Jumeaux numériques : qu'est-ce que c'est et comment ça marche

Un jumeau numérique est un modèle virtuel d’un objet physique souvent utilisé pour les simulations, les tests et la surveillance de l’objet physique.

Ils facilitent la visualisation de projets complexes, tels que les grosses machines, les moteurs à réaction, les villes intelligentes et les installations utilitaires.

Les jumeaux numériques peuvent également exister pour des objets inexistants – ils sont alors utilisés pour la planification et le développement d’un tel objet.

Cette blog détaille tout ce que vous devez savoir sur les jumeaux numériques et vous permet de voir si cela pourrait profiter à votre prochain Projet.

Caractéristiques des jumeaux numériques

Les technologies de jumeaux numériques se distinguent des autres technologies par un ensemble unique de caractéristiques, notamment :

Modularité: Les technologies de jumeaux numériques appliquent souvent une approche de conception modulaire pour construire une machine unique avec plusieurs composants. Cette approche facilite l'identification des composants spécifiques qui peuvent être échangés, améliorés ou modifiés de certaines manières pour obtenir les résultats souhaités.
Connectivité: Les jumeaux numériques reposent également beaucoup sur la connectivité, ce qui est généralement réalisé par des capteurs connectés via des appareils IoT. Cette connectivité va dans les deux sens pour permettre la communication entre les jumeaux numériques et physiques.
Intelligent et reprogrammable: Les systèmes de jumeaux numériques sont intelligents dans le sens où vous pouvez modifier différents paramètres. Les informations provenant des capteurs IoT, par exemple, peuvent amener le jumeau numérique à ajuster certains paramètres, et également à envoyer ces nouveaux paramètres au jumeau physique pour qu'il s'ajuste.
Homogénéisation: L'homogénéisation fait référence à la rationalisation de toutes les données et entrées de la machine physique dans un format numérique simple qui facilite le partage avec d'autres utilisateurs, systèmes ou membres de l'équipe.
Création de traces numériques: Les jumeaux numériques laissent également des traces qui permettent de revenir facilement à l’état d’une machine, par exemple à un moment antérieur à un dysfonctionnement. Ainsi, il est facile de diagnostiquer les problèmes.

Comment fonctionnent les jumeaux numériques

Le processus de fonctionnalité des jumeaux numériques est relativement simple. Voici le processus de base en 3 étapes.

1. Le jumeau physique

Tout d’abord, il y a l’objet physique ou la machine, qui peut aller d’un moteur à combustion interne V8 à un turboréacteur à double flux, en passant par une chaîne de montage dans une usine ou une chaîne d’approvisionnement entière. Un jumeau physique est équipé de capteurs qui collectent et transmettent toutes formes de données de celui-ci à son jumeau virtuel. Ces données peuvent inclure la température, les rotations par minute, la pression, le niveau sonore, les vibrations, etc.

2. Le jumeau numérique

Dans le monde informatique, un modèle virtuel correspondant du jumeau physique est créé pour une simulation virtuelle. Ce modèle virtuel peut être aussi simple ou complexe que nécessaire. Il pourrait utiliser des représentations graphiques simples ou employer des graphiques plus complexes avec des principes physiques ou techniques qui lui permettent d'imiter son jumeau physique de manière plus authentique.

3. La connexion de données

Le système ne devient complet que lorsque les données en direct des capteurs sont introduites dans le jumeau numérique pour créer une boucle de rétroaction en temps réel, dans laquelle le jumeau physique influence son homologue numérique, et le jumeau numérique, à son tour, peut également surveiller les performances physiques. exécuter des simulations, apporter des modifications au jumeau physique ou être utilisé pour former le personnel au travail.

Les avantages des jumeaux numériques

Les avantages des jumeaux numériques sont nombreux et en voici quelques-uns :

Maintenance prédictive: En surveillant régulièrement les équipements et leurs performances, les jumeaux numériques permettent une maintenance prédictive et peuvent contribuer à éviter des pannes d'équipement coûteuses et des temps d'arrêt imprévus.
Efficacité opérationnelle améliorée : En fournissant des informations permettant d'optimiser les processus et d'allouer les ressources de manière optimale sur la base de données en temps réel, les jumeaux numériques peuvent également conduire à des résultats significatifs. productivité gains.
Sécurité améliorée et gestion des risques : Des scénarios dangereux peuvent être simulés avec un jumeau numérique pour identifier les dangers potentiels et prendre les mesures appropriées.
Innovation et développement de produits : Les jumeaux numériques peuvent contribuer à faciliter l’innovation en fournissant un environnement virtuel permettant de tester et d’affiner les idées avant de s’engager dans la production physique. Cela peut accélérer le processus d’innovation et de développement de produits, contribuant ainsi à accélérer la commercialisation des produits.
Prise de décision améliorée : Les jumeaux numériques fournissent des informations en temps réel, basées sur des données, sur l'état et les performances des systèmes physiques. Ces informations peuvent permettre aux décideurs de faire des choix éclairés, d’optimiser les processus de leur système et de réagir plus facilement aux circonstances imprévues.
Économies de coûts: Les jumeaux numériques peuvent contribuer aux économies de coûts dans une organisation grâce à la maintenance prédictive, à l’optimisation des processus et à une meilleure gestion globale des ressources.

Types de jumeaux numériques

Il existe différents types de jumeaux numériques, en fonction de leur application ou de leur portée. Voici les principaux :

Composants jumeaux: Également appelé jumeau de pièces, il s’agit d’un jumeau numérique qui correspond au plus petit élément d’un système. Un exemple est un seul piston d'un moteur 6 cylindres. Les jumeaux de composants peuvent surveiller des paramètres spécifiques tels que les vibrations et la température.
Produits jumeaux: Un jumeau de produit ou d'actif combine généralement plusieurs jumeaux de composants pour obtenir ce modèle avec une complexité plus élevée. Les jumeaux de produits représentent généralement des produits physiques, tels qu'un moteur, un ventilateur, etc.
Jumeaux de processus: Utilisé pour modéliser et simuler les opérations ou les flux de travail au sein d'un système. Les jumeaux de processus peuvent être appliqués pour optimiser ou surveiller des processus industriels tels que la fabrication et la gestion de la chaîne d'approvisionnement.
Jumeaux système: Combine plusieurs processus ou jumeaux de produits pour créer un système complexe utilisé pour analyser ou simuler les interactions de divers modèles virtuels comme une seule unité.

Applications dans tous les secteurs

Les entreprises appliquent les technologies des jumeaux numériques à diverses industries à travers le monde. Voici quelques-unes de ces applications majeures :

Fabrication: Les jumeaux numériques aident à optimiser le processus de production dans les usines et ainsi à minimiser les temps d’arrêt, à surveiller l’état des équipements et à améliorer l’efficacité opérationnelle globale de l’entreprise.
Aérospatial: Les constructeurs aérospatiaux utilisent des jumeaux numériques pour la conception et les tests de composants d’avions. D'autres l'utilisent pour une surveillance en temps réel, comme le fait Rolls-Royce avec ses moteurs.
Villes intelligentes: Les villes intelligentes utilisent des jumeaux numériques pour optimiser le trafic, surveiller l’énergie, gérer et prendre diverses décisions éclairées qui profiteront aux résidents de la ville.
Énergie et services publics : La technologie des jumeaux numériques aide à gérer les énergies renouvelables, les réseaux électriques et toute combinaison complexe de systèmes énergétiques. Ils peuvent contribuer à l’optimisation de l’allocation des ressources, à la prévision de la demande énergétique, etc.
Construction: Les jumeaux numériques permettent aux architectes et aux ingénieurs de visualiser et de simuler différentes options avant leur lancement. De plus, ils peuvent également surveiller un bâtiment après sa construction.
Gestion de la chaîne logistique: Les chaînes d'approvisionnement complexes peuvent utiliser la technologie des jumeaux numériques pour suivre les marchandises et les matériaux en temps réel, optimiser les itinéraires de transport, identifier les retards potentiels et améliorer l'efficacité globale de la chaîne d'approvisionnement.
Développement de produit Les jumeaux numériques peuvent être utilisés pour tester et affiner virtuellement de nouveaux produits avant de les commercialiser, réduisant ainsi les coûts de développement.

Exemples d'applications

Voici quelques exemples mémorables des différentes manières dont les entreprises utilisent la technologie des jumeaux numériques.

Éoliennes GE : GE utilise des jumeaux numériques d'éoliennes pour la surveillance des performances et la maintenance prédictive.
SpaceX: Un jumeau numérique de sa capsule Dragon permet aux opérateurs de surveiller et d'ajuster les trajectoires, les charges et les systèmes de propulsion pour plus de sécurité et de fiabilité.
Ville intelligente de Singapour : Singapour développe un jumeau numérique de l'ensemble de la ville, y compris ses bâtiments, ses infrastructures et ses réseaux de transport, afin de surveiller la consommation d'énergie, la qualité de l'air et le trafic en temps réel.
Réseaux Schneider Electric : Schneider Electric utilise des jumeaux numériques des réseaux électriques pour optimiser les flux d'énergie, prédire les pannes potentielles et renforcer la résilience du réseau.
AB InBev: Le plus grand brasseur au monde utilise la technologie des jumeaux numériques pour gérer ses chaînes d’approvisionnement et ses lignes de production.
Rolls-Royce : La société Rolls-Royce utilise des jumeaux numériques de ses moteurs d’avion pour le suivi, l’optimisation et l’efficacité énergétique en temps réel des moteurs.
Unilever : Ce géant de la fabrication utilise la technologie des jumeaux numériques pour optimiser les processus et maximiser les ressources dans ses usines.
Groupe de conseil de Boston : Le Boston Consulting Group (BCG) utilise des jumeaux numériques de processus métier pour identifier et résoudre les inefficacités, prédire les goulots d'étranglement des processus et optimiser l'allocation des ressources dans les activités de leurs clients.

Technologies liées aux jumeaux numériques

Les technologies de jumeaux numériques ne se développent pas en vase clos. Ils sont le résultat d’une interaction avec plusieurs autres technologies, notamment :

AI & ML: Intelligence artificielle (IA) et machine learning (ML) sont des domaines de l'informatique qui permettent aux ingénieurs de prendre facilement les entrées de capteurs et de données des systèmes de jumeaux numériques et de les transformer en informations exploitables ou en d'autres applications commerciales précieuses.
IdO: L'Internet des objets (IoT) est un réseau croissant d'appareils interconnectés qui peuvent communiquer entre eux et entre eux. informatique plates-formes. Les applications et innovations IoT sont toujours en hausse.
Réalité étendue: Réalité étendue est un terme générique qui fait référence aux applications de réalité virtuelle, de réalité augmentée et de réalité mixte.
Cloud et périphérie: Les plateformes cloud facilitent l'homogénéisation des données, tout en informatique de pointe Les systèmes aident les entreprises à optimiser leur infrastructure et leurs capacités de traitement des données.
Simulateurs: Des systèmes de modélisation 3D aux moteurs physiques, en passant par les outils de visualisation et autres plateformes permettant la création et la visualisation de jumeaux numériques.
Blockchain: Certaines applications de jumeaux numériques, telles que les solutions de chaîne d'approvisionnement, s'appliquent Technologies de la blockchain pour une gestion précise et fiable des données.

Ressources

Article Wikipédia sur les jumeaux numériques : https://en.wikipedia.org/wiki/Digital_twin
IBM sur les jumeaux numériques : https://developer.ibm.com/articles/what-are-digital-twins/
Le service Azure Digital Twins de Microsoft : https://azure.microsoft.com/en-us/products/digital-twins
Consortium des jumeaux numériques : https://www.digitaltwinconsortium.org/
Hub jumeau numérique : https://digitaltwinhub.co.uk/forums/
Hub d'informations sur l'IoT industriel : https://plm.sw.siemens.com/en-US/insights-hub/

Conclusion

Vous avez vu comment les jumeaux numériques transforment et révolutionnent la façon dont nous percevons et interagissons avec le monde physique. De la conception de produits à l’orchestration d’écosystèmes urbains entiers, les jumeaux numériques offrent des informations, une efficacité et une innovation sans précédent.

Les jumeaux numériques connectent également les domaines physique et numérique avec des analyses de données en temps réel et des capacités prédictives, ce qui permet aux industries d'optimiser facilement les processus et d'améliorer la prise de décision. Cela peut vous aider, vous et votre entreprise, à ouvrir de nouvelles possibilités.