Les jumeaux numériques comblent le déficit de talents dans la fabrication

Le concept de jumeau numérique, dans lequel une organisation crée une représentation virtuelle de son exploitation, existe sous diverses formes depuis des décennies, mais a connu un changement radical ces dernières années.

Auparavant, les jumeaux numériques étaient créés à l'aide de tableurs pour saisir des données et voir les résultats potentiels de divers scénarios. Grâce aux avancées 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 de données sans fin accessibles depuis n'importe où dans le monde. C'est essentiellement la création d'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. Elle le fait en identifiant les lacunes du processus de fabrication, en prédisant le moment de la maintenance ou les problèmes de production de défauts avec une précision croissante à mesure qu'elle collecte des informations. Gérer ces problèmes tôt, ou avant qu'ils ne surviennent, prévient les temps d'arrêt et les pertes de productivité.

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

Soutenir les opérations allégées (Lean)

Avec des ouvriers manufacturiers expérimentés qui partent à la retraite et peu de travailleurs qualifiés disponibles pour les remplacer, le secteur industriel américain fait face à une pénurie de compétences depuis plusieurs années. La Grande Démission, alimentée par la pandémie de COVID-19, n'a fait qu'aggraver le défi.

Alors que les fabricants peinent à 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 prévenir les temps d'arrêt. De plus, l'automatisation permet à de nombreuses usines de poursuivre la production malgré la réduction de la main-d'œuvre disponible. Un seul opérateur machine peut faire fonctionner plusieurs machines de manière autonome, le jumeau numérique analysant les données pour voir comment différentes entrées et processus affecteront la productivité.

La technologie des jumeaux numériques est particulièrement utile à l'étape de prototypage de la fabrication, où les équipes développent de multiples itérations d'un produit pour déterminer quel design et quels matériaux produiront la meilleure pièce finale. Les jumeaux numériques peuvent rationaliser le processus de prototypage pour améliorer le time-to-market 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 performeront dans le monde réel, sans consacrer de matériaux et de temps de production à de multiples itérations possibles. Le prototype peut contenir des informations relatives aux attributs physiques, propriétés, paramètres de fonctionnement, nomenclature, numéros de pièces et plus encore. Avec un prototype numérique, les produits peuvent être construits beaucoup plus tôt dans le processus, et des simulations peuvent être exécutées en réalité virtuelle. Les modifications peuvent être apportées rapidement pour améliorer les designs avant la construction des machines physiques.

Si le time-to-market traditionnel nécessite deux à trois cycles de prototypage, l'utilisation d'un jumeau numérique aux premiers stades peut éliminer un cycle complet de prototypage, réduisant le temps, les ressources et les coûts.

Optimiser les conditions de travail

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

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

En cas de panne d'équipement, les jumeaux numériques permettent un dépannage virtuel, permettant au personnel d'enquêter sur les causes de défaillance et les résolutions possibles. Cela réduit le temps et la main-d'œuvre inutiles qu'il faudrait pour diagnostiquer le problème et trouver une solution manuellement. Les dirigeants peuvent alors faire appel au bon spécialiste pour résoudre le problème, au lieu de passer en revue chaque problème d'équipement potentiel. Comme le jumeau numérique fonctionne sur un ordinateur haute performance, les analyses et simulations peuvent être effectuées en minutes plutôt qu'en heures, voire en jours.

Étapes pour l'implémentation

Une fois que la direction est convaincue des gains potentiels de la technologie des jumeaux numériques, les responsables de la fabrication peuvent avancer dans le processus d'implémentation. Lors de l'introduction de cette nouvelle technologie, il est important de suivre ces étapes clés :

• Définir vos objectifs. Avant de commencer le processus technique de création d'un jumeau numérique, établissez ce qu'il fera. Quel problème métier doit-il résoudre ? Surveillera-t-il l'équipement pour signaler les pannes ? Prédira-t-il les pannes et recommandera-t-il de la maintenance préventive ? Ou exécutera-t-il des simulations pour voir comment différentes activités affecteront la productivité ? Les données du jumeau numérique peuvent aider l'organisation à résoudre les problèmes nécessaires, comme la prédiction de maintenance préventive, mais peuvent aussi indiquer d'autres axes d'amélioration à mesure que le jumeau devient plus intelligent et collecte plus de données. Il y a aussi la question de ce qui doit être surveillé. Avez-vous besoin d'un jumeau pour une machine ou une ligne de production, ou d'un plus grand pour l'usine entière ? Bien qu'il puisse être tentant de surveiller chaque aspect de l'usine, concentrez-vous sur les zones qui apporteront le meilleur retour sur investissement. Les jumeaux numériques pourront toujours être étendus plus tard.
• Trouver le bon logiciel. Pour les fabricants, choisir un créateur de jumeau numérique sera comme sélectionner n'importe quel autre outil en atelier — pensez à l'application, aux objectifs et à ce dont vous aurez besoin pour les atteindre. Si vous prévoyez seulement de surveiller l'équipement pour l'efficacité opérationnelle, un jumeau numérique limité suffira, tandis qu'une technologie plus avancée sera nécessaire pour exécuter des simulations.
• Importer les modèles CAO et les données. C'est là que les choses prennent vraiment forme. L'importation de modèles de conception assistée par ordinateur (CAO) et d'autres flux de données dans le logiciel vous permettra de construire le jumeau numérique. Selon la complexité du jumeau (surveillance versus simulations, machine unique versus usine complète), les données nécessaires pour créer une représentation virtuelle précise varieront largement. En général, attendez-vous à exporter autant de flux de données que possible pour obtenir les meilleurs résultats.
• Créer une connexion sécurisée. Comme les jumeaux numériques nécessitent un transfert constant de données entre les systèmes, des réseaux sécurisés sont vitaux pour protéger l'usine principale contre le piratage ou d'autres interférences. Lors du choix d'une plateforme de jumeau numérique, renseignez-vous sur les mesures de sécurité en place pour minimiser les risques.
• Planifier l'évolutivité. Même si vous commencez petit avec un jumeau pour une seule machine ou ligne, la puissance de calcul nécessaire dépassera probablement tout système standard en atelier. En considérant les outils et plateformes, planifiez l'évolutivité et appuyez-vous sur la technologie cloud pour garantir qu'il y a de la place pour la croissance si vous choisissez d'ajouter d'autres lignes de machines plus tard.

La mise en place d'un jumeau numérique peut aider les fabricants à améliorer la productivité et la sécurité en atelier, mais quelques conditions doivent être remplies pour assurer le succès. Fournir un accès à des données précises est crucial, tout comme garantir 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 adhèrent au processus. Une gestion du changement efficace est la clé d'une implémentation 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 si la précision n'est pas toujours de 100 %, surtout au début, même à 80-90 % le jumeau numérique peut facilement améliorer les résultats, et continuera de s'améliorer à mesure qu'il reçoit et analyse plus de données.

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