Comment Naval Group accélère la conception des navires avec le jumeau numérique

En exploitant le jumeau numérique, Naval Group peut examiner un grand nombre d’hypothèses lors de la phase de conception de ses navires et sélectionner les meilleures solutions plus rapidement.

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Comment Naval Group accélère la conception des navires avec le jumeau numérique
Le premier sous-marin nucléaire d’attaque du programme Barracuda a été conçu en partie à l’aide d’un jumeau numérique. Cela a permis de réduire le temps des essais sur banc.

Le Suffren doit effectuer ses premiers essais en mer cette année. Il inaugure la série des nouveaux sous-marins nucléaires d’attaque (SNA) du programme Barracuda de la Marine française. L’un des atouts qui en fait un redoutable prédateur des mers : sa chaufferie nucléaire qui lui garantit une permanence et une discrétion sous les eaux inégalées par rapport à la génération de sous-marins précédente. Cet ensemble a été validé à partir d’un jumeau numérique développé par les équipes de Naval Group et de TechnicAtome, son partenaire.

"Nous avons développé le jumeau numérique de toute la chaîne fonctionnelle de propulsion du navire en modélisant l’ensemble de ses constituants. Ces modèles ont pu être regroupés pour fonctionner simultanément de façon à simuler globalement le fonctionnement de la chaîne propulsive du Barracuda", se félicite Yves Dubreuil-Chambardel, le responsable de la coordination des programmes de R & D liés à la transformation numérique et superviseur du programme Twin Ship pour Naval Group. Pour le fournisseur de la Marine nationale, ce développement majeur confirme le potentiel de ce nouvel outil de simulation, qui a permis d’accélérer considérablement l’étape de la conception.

Durée des essais sur banc divisée par 6

"Le jumeau numérique permet d’optimiser des choix de conception, de passer en revue un grand nombre d’hypothèses d’architecture. Ce qui serait très difficile de faire à la main si on n’avait pas cet outil qui prédit les performances associées à chaque configuration testée." La durée des essais sur banc a ainsi été réduite de dix-huit à trois mois.

Avec un tel gain, Naval Group va-t-il développer le jumeau numérique d’un navire dans son ensemble ? "Ce n’est pas impossible techniquement, mais simuler le fonctionnement global d’un navire représenterait un coût qui pourrait être élevé. Notre démarche se veut plutôt pragmatique. Nous nous fixons des objectifs partiels, à court terme, et qui ont chacun leur intérêt, avec un retour sur investissement à la clé", explique le responsable du programme Twin Ship. Autrement dit, en matière de conception, l’industriel va se concentrer d’abord sur les équipements les plus critiques. La bibliothèque de modèles de simulation élémentaires s’enrichira au fil du temps, jusqu’à éventuellement, dans un futur lointain, compléter le "puzzle" numérique.

Développer de nouveaux services

En attendant, Naval Group a d’autres débouchés pour le jumeau numérique : développer de nouveaux services au profit de ses clients, les marines. Le Graal, c’est la maintenance prédictive, qui doit permettre de prévenir l’équipage du dysfonctionnement à venir d’un appareil. Le jumeau numérique s’impose comme un outil plus adapté que l’approche big data, qui connaît des limites dans le domaine de la construction navale. Les navires sont en effet produits en trop petites séries pour bénéficier de jeux de données significatifs et ils sont limités en termes de puissance informatique embarquée.

Le jumeau numérique permet de s’affranchir de cette double contrainte. "On compare en temps réel les paramètres issus de l’équipement et les paramètres prédits par son jumeau numérique. En cas de divergence, c’est que l’équipement est en train de dysfonctionner", explique Yves Dubreuil-Chambardel. Naval Group teste ses premiers services de maintenance prédictive sur des équipements à bord des frégates de nouvelle génération du porte-avions Charles-de-Gaulle. Un système d’alerte avertit l’équipage en cas de dégradation des performances de certains équipements, susceptible d’aboutir à une panne.

Une synchronisation des données très rigoureuse

La maîtrise de cet outil reste des plus exigeantes. Malgré une vingtaine d’années d’expérience des outils numériques (maquette numérique 3D, CAO 3D, simulateur d’entraînement des équipages, réalité virtuelle…), Naval Group avance progressivement. "Nous distinguons la maquette numérique 3D, représentation géométrique du navire et de ses constituants, du jumeau numérique, qui est une représentation du fonctionnement du navire et de ses équipements. Les deux sont complémentaires", insiste l’expert.

Le jumeau numérique demande également une grande discipline. Les codes de calculs doivent être chaînés correctement afin de limiter la propagation des incertitudes. La synchronisation des données doit être réalisée très rigoureusement. D’autant plus qu’un navire pourra avoir plusieurs jumeaux numériques, l’un embarqué sur le navire directement exploité par l’équipage, l’autre hébergé dans un datacenter pour concevoir ou faire évoluer les équipements. Ces différentes instanciations doivent être mises à jour à travers une gestion des configurations pour qu’à tout moment ces jumeaux numériques représentent au mieux le navire tel qu’il est.

Dans le futur, un jumeau numérique temps réel embarqué

Mais l’exigence la plus forte porte sur le temps réel. Dans le futur, les équipages envisagent d’exploiter le jumeau numérique en situation d’engagement militaire, comme une attaque par une torpille. Des outils d’aide à la décision feront appel au jumeau numérique du navire pour savoir quelle est la meilleure décision à prendre. "Cela nécessitera d’obtenir des réponses dans des délais très courts. Il faut un très gros travail d’optimisation des codes de simulation pour qu’ils puissent tourner et en temps réel sur une informatique embarquée", souligne l’industriel.

Ce nouvel outil de simulation concerne également les relations avec les partenaires industriels et commerciaux. Naval Group attend désormais de ses fournisseurs le jumeau numérique des équipements livrés. Avec ses clients, il engage des discussions serrées pour savoir qui sera est le propriétaire des données générées. Le jumeau numérique ne fait que démarrer.

Hassan Meddah

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