Le jumeau numérique et la mise en service virtuelles sont deux applications concrètes de l’industrie 4.0. Découvrez comment ils permettent aux industriels de gagner du temps et d’éviter des erreurs dans leur conception et optimisation de lignes de production.
À l’aube de la quatrième révolution industrielle, nous assistons à un regain d’intérêt pour les technologies qui existent depuis quelques années, mais qui font l’objet d’un autre regard de la part de nombreux fabricants à l’ère de l’Industrie 4.0. Dans cet article, nous mettrons en évidence certains des termes et technologies sur lesquels nous sommes souvent interrogés, leurs applications et pourquoi nous pensons qu’ils sont importants.
Au fil des ans, la définition (et la promesse) du jumeau numérique a évolué, mais l'idée de base reste la même : une représentation dynamique et virtuelle générée par un logiciel des actifs physiques et des processus correspondants.
Industrie 4.0 : un marché en pleine effervescence
Le terme Industrie 4.0 tel que nous le connaissons maintenant a été décrit pour la première fois lors d’une présentation à la Foire de Hanovre 2011 par le professeur Wolfgang Wahlster, directeur et PDG du Centre de recherche allemand pour l’intelligence artificielle.
Aujourd’hui, c’est un terme largement utilisé qui signifie différentes choses pour différentes personnes (cet article fournit un bon résumé de certaines des différentes définitions proposées par les leaders d’opinion de l’industrie), mais l’idée de base est la même : l’industrie 4.0 fait référence à l’intelligence mise en réseau de machines et de processus pour l’industrie à l’aide des technologies de l’information et de la communication.
Parce que la vision et la promesse de l’Industrie 4.0 sont si audacieuses et son impact si important, les fabricants ne peuvent pas se permettre de l’ignorer. L’opportunité de l’Industrie 4.0 est énorme pour les fournisseurs et les fabricants, la plupart des sociétés de recherche s’attendant à ce que le marché des technologies de l’Industrie 4.0 double au moins au cours des 5 prochaines années.
L’impact que ces technologies auront sur l’économie mondiale est important, Mckinsey estime que les technologies de l’Industrie 4.0 dans les usines peuvent générer un impact économique de 1,2 à 3,7 milliards de dollars par an d’ici 2025.
Le jumeau numérique dans l'industrie 4.0
Le concept de jumeau numérique
Le concept de jumeau numérique a commencé à être reconnu au début des années 2000, notamment grâce aux travaux de Michael GRIEVES à l’Université du Michigan. GRIEVES a proposé qu’un modèle de jumeau numérique comporte trois parties principales :
- les produits physiques dans l’espace réel,
- les produits virtuels dans l’espace virtuel,
- les connexions de données et d’informations qui relient les produits virtuels et réels.
Au fil des ans, la définition (et la promesse) du jumeau numérique a évolué, mais l’idée de base reste la même : une représentation dynamique et virtuelle générée par un logiciel correspondant à des actifs physiques et des processus.
Les applications du jumeau numérique
Il existe de nombreuses applications et cas d’utilisation du jumeau numérique, et comme il s’agit d’un domaine de recherche et d’innovation très actif, la liste ne cesse de s’allonger. Certaines utilisations générales du jumeau numérique comprennent :
- Validation des modèles de système avec des données du monde réel
- Aide à la décision et alertes aux utilisateurs
- Prédire les changements dans les systèmes physiques au fil du temps
- Découvrir de nouvelles opportunités d’applications et de nouvelles sources de revenus
Les avantages potentiels des applications de jumeaux numériques sont convaincants : efficacité améliorée, meilleure qualité de produit, temps d’arrêt imprévus plus courts et temps de démarrage réduits, pour n’en nommer que quelques-uns. Les jumeaux numériques peuvent être appliqués de la planification et de la conception initiales de l’usine à la mise en service et à la maintenance, ce qui leur donne de la valeur tout au long du cycle de vie de la production.
Lorsqu’il s’agit d’investir dans la technologie des jumeaux numériques, les fabricants sont aujourd’hui beaucoup plus optimistes quant à ses perspectives. Alors que le terme de jumeau numérique est en vogue depuis quelques années, de plus en plus de fabricants investissent désormais dans ce domaine, au travers par exemple d’un logiciel de jumeau numérique.
Dans une récente enquête menée auprès de 300 cadres de fabrication, LNS Research a révélé que 75 % des personnes interrogées avaient mis en œuvre ou planifié des initiatives de jumeaux numériques dans leurs organisations.
Mise en service virtuelle
La conception et la mise en œuvre d’une nouvelle solution de production est souvent un processus long et coûteux. Une fois la conception finalisée et l’équipement installé, il reste une phase à terminer avant le transfert de la production : la mise en service.
C’est là que les contrôles sont intégrés, que les bugs sont trouvés et corrigés, que les procédures sont écrites et que les opérateurs sont formés sur les nouveaux équipements, les nouveaux processus ou les procédures révisées. Cette phase est difficile à planifier et dépasse fréquemment le temps accordé, ce qui retarde la production et peut entraîner des expéditions tardives, voire des pertes d’activité.
Les jumeaux numériques peuvent être utilisés à de nombreuses fins, y compris les ajustements de conception et les diagnostics. De plus, étant donné qu’il s’agit de représentations précises des actifs physiques, ils peuvent également être utilisés pour rationaliser et optimiser la phase de mise en service.
Au lieu de mettre en service un nouveau système ou une nouvelle cellule robotisée dans le monde physique, la mise en service virtuelle consiste à créer un jumeau numérique, puis à tester et vérifier le modèle dans un environnement virtuel simulé.
Cela permet :
- Un test de code et débugage dans un environnement virtuel
- La simulation du fonctionnement des équipements, l’identification des problèmes possibles et l’évaluation rapide des solutions alternatives
- La simulation du fonctionnement d’une cellule robotisée
- L’élaboration des modes opératoires
- La formation des superviseurs et des opérateurs
- La simulation de l’impact de nouvelles machines sur la production existante pour identifier les goulots d’étranglement et les contraintes d’espace afin qu’ils puissent être traités avant l’installation
En bref, la mise en service virtuelle permet aux ingénieurs et aux opérateurs de tester de nouvelles installations, ainsi que tous les ajustements – tant dans les phases de démarrage que de maintenance – avant de les mettre en œuvre dans le monde physique.
Le résultat est une installation et une intégration plus fluides et plus rationalisées, moins de dépassements de coûts et des risques minimes de temps d’arrêt qui pourraient avoir un impact sur la production.
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