Un jumeau numérique est essentiellement l’avatar d’un objet physique dans le monde virtuel. Il permet de l’utiliser à distance, de le gérer et de surveiller ses performances en recueillant les données de capteurs intégrés. La technologie des jumeaux numériques est un élément central de la transformation numérique.
Le concept de jumeau numérique remonte aux travaux de la NASA dans le cadre de son projet d’exploration spatiale, dans les années 1960. Cette technologie a franchi une nouvelle étape en 2002, lorsque Michael Grieves a présenté publiquement le concept et le modèle du jumeau numérique lors d’une conférence de la Society of Manufacturing Engineers à Troy, dans le Michigan. En 2010, John Vickers, de la NASA, a introduit une nouvelle définition du terme jumeau numérique, qui ne se limitait pas aux industries manufacturières, mais s’appliquait à tous les secteurs, notamment la construction, l’ingénierie, les transports et l’aérospatiale.
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Définition des jumeaux numériques
Un jumeau numérique est une représentation numérique en 3D d’un objet physique. Les jumeaux numériques sont des répliques virtuelles d’appareils, d’infrastructures ou de bâtiments physiques, capables de contrôler, de surveiller et d’analyser leur fonctionnement, leurs performances ainsi que leur usure. Ces modèles peuvent également servir à simuler l’état futur d’un système avant d’apporter effectivement des changements, afin de prédire les résultats potentiels.
Les jumeaux numériques permettent aux utilisateurs de prendre des décisions plus éclairées quant au moment où remplacer ou mettre à niveau des pièces, de réduire les temps d’arrêt, voire de les éviter complètement, grâce à des notifications proactives de maintenance préventive.
Ils se sont révélés utiles pour la maintenance et l’analyse prédictive dans des domaines tels que les services aux collectivités, les transports, la santé, la construction, la vente au détail, la médecine, l’industrie manufacturière, l’agriculture, la gestion des infrastructures, l’automobile, l’aérospatiale et la défense.
Les entreprises manufacturières les utilisent surtout pour rendre les processus de production plus efficaces en gérant les opérations à la fois dans les mondes virtuel et réel. Ces jumeaux fonctionnent de concert pour améliorer l’efficacité de la maintenance, la disponibilité et les performances.
Par exemple, Lockheed Martin utilise des jumeaux numériques pour suivre ses engins spatiaux, ses avions, ses hélicoptères et ses fusées. En utilisant des capteurs pour recueillir des données sur ces produits, ainsi que des modèles algorithmiques de leur comportement au fil du temps, les jumeaux numériques permettent de réaliser des analyses diagnostiques, prédictives et prescriptives dans le cadre de l’excellence opérationnelle.
Ainsi, au lieu d’attendre que la machine tombe en panne, ces modèles peuvent détecter les problèmes potentiels avant qu’ils ne surviennent, ce qui permet d’économiser sur les coûts imprévus de réparation, la main-d’œuvre, les temps d’arrêt et les pertes de productivité.
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Comment fonctionnent les jumeaux numériques ?
Un jumeau numérique est un modèle 3D d’un actif physique alimenté par l’intelligence artificielle (IA), créé pour fournir des informations sur les performances de l’objet physique correspondant. Pour ce faire, il regroupe toutes les données relatives à l’objet.
Vous pouvez ensuite analyser ces données et déterminer ce qui doit être réparé ou amélioré. Les jumeaux numériques peuvent également prédire une défaillance potentielle avant qu’elle ne survienne, afin de prendre des mesures préventives et d’éviter tout problème. Grâce à un jumeau numérique, les entreprises peuvent mieux comprendre l’état opérationnel de leurs actifs et prendre des décisions plus judicieuses à partir des informations tirées des données.
Chaque entreprise étant unique, il n’existe pas d’approche universelle pour créer un jumeau numérique adapté à ses besoins. Une chose reste toutefois constante : la première étape consiste toujours à accéder au maximum de données possible sur l’actif physique. Plus elles sont détaillées, mieux c’est.
À partir de là, créez un modèle 3D de cet actif, qui servira de base à la construction du jumeau numérique. Une fois le modèle terminé, installez différents capteurs et recueillez de multiples points de données.
Si vous devez décider quel capteur conviendrait le mieux à votre entreprise, essayez de faire correspondre ses caractéristiques à celles de modèles similaires existants. Vous éviterez ainsi de créer des lacunes dans les informations de votre jumeau numérique.
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Types de jumeaux numériques
Les jumeaux numériques peuvent surveiller, analyser et prédire le comportement futur d’un système de production complet ou les performances d’un actif individuel. Ces modèles numériques peuvent ensuite simuler différents scénarios afin de prendre des décisions stratégiques sur la meilleure façon d’exploiter un actif. Il existe quatre types de jumeaux numériques.
Jumeaux de composants ou de pièces
Les jumeaux de composants ou de pièces désignent la représentation numérique des pièces individuelles d’un système ou d’une machine. Il s’agit de la forme de base des jumeaux numériques : elle simule le plus petit élément fonctionnel afin de conserver des données sur son état, son utilisation et ses performances.
Jumeaux d’actifs
Les jumeaux d’actifs, ou jumeaux de produits, sont une simulation virtuelle de l’interopérabilité de deux composants individuels ou plus. Par exemple, un centre de données comporte de nombreux éléments qui doivent tous fonctionner pour que le centre fonctionne de manière optimale.
Un jumeau numérique peut vous permettre de simuler les interactions entre ces différents composants et de déterminer si l’un d’eux perturbe le fonctionnement d’un autre dans cet environnement simulé.
Jumeaux de systèmes ou d’unités
Les jumeaux de systèmes, également appelés jumeaux d’unités, sont une représentation virtuelle de l’interopérabilité des actifs de plusieurs systèmes. Ces jumeaux regroupent des données relatives à l’ensemble du système ou du produit, ainsi qu’à ses composants individuels.
Grâce à la technologie des jumeaux de systèmes, vous pouvez suivre le comportement de vos produits au fil du temps. Les ingénieurs peuvent ainsi détecter les anomalies dans la manière dont ces produits interagissent et procéder aux ajustements nécessaires.
Jumeaux de processus
Les jumeaux de processus sont des représentations numériques de systèmes qui fonctionnent ensemble pour créer un site de production complet. Ils ne se limitent pas aux objets physiques : ils contribuent à cartographier ce qui se passe dans le monde de l’entreprise et fournissent des données qui peuvent servir à prédire les problèmes potentiels avant qu’ils ne surviennent.
Les jumeaux de processus représentent différentes composantes d’une entreprise, notamment les machines, les flux de travail et les employés. Ils permettent aux entreprises d’identifier de manière proactive les risques et les zones problématiques, ce qui accroît l’efficacité à tous les niveaux de l’organisation. Ils aident les entreprises à repérer les goulets d’étranglement, à augmenter le débit et à réduire les coûts.
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Avantages des jumeaux numériques
Les avantages des jumeaux numériques peuvent être considérables pour toute entreprise. Ils permettent d’optimiser les opérations, d’accélérer les temps de réponse, d’améliorer les prévisions de la demande, de rendre la maintenance plus rentable, de favoriser l’innovation rapide, d’améliorer la sécurité et de renforcer la collaboration entre les employés.
Même une petite entreprise peut tirer parti des avantages des jumeaux numériques. Il est toutefois essentiel de reconnaître que tous les secteurs n’ont pas exactement les mêmes besoins en la matière.
- Les jumeaux numériques permettent aux entreprises d’optimiser leurs opérations à un niveau très granulaire.
- Ils aident les entreprises à optimiser plus efficacement les performances de leurs actifs, de leurs ressources et de leur personnel.
- Ils aident également les organisations à économiser de l’argent en prédisant les problèmes avant qu’ils ne surviennent.
- Ils donnent aux responsables une visibilité sur des KPI critiques qu’il était historiquement difficile de mesurer ou de surveiller, car les organisations ne disposaient d’aucun moyen de savoir ce que faisait leur équipement 24 h/24 et 7 j/7.
- Ils offrent également une visualisation des données en temps réel : vous pouvez ainsi voir les événements se dérouler au moment où ils se produisent et réagir en conséquence.
- Ils donnent aux employés accès aux données opérationnelles, afin qu’ils sachent ce qui se passe à tout moment, ce qui améliore la communication entre eux au sujet des problèmes et des opportunités potentiels.
Cas d’usage et exemples de jumeaux numériques
Industrie manufacturière
Les jumeaux numériques se sont révélés extrêmement bénéfiques pour les entreprises manufacturières qui utilisent l’impression 3D depuis des décennies. Leur principal avantage est que le processus est presque entièrement automatisé grâce à l’intelligence artificielle (IA).
Dans l’industrie manufacturière, un jumeau numérique fournit une représentation virtuelle des objets ou machines modélisés du monde réel. Si le système alimenté par l’IA détecte un problème, il avertit automatiquement un ingénieur de la situation afin qu’il puisse le résoudre avant qu’un incident ne survienne.
Santé
Dans le secteur de la santé, les jumeaux numériques surveillent l’utilisation et la maintenance d’équipements médicaux tels que les bouteilles d’oxygène, les scanners à rayons X, les scanners CT, les appareils d’IRM et les équipements de dialyse. Ils contribuent également à prévoir les besoins futurs en équipements en fonction de la charge des équipements actuels.
Par exemple, supposons qu’un jumeau numérique détecte qu’un équipement a commencé à dysfonctionner en raison de son vieillissement. Dans ce cas, il en informe les ingénieurs, qui basculent vers un autre appareil pendant qu’ils réparent celui qui est défectueux.
Chaîne d’approvisionnement
Le secteur de la chaîne d’approvisionnement pourrait utiliser les jumeaux numériques pour mieux comprendre son système logistique. Un jumeau numérique peut constituer une carte virtuelle des entrepôts, des ports et des centres de distribution. La cartographie virtuelle permet aux organisations de savoir où se trouvent les produits à tout moment de la chaîne d’approvisionnement et de prendre ainsi des décisions plus éclairées.
Cela consiste notamment à savoir depuis quel entrepôt il est le plus efficace d’expédier les produits, à déterminer quelle commande doit être traitée en premier, à garantir le respect des normes de sécurité pendant le transport et à repérer les risques en cours de route.
Bâtiment et construction
Les chantiers du monde entier sont équipés d’appareils intelligents qui mesurent tout, de la température et de l’humidité aux niveaux d’éclairage et à la pression atmosphérique. En regroupant les données générées par ces appareils dans un environnement de simulation de jumeau numérique, les constructeurs disposent désormais d’informations complètes sur la conception des bâtiments et les matériaux bien avant le début des travaux.
Commerce de détail
Dans le commerce de détail, les jumeaux numériques servent à modéliser les clients et à effectuer des simulations afin d’améliorer leur expérience. Les données clients recueillies par leur intermédiaire fournissent aux distributeurs des informations précieuses sur les habitudes des acheteurs et permettent aux marques de créer des campagnes marketing personnalisées.
L’avenir des jumeaux numériques
À l’avenir, les jumeaux numériques deviendront courants dans tous les secteurs. Les entreprises les utiliseront pour prendre des décisions plus judicieuses, réduire les risques, améliorer leur efficacité et offrir une meilleure expérience aux consommateurs.
Selon Allied Market Research, le secteur mondial des jumeaux numériques est évalué à environ 6,5 milliards de dollars US par an et devrait atteindre 125,7 milliards de dollars US d’ici 2030, avec un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 39,48 % entre 2022 et 2030. Ces données illustrent l’immense potentiel de cette technologie, à mesure que davantage d’entreprises exploitent ses capacités.