Le jumeau numérique : une vue en temps réel de vos opérations

Le jumeau numérique, concept né de l’avancée fulgurante de l’Industrie 4.0, est bien plus qu’un simple modèle en 3D ou qu’une simulation sophistiquée. C’est un duplicata numérique complet d’un produit, d’un processus ou même d’une usine entière, alimenté par une convergence puissante de l’intelligence artificielle, de l’Internet des objets (IoT), de l’apprentissage automatique et de l’analyse de données. Il est une réplique exacte des caractéristiques physiques et comportementales de son jumeau réel, permettant ainsi aux entreprises manufacturières de monitorer, améliorer et innover plus rapidement dans leurs opérations.
Ayant déjà entendu parlé du concept de jumeau numérique, c’est lors de la participation à Hannover Messe 2023 en Allemagne, que ses cas d’utilisation et les différentes technologies rendant possible ce concept m’ont apparue.

C’est quoi ?

Le jumeau numérique (digital twin) est une réplique virtuelle (informatique) très précise et dynamique d’un objet, processus ou système du monde réel. Sa principale caractéristique est sa capacité à simuler en temps réel (ou presque) le comportement de son homologue physique réel. Pour y arriver, des capteurs et des dispositifs connectés sont nécessaires pour capturer la donnée. Par la suite, il est possible grâce à cette donnée de comprendre, prévoir et optimiser les performances de l’objet ou du système réel.

Est-ce pour moi ? 

Le concept est particulièrement intéressant pour l’industrie manufacturière pour la simulation et l’optimisation des processus de production. On retrouve également une utilisation dans le secteur de l’énergie pour l’optimisation des centrales électriques, mais de plus en plus, le jumeau numérique est répandu dans de nombreux secteurs d’activités.

Le jumeau numérique est peut-être pour vous si : 

• Une vue en temps réelle de votre production / équipement / plancher de production est utile à votre prise de décision
• Vous devez prendre des décisions rapidement en ce qui concerne vos équipements de production
• Faire des simulations numériques peut vous permettre d’être plus rapide dans l’amélioration de vos opérations
• Il est coûteux ou complexe de faire des simulations réelles dans votre environnement de production (coût élevé des arrêts de production, équipements spécialisés, équipements coûteux)

La chaîne de production comporte plusieurs étapes et opérations complexes comportant plusieurs facteurs d’influences sur la productivité

Les avantages

Le jumeau numérique offre de nombreux avantages aux entreprises manufacturières, qui peuvent en tirer parti à différents niveaux de leurs opérations. Voici quelques-uns des principaux avantages du jumeau numérique :

• Optimisation de la conception et du prototypage : Le jumeau numérique permet aux entreprises de tester virtuellement des conceptions de produits et de processus avant de les mettre en production. Cela réduit le besoin de prototypes physiques coûteux et accélère le processus de développement.
• Réduction des coûts et des délais de mise en marché : En optimisant les processus de conception, de production et de maintenance, le jumeau numérique permet aux entreprises de réduire les coûts et de raccourcir les délais de mise sur le marché, améliorant ainsi leur compétitivité.
• Amélioration de la productivité : Le jumeau numérique permet d’identifier les goulots d’étranglement et les inefficacités dans les processus de production, ce qui permet d’apporter des améliorations pour augmenter la productivité globale de l’usine.
• Maintenance prédictive : Grâce à la surveillance en temps réel des équipements via le jumeau numérique, les entreprises peuvent détecter les signes de défaillance imminente et planifier des opérations de maintenance prédictive, ce qui réduit les temps d’arrêt imprévus et prolonge la durée de vie des équipements.
• Sécurité accrue : Le jumeau numérique peut être utilisé pour simuler des scénarios dangereux ou risqués sans mettre en danger les travailleurs. Cela permet de tester et d’améliorer les protocoles de sécurité sans risquer de perturber la production réelle.
• Prise de décision éclairée : Les analyses avancées et les simulations basées sur le jumeau numérique fournissent des informations exploitables pour la prise de décision éclairée. Cela permet aux responsables de mieux comprendre les implications des décisions avant de les mettre en œuvre dans le monde réel.
• Personnalisation et adaptation : Le jumeau numérique permet aux entreprises de créer des produits plus personnalisés en modélisant virtuellement les besoins spécifiques des clients et en adaptant les processus de production en conséquence.
• Réduction des risques : En testant virtuellement des scénarios opérationnels et en prévoyant les problèmes potentiels, le jumeau numérique permet de réduire les risques associés aux nouvelles initiatives ou aux changements dans les processus de production.
• Innovation et recherche et développement (R&D) : Le jumeau numérique facilite l’exploration de nouvelles idées et concepts de produits sans engager de coûts importants. Cela encourage l’innovation en donnant aux équipes R&D un terrain de jeu virtuel pour tester des idées avant de les valider dans le monde réel.

Les requis

Il n’est pas cependant sans dire que le concept de jumeau numérique ne se réalise pas sans quelques prérequis technologiques. En effet, le jumeau numérique est le produit de l’industrie 4.0, de l’intelligence artificielle et du edge computing (informatique en périphérie). Or, des capteurs et des entrepôts de données sont nécessaires afin de tirer un maximum des avantages du jumeau numérique.

Voici quelques requis nécessaires à la réalisation de ce concept : 

• Modélisation précise : Doit être suffisamment détaillé pour capturer toutes les caractéristiques et les comportements pertinents
• Collecte de données en temps réel : Pour maintenir le jumeau numérique à jour et refléter en temps réel les changements du système réel
• Capteurs et IoT : Les dispositifs de capteurs et l’Internet des objets (IoT) sont souvent utilisés pour recueillir des données physiques (température, pression, vibrations, etc.)
• Connectivité : Une connectivité fiable est essentielle pour transférer les données entre le système réel et le jumeau numérique
• Stockage de données : Les données collectées doivent être stockées de manière sécurisée et accessible pour alimenter le jumeau numérique
• Analyse de données et intelligence artificielle : L’utilisation de techniques d’analyse de données et d’intelligence artificielle permet d’extraire des informations utiles à partir des données collectées et de réaliser des prédictions et des optimisations pour le système réel
• Intégration avec des systèmes existants : Dans de nombreuses situations, le jumeau numérique doit être intégré à des systèmes existants tels que des logiciels de gestion de la chaîne d’approvisionnement, des systèmes de planification de la production, etc.
• Sécurité et confidentialité : Étant donné que le jumeau numérique peut contenir des données sensibles sur le système réel, il est crucial de mettre en place des mesures de sécurité robustes pour protéger ces informations contre les accès non autorisés et les cyberattaques.
• Interaction et visualisation conviviales : Les utilisateurs doivent pouvoir interagir avec le jumeau numérique de manière conviviale, ce qui peut inclure des interfaces de visualisation graphique, des tableaux de bord interactifs, etc.

Les solutions

Quelques solutions et firmes observées lors d’Hannover Messe 2023 et de la Semaine Numérique Québec 2023.

Solution internationale : 

https://solunio.com/en/visual-shop-floor/

Solution canadienne : 

https://zerokey.com/

Solutions québécoises : 

https://noovelia.com/solutions/

https://www.prevu3d.com/

https://imagine-4d.com/about-us/

Ce n’est pas encore clair ce qu’est un jumeau numérique ? Voici quelques exemples et vidéos explicatives.

Le coût

La question qui tue : ça coûte combien tout ça ? 

Comme toutes solutions informatiques, tout ceci dépend de vos besoins et de votre maturité numérique. Pour la petite entreprise, il est estimé à entre 10 000$ à 100 000$ l’implantation des technologies nécessaires au jumeau numérique selon l’équipement, l’infrastructure informatique et la formation nécessaire. Il est primordial de comprendre et identifier ses besoins en plus d’avoir une stratégie ou feuille de route numérique claire et priorisée avant de se lancer pieds joints dans un tel projet. Une démarche itérative et par petits pas est recommandée afin de réduire les risques associés au projet. 

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L’équipe de l’ERAC Gaspésie demeure disponible pour répondre à vos questions, vous référer et vous accompagner dans vos projets d’innovation et d’amélioration de votre productivité.
Pour discuter et en apprendre plus sur les découvertes lors de la mission économique Hannover Messe 2023, Semaine Numérique 2023 et Web à Québec 2023 ou simplement discuter de vos projets numériques :