Définition des jumeaux numériques
Les jumeaux numériques sont des représentations virtuelles en temps réel d'objets, de processus et de systèmes. Alors que les jumeaux numériques peuvent représenter des choses purement numériques, ils servent le plus souvent de pont entre les domaines physique et numérique. Par exemple, un jumeau numérique pourrait fournir une vue numérique des opérations d'une usine, d'un réseau de communication ou du flux de colis à travers un système logistique.
« La mise en œuvre d'un jumeau numérique est un objet logiciel ou un modèle encapsulé qui reflète un objet physique unique, un processus, une organisation, une personne ou une autre abstraction », selon Gartner . « Les données de plusieurs jumeaux numériques peuvent être agrégées pour une vue composite sur un certain nombre d'entités du monde réel, telles qu'une centrale électrique ou une ville, et leurs processus associés. »
Avantages des jumeaux numériques
Ces clones virtuels des opérations physiques peuvent aider les organisations à surveiller les opérations, à effectuer une maintenance prédictive et à fournir des informations pour les décisions d'achat d'immobilisations. Ils peuvent également aider les organisations à simuler des scénarios qui seraient trop longs ou coûteux à tester avec des actifs physiques, à créer des plans d'affaires à long terme, à identifier de nouvelles inventions et à améliorer les processus.
Les jumeaux numériques offrent cinq avantages clés[
selon la société d'ingénierie de produits numériques GlobalLogic :
- Évaluation des risques et temps de production accélérés. Les jumeaux numériques peuvent aider les entreprises à tester et valider virtuellement leurs produits avant qu'ils n'existent dans le monde réel. Ils peuvent être utilisés par les ingénieurs pour identifier les défaillances de processus.
- Maintenance prédictive. Les organisations peuvent utiliser des jumeaux numériques pour surveiller de manière proactive les équipements et les systèmes afin de planifier la maintenance avant qu'ils ne tombent en panne, améliorant ainsi l'efficacité de la production.
- Surveillance à distance en temps réel. Les utilisateurs peuvent surveiller et contrôler les systèmes à distance.
- Meilleure collaboration d'équipe. GlobalLogic note que l'automatisation des processus et l'accès 24h/24 et 7j/7 aux informations système permettent aux techniciens de se concentrer davantage sur la collaboration.
- Une meilleure prise de décision financière. En intégrant les données financières, les organisations peuvent utiliser les jumeaux numériques pour prendre des décisions meilleures et plus rapides concernant les ajustements.
La technologie des jumeaux numériques
Les jumeaux numériques se composent de trois éléments principaux, selon l'intégrateur de systèmes, SL Controls :
- Données historiques. Données sur les performances passées des machines, des processus et des systèmes.
- Données en temps réel. Les jumeaux numériques reçoivent des mises à jour continues des capteurs d'équipement et des sorties des plates-formes et des systèmes, comme l'équipement de fabrication, le service client et les achats.
- Données futures. Cela inclut l'apprentissage automatique et les contributions des ingénieurs.
Les différents types de jumeaux numériques utilisés aujourd'hui sont largement différenciés par leur domaine d'application selon IBM :
- Component twins/parts twins. Ce sont l'unité de base des jumeaux numériques. Ici, le jumeau représente les caractéristiques physiques, mécaniques et/ou électriques d'un composant ou d'une pièce.
- Jumeaux d'actifs. Les actifs sont deux ou plusieurs composants travaillant ensemble. Ces jumeaux représentent l'interaction de composants pour créer des données de performances.
- Jumeaux de système ou d'unité. Ces jumeaux reflètent l'interaction des actifs qui forment un système ou une unité.
- Process twins. Ces jumeaux représentent la façon dont les systèmes fonctionnent ensemble. Par exemple, un jumeau de processus peut représenter une installation de production entière.
Jumeaux numériques vs simulations
Les jumeaux numériques peuvent être considérés comme des simulations d'objets et de processus physiques, mais ce qui distingue les jumeaux numériques est le temps réel. mises à jour.
L'intégrateur de systèmes, SL Controls, indique que les simulations permettent aux ingénieurs d'effectuer des tests et d'évaluer un actif physique, mais la simulation est statique. Cela dépend de l'ingénieur pour entrer de nouveaux paramètres. Les jumeaux numériques reçoivent des mises à jour en temps réel de l'actif physique, du processus ou du système, ce qui permet aux ingénieurs d'effectuer des tests, des évaluations et des travaux d'analyse dans des conditions réelles.
Exemples de jumeaux numériques
Les organisations utilisent déjà des jumeaux numériques pour améliorer leurs activités.
Rolls-Royce améliore l'efficacité des moteurs à réaction : La multinationale de l'aérospatiale et de la défense Rolls-Royce a déployé la technologie des jumeaux numériques pour surveiller les moteurs qu'elle produit. L'entreprise peut surveiller le vol de chaque moteur, les conditions dans lesquelles il vole et la façon dont le pilote l'utilise. Rolls-Royce utilise le jumeau numérique pour proposer des plans de service adaptés à des moteurs spécifiques.
Mars optimise sa chaîne d'approvisionnement : L'entreprise de confiserie, de soins pour animaux de compagnie et d'alimentation Mars a créé un jumeau numérique de ses chaîne d'approvisionnement de fabrication pour soutenir ses entreprises. La société utilise la technologie pour améliorer la capacité et les contrôles de processus, notamment en augmentant la disponibilité des machines via une maintenance prédictive et en réduisant les déchets associés aux machines emballant des quantités de produits incohérentes.
TIAA réduit la complexité du service client : Les enseignants Insurance and Annuity Association of America-College Retirement Equities Fund (TIAA) utilise un jumeau numérique pour réduire la complexité de l'intégration de nouveaux clients institutionnels . Le jumeau de TIAA utilise des métadonnées de produit, des flux opérationnels, des interdépendances qui se chevauchent et des règles commerciales pour valider les sélections de plan de service des opérateurs de plan.
Bayer Crop Science remodèle sa stratégie avec des usines virtuelles : Bayer Crop Science a créé des "usines virtuelles". » pour chacun de ses neuf sites de fabrication de semences de maïs en Amérique du Nord. Les usines virtuelles sont des représentations numériques dynamiques des équipements, des caractéristiques de flux de processus et de produits, de la nomenclature et des règles de fonctionnement pour chacun des neuf sites. En plus de fournir une vue en temps réel des opérations, les usines virtuelles permettent à Bayer d'effectuer des analyses de simulation que l'entreprise utilise pour analyser de nouvelles stratégies, prendre des décisions d'achat de capitaux, créer des plans d'affaires à long terme et améliorer les processus.
Logiciel de jumeau numérique
Les plates-formes logicielles de jumeau numérique intègrent les données des capteurs IoT et d'autres données pour surveiller les performances des actifs et exécuter des simulations. Selon le consultant Ian Skerrett, les plates-formes de jumeaux numériques évolutives ont six fonctionnalités clés :
- Gérer le cycle de vie des jumeaux numériques. Skerrett dit que les jumeaux numériques sont les instanciations de « fils numériques » ou de « maîtres numériques », c'est-à-dire les exigences, les pièces et les systèmes de contrôle qui constituent un actif physique. Par exemple, Skerrett dit que le maître numérique d'une éolienne se compose des diagrammes d'ingénierie, de la nomenclature, des versions logicielles et d'autres artefacts utilisés pour créer une éolienne. Une plate-forme de jumeau numérique pour les éoliennes doit tirer parti de ce maître numérique et fournir des outils pour tester, déployer et gérer le jumeau numérique basé sur le maître numérique. Ces outils doivent pouvoir s'adapter à des centaines de maîtres numériques et à des milliers de jumeaux numériques.
- Une seule source de vérité. Les plates-formes doivent pouvoir mettre à jour et fournir l'état exact de chaque jumeau numérique. Par exemple, la maintenance de routine peut amener un actif à avoir une version de pièce ou de micrologiciel différente d'un autre actif. Une plate-forme doit être capable de mettre à jour l'état exact de chaque objet et ressource dès qu'il change.
- Open API. En tant qu'interface et point d'intégration d'une solution IoT industrielle, la plate-forme doit fournir une API ouverte qui permet à tout système d'interagir avec elle.
- Visualisation et analyse. La plate-forme doit permettre à l'organisation de créer des visualisations, des tableaux de bord et des analyses approfondies des données en direct du jumeau numérique. Les données en direct doivent être liées au maître numérique.
- Gestion des événements et des processus. La plate-forme doit permettre aux utilisateurs de créer des événements et des processus métier pouvant être exécutés sur la base des données de la plate-forme.
- Perspective du client et de l'utilisateur. La plateforme doit permettre la collaboration entre les acteurs d'un jumeau numérique. Il doit refléter quelle organisation possède ou exploite chacune d'entre elles et quels utilisateurs sont autorisés à accéder aux données. Certaines des offres les plus populaires incluent :
- aPriori Digital Manufacturing Simulation Software
- Autodesk Digital Twin
- Ayla IoT Platform
- AWS IoT
- Enterprise Process Center (EPC) d'Interfacing Technologies
- Oracle IoT Cloud de surveillance de la production
- Plateforme Predix de GE
- SAP Leonardo Internet of Things
Marché du jumeau numérique
Le marché du jumeau numérique se développe à un rythme rapide. Le cabinet de recherche MarketsandMarkets indique que le marché mondial du jumeau numérique était de 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 la quatrième révolution industrielle (ou « Industrie 4.0 » ).
"Dans l'industrie 4.0, le jumeau numérique est considéré comme intégrant les techniques de fabrication avec une technologie de pointe comme l'IoT qui aide à développer des systèmes de fabrication interconnectés", déclare MarketsandMarkets dans son rapport. « Ainsi, la technologie des jumeaux numériques semble être une solution idéale qui facilite la mise en œuvre des normes de l'industrie 4.0 par les entreprises. »
La société estime que les secteurs verticaux de l'automobile et des transports, de l'énergie et de l'énergie, de l'aérospatiale et de la défense sont les principaux utilisateurs finaux. de la technologie des jumeaux numériques.