Chaque seconde, les ateliers de fabrication du monde entier génèrent des flux de données qui auraient été inimaginables il y a seulement dix ans – et les fabricants intelligents transforment cette avalanche de données en leur plus grand avantage concurrentiel en convertissant les données brutes en informations utilisables. Le secret réside dans deux technologies révolutionnaires qui fonctionnent en parfaite harmonie : la technologie des jumeaux numériques crée des répliques virtuelles intelligentes des actifs et processus physiques, tandis que les fils numériques établissent et suivent des données sans faille tout au long du cycle de vie des produits.
Il ne s’agit pas de simples modèles numériques, mais de représentations actives et vivantes qui reflètent les opérations du monde réel grâce à des capteurs IIoT, des algorithmes d’apprentissage automatique et des logiciels de simulation avancés. Les jumeaux numériques concentrent leur puissance d’analyse sur des actifs ou des processus spécifiques, fournissant des informations en temps réel qui permettent de prévenir les problèmes de performance coûteux avant qu’ils ne se produisent. Les fils numériques se concentrent sur la vue du produit, connectant les systèmes de CAO, les plateformes PLM et les réseaux IoT pour créer une chaîne ininterrompue d’intelligence, de la conception du produit à sa mise au rebut.
Le résultat ? Les fabricants peuvent désormais tester des scénarios, optimiser les performances et prendre des décisions cruciales avec une rapidité et une précision sans précédent, tout en conservant une traçabilité et une généalogie complètes. Ce blog révèle comment ces technologies complémentaires fonctionnent ensemble et pourquoi la simulation est le pont crucial qui les relie pour atteindre une véritable excellence de fabrication.
Comprendre les concepts de base
L’excellence manufacturière dépend de deux innovations numériques complémentaires qui remodèlent les capacités opérationnelles. Comprendre leurs concepts fondamentaux s’avère essentiel pour les organisations qui avancent dans leur parcours de transformation numérique.
Qu’est-ce qu’un jumeau numérique ? Définition et capacités
Le Digital Twin Consortium définit un jumeau numérique comme « une représentation virtuelle intégrée, basée sur des données, d’entités et de processus du monde réel, avec une interaction synchronisée à une fréquence et une fidélité spécifiées ». Ces répliques virtuelles de processus reflètent les contreparties physiques grâce à des mécanismes de rétroaction continue des données en temps réel.
Les capteurs de l’Internet industriel des objets (IIoT), les algorithmes d’apprentissage automatique et les logiciels de simulation constituent la base technologique qui permet aux jumeaux numériques de collecter des données sur les produits et les processus et de générer des modèles précis. Les organisations surveillent les performances, identifient les contraintes du système, programment les ressources, calculent les besoins en matériaux et prévoient les besoins en maintenance avant que les problèmes ne se manifestent grâce à cette intégration technologique. Les capacités de modélisation des jumeaux numériques permettent aux équipes de tester virtuellement les modifications avant leur mise en œuvre dans le monde physique.
Qu’est-ce qu’un fil numérique ? Le flux de données du cycle de vie expliqué
Un fil numérique est une représentation numérique du cycle de vie d’un produit, de la conception à la fabrication, à la maintenance et au-delà, fournissant un flux de données continu qui relie tous les aspects du cycle de vie. Ainsi, les fils numériques établissent des connexions transparentes de flux de données reliant les processus, les systèmes, les produits et les équipements des entreprises tout au long des chaînes de valeur. Ce cadre de communication retrace les interconnexions de données tout au long du cycle de vie des produits et des systèmes.
Les silos de systèmes traditionnels, notamment la conception assistée par ordinateur (CAO), la gestion du cycle de vie des produits (PLM), les systèmes d’exécution de la fabrication (MES) et la planification des ressources de l’entreprise (ERP), se connectent aux appareils intelligents et aux plateformes IoT par le biais d’une architecture de fil numérique. L’échange de données en temps réel entre les étapes de conception, de fabrication et de maintenance devient possible grâce à cette intégration.
Fil numérique ou jumeau numérique : principales différences
Les deux concepts font appel à des représentations numériques, mais servent des objectifs opérationnels distincts :
- Champ d’application : Les jumeaux numériques se concentrent sur les processus et les ressources nécessaires pour soutenir l’ingénierie, la fabrication et la distribution des produits, tandis que les fils numériques se concentrent sur les caractéristiques détaillées du produit tout au long de son cycle de vie en reliant des chaînes de données complètes à travers les systèmes et les délais.
- Nature : Les jumeaux numériques fonctionnent comme des simulations dynamiques et interactives reproduisant le processus physique et le comportement du système ; les fils numériques créent des réseaux contextuels organisant les données pertinentes et liées au produit à travers les périodes et les phases du produit.
- Relations : Les jumeaux numériques fournissent des informations sur les processus et les opérations dans le cadre plus large des fils numériques, en utilisant les informations détaillées sur les produits, souvent à travers plusieurs jumeaux, ainsi que les documents intégrés et les enregistrements historiques.
Malgré leurs différences fondamentales, ces technologies se complètent pour favoriser l’excellence de la fabrication grâce à une meilleure utilisation des données.
Architecture et flux de données
La mise en œuvre pratique des fils et jumeaux numériques exige des cadres architecturaux sophistiqués qui facilitent un flux de données robuste à travers des systèmes interconnectés.
Modélisation des jumeaux numériques : Données et simulation en temps quasi réel
La modélisation des jumeaux numériques établit un flux de données bidirectionnel entre les actifs physiques et les représentations virtuelles en tant qu’architecture fondamentale. Cet échange dynamique permet une mise à jour continue des modèles numériques en fonction des conditions opérationnelles réelles. L’infrastructure technologique soutenant les jumeaux numériques trouve son origine dans les données de production provenant d’automates programmables (PLC), d’appareils connectés à l’IoT, de systèmes d’exécution de la fabrication et de systèmes ERP, établissant ainsi la couche d’information de base. Les données subissent un nettoyage, une structuration et une compilation dans des tableaux intermédiaires spécifiquement conçus pour les outils de simulation. Les recherches menées par McKinsey démontrent que les simulations d’usine les plus précises utilisent des logiciels de simulation d’événements discrets, créant des rendus virtuels capables d’exécuter des milliers de séquences de production pour identifier les goulets d’étranglement et les contraintes opérationnelles.
Le fil numérique dans l’industrie manufacturière : Connectivité de bout en bout
L’architecture de fil numérique établit une connectivité transparente tout au long des cycles de vie complets des produits. Le cadre fonctionne comme une infrastructure de communication, de collecte et de stockage reliant des systèmes précédemment isolés, notamment des plateformes de CAO, de PLM, de MES et d’ERP, à des réseaux IoT. Cette intégration architecturale permet l’échange de données en temps réel à travers les différentes étapes de fabrication. IBM caractérise cela comme « un flux de données transparent qui relie tous les aspects du cycle de vie », éliminant les silos opérationnels traditionnels qui limitent la collaboration. La structure de données unifiée met en œuvre un espace de noms unifié (UNS) à travers les données d’entreprise, réduisant considérablement la complexité lors de l’expansion des cas d’utilisation.
Comment le MES, la simulation et l’IoT alimentent les deux systèmes
Les systèmes d’exécution de la fabrication (MES) remplissent des fonctions essentielles grâce à la gestion des données de production, aux protocoles de planification et à la coordination des flux de travail. L’intégration avec des capteurs IoT collectant des données machine en temps réel établit l’épine dorsale fondamentale soutenant à la fois les fils et les jumeaux numériques. La connectivité du MES avec les jumeaux numériques permet aux fabricants de simuler, d’analyser et d’optimiser les processus de production avant la mise en œuvre physique. L’infrastructure technologique intègre des systèmes IoT et SCADA pour la collecte des données, des algorithmes d’IA et d’apprentissage automatique pour l’analyse, et des plateformes informatiques en nuage/de pointe pour le stockage et le traitement – interconnectées par des architectures de réseau à haut débit.
Quand utiliser le fil numérique, le jumeau numérique ou les deux ?
Les jumeaux numériques s’avèrent particulièrement efficaces pour :
- Surveillance en temps réel et capacités de simulation de type « what-if ».
- Planification et ordonnancement dynamiques en temps quasi réel
- Évaluations proactives des risques dans les systèmes opérationnels
- Accélération de l’innovation grâce à des processus d’analyse virtuels
Les fils numériques excellent à l’intérieur :
- Développement agile de produits grâce à un flux de données synchronisé
- Renforcement des cadres de collaboration interservices
- Connectivité optimisée entre les processus de fabrication
- Détailler la généalogie de la traçabilité des produits tout au long de leur cycle de vie
Analyse comparative : Technologies du jumeau numérique et du fil numérique
Le tableau suivant résume les principales distinctions entre les implémentations de jumeaux numériques et de fils numériques, en soulignant leurs rôles complémentaires au sein des écosystèmes de fabrication modernes.
Comparaison entre Digital Twin et Digital Thread
Aspect | Jumeau numérique | Fil numérique |
Définition | Représentation virtuelle intégrée, basée sur des données, de systèmes et de processus réels avec des données synchronisées en temps réel | Représentation numérique du cycle de vie d’un produit fournissant un flux continu de données qui relie tous les aspects du cycle de vie. |
Champ d’application | Concentration sur un système ou un processus individuel au niveau de l’actif et du matériel | Concentration sur un produit individuel avec intégration de données à l’échelle de l’entreprise couvrant plusieurs systèmes informatiques et délais opérationnels. |
Composants technologiques | – Informatique en nuage – Algorithmes d’apprentissage automatique – Logiciels de simulation – Logiciels de planification et d’ordonnancement – Analyse en temps réel | – Logiciels de CAO – Systèmes PLM – Réseaux de capteurs IoT – Plateformes MES – Systèmes ERP – Stockage en nuage |
Objectif principal | Simulation dynamique reproduisant le comportement et les performances d’un système physique à des fins d’analyse et de programmation | Cadre d’organisation des données permettant la gestion de l’information tout au long du cycle de vie du produit et la traçabilité détaillée du produit |
Architecture des flux de données | Échange bidirectionnel en temps réel entre les systèmes et actifs physiques et les modèles virtuels | Connectivité de bout en bout établissant des voies d’information transparentes, le stockage et l’analyse des données |
Applications clés | – Surveillance et simulation en temps réel – Programmation détaillée de la production – Optimisation des performances – Évaluation des risques | – Collaboration interservices – Gestion du cycle de vie des produits – Suivi et traçabilité des produits – Aide à la décision fondée sur des données |
Caractéristiques d’évolutivité | Création et adaptation de modèles générés et pilotés par les données | Évolutivité à l’échelle de l’entreprise en connectant plusieurs systèmes et sources de données |
Capacités d’intégration | Base de connaissances de l’entreprise reprenant tous les flux de processus, les règles de gestion et la logique de décision opérationnelle | Base de connaissances sur les produits reprenant toutes les caractéristiques de conception des produits, les exigences des utilisateurs et les caractéristiques détaillées. |
Conclusion
L’industrie manufacturière est entrée dans une ère où les jumeaux numériques et les fils numériques fonctionnent comme des forces complémentaires qui génèrent des capacités opérationnelles sans précédent. Ces technologies représentent plus que des améliorations incrémentales – elles incarnent une réimagination fondamentale de la façon dont les fabricants abordent la gestion des actifs, l’optimisation des processus et la planification stratégique.
La force des jumeaux numériques réside dans leur intelligence ciblée : capacités de surveillance en temps quasi réel, perspectives prédictives et environnements d’essai virtuels qui éliminent les conjectures des décisions critiques. Les fils numériques fournissent le tissu conjonctif qui transforme des points de données isolés sur les produits en données opérationnelles complètes, reliant les intentions de conception aux réalités de la fabrication et aux résultats de la maintenance tout au long du cycle de vie du produit.
L’intégration amplifie les deux technologies de manière exponentielle. Les jumeaux numériques deviennent des nœuds intelligents au sein de réseaux de fils numériques plus vastes, créant des écosystèmes de fabrication où la précision au niveau micro rencontre la vision stratégique au niveau macro. Cette convergence permet aux fabricants de simuler des modifications de composants individuels tout en comprenant leur impact sur l’ensemble des chaînes de production – une capacité inimaginable il y a seulement quelques années.
La mise en œuvre dans le monde réel valide cette approche par des résultats mesurables. Les secteurs de l’aérospatiale ont transformé les processus d’inspection multiphase, les constructeurs automobiles ont fait état de réductions des temps de développement et les installations de production alimentaire ont éliminé les goulets d’étranglement en matière d’efficacité grâce à des analyses de simulation ciblées. Ces résultats démontrent que l’intégration des jumeaux numériques et des fils numériques apporte une valeur tangible dans divers environnements de fabrication.
La simulation d’événements discrets fonctionne comme un moteur analytique, convertissant des flux de données continus en informations exploitables qui soutiennent la prise de décision proactive. Cette capacité de simulation permet aux fabricants d’explorer des scénarios, d’identifier les contraintes potentielles et d’améliorer les opérations avant la mise en œuvre physique.
Pour réussir dans la fabrication moderne, il faut adopter les deux technologies dans des cadres stratégiques cohérents. Les entreprises qui maîtrisent cette intégration créent des avantages concurrentiels durables grâce à des capacités synchronisées de jumeau numérique, de fil numérique et de simulation qui favorisent l’excellence opérationnelle dans tous les aspects de leurs opérations de fabrication.