Les jumeaux numériques représentent une technologie transformatrice qui révolutionne la gestion de la maintenance dans le cadre de l’industrie 4.0. En exploitant des données en temps réel et diverses autres sources, un jumeau numérique constitue une réplique virtuelle d’un actif physique, d’un processus ou d’un système, couvrant l’intégralité de son cycle de vie. Cette approche permet un apprentissage continu, un raisonnement approfondi et un recalibrage dynamique, améliorant ainsi la prise de décision. Bien que ce concept repose sur des principes d’ingénierie des systèmes, il a bénéficié de l’avancement rapide de l’analyse des big data, de l’intelligence artificielle (IA) et de l’Internet des objets (IoT).
Qu’est-ce qu’un jumeau numérique ?
Les jumeaux numériques intègrent des données historiques, des algorithmes d’apprentissage automatique, des simulations et des informations en temps réel provenant de capteurs installés sur des actifs physiques pour créer un modèle entièrement numérique. En surveillant les performances des actifs, en prévoyant les problèmes et en optimisant les stratégies de maintenance, cette technologie permet de stimuler la productivité, de réduire les coûts et d’améliorer la fiabilité opérationnelle globale. Découvrez ci-dessous les éléments clés qui composent un jumeau numérique :
- Actif physique : La machine ou le système réel qui est représenté numériquement.
- Collecte de données : Les dispositifs et capteurs IoT recueillent des informations sur l’environnement et le fonctionnement de l’actif.
- Modèle numérique : Représentation virtuelle de l’objet, créée à l’aide de simulations, de données et d’algorithmes
- Outils d’analyse : Les algorithmes d’apprentissage automatique et d’intelligence artificielle traitent les données pour générer des informations précieuses.
- Visualisation et interaction : Interfaces utilisateur qui permettent aux utilisateurs d’interagir avec le jumeau numérique et de visualiser les prévisions ainsi que les données.
Le rôle des jumeaux numériques dans la maintenance
Alors que les industries cherchent à améliorer leur efficacité et à réduire les coûts opérationnels, la maintenance est devenue un domaine central de l’innovation. Les méthodes de maintenance traditionnelles, telles que la maintenance programmée et réactive, peuvent entraîner des temps d’arrêt imprévus et des dépenses élevées. En revanche, les jumeaux numériques offrent une approche révolutionnaire avec des stratégies de maintenance proactive, conditionnelle et prédictive. Selon un rapport de Markets and Markets, le marché mondial des jumeaux numériques devrait atteindre 110,1 milliards de dollars d’ici 2028, contre 10,1 milliards de dollars en 2023, enregistrant ainsi une croissance impressionnante de 100 milliards de dollars. Cela correspond à un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 61,3 %. Cette expansion rapide témoigne de l’impact significatif des jumeaux numériques sur les pratiques de maintenance industrielle.
Maintenance prédictive
La maintenance prédictive a franchi un nouveau seuil grâce à l’introduction des jumeaux numériques. Ces derniers permettent de prévoir les défaillances des composants en surveillant en permanence leur état à l’aide de données en temps réel. Cette approche permet d’effectuer la maintenance précisément quand elle est nécessaire, réduisant ainsi les coûts et minimisant les temps d’arrêt associés aux interventions réactives (réalisées après une panne) et planifiées (qui peuvent être programmées trop tôt ou trop tard). Par exemple, Siemens utilise des jumeaux numériques dans son usine d’électronique d’Amberg pour simuler et surveiller les lignes de production. Cette technologie contribue à augmenter la productivité, réduire les temps d’arrêt et diminuer les coûts.
Maintenance conditionnelle
Les jumeaux numériques offrent des informations en temps réel sur l’état d’un bien, facilitant ainsi la maintenance conditionnelle. Au lieu de se baser sur des calendriers préétablis, les tâches de maintenance sont déclenchées en fonction de l’état réel de l’actif. Cette approche est particulièrement bénéfique dans des secteurs comme les transports, les machines lourdes ou les soins de santé, où les conditions d’utilisation peuvent varier considérablement. Par exemple, Philips utilise des jumeaux numériques pour surveiller l’état des équipements d’imagerie médicale, tels que les tomodensitomètres et les scanners IRM. En adaptant l’entretien et les réparations aux conditions d’utilisation et à l’état réel des appareils, cette stratégie de maintenance basée sur l’état aide à minimiser les temps d’arrêt et à assurer une disponibilité maximale des équipements médicaux essentiels.
Gestion du cycle de vie des actifs
Pour gérer efficacement l’ensemble du cycle de vie d’un actif — de la conception et la production à l’exploitation et au déclassement — les jumeaux numériques se révèlent indispensables. Lors de la phase de conception, les jumeaux numériques permettent d’optimiser un actif en simulant ses performances dans divers scénarios. En utilisation, ils facilitent le suivi des performances, le diagnostic des problèmes et la planification de la maintenance. À la fin de la durée de vie d’un actif, les jumeaux numériques assistent dans les décisions concernant sa remise en état, sa réutilisation ou son élimination.
Rolls-Royce utilise des jumeaux numériques pour gérer l’ensemble du cycle de vie de ses moteurs à réaction. Grâce à ces modèles numériques, l’entreprise améliore ses procédures de conception, anticipe les performances futures des moteurs et optimise les programmes de maintenance en recueillant et en analysant continuellement les données de performance. Cette approche permet d’allonger la durée de vie des moteurs et d’augmenter leur fiabilité. Découvrez comment Rolls-Royce met en œuvre les jumeaux numériques dans la vidéo ci-dessous :
Formation et simulation
Les jumeaux numériques sont une ressource inestimable pour la formation du personnel de maintenance. En interagissant avec un jumeau numérique, les techniciens peuvent s’exercer à des procédures de maintenance dans un environnement virtuel, apprendre à connaître le comportement de l’actif et simuler diverses situations de défaillance. Cette approche réduit la courbe d’apprentissage, améliore la préparation des équipes de maintenance et permet d’éviter des temps d’arrêt coûteux liés à la formation.
Dans le secteur automobile, des entreprises comme Ford utilisent des jumeaux numériques pour permettre aux spécialistes de se former aux processus de maintenance sans perturber la production réelle. En utilisant des modèles numériques de technologies complexes, telles que les bras robotisés sur les chaînes de fabrication, cette méthode de formation pratique améliore le développement des compétences et assure une exécution correcte des tâches de maintenance.
Une meilleure collaboration
Les jumeaux numériques favorisent la collaboration entre diverses parties prenantes et équipes. En offrant un accès commun au même modèle numérique aux ingénieurs, aux opérateurs et aux équipes de maintenance, ils garantissent que tout le monde travaille avec les données les plus récentes. Cette compréhension partagée facilite la coordination des tâches de maintenance, le dépannage et la mise en œuvre des solutions. Par exemple, dans le secteur du pétrole et du gaz, Shell utilise des jumeaux numériques de ses plateformes offshore pour permettre aux ingénieurs à terre de communiquer en temps réel avec les opérateurs sur site. Cette approche améliore la précision des diagnostics et l’efficacité des opérations de maintenance.
Les données au service de l’amélioration continue
En analysant les données collectées par les jumeaux numériques, les organisations peuvent mieux comprendre le fonctionnement des actifs dans diverses conditions et identifier des opportunités d’amélioration. Ces informations permettent d’optimiser les performances des actifs, d’affiner les plans de maintenance et de favoriser un développement continu. Par exemple, dans le secteur de la production d’électricité, les jumeaux numériques des turbines collectent des données sur les émissions, les économies de carburant et les performances. L’analyse de ces données contribue à optimiser le fonctionnement des turbines, réduisant ainsi les coûts de maintenance, améliorant l’efficacité et minimisant l’impact environnemental.
Défis et considérations dans l’utilisa
Bien que les jumeaux numériques offrent de nombreux avantages pour la maintenance, plusieurs facteurs doivent être considérés :
- Sécurité des données et confidentialité : La création et la gestion des jumeaux numériques entraînent une collecte massive de données, ce qui soulève des préoccupations concernant la sécurité et la confidentialité. Il est crucial de garantir le respect des lois sur la protection de la vie privée et de sécuriser les données contre les risques en ligne.
- Intégration aux systèmes existants : Intégrer un jumeau numérique dans l’infrastructure et les systèmes en place peut s’avérer complexe et requiert une planification approfondie. Les défis peuvent inclure la présence de systèmes obsolètes, des problèmes de compatibilité et des silos de données. Adopter des formats et des protocoles de données normalisés, ainsi qu’une approche progressive de l’intégration, peut aider à surmonter ces obstacles.
- Une main-d’œuvre qualifiée : La mise en œuvre et la gestion des jumeaux numériques nécessitent une main-d’œuvre expérimentée dans l’analyse des données, l’intelligence artificielle et les technologies IoT. Le succès du déploiement dépend du financement de programmes de formation et de développement visant à perfectionner les compétences des employés actuels et à attirer de nouveaux talents possédant les compétences nécessaires.
- Coûts initiaux : Le déploiement des jumeaux numériques nécessite un investissement initial significatif, englobant les coûts des capteurs, des dispositifs IoT, du stockage des données et des outils d’analyse.
- Qualité et gestion des données : La précision et la fiabilité des jumeaux numériques dépendent directement de la qualité des données collectées. Il est essentiel de veiller à ce que les capteurs et les dispositifs IoT fournissent des données exactes et en temps réel. De plus, pour préserver l’intégrité des jumeaux numériques, il est crucial d’appliquer des techniques efficaces de gestion des données, telles que l’intégration, le nettoyage et le stockage appropriés.
L’avenir des jumeaux numériques dans la maintenance
Intelligence artificielle et apprentissage automatique
L’intégration d’algorithmes d’IA et d’apprentissage automatique avancés avec les jumeaux numériques ouvrira la voie à des capacités de maintenance prédictive et prescriptive plus sophistiquées. Grâce à ces technologies, les prévisions de défaillance seront plus précises et les efforts de maintenance seront optimisés grâce à des recommandations pratiques et basées sur des données.
Edge Computing
Les capacités en temps réel des jumeaux numériques seront renforcées par l’edge computing, qui permet de traiter les données localement à la source plutôt que sur des serveurs cloud centralisés. Cela permettra de prendre des décisions plus rapidement et d’effectuer des opérations de maintenance plus réactives, notamment dans des environnements dispersés ou éloignés.
Connectivité 5G
Le déploiement des réseaux 5G permettra d’assurer la connectivité à haut débit et à faible latence nécessaire pour le transfert de données en temps réel entre les actifs physiques et leurs jumeaux numériques. Cette avancée améliorera l’efficacité des jumeaux numériques dans la surveillance et la maintenance des actifs, notamment dans les secteurs où les déploiements IoT sont particulièrement répandus.
Durabilité
Les jumeaux numériques joueront un rôle clé dans la promotion du développement durable en optimisant l’utilisation des ressources et en réduisant les impacts environnementaux. En permettant une maintenance et une exploitation plus efficaces des actifs, les jumeaux numériques aideront les entreprises à atteindre leurs objectifs de durabilité et à réduire leur empreinte carbone.
Conclusion
Les jumeaux numériques transforment la manière dont les industries abordent la maintenance en offrant une approche proactive et basée sur les données, qui améliore l’efficacité, réduit les coûts et renforce la fiabilité des actifs. Malgré certains obstacles, la technologie des jumeaux numériques devient un élément incontournable des méthodes de maintenance modernes grâce à ses avantages futurs et aux progrès continus qu’elle engendre. À l’avenir, la maintenance sera marquée par une prise de décision améliorée, une collaboration accrue et une quête incessante d’amélioration continue, à mesure que les industries intègrent de plus en plus les jumeaux numériques.
