JUMEAU NUMÉRIQUE : plus qu’un atout pour l’entreprise, une révolution

Véritable emblème de l’usine 4.0, le jumeau numérique est capable de virtualiser un produit, un équipement, un site industriel, et même un système de production global, pour établir tous les scenarii possibles. De quoi anticiper et optimiser le fonctionnement de n’importe quelle infrastructure, depuis sa conception jusqu’à son démantèlement, en passant par son exploitation, sa maintenance ou ses évolutions.

Le jumeau numérique est partout : On le retrouve désormais dans de multiples champs d’application de l’architecture, ou encore l’urbanisme et jusqu’à l’industrie. Associé notamment avec des nouvelles technologies telles que l’Internet des objets (IoT), l’intelligence artificielle (AI) et la fabrication additive (impression 3D), il est un des facteurs majeurs de la révolution de productivité et de qualité de travail.

Tester à peu de frais et en un temps record

« Le jumeau numérique peut, par exemple, créer virtuellement des centaines d’usines qui n’existent pas pour faire émerger la meilleure configuration d’usine qui va exister. Une fois la modélisation de tous les niveaux de l’usine effectuée, on peut faire varier chaque paramètre pour produire des simulations qui déterminent les formes d’organisation les plus performantes. Elles évitent ainsi aux industriels de coûteuses erreurs, tout en leur permettant d’optimiser, avant implantation puis en temps réel, leurs chaînes de production. Le jumeau numérique présente le gros avantage de ne pas engager de chantiers d’infrastructures, de frais et d’investissements. Il permet de tester, à peu de frais et en un temps record, toutes les solutions d’organisation pour trouver la meilleure » détaillait dans La Tribune du 12 avril dernier, Alain Conrard, CEO de Prodware Group et Président de la Commission Digitale et Innovation du Mouvement des ETI (METI).

Utiles tout le long du cycle de vie d’un produit Pour Laurent Germain, Consultant Avant-Vente IoT & Réalité Augmentée, PTC, « les jumeaux numériques sont utiles tout au long du cycle de vie d’un produit ». Que ce soit au stade de la R&D, où « la modélisation 3D, couplée à des outils de simulation, permet d’obtenir un jumeau numérique virtuel du produit avant même qu’il ne soit fabriqué, ce qui permet de valider au plus tôt les hypothèses de conception et de minimiser les risques liés à la non-qualité ».

Ou encore lors de la phase de fabrication du produit, lorsque « les opérations sont préalablement définies dans des outils de gestion de gammes et peuvent être simulées, optimisées et modifiées en temps réel ». Et jusqu’en bout de chaîne, lors de la maintenance/ Après-vente, une fois le produit livré au client final, « La capture des données d’utilisation, via les capteurs intégrés au produit, permet alors d’obtenir une mine d’informations très utile pour gérer des flottes d’équipements, détecter des dérives de fonctionnement, comprendre les cas d’usages d’un produit, et via une boucle retour, fournir ces informations au R&D afin d’optimiser la conception du produit ou d’appliquer des rétrofit ».

Répondre aux enjeux majeurs des entreprises « Qu’il s’agisse des secteurs aéronautique et spatial, agroalimentaire, automobile, BTP, énergie jusqu’au médical… les jumeaux numériques se développent et répondent aux enjeux majeurs de toute entreprise : Automatisation, convoyage, robotique, simulation d’opérateurs, impact des aléas sur la production, validation d’un capacitaire à travers le dimensionnement d’avant-projet… Le degré de maturité dépend des entreprises et non pas des secteurs qui sont tous voués à intégrer l’industrie 4.0 » renchérit Pierre-Matthieu Barbat, ingénieur d’affaires chez Inoprod. Et de conclure, « les jumeaux numériques présentent aujourd’hui une opportunité inégalable qui s’organise autour de trois enjeux : anticiper une nouvelle organisation industrielle, optimiser les performances d’un système de production existant et enfin piloter les performances d’un outil de production ».

Un marché à croissance rapide

Selon le cabinet d’études MarketsandMarkets, le marché mondial du jumeau numérique représentait 3,1 milliards de dollars en 2020 et devrait atteindre 63,5 milliards de dollars d’ici 2027. Il considère le jumeau numérique comme un élément clé de l’ industrie 4.0, apte à intégrer les techniques de fabrication avec une technologie avancée comme l’IoT qui aide à développer des systèmes de fabrication interconnectés. Le cabinet estime que l’automobile et les transports, l’énergie et l’électricité, ainsi que l’aérospatiale et la défense sont les principaux utilisateurs finaux de la technologie de jumeau numérique. Les mises en œuvre de jumeaux numériques devraient augmenter de 36 % en moyenne au cours des cinq prochaines années.

Les jumeaux par l’exemple

Du démantèlement d’une usine au déploiement d’une plateforme industrielle, les jumeaux numériques s’installent dans le quotidien des industries.
Les opérations de démantèlement d’une usine d’enrichissement de l’uranium présentent un enjeu technique et financier considérable, il est donc nécessaire d’anticiper ces travaux afin de dégager des axes d’optimisation pour assurer la maîtrise des délais, des coûts, des ressources nécessaires, de la sécurité des opérateurs et du site.
La simulation de flux et plus précisément les scénarios analysés sur le modèle numérique développé pour ce projet par Inoprod, spécialiste de l’expertise et de la technologie 4.0, ont permis au client une réduction du délai de démantèlement de 30 % ainsi qu’une réduction importante des investissements OPEX/CAPEX (dépenses d’exploitation et d’investissement). Ces cas d’utilisation témoignent donc de la faisabilité et de la pertinence d’utilisation des modèles numériques en tant que clones virtuels d’opérations physiques. Autre exemple avec le groupe Carlsberg qui déploie les solutions IoT dans 28 de ses brasseries, permettant ainsi de superviser en temps réel l’ensemble des équipements de production et donc d’avoir des jumeaux numériques de ses sites de production. Le déploiement de la plateforme industrielle ThingWorx de PTC a permis de collecter et d’historiser les données des lignes de production au niveau mondial, ce qui a permis de mettre une place une réelle maintenance prédictive, mais aussi, d’analyser, en cas de panne, les causes sources des problèmes.
Pouvoir comparer les jumeaux des différents sites grâce à une vision unifiée, permet d’identifier les meilleures pratiques pour ensuite les globaliser. En plus d’améliorer la productivité de ses usines, Carlsberg réduit ses déchets et limite l’impact carbone dans un mode de production plus durable.