Source : Manuel Fischer B.Sc., Prof, Markus C. Krack | Haute école spécialisée du Nord-Ouest de la Suisse, membre du groupe de travail "Jumeau numérique" d'Industrie 2025.
Industrie 2025, l'initiative nationale pour la promotion de la numérisation sur la place industrielle suisse, gère un groupe de travail sur le "jumeau numérique". Celui-ci propose aux entreprises de production des ateliers au cours desquels la mise en œuvre d'un cas d'application avec un jumeau numérique est examinée. L'objectif du groupe de travail est d'élaborer des concepts et des cas d'utilisation porteurs d'avenir qui montrent comment la mise en réseau horizontale et verticale peut être réalisée avec succès.
Qu'est-ce qu'un jumeau numérique ?
Un jumeau numérique (en anglais "digital twin"), est une représentation numérique ou virtuelle d'installations, de processus, de produits ou de services de notre monde physique et utilise des données réelles. L'objet physique et la représentation virtuelle sont interconnectés et synchronisés et peuvent s'influencer mutuellement en temps réel.
Qu'est-ce qui n'est pas un jumeau numérique ?
Souvent, les "mock-ups" numériques sont appelés à tort des jumeaux numériques. Cependant, une maquette numérique n'est qu'une méthode assistée par ordinateur qui reproduit un modèle numérique du produit ou de l'objet réel et simule certaines caractéristiques. Le critère de couplage de l'objet réel et de l'objet numérique n'est cependant pas donné ; il représente un critère obligatoire pour le jumeau numérique.
Qualifier un modèle CAO 3D de jumeau numérique n'est pas correct.
Il est également téméraire de prétendre que le jumeau numérique est depuis longtemps à la pointe de la technologie et qu'il est déjà utilisé dans la plupart des entreprises.
Types de jumeaux numériques
Actuellement, on distingue trois types de jumeaux numériques (plus un supérieur) :
- Jumeau numérique dans le développement (jumeau de produit)
- Jumeau numérique dans la production (jumeau de production)
- Jumeau numérique dans la prestation de services (jumeau de service).
Au-dessus des trois types de jumeaux se trouve le :
- Jumeau numérique sur plusieurs phases
Histoire du jumeau numérique
Le concept de jumeau numérique a été mentionné pour la première fois en 2010 dans une feuille de route technologique de la NASA. Il remonte au programme Apollo, dans le cadre duquel au moins deux véhicules spatiaux identiques ont été construits afin de pouvoir refléter les conditions du véhicule spatial pendant la mission.
Structure d'un jumeau numérique
Traditionnellement, le jumeau numérique est décrit en trois dimensions. Il a été présenté pour la première fois par Grieves dans le cadre d'un cours sur la gestion du cycle de vie des produits. Le jumeau numérique tridimensionnel se compose de l'objet physique (physical entity), de sa représentation virtuelle (physical space) et du lien entre les deux au moyen de données et d'informations.
Avec le jumeau à cinq dimensions, le modèle classique du jumeau tridimensionnel de Grieves a été étendu aux dimensions des données et des services. Selon une publication de Tao, un jumeau numérique se compose donc de :
- Objet physique (EP)
- Espace virtuel (VE)
- Espace de service et de calcul (Ss)
- Espace de données du jumeau numérique (DD)
- Connexion ou communication (CN)
Structure formalisée d'un jumeau numérique
Le jumeau numérique se compose de quatre unités. Dans la première unité "Data Collection and Device Control", les données sont collectées et préparées. Les objets physiques sont également couplés et synchronisés avec le jumeau via cette unité. Dans la "Core Entity", les différents processus de traitement des données (simulation) sont mis à disposition. La "User Entity" représente le lien avec d'autres systèmes et d'autres jumeaux. La quatrième entité, appelée "Cross-System Entity", régule de manière simplifiée le trafic de données entre les entités.
Avantages et opportunités lors de l'utilisation
Les jumeaux numériques peuvent être utiles à toutes les étapes du cycle de vie d'un produit. L'utilité générale du jumeau numérique réside dans la mise à disposition de décisions ou de bases de décision en temps réel.
L'utilité d'un jumeau numérique est donc très large. Il permet par exemple :
- Dans le développement, de vérifier les interactions entre les logiciels et les constructions.
- D'améliorer la planification et la gestion des commandes dans la production et de réduire ainsi les temps de passage.
- d'optimiser les flux de matériaux et la gestion des stocks.
- Stabiliser les processus (qualité constante ou meilleure).
- de garantir l'entretien préventif (predictive maintenance) et d'éviter les dommages sur les machines et les installations.
Cette liste n'est pas exhaustive, car l'utilité et les domaines d'application du jumeau numérique sont très variés.
Atelier "Industrie 2025" sur le jumeau numérique pour les entreprises de production
Situation initiale:
Une entreprise identifie un cas d'application de l'industrie 4.0 avec un jumeau numérique dans le processus de production et/ou dans les installations ; elle n'est toutefois pas sûre des coûts et de la mise en œuvre.
Définition de la tâche:
En collaboration avec les experts d'Industrie 2025, l'entreprise évalue le cas d'application en ce qui concerne les solutions technologiques possibles et vérifie l'adéquation avec l'orientation stratégique de l'entreprise ainsi que les avantages prévisibles.
Feuille de route pour la mise en œuvre:
a) Identification des ressources et des compétences nécessaires,
b) Définition d'un horizon temporel réaliste et
c) Recommandations pour la stratégie de mise en œuvre.
Objectif:
L'entreprise obtient une première assurance que le cas d'application individuel est réalisable avec un jumeau numérique dans le processus de production et apprend quelles étapes initiales sont nécessaires pour une mise en œuvre ciblée.
