À l’ère de l’Industrie 4.0, la fabrication s’appuie sur une série de technologies différentes pour fonctionner de manière efficace et transparente. C’est ce qu’on appelle la fabrication intelligente. Il est également crucial que les entreprises intègrent des technologies telles que les jumeaux numériques, l’intelligence artificielle (IA), l’apprentissage automatique et d’autres encore, afin de ne pas se laisser distancer dans un secteur concurrentiel. Dans cet article, nous allons explorer le concept des jumeaux numériques, en détaillant ce qu’ils sont, comment ils sont utilisés, et pourquoi ils revêtent une importance cruciale tant aujourd’hui que dans le futur. Selon Fortune Business Insights, le marché mondial des jumeaux numériques devrait connaître une croissance remarquable, passant de 17,73 milliards de dollars en 2024 à 259,32 milliards de dollars en 2032, avec un taux de croissance annuel composé (TCAC) très élevé de 39,8 %.
Qu’est-ce qu’un jumeau numérique ?
Un jumeau numérique est un modèle virtuel hautement détaillé qui reproduit fidèlement un objet, un système ou un processus physique. Cette idée est essentielle à l’innovation et à la technologie moderne, en particulier dans des domaines tels que l’industrie manufacturière, l’urbanisme, les soins de santé, etc. Grâce à l’utilisation de données de capteurs provenant d’objets physiques, les jumeaux numériques sont capables de reproduire fidèlement la dynamique, les circonstances et les performances du monde réel dans un espace virtuel.
La surveillance, l’analyse et la simulation en temps réel sont rendues possibles par ce flux constant de données entre les mondes réel et virtuel. Cela permet aux parties prenantes de prendre des décisions plus éclairées, de prévoir les événements futurs, d’optimiser les processus, et d’accroître l’efficacité globale. La capacité d’offrir une image complète et réaliste de leurs homologues physiques – une caractéristique qui permet de tester des scénarios sans le coût ou le risque de l’expérimentation dans le monde réel – est le point sur lequel les jumeaux numériques brillent vraiment.
L’architecture des jumeaux numériques
L’architecture d’un jumeau numérique peut être considérée comme un système intégré composé de trois couches :
- La couche de collecte de données : Cette couche collecte les données provenant de divers capteurs et sources dans le monde réel, ainsi que des sources de données, telles que les capteurs et les appareils IoT.
- La couche de modélisation et de simulation : Cette couche utilise les données collectées pour créer et entretenir le modèle virtuel du jumeau numérique, en simulant le comportement et les interactions du système réel.
- La couche d’analyse et de visualisation : Cette couche permet aux utilisateurs d’analyser les données du jumeau numérique, de visualiser les résultats des simulations et d’interagir avec le modèle virtuel de manière significative.
Comment le jumeau numérique est-il utilisé dans la fabrication ?
Dans le domaine de la fabrication, un jumeau numérique sert de réplique virtuelle d’une chaîne de production, d’une machine ou d’un produit. Cet outil innovant simule des situations réelles dans un environnement virtuel en intégrant des données provenant de capteurs, d’enregistrements de performances historiques, ainsi que d’autres sources pertinentes. Les fabricants utilisent les jumeaux numériques pour suivre les systèmes en temps réel, anticiper les performances futures, et détecter les problèmes à un stade précoce. Cette stratégie de maintenance proactive contribue à augmenter la longévité des équipements et à réduire les temps d’arrêt.
Les jumeaux numériques sont également essentiels pour l’optimisation des processus industriels. Les entreprises peuvent évaluer les conséquences des modifications apportées à l’agencement, au matériel ou à l’équipement sans interférer avec les opérations en cours, en modélisant divers scénarios de production. Cette capacité permet non seulement de réduire les dépenses et d’accroître l’efficacité, mais aussi de favoriser la création de nouveaux produits. Les essais virtuels et l’affinement de la conception permettent aux ingénieurs de réduire considérablement le nombre de prototypes réels, accélérant ainsi la mise sur le marché.
6 façons dont les jumeaux numériques révolutionnent l’industrie manufacturière en 2024
Les jumeaux numériques deviennent de plus en plus précieux pour les fabricants, car ils transforment et améliorent fondamentalement l’industrie de plusieurs façons. Ils favorisent l’efficacité et l’innovation, rationalisent les processus, réduisent les coûts et assurent la durabilité. Voici six façons dont l’industrie peut tirer profit des jumeaux numériques :
- Maintenance prédictive : Les jumeaux numériques permettent aux fabricants de prévoir avec précision l’usure des machines et des équipements, leur permettant ainsi de planifier la maintenance uniquement en cas d’absolue nécessité. La maintenance prédictive permet d’économiser considérablement d’argent et d’améliorer l’efficacité de la production en minimisant les temps d’arrêt imprévus, en optimisant les performances des machines, et en prolongeant la durée de vie des actifs. Outre les jumeaux numériques, l’IA joue également un rôle essentiel dans la maintenance prédictive.
- Contrôle en temps réel : En créant des répliques virtuelles des équipements et des processus de fabrication, les jumeaux numériques permettent un suivi et un contrôle en temps réel. Les fabricants sont en mesure de garantir des performances optimales et de réduire les déchets en identifiant rapidement les anomalies, en évaluant les effets des changements et en apportant les modifications nécessaires.
- Amélioration de la conception et du développement des produits : Avant la fabrication de prototypes physiques, les jumeaux numériques permettent de tester et d’analyser minutieusement les nouveaux concepts dans un environnement virtuel, révolutionnant ainsi le processus de création de produits. Cela facilite la recherche de solutions de conception plus complexes et durables, tout en accélérant le processus d’innovation et en réduisant les dépenses de développement.
- Optimisation de la chaîne d’approvisionnement : Cette année, les jumeaux numériques s’étendent au-delà de l’atelier de production à l’ensemble de la chaîne d’approvisionnement, offrant une vision globale des réseaux de fournisseurs, des niveaux de stocks, et de la logistique. Grâce à cette connaissance approfondie, les producteurs peuvent mieux prévoir les interruptions, optimiser les processus, et réagir rapidement aux demandes du marché, ce qui accroît la résilience et l’efficacité de la chaîne d’approvisionnement.
- Durabilité et respect de l’environnement : Les jumeaux numériques contribuent à promouvoir des méthodes de fabrication plus respectueuses de l’environnement en permettant un contrôle plus précis des procédures de production et de l’utilisation des ressources. Les jumeaux numériques favorisent la réduction des déchets, le respect de la législation environnementale, l’identification des possibilités d’économies d’énergie, et aident l’industrie à passer à des pratiques de production plus respectueuses de l’environnement et socialement responsables grâce à l’optimisation et aux gains d’efficacité.
- Personnalisation et adaptation : Les jumeaux numériques aident les fabricants à modifier rapidement les méthodes de fabrication et les configurations pour répondre aux exigences uniques des clients sans sacrifier l’efficacité ou le coût. Cela permet de personnaliser les produits en masse, aidant ainsi les fabricants à satisfaire les besoins des clients en soutenant la tendance à la personnalisation des produits et en leur procurant un avantage concurrentiel.
Comment intégrer les jumeaux numériques dans l’industrie manufacturière
La première chose à considérer est l’objectif du jumeau numérique. Avant de mettre en œuvre cette technologie, il est essentiel de définir l’objectif pour lequel vous souhaitez l’intégrer dans vos activités quotidiennes. Il peut s’agir, par exemple, d’améliorer la conception des installations ou des produits, d’optimiser l’efficacité opérationnelle ou simplement de réduire les temps d’arrêt. Vous devrez ensuite sélectionner la technologie et les outils appropriés, en installant des capteurs, des dispositifs IoT et des étiquettes RFIDsur les actifs physiques pour permettre une surveillance continue, tout en adoptant des plateformes cloud pour le stockage des données.
L’étape suivante consiste à choisir un logiciel pour concevoir la version numérique du bien physique. De nombreux modèles de logiciels de CAO (conception assistée par ordinateur), tels que ceux proposés par Autodesk et Siemens, aident à concevoir et à construire des jumeaux numériques, aboutissant à une représentation numérique complète capable de simuler les conditions et les comportements du monde réel. Les jumeaux numériques peuvent être utilisés pour simuler divers scénarios, analyser les performances des actifs physiques et prédire les résultats futurs. Ces informations peuvent ensuite être utilisées pour améliorer l’efficacité opérationnelle et contribuer à réduire les coûts, sans avoir à effectuer d’essais sur des produits ou des machines physiques.
Conclusion
L’introduction et l’application des jumeaux numériques dans la fabrication représentent un changement de paradigme dans la façon dont le secteur gère l’innovation, la maintenance et la production. Les jumeaux numériques, un élément clé de l’industrie 4.0, se sont révélés être plus qu’un simple développement technologique ; ils représentent plutôt un changement fondamental vers un écosystème de production plus robuste, plus durable et plus efficace. Leur capacité à offrir une maintenance prédictive, une surveillance en temps réel et une modélisation approfondie a considérablement réduit les coûts et les temps d’arrêt tout en améliorant l’efficacité opérationnelle et sans interrompre le fonctionnement quotidien. Les jumeaux numériques ont également stimulé l’innovation dans la personnalisation et la conception des produits, permettant aux producteurs de s’adapter précisément et rapidement aux besoins en constante évolution du marché.
