La technologie du jumeau numérique : 5 défis auxquels les entreprises sont confrontées lorsqu'elles la négligent

Une technologie perturbatrice est un produit, un concept ou un service qui a la capacité de redéfinir la manière traditionnelle de faire les choses. Aujourd'hui, le concept de jumeau numérique est salué comme une technologie perturbatrice ayant la capacité de changer notre manière de concevoir, de résoudre des problèmes complexes et de collaborer. En fait, un rapport de Gartner prévoit que d'ici 2021, environ 50 % des entreprises industrielles intégreront l'utilisation des technologies de jumeaux numériques pour accroître les performances de la main-d'œuvre et l'efficacité de la production. Quel est donc ce concept technologique perturbateur ?

Le jumeau numérique est une réplique en temps réel d'une entité physique. Cette entité peut être un être vivant, un objet physique inanimé, ainsi que des actifs, des processus et des systèmes qui fonctionnent dans le monde ou l'environnement physique. Bien que ce concept date en réalité de trois décennies, la convergence de technologies émergentes telles que l'internet des objets (IoT), l'intelligence artificielle (IA) et l'apprentissage automatique l'a propulsé vers de nouveaux sommets. Les jumeaux numériques juxtaposent ces technologies émergentes pour créer des modèles numériques d'entités physiques avec la capacité de simuler en temps réel les changements qui se produisent dans le modèle physique.

Un exemple de fonctionnement de ce concept est le développement du jumeau numérique d'un avion. Grâce à ce jumeau numérique, l'analyse par éléments finis (FEA) peut être appliquée pour déterminer la limite de fatigue de la structure de l'avion. Les résultats de cette simulation peuvent alors être utilisés pour concevoir ou choisir des matériaux plus appropriés ou pour concevoir un avion plus durable. En dehors de la fabrication, les jumeaux numériques peuvent être utilisés dans diverses industries, y compris les soins de santé, pour simuler la façon dont le corps humain réagit aux forces extérieures. Les avantages de l'intégration des jumeaux numériques sont notamment l'efficacité accrue de la conception, l'amélioration de l'analyse prédictive et la collaboration. C'est pourquoi le marché des jumeaux numériques devrait atteindre environ 15 milliards de dollars d'ici à 2023. Les avantages des jumeaux numériques sont énormes, mais les défis auxquels les entreprises seront confrontées si elles ne les adoptent pas le sont encore plus.

Cet article aborde les sujets suivants :

• Les défis auxquels les entreprises sont confrontées si elles n'intègrent pas le jumeau numérique dans leurs opérations commerciales.
• Les effets de la non-adoption du jumeau numérique.
• Les capacités de rupture du jumeau numérique.

Les cinq défis auxquels sont confrontées les entreprises qui n'intègrent pas les jumeaux numériques

Étant donné qu'environ 50 % des entreprises industrielles intègrent l'utilisation des jumeaux numériques, les 50 % qui ne le font pas perdront certainement leur avantage concurrentiel. En effet, le jumeau numérique va redéfinir les applications de simulation en temps réel d'une manière à laquelle le logiciel de modélisation 3D moyen ou la plateforme de modélisation des données du bâtiment ne peuvent aspirer. Les défis auxquels il faut s'attendre sont les suivants :

Conserver les solutions, les conceptions ou les données héritées - La génération des baby-boomers continuant à prendre sa retraite chaque jour, la probabilité de perdre les connaissances qui ont permis de construire les équipements et les systèmes hérités pourrait être réduite à néant. Il s'agit notamment des copies Mylar des équipements de fabrication traditionnels ou des conceptions des anciens avions militaires. Quelles que soient les avancées technologiques, la perte des données patrimoniales détruit les fondations sur lesquelles les nouveaux prototypes ont été construits.

Grâce au concept de jumeau numérique, les entreprises de tous les secteurs peuvent créer un modèle numérique précis des équipements ou solutions existants. Le modèle numérique peut ensuite être stocké pour la postérité ou analysé dans le but de développer des prototypes améliorés. Les modèles peuvent également être utilisés comme matériel pour la formation de la jeune génération de travailleurs grâce à des environnements de réalité virtuelle.

Amélioration des processus de fabrication sans gaspillage - L'intégration par Toyota de la fabrication sans gaspillage pour accélérer la production tout en utilisant efficacement les ressources est devenue un véritable folklore dans l'industrie automobile. L'intégration de modèles de production allégée - qui étaient perturbateurs à l'époque - a permis à Toyota de dominer le secteur pendant des décennies. C'est l'effet de levier qu'offre le concept de jumeau numérique. La capacité d'optimiser des chaînes de valeur entières peut être obtenue en temps réel grâce au jumeau numérique.

Une étude de l'université de Bayreuth, en Allemagne, s'est concentrée sur l'analyse de l'impact des jumeaux numériques dans la collecte de données en temps réel et l'optimisation des systèmes de production. L'étude a comparé l'efficacité des jumeaux numériques et des solutions de cartographie de la chaîne de valeur couramment utilisées. Au final, les résultats ont montré que les jumeaux numériques dépassaient les solutions traditionnelles en matière d'acquisition de données, de dérivation automatisée des mesures d'optimisation et de capture des données de mouvement. Ces données, qui sont essentielles pour optimiser la production, pourraient également être utilisées dans un environnement de jumeaux numériques pour optimiser divers processus. Par conséquent, les entreprises qui refusent les jumeaux numériques resteront à la traîne, alors que les concurrents qui tirent parti de ce concept peuvent optimiser les variables de production en temps réel.

Limites dans l'intégration et l'utilisation des données - La révolution de l'industrie 4.0 en cours repose fortement sur la collecte et l'utilisation de données pour obtenir des informations commerciales importantes et automatiser les processus. Les outils ou applications utilisés aujourd'hui sont les logiciels de gestion des relations d'entreprise et les solutions de cloud industriel. Bien que ces solutions réussissent parfaitement à collecter des données à partir d'appareils intelligents ou de l'internet industriel des objets (IIoT), elles ont encore du mal à collecter des données à partir d'équipements hérités ou muets. Cela limite la pénétration de l'industrie 4.0 dans les couches les plus profondes des ateliers de fabrication, et c'est ce que la Fondation OPC a l'intention de résoudre.

Les concepts de jumeaux numériques peuvent aider les usines intelligentes à intégrer les équipements muets des niveaux les plus profonds d'un atelier dans des modèles de l'usine de fabrication. Il est ainsi possible de capturer les centaines d'informations non mesurées de l'atelier dans un environnement numérique, ce qui permet de respecter véritablement les normes Industry 4.0 et OPC UA. S'il est réussi, le jumeau numérique avec les données capturées peut être utilisé pour prédire la réponse transitoire des installations aux perturbations externes, aux pannes d'équipement et aux dysfonctionnements du système.

Les fabricants qui négligent les concepts de jumeaux numériques devront se contenter d'utiliser des données provenant uniquement d'équipements intelligents et de dispositifs IoT pour suivre les changements en temps réel dans l'atelier. Les limites associées à l'absence de capture de données non mesurées conduiront à des approximations lors de l'automatisation des opérations dans une usine intelligente. Cela pourrait entraîner des temps d'arrêt, une main-d'œuvre inefficace et, dans des situations extrêmes, des accidents pour les travailleurs.

Limitation de l'efficacité de l'analyse prédictive - Un autre problème important qui empêche l'intégration des jumeaux numériques dans les opérations industrielles est la difficulté de procéder à des changements à l'aveugle ou en connaissance de cause. Effectuer des changements à l'aveugle lors de la prise de décisions importantes telles que la conception d'un nouveau système de manutention ou la réduction du nombre de processus nécessaires au développement d'un produit aura des conséquences terribles. Ces conséquences comprennent le gaspillage des ressources, un produit final de qualité médiocre ou la confusion dans l'atelier.

Selon Gartner, les temps d'arrêt dans l'industrie manufacturière peuvent entraîner des pertes considérables. Rien que dans l'industrie automobile, les temps d'arrêt sont responsables d'une perte de 22 000 dollars par minute. Même si les chiffres sont moins élevés dans d'autres secteurs, les conséquences restent considérables. Les jumeaux numériques peuvent contribuer à éliminer ces difficultés ou ces pertes en aidant les entreprises à simuler l'effet en temps réel de certains changements. Par exemple, une modification du programme de production pendant une période de transition aurait empêché le constructeur aéronautique Lockheed Martin de respecter ses délais de livraison. Grâce au logiciel de simulation Simio, le fabricant a pu prendre des décisions éclairées qui ont permis d'optimiser le processus de production.

Prochaines étapes

Le passage à l'industrie 4.0 et à une usine plus connectée doit être planifié si les fabricants veulent rester compétitifs à long terme. L'un des moyens d'y parvenir est d'intégrer un jumeau numérique pour simuler et recevoir les informations nécessaires à l'automatisation des processus industriels. S'il est correctement mis en œuvre, vous tirerez profit de la nature disruptive du jumeau numérique.

Ressources :

https://www.gartner.com/smarterwithgartner/prepare-for-the-impact-of-digital-twins/

https://news.thomasnet.com/companystory/downtime-costs-auto-industry-22k-minute-survey-481017

https://www.isw.uni-stuttgart.de/en/institute/highlights/digital-twin/

https://www.gartner.com/smarterwithgartner/prepare-for-the-impact-of-digital-twins/