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Digital Twin

Digital Twin: la nouvelle ère de l’industrie 4.0 qui suit en parallèle tout le cycle de vie des produits

Un concept connu depuis un certain temps, le Digital Twin, peut être défini comme un modèle virtuel ou numérique du comportement de la machine physique ou de l’installation qui permet d’analyser leurs fonctionnements à des fins d’anticipation ou d’optimisation.

Industrie 4.0 et Digital Twin sont deux expressions destinées à aller de pair pour établir la continuité entre design et production: c’est l’ère de la connectivité numérique, omniprésente, de l’Internet des Objets (IoT en anglais), de l’intelligence artificielle, des robots et du big data.

Digital Twin : qu’est-ce que c’est?

Digital Twin, également traduit «jumeaux numériques», est une copie virtuelle de services et de produits réels, créée pour effectuer des tests qui améliorent les fonctionnalités et préviennent les erreurs de conception. Sa capacité de collecter et de traiter de grandes quantités de données à travers les capteurs à l’intérieur des machines, lui permet d’analyser et de diagnostiquer le fonctionnement interne d’un produit pour comprendre concrètement et être capable de le modifier et de l’améliorer. La simulation peut également avoir lieu pour des processus beaucoup plus complexes tels que la dynamique des fluides thermiques, des phénomènes tels que les interférences électromagnétiques dans les circuits électroniques et le fonctionnement des batteries dans les véhicules électriques et hybrides.

Le Digital Twin Environment (DTE) offre 2 possibilités :

  • Le Digital Twin Prototype (DTP) qui décrit l’artefact du prototype physique et contient les ensembles d’information nécessaires pour décrire et produire une version physique qui duplique ou jumelle la version virtuelle;
  • La technologie Digital Twin Instance (DTI) qui décrit un produit physique spécifique auquel un seul Digital Twin reste connecté pendant toute la durée de vie du produit lui-même.

Selon une étude de Gartner, en 2018, 48% des entreprises impliquées dans le IoT prévoient d’utiliser Digital Twin pour tester les solutions avant qu’elles ne soient implémentées et exprimées en termes économiques: cela permettrait d’économiser environ 50% du temps et la production augmenterait de 20%.

 

L’évolution du concept Digital Twin

La NASA a été la première à utiliser la «technologie assortie», véritable précurseur du Digital Twin dès les premiers jours de l’exploration spatiale, à travers Apollo 13. Aujourd’hui, la NASA utilise le Digital Twin pour développer de nouvelles feuilles de route, véhicules et avions de nouvelle génération.
Le concept Digital Twin remonte à une présentation de l’Université du Michigan en 2002 pour la création d’un centre de gestion du cycle de vie des produits (en anglais PLM). La diapositive de présentation, créée par le Dr Michael Grieves, a simplement été appelée «Idéal conceptuel pour le PLM». et décrit le tout comme un miroir (ou un jumelage) de ce qui existe dans le monde réel et virtuel. Il contient tous les éléments du Digital Twin: espace réel, espace virtuel, lien vers le flux de données de l’espace réel vers l’espace virtuel, connexion pour le flux d’informations de l’espace virtuel vers l’espace réel et les sous-espaces virtuels.

Le Professeur Martin Eigner de l’Université de Kaiserslautern en Allemagne a récemment étendu le Digital Twin dans le contexte de l’IoT, de l’Industrie 4.0 et de l’Internet industriel de la chose. Lors de la conférence PM Future 2016, Urban August et Matthias Schmich de Siemens ont publié un livre blanc sur ce thème: «Les produits intelligents nécessitent de repenser les structures et les processus du produit: numérisation, intégration, interdisciplinarité et fédération. Le modèle de système doit supporter le produit, sa production et son exploitation.”

Les avantages du Digital Twin:

  • capacité à résoudre des problèmes communs bien avant la mise sur le marché des produits;
  • réduction des défauts des produits et des coûts de production pour minimiser les risques dans les futurs produits;
  • déplacer les processus de validation dans le monde virtuel tout en conservant une connexion physique-virtuelle qui permet d’analyser les performances d’un produit dans une série de conditions et de faire les changements nécessaires dans le monde virtuel pour garantir que le produit physique fonctionne exactement comme prévu;
  • la vérification du processus de production qui agira avant que quelque chose entre réellement en production. En affinant cette performance, l’entreprise peut éviter des temps d’arrêt coûteux pour les machines et les robots dans l’usine. Il est également possible de prévoir quand une maintenance préventive sera nécessaire pour éviter les temps d’arrêt inutiles;
  • raccourcir le délai de mise sur le marché: arriver sur le marché plus vite que la concurrence est un problème auquel toutes les entreprises doivent faire face;
  • gagner du temps et de l’argent en simulation, test et analyse;
  • Fiabilité : nous pouvons inclure les informations provenant de leurs performances physiques dans des jumeaux numériques pour maintenir une version fidèle du monde virtuel.

Ce flux constant d’informations précises et à jour fournira l’intelligence nécessaire pour prendre des décisions plus rapidement, augmenter la vitesse de production et optimiser votre productivité pour accélérer la mise sur le marché.

Les simulations préliminaires permises par la réplication virtuelle d’un produit réel au fil du temps abaissent les coûts des entreprises de recherche, grâce aux conditions optimales de fonctionnement pour tester la consommation et aux caractéristiques quantitatives et qualitatives de l’objet; en même temps, les chances de faire des changements même mineurs dans les processus augmentent. La simulation hors ligne des robots permet, par exemple, de contrôler avec précision l’évolution de la pièce usinée par la machine, en étant capable de minimiser complètement l’apparition d’anomalies de construction et ainsi d’assurer un résultat au plus près de la perfection.

Lors de la Munich Innovation Day 2017, Joe Kaeser, CEO de Siemens, a expliqué qu’il souhaitait créer un Digital Twin pour chaque machine, produit et processus industriel. Le géant allemand est la seule société capable de couvrir tous les aspects concernant le produit: mécanique, électronique et logiciel.

Il est primordial de suivre les innovations, comme le souligne Thomas Kaiser, vice-président de SAP: «Les Digital Twins deviennent un impératif commercial qui couvre tout le cycle de vie d’un bien ou d’un processus et forme la base pour les produits et services connexes. Les entreprises qui ne répondront pas seront derrière les autres. « 

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