Le monde évolue vers une ère d'opérations commerciales plus efficaces grâce à l'automatisation. C'est l'un des principaux messages du PDG de Mitsubishi Hitachi Power Systems, Paul Browning, lors de l'édition 2019 du CERAWeek qui vient de s'achever à Houston. Paul Browning, qui était l'orateur principal sur le "programme de transformation numérique", a parlé de l'utilisation par Mitsubishi de l'intelligence artificielle (IA), de l'apprentissage automatique et des technologies de jumelage numérique pour créer la première centrale électrique autonome au monde. Il a terminé son discours en disant : "Mitsubishi construit la première centrale électrique autonome au monde capable de s'auto-réparer.
L'utilisation de la technologie de transformation numérique pour éliminer les temps d'arrêt et réduire les arrêts non planifiés ne sont que quelques-unes des possibilités offertes par les technologies de jumelage numérique. En fait, la capacité à virtualiser les espaces de travail et les systèmes complexes a un rôle important à jouer dans la réalisation de l'usine intelligente et de la révolution de l'industrie 4.0 dont rêvent la plupart des industries. En effet, aucune autre technologie émergente n'a le potentiel de combler le fossé entre le monde physique piloté par les machines et le monde virtuel comme le Digital Twin. C'est pourquoi le marché du jumeau numérique devrait représenter environ 26 milliards de dollars d'ici à 2025.
Bien que les chiffres mettent en évidence l'acceptation croissante des solutions de jumeaux numériques, de nombreuses entreprises sont un peu sceptiques quant à leur mise en œuvre et à leurs avantages. C'est pourquoi des études de cas pratiques sont nécessaires pour mettre en évidence l'application des jumeaux numériques et la manière dont d'autres en ont bénéficié.
Le modèle d'entreprise de l'industrie 4.0 s'appuie sur les données pour automatiser les processus d'entreprise. Le jumeau numérique, quant à lui, crée l'environnement idéal pour collecter des données sur tous les aspects du processus de fabrication à des fins d'analyse et de simulation. Lorsque les données sont collectées avec précision et qu'un jumeau numérique est conçu, les intégrateurs de systèmes, les analystes de données et les autres parties prenantes peuvent les utiliser pour piloter les politiques commerciales et améliorer les processus de prise de décision. Les avantages que l'industrie 4.0 et les fabricants peuvent tirer des jumeaux numériques sont les suivants :
Amélioration des performances de l'usine - Avoir la capacité d'accéder et de quantifier chaque information produite à partir d'un processus de fabrication et de l'atelier est la clé de l'automatisation. Les technologies de jumelage numérique permettent aux fabricants de collecter des données à partir des capteurs et des systèmes embarqués intégrés dans un atelier. Le jumeau numérique va encore plus loin en reproduisant les processus de fabrication physiques et en créant un environnement numérique dans lequel ces processus peuvent être évalués.
En disposant des données nécessaires sur les équipements, les machines, la manutention et les cycles de production, les fabricants peuvent élaborer des politiques et effectuer des simulations pour déterminer leur efficacité. Une fois déterminées, les politiques et les règles de fabrication peuvent alors être appliquées dans l'atelier. Les grandes entreprises disposent ainsi d'un moyen moins coûteux d'évaluer les effets de leurs décisions sur les niveaux de productivité.
Une étude de DHL sur l'importance du Digital Twin dans l'amélioration des performances de l'usine met en évidence l'utilisation du Digital Twin par les solutions Iveco pour optimiser les capacités de soudage. La chaîne de fabrication Iveco était confrontée à des pannes constantes de ses composants de soudage, ce qui retardait la production. La cause de ces pannes a été attribuée à un paquet de lamelles qui s'usait constamment. Pour améliorer les performances et réduire les temps d'arrêt, Iveco a conçu un modèle Digital Twin de sa ligne de fabrication.
Le modèle Digital Twin a aidé Iveco à comprendre les différents concepts et exigences en matière de soudage, ainsi que leurs effets sur le paquet de lamelles. Grâce à la simulation et à l'apprentissage automatique, Iveco a mis au point un processus de soudage optimal capable de prévoir la probabilité de défaillance des composants afin de la réduire.
Maintenance prédictive pilotée - L'un des avantages de la conception d'un jumeau numérique des ateliers de fabrication ou des usines est la possibilité d'intégrer la maintenance prédictive dans les modèles d'entreprise. La maintenance prédictive consiste à prévoir la défaillance d'un composant ou d'une machine et à prendre des mesures préventives pour éviter cette défaillance. La technologie Digital Twin a créé un environnement qui favorise la maintenance prédictive dans différents systèmes.
Une fois de plus, l'usine Mitsubishi Hitachi Power System sert d'exemple où la technologie Digital Twin peut conduire la politique de maintenance prédictive dans l'industrie 4.0. Le modèle Digital Twin créé par Mitsubishi donne aux centrales électriques la possibilité de surveiller les capteurs et d'autres paramètres qui déterminent les niveaux de performance de la centrale. Sur l'application, le Digital Twin, aux côtés de l'IA et de l'apprentissage automatique, a fourni des indications sur le meilleur moment pour programmer les activités de maintenance sans perturber la production.
Les avantages que Mitsubishi a retirés de son utilisation des jumeaux numériques comprennent un moyen plus efficace de découvrir les composants défectueux et une culture de la maintenance qui a réduit les temps d'arrêt. L'usine autonome a également été en mesure d'effectuer des autodiagnostics et de réparer les vannes bloquées qui affectaient la production d'énergie. Les installations intelligentes peuvent tirer parti du jumeau numérique pour promouvoir une culture de la maintenance prédictive qui éliminera le gaspillage des ressources et les temps d'arrêt causés par des équipements défectueux.
Contrôle avancé de systèmes ou de processus complexes - Les écosystèmes de jumeaux numériques permettent de contrôler des systèmes et des processus complexes d'une manière qui échappe aux technologies traditionnelles. En effet, l'IA, l'apprentissage automatique et les simulations peuvent être appliqués à l'environnement numérique, ce qui permet aux entreprises de voir plus loin. Le jumeau numérique permet d'aller plus loin dans le processus de contrôle qui consiste à comparer les performances des systèmes avec les normes établies, à découvrir les écarts et à concevoir des mesures correctives. Cela en fait une excellente ressource pour la recherche dans le domaine de l'industrie 4.0.
Un exemple de la façon dont les jumeaux numériques rendent possible le contrôle avancé de systèmes complexes peut être vu dans la façon dont le laboratoire national de technologie énergétique du ministère de l'énergie des États-Unis (NETL) a déployé des solutions de jumeaux numériques. Le jumeau numérique de l'usine du NETL a été utilisé pour mener des recherches sur l'utilisation du dioxyde de carbone dans les centrales électriques, en remplacement des dangereuses centrales au charbon actuellement utilisées. Le jumeau numérique a également cartographié le réseau de capteurs de l'usine afin d'en optimiser l'utilisation.
Le jumeau numérique créé par l'équipe de recherche a servi de banc d'essai virtuel pour analyser les relations opérationnelles et leurs effets sur la production d'électricité. Les avantages des jumeaux numériques, dans ce cas, comprennent un moyen moins coûteux et plus efficace d'analyser les phénomènes des processus de contrôle et de réduire les temps d'arrêt. L'augmentation de la fiabilité des installations et l'optimisation de l'utilisation des ressources ont également été citées comme des avantages.
Faciliter le processus de formation et d'intégration - L'avenir de l'industrie 4.0 est porté par des solutions technologiques émergentes telles que l'internet industriel des objets (IIoT), l'IdO, les véhicules et les équipements automatisés. Cela signifie que pour profiter efficacement des avantages de l'industrie 4.0, les anciens et les nouveaux employés doivent être préparés à fonctionner dans une installation intelligente. Les jumeaux numériques des systèmes et processus de l'usine offrent un environnement virtuel aux employés pour qu'ils apprennent à connaître les processus opérationnels.
Dans une étude de cas menée dans une usine automobile, les employés ont appris les processus de réparation et d'assemblage dans un environnement virtualisé et à l'aide de manuels. À la fin de la formation, les employés ont préféré l'option de l'apprentissage dans des environnements virtualisés et ont retenu plus d'informations que l'apprentissage à partir de manuels physiques. Cela signifie que l'approche pratique de l'apprentissage, pilotée par la technologie Digital Twin, crée un meilleur environnement pour l'apprentissage de processus complexes en toute sécurité.
La combinaison de la technologie Digital Twin et de l'informatique en nuage a rendu les services de conception, d'émulation, de planification, d'analyse et de simulation qu'elle offre encore plus abordables pour les utilisateurs finaux. Les petites et moyennes entreprises peuvent désormais accéder aux solutions de jumeaux numériques pour résoudre des problèmes complexes. Cela signifie que le jumeau numérique en tant que service devient lentement mais sûrement une option à explorer pour les entreprises. Pour en savoir plus sur les possibilités de Digital Twin pour votre entreprise, contactez les ingénieurs expérimentés de Simio.