutées en utilisant la réalité virtuelle. Des modifications peuvent être apportées rapidement pour améliorer les conceptions avant que les machines physiques ne soient construites.

Si le délai de mise sur le marché traditionnel nécessite deux à trois cycles de prototypage, l'utilisation d'un jumeau numérique entre les étapes initiales et intermédiaires peut éliminer un cycle de prototypage complet, réduisant ainsi le temps, les ressources et les coûts.

Optimisation des conditions de travail

En prenant en compte le nombre d'employés qui travailleront à un moment donné, ainsi que leurs niveaux de compétence et leurs besoins en équipement, un jumeau numérique peut simuler l'impact sur la productivité du déplacement de certains employés vers différents domaines. Il peut équilibrer le flux de travail et prédire quelles combinaisons de travailleurs et d'équipements seront les plus productives.

Un jumeau numérique peut également prédire une défaillance en fonction de facteurs tels que l'âge de l'équipement, les matériaux utilisés, les enregistrements de maintenance et d'autres points de données, permettant aux travailleurs de hiérarchiser la maintenance préventive pour éviter les temps d'arrêt inutiles.

En cas de panne d'un équipement, les jumeaux numériques permettent un dépannage virtuel, permettant au personnel d'enquêter sur les causes de panne et les solutions possibles. Cela réduit le temps et le travail inutiles qu'il faudrait pour diagnostiquer le problème et trouver une solution manuellement. Les dirigeants peuvent alors demander l'aide du spécialiste approprié pour résoudre le problème, plutôt que de passer en revue chaque problème potentiel d'équipement. Étant donné que le jumeau numérique fonctionne sur un ordinateur puissant, les analyses et les simulations peuvent être effectuées en quelques minutes plutôt qu'en heures ou même en jours.

Étapes de mise en œuvre

Une fois que les hauts dirigeants sont à bord avec les gains potentiels de la technologie des jumeaux numériques, les dirigeants de la fabrication peuvent aller de l'avant avec le processus de mise en œuvre. À mesure que la nouvelle technologie est introduite, il est important de suivre ces étapes clés :

• Établissez vos objectifs. Avant de commencer le processus technique de création d'un jumeau numérique, déterminez ce que le jumeau numérique fera. Quel problème commercial est-il censé résoudre ? Est-ce qu'il s'agira de surveiller l'équipement pour signaler une panne ? Prédire les pannes et recommander une maintenance préventive ? Ou exécuter des simulations pour voir comment différentes activités auront un impact sur la productivité ? Les données de jumeaux numériques peuvent aider l'organisation à résoudre les problèmes dont elle a besoin, comme la prévision de la maintenance préventive, mais peuvent également indiquer d'autres domaines d'amélioration à mesure que les données de jumeaux numériques continuent de devenir plus intelligentes et que davantage de données sont collectées. Il y a aussi la question de ce qui doit être surveillé. Avez-vous besoin d'un jumeau numérique pour une machine ou une ligne de production, ou un plus grand pour l'ensemble de l'usine ? Bien qu'il puisse être tentant de surveiller chaque aspect de l'usine, concentrez-vous sur les domaines qui apporteront le meilleur retour sur investissement. Les jumeaux numériques peuvent toujours être étendus ultérieurement.
• Trouvez le bon logiciel. Pour les fabricants, choisir un créateur de jumeaux numériques sera comme sélectionner n'importe quel autre outil de la boutique - pensez à l'application, aux objectifs et à ce dont vous aurez besoin pour les atteindre. Si vous prévoyez uniquement de surveiller l'efficacité opérationnelle de l'équipement, un jumeau numérique limité devrait suffire, tandis qu'une technologie plus avancée sera nécessaire pour exécuter des simulations.
• Importez des modèles et des données CAO. C'est là que les choses commencent vraiment à se mettre en place. L'importation de modèles de conception assistée par ordinateur (CAO) et d'autres flux de données dans le logiciel vous permettra de créer le jumeau numérique. En fonction de la complexité du jumeau numérique (surveillance par rapport aux simulations, machine unique par rapport à l'installation complète), les données nécessaires pour créer une représentation virtuelle précise varieront considérablement. En général, attendez-vous à exporter autant de flux de données que possible pour obtenir les meilleurs résultats.
• Créez une connexion sécurisée. Comme les jumeaux numériques nécessitent un transfert constant de données entre les systèmes, des réseaux sécurisés sont essentiels pour protéger l'usine de fabrication principale contre le piratage ou d'autres interférences. Lorsque vous choisissez une plate-forme de jumeaux numériques, renseignez-vous sur les mesures de sécurité en place pour minimiser les risques.
• Planifiez pour l'échelle. Même si vous commencez petit avec un jumeau numérique pour une seule machine ou ligne, la puissance de calcul nécessaire est susceptible d'être au-delà de tout système standard dans le magasin. Lorsque vous envisagez des outils et des plates-formes, planifiez l'évolutivité et utilisez la technologie cloud pour vous assurer qu'il y a de la place pour la croissance si vous choisissez d'ajouter d'autres gammes de machines plus tard.

La mise en place d'un jumeau numérique peut aider les fabricants à améliorer la productivité et la sécurité dans l'atelier, mais quelques conditions doivent être remplies pour garantir le succès. Fournir un accès à des données précises est crucial, tout comme assurer un réseau sécurisé. Au-delà des spécifications techniques, les dirigeants doivent fournir une formation, une communication et des incitations suffisantes pour s'assurer que tous les employés participent au processus. Une gestion efficace du changement est la clé d'une mise en œuvre réussie. Les fournisseurs doivent montrer les avantages des jumeaux numériques tout en formant le personnel à l'utilisation de la plateforme. Il est important de comprendre que même si la précision n'est pas toujours de 100 %, surtout au début, même à 80 % à 90 %, le jumeau numérique peut facilement améliorer les résultats et continuera de s'améliorer à mesure qu'il reçoit et analyse davantage de données.

Travailler avec un partenaire expérimenté dans ce domaine aide également les fabricants à réaliser de la valeur. Un fournisseur de jumeau numérique qui comprend les tenants et les aboutissants de la configuration d'une usine particulière, des types d'équipements utilisés et des défis spécifiques à l'industrie sera mieux à même de créer un jumeau numérique qui répond aux besoins et aux objectifs de l'entreprise.

CV Ramachandran est un expert en transformation numérique et amélioration des opérations, et Vignesh Ramesh est un expert en santé numérique, chez PA Consulting.