Les jumeaux numériques – des répliques virtuelles d'objets physiques – peuvent identifier des moyens d'améliorer le fonctionnement d'un processus d'usine ou quand il est temps de réparer une machine avant qu'elle ne tombe en panne. Avec la baisse des coûts, les utilisations des jumeaux numériques se développent.
Le savon ne sera plus jamais le même. Avec un projet pilote en 2019 dans une usine au Brésil, la société multinationale de produits CPG Unilever a commencé sa transition vers le jumelage numérique de sa production dans le but de connecter 300 usines dans le monde qui fabriquent du savon et d'autres produits de consommation de base. Et il est facile de comprendre pourquoi. La mise en œuvre d'une réplique numérique des opérations dans cette usine au Brésil pour surveiller les performances et tester les améliorations des processus a augmenté la productivité tout en utilisant moins d'énergie, permettant à l'entreprise d'économiser 2,8 millions de dollars, a déclaré la société au Wall Street Journal. Unilever est vraiment en train de nettoyer.
D'autres entreprises utilisent également des jumeaux numériques pour des objectifs similaires. Le fabricant de pneus Bridgestone développe un pneu commercial intelligent qui utilisera un jumeau numérique pour prédire la longévité des pneus et le besoin de remplacement.
Les jumeaux numériques sont une représentation virtuelle d'un objet physique. Cela peut être n'importe quoi – aussi complexe qu'une voiture ou une ligne de production, ou aussi simple qu'un meuble. Le jumeau numérique émule toutes les parties de l'objet (ou ensemble d'objets connectés) pour créer un proxy virtuel. Le jumeau numérique d'une voiture modéliserait sa forme, ses pneus, ses sièges, son moteur, sa transmission, tout. Les entreprises utilisent un jumeau numérique pour concevoir un modèle 3D de l'original, permettant aux équipes d'analyser les performances de l'objet dans différentes conditions. Déployés avec succès, les jumeaux numériques peuvent économiser de l'argent, améliorer la conception des produits et augmenter l'efficacité et la productivité. l'extraction de pétrole et de gaz, l'aérospatiale et l'automobile – ont été des leaders dans l'adoption du jumeau numérique. Mais cela a changé ces dernières années, car les composants qui rendent les jumeaux numériques possibles et utiles sont désormais beaucoup moins chers, plus faciles à utiliser et plus faciles d'accès.
À long terme, les jumeaux numériques formeront leurs propres réseaux, qui les experts appellent un « fil numérique ». Si un jumeau numérique nous permet de créer une représentation numérique d'un équipement ou d'une installation, alors un fil numérique est le flux d'informations continu et connecté fourni par un actif intelligent tout au long de son cycle de vie, de la conception à la mise hors service.
Numérique. les jumeaux sont une représentation virtuelle d'un objet physique. Cela peut être n'importe quoi – aussi complexe qu'une voiture, ou aussi simple qu'un meuble.
Mis en œuvre efficacement, les jumeaux numériques peuvent servir de catalyseurs stratégiques. Ils peuvent fournir une visibilité sur les processus d'une organisation et les moyens de les améliorer et, à son tour, renforcer les relations avec les clients. Les jumeaux numériques fournissent un bac à sable où les innovations peuvent être testées et affinées avant d'être lancées dans le monde réel. Ils offrent aux entreprises un moyen économique et rapide de concevoir des produits et des actifs plus intelligents tout en capturant plus d'informations à leur sujet. De même, ils permettent aux entreprises de fabriquer des produits meilleurs, plus rapides et plus sûrs et de générer de nouvelles opportunités de revenus. Il s'agit notamment d'offres de services qui créent des modèles commerciaux en tant que service, qui suppriment le fardeau des dépenses en capital importantes et de la maintenance à vie du client et le maintiennent en contact avec le fournisseur de services.
La création d'un jumeau numérique : capteurs d'accès, collecter des données
Les jumeaux numériques ne doivent pas être confondus avec un modèle ou une simulation numérique, qui a la partie numérique mais pas l'objet physique existant. Le jumeau numérique reflète son double physique dans tous les sens, y compris lorsque l'objet physique change au fil du temps. Pour ce faire, il utilise un flux de données constant, ininterrompu et aussi proche que possible du temps réel, de sorte que l'objet numérique change au fil du temps, parallèlement à l'objet physique.
Les buveurs de bière artisanale obtiennent un avant-goût de l'intelligence de l'Industrie 4.0 avec les jumeaux numériques production, moins de déchets et une meilleure maintenance prédictive.
Pour créer un jumeau numérique, vous devez enregistrer les informations de base sur l'objet et capturer ses performances et son utilisation. Les capteurs font cela, qu'il s'agisse d'une machine dans une usine ou d'un pneu sur la route. Le développement de l'Industrial Internet of Things (IIoT) a poussé les jumeaux numériques encore plus loin, car les machines et les composants compatibles IIoT collectent et alimentent les données, en temps réel, ce qui signifie qu'ils déclarent essentiellement eux-mêmes leurs propres conditions. .
Pour créer un jumeau numérique, vous devez enregistrer les informations de base sur l'objet et capturer ses performances et son utilisation.
Comme le coût et la complexité des jumeaux numériques ont diminué, leur adoption s'est étendue au-delà de la fabrication pour de nombreux types d'entreprises. « Le coût des capteurs continue de baisser, la quantité de données collectées augmente de façon exponentielle et le stockage est abordable dans divers services cloud. Les entreprises manufacturières peuvent exploiter des opportunités croissantes pour obtenir des informations. L'intérêt est d'extraire toutes ces données de l'usine et de les analyser pour aider à comprendre non seulement ce qui se passe aujourd'hui, mais aussi prévoir ce que les opérateurs d'usine peuvent faire à l'avenir pour améliorer la productivité et la qualité », explique CV Ramachandran, transformation numérique et opérations. expert en amélioration chez PA Consulting.
Ouvrir les portes à des améliorations opérationnelles
Le programme Digital Twinune collaboration entre six universités néerlandaises, un consortium industriel et le gouvernement néerlandais visent à trouver des moyens d'utiliser les jumeaux numériques pour répondre aux plus grands défis des entreprises.
Bayu Jayawardhana, chef de projet et professeur à l'Université de Groningue, déclare que l'objectif principal du programme est de un jumeau numérique à utiliser comme outil d'aide à la décision, non seulement sur une machine mais aussi au niveau opérationnel. Par exemple, la maintenance des actifs est coûteuse en raison de la main-d'œuvre et des temps d'arrêt ; la maintenance prédictiveavec des données fournies par un jumeau numérique, est plus efficace. « Pour ce faire, vous devez disposer de quelque chose qui vous permette de prédire le comportement de vos actifs à l'avenir », dit-il.
L'un des partenaires industriels du programme néerlandais est Tata Steel. L'entreprise a inventé un nouveau procédé de fabrication d'acier à fer chaud qu'elle appelle HIsarnaqui promet de réduire les émissions de carbone et la consommation d'énergie. Mais pour le préparer à la commercialisation, ils devaient rendre le processus plus fiable. Parce que le processus nécessite une technologie très complexe, il y avait des interruptions régulières lorsque le réacteur prototype fonctionnait. Les experts créent maintenant un jumeau numérique pour simuler le processus, en utilisant des données et des modèles pour déterminer où se trouvent les points faibles et comment les résoudre – une tâche qui serait incroyablement coûteuse et longue à effectuer en utilisant l'usine physique réelle.[19659022] Les jumeaux numériques permettent de nouveaux modèles commerciaux, par exemple lorsqu'un fabricant d'équipement propose un crédit-bail sur un composant compatible numérique.
Une autre entreprise avec laquelle le programme travaille est Philips. L'entreprise, qui fabrique des rasoirs électriques depuis des décennies, souhaitait améliorer le délai de mise sur le marché et le processus de conception en utilisant les données d'une gamme de rasoirs intelligents que les utilisateurs peuvent personnaliser en fonction de la sensibilité de leur peau. Les capteurs intégrés aux rasoirs collectent des informations sur leur utilisation, et ces informations sont transmises à un jumeau numérique pour conseiller le consommateur sur un rasoir spécifique.
Les jumeaux numériques permettent également de nouveaux modèles commerciaux. Par exemple, un fabricant d'équipement peut offrir un bail sur un composant activé numériquement. Grâce à un tel modèle de « produit en tant que service », les clients en retirent les avantages, car la dépense financière initiale est beaucoup plus faible et les temps d'arrêt sont beaucoup moins élevés. Bien que vous ne sachiez pas ce qui se passe à l'intérieur d'une machine ou d'un composant jusqu'à ce qu'il se brise ou cesse de fonctionner correctement, un jumeau numérique utilisant l'IIoT signifie un entretien et une attention plus rapides avant que quelque chose de mauvais ne se produise, grâce à l'analyse prédictive. L'allemand Kaeser Kompressoren est une entreprise qui le propose déjà. Grâce à un jumeau numérique, son produit en tant que service « smart air » utilise des analyses prédictives pour évaluer la santé de fonctionnement et effectuer la maintenance avant qu'il n'y ait un problème.
![Homme portant des lunettes de sécurité utilisant un appareil à écran tactile transparent[19659026]Jumeaux numériques pour les ouvriers d'usine</h2>
<p>Les jumeaux numériques peuvent même être utilisés pour les humains. En effet, à l'Ingram School of Engineering de l'État du Texas, Jesus Jimenez dirige des recherches sur les travailleurs du jumelage numérique dans une usine.</p>
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La capture de données biométriques avec des capteurs peut aider à assurer la sécurité et la santé des individus et de la société. professeur de génie industriel, est d'examiner non seulement la productivité, mais aussi la recherche et l'ergonomie, par exemple, d'un opérateur de machine ou d'un conducteur de chariot élévateur. Ils utilisent des capteurs et des systèmes de capture de mouvement avec des caméras qui capturent la façon dont un sujet d'étude se déplace tout en effectuant différents types d'actions couramment rencontrées dans la fabrication, comme soulever et atteindre. Les données sur la physiologie de l'opérateur – fréquence cardiaque, calories brûlées, fréquence respiratoire – sont collectées et intégrées au jumeau pour aider à prédire des choses comme la fatigue.
"Vous pouvez voir non seulement comment mieux former vos opérateurs, vous pouvez également examinez les éléments qui fournissent des informations sur le moment où l'humain sera prêt pour une transition vers un autre emploi ou un autre horaire », explique Jimenez.
L'équipe de Jimenez étend ses recherches pour inclure les fonctions cognitives afin de mieux comprendre comment les humains dans ces contextes prennent des décisions et des erreurs, prenant également en compte le déclin cognitif. Ici aussi, des capteurs fournissent les données des jumeaux numériques des travailleurs. « Il existe de nombreuses opportunités, comme la création d'outils de formation pour l'opérateur », déclare Jimenez. « Nous pourrions faire quelque chose comme capturer les opérateurs hautement qualifiés et enregistrer une copie de cette personne. » Ainsi, lorsque quelqu'un prend sa retraite, par exemple, toutes ces années de connaissances et d'expérience ne sont pas perdues. Leurs actions passées et leurs approches réussies pour résoudre les problèmes pourraient être transmises à d'autres employés. étage, les experts signalent d'autres possibilités pour les jumeaux numériques :
- Logistique : Les chaînes d'approvisionnement numériques ont le potentiel de créer un commerce mondial plus efficace, résilient et durable. En jumelant les produits en transit et le transit lui-même, une visibilité en temps réel sur l'endroit où se trouve une expédition permettrait une meilleure prise de décision si, par exemple, un énorme navire se retrouvait coincé sur la rive du canal de Suez. (Bien sûr que cela n'arriverait jamais.)
Un jumeau numérique pourrait identifier et résoudre de nombreux scénarios de simulation pour permettre une meilleure prise de décision pour des chaînes d'approvisionnement très complexes. Cette vision de créer des jumeaux numériques des chaînes d'approvisionnement a un obstacle majeur à surmonter : le partage de l'intelligence. Les entreprises gardent souvent leurs données à portée de main, ce qui nuit à l'efficacité. « La meilleure solution que nous ayons trouvée consiste à simuler très bien la chaîne d'approvisionnement au niveau de l'entrepôt, puis, en fonction de notre proximité avec notre fournisseur, nous pouvons les intégrer à un jumeau numérique », explique Ramachandran de PA Consulting.[19659036]Durabilité : L'utilisation de jumeaux numériques pour améliorer les scores de l'indice de durabilité est également sur le radar de nombreuses entreprises, selon Ramachandran. Dans cette application, les jumeaux numériques fonctionnent en suggérant la méthode ou le chemin le plus respectueux de l'environnement, comme la manière dont un produit est expédié ou les matières premières utilisées dans la production. et l'apprentissage automatique, peuvent accélérer la découverte et les tests de médicaments en les modélisant d'abord avant de passer aux essais cliniques.
Charles Cooneyprofesseur émérite de génie chimique au MIT, pense que les jumeaux numériques seront un outil très puissant pour améliorer la qualité et abaisser les coûts impliqués dans le développement de produits biothérapeutiques en accélérant les approbations réglementaires. Cooney affirme que ces produits de thérapie médicamenteuse sont le segment de l'industrie pharmaceutique qui connaît la croissance la plus rapide, car le produit présente un degré élevé de spécificité pour traiter sa maladie cible. les attributs de qualité amélioreront l'évaluation de l'innocuité et de l'efficacité et accéléreront le processus d'approbation, explique-t-il. « Vous pouvez commencer à voir comment la technologie vous aide à améliorer le processus pour le patient. Et en fin de compte, la chose la plus importante que nous ayons à faire est d'assurer la sécurité et l'efficacité de l'expérience du patient », explique Cooney.
Ces exemples illustrent que les chercheurs explorent toujours les possibilités futures des jumeaux numériques. Ramachandran note que les possibilités dans un cas comme l'exemple de la chaîne d'approvisionnement dépendent de la collecte de suffisamment de données – et des bonnes données, y compris auprès de tiers et de partenaires commerciaux – pour soutenir la prise de décision stratégique. Cela demandera du travail.
En attendant, comme un bon savonnage de l'atelier à la fin d'une autre journée productive, les jumeaux numériques sont prêts à fournir une vue claire des processus d'un fabricant et à découvrir de meilleures façons de faire des affaires.[19659042]Tom Kurtz
est Global Solution Lead, Intelligent Asset Management, chez SAP.
Richard Howells
est vice-président et évangéliste pour la chaîne d'approvisionnement et l'industrie 4.0 chez SAP.
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