Le jumeau numérique constitue une représentation numérique et dynamique d’un objet, d’un produit, d’un service ou d’un processus de production. Il fonctionne grâce à l’intelligence artificielle et s’appuie en particulier sur la collecte des données.
Définition du jumeau numérique
Cette dernière ainsi que la diffusion des données s’effectue par le biais de capteurs et de l’internet des objets (IOT). Les jumeaux numériques permettent de :
- suivre et améliorer les performances d’un service ou d’un objet ;
- créer d’une autre façon.
Le champ d’application de cette technologie est assez vaste. Il s’utilise dans l’industrie, dans la construction de bâtiments ou à l’échelle d’une ville.
Quel est le fonctionnement d’un jumeau numérique ?
Les jumeaux numériques sont des modèles virtuels qui reflètent dans les moindres détails des objets physiques. L’objet réel, sujet d’étude est muni de plusieurs capteurs reliés à ses fonctions vitales.
Ces capteurs génèrent des données relatives à divers points des performances réalisées par l’objet réel. Les aspects surveillés peuvent se rapporter :
- aux conditions météo ;
- à la géolocalisation de l’objet ;
- à la température ;
- à la production d’énergie, etc.
Les données générées se transmettent ensuite à un système de traitement. Puis, elles s’appliquent au modèle digital de l’objet réel.
Après intégration des données du produit réel, le modèle digital exécute des simulations.
Sur la base des données reçues, il étudie les points sur lesquels se situent des problèmes de performance. Il produit ensuite des améliorations à appliquer à l’objet réel.
Plus de détails sur le fonctionnement du jumeau numérique
Quelles différences entre jumeaux numériques et simulations ?
Pour reprendre les processus d’un système de production, les jumeaux numériques et les simulations se servent tous de modèles digitaux. Cependant, entre jumeau numérique et simulation, il existe une différence d’échelle.
La simulation ne se penche que sur un seul processus à la fois. Pendant ce temps, le jumeau numérique peut déclencher lui-même plusieurs simulations à la fois pour effectuer l’étude de plusieurs processus.
Notons que dans une simulation, les données utilisées ne sont pas en général obtenues en temps réel.
Tandis que les systèmes de jumeaux numériques marchent avec un flux d’échange d’informations bidirectionnel.
Dans un premier temps, les capteurs apportent des informations aux systèmes. Après traitement des données, les systèmes produisent des informations qui se partagent avec l’objet réel.
Les données pertinentes dont disposent les jumeaux numériques sont en permanence mises à jour. De plus, elles sont collectées depuis un grand nombre de domaines.
Tout ceci associé à la grande puissance de calcul d’un environnement numérique rend les jumeaux numériques plus efficaces. Ils peuvent traiter beaucoup plus de problèmes que les simulations.
Ils abordent les sujets sous plusieurs angles en même temps. Ce que les simulations ne peuvent être capables de faire. En plus, leur potentiel d’amélioration des services et processus est beaucoup plus élevé.
Quels sont les types de jumeaux numériques ?
Sur le marché, nous retrouvons diverses sortes de jumeaux numériques. La différence notable entre ces systèmes se résume à leur domaine d’application.
Dans un même système ou processus, il arrive de voir des types différents de jumeaux numériques coexister.
Les composants de jumeaux
Ils représentent l’unité de base du système de jumeau numérique. C’est le plus petit modèle d’un composant fonctionnel.
Les jumeaux d’actifs
Un actif provient de la mise en commun de plusieurs composants. Les jumeaux d’actifs aident à l’étude de l’interaction qui a lieu entre les composants. Il se crée alors une grande quantité de données qui après traitement peuvent devenir des informations exploitables.
Les jumeaux d’unité
Encore appelés jumeaux système, ils permettent de voir comment des systèmes fonctionnels complets se forment par des actifs mis ensemble. Ce type de jumeaux numériques aide à comprendre l’interaction entre des actifs. Ils produisent aussi des améliorations de performance.
Jumeaux de traitement
Ils font la lumière sur la manière dont des systèmes mis ensemble fonctionnent et arrivent à mettre en place une production entière. Les jumeaux de traitement favorisent l’identification de schémas de synchronisation qui pourraient impacter l’efficacité globale.
Ainsi, nous pourrons savoir si tous les systèmes sont synchronisés afin de favoriser une grande efficacité de la production. De même, ils nous révèlent les systèmes en retard.
Quels sont les Avantages des jumeaux numériques ?
Les jumeaux numériques apportent à votre service ou processus de production maints bénéfices. En voici quelques-uns.
Meilleure R&D (Recherche et Développement)
Les jumeaux numériques favorisent plus d’efficacité dans la recherche et la production. Ils rendent cela possible grâce aux informations abondantes qu’ils permettent de générer lors des phases d’amélioration de performance.
L’utilisation de ces données transformées en informations exploitables conduit les entreprises à affiner leurs produits. Ceci bien avant de débuter avec la production.
Il faut reconnaitre que le jumeau numérique apporte un réel changement dans le processus de développement. La manière traditionnelle voudrait que l’objet soit d’abord créé ensuite testé avant toute amélioration.
Avec le jumeau numérique, cette façon de procédé devient obsolète. Il est désormais possible de comparer en temps réel l’objet à chaque étape de son développement à sa cible finale.
Ainsi, il est possible de se rassurer du bon déroulement du processus de création. Les bons choix en termes de design, d’ergonomie ou de matériau peuvent être faits.
Plus d’efficience dans le processus de production
Après l’entrée d’un nouveau produit dans le processus de production, les jumeaux numériques permettent la mise en miroir des systèmes de production. Ainsi, tout le long du processus de production, le produit est surveillé.
Grâce à cette technologie, une efficacité maximale se maintient durant tout le processus de conception.
Le jumeau numérique favorise la maintenance prédictive
Les sociétés qui gèrent un grand nombre d’actifs physiques sont en général confrontées à la question de la maintenance prédictive. Le jumeau numérique apporte une réponse aux inquiétudes de ces entreprises.
La technologie de digital twin donne la capacité d’anticipation et d’optimisation des performances d’un système ou d’un objet. De plus, aucun logiciel n’est intégré dans le produit pour cela.
Le système utilise plutôt la combinaison entre les données de contrôle de performance et la vision progressive de l’objet. Grâce à cela, des analyses sont menées et les risques de défaillance de l’objet se détectent en amont.
Le digital twin aide à la prise de décision quand les produits sont en fin de vie
En fin de vie des produits, les fabricants doivent décider de ce qu’il faut faire de ces derniers. Doivent-ils être envoyés dans les systèmes de recyclage ? Ou doivent-ils subir d’autres traitements.
Les jumeaux numériques aident à identifier les produits qui peuvent être récupérés. Ce qui facilite la prise de décision.
Plus de fiabilité et de sécurité
Avec l’utilisation du digital twin, vous obtenez un double impact. En effet, l’optimisation des performances d’un système ou d’un produit durant tout son cycle de vie accroît sa fiabilité. L’objet donne une plus grande garantie de sécurité.
Cela participe au renforcement de la confiance des consommateurs. En même temps, vous bénéficiez de la baisse des dépenses relatives aux réparations induites par la défaillance des produits.
Un large champ d’application
La technologie de digital twin s’applique à un grand nombre de domaines. Elle peut s’utiliser dans l’aéronautique, dans l’industrie et même pour contrôler les infrastructures d’une ville.
Une nouvelle façon de créer
L’impact du digital twin dépasse déjà la simple recherche de performance. Elle influence à présent la culture d’entreprise ainsi que la manière d’envisager le processus de création.
Une collaboration virtuelle entre plusieurs personnes peut par exemple naitre de la combinaison entre réalité virtuelle et le modèle digital d’un système. Il devient alors possible de mettre en place un travail collectif à distance. Ceci dans des conditions identiques à celles d’un environnement de travail réel.
Le processus de création subit donc une révolution dans son ensemble. Avant quelque manipulation, une simulation virtuelle s’effectue avec le jumeau numérique. Une simulation qui tient bien sûr compte de l’analyse des performances du système dans son état actuel.
Après simulation, le digital twin oriente les choix des collaborateurs. Nous assistons ainsi à la naissance d’une collaboration homme-machine beaucoup plus forte qu’auparavant.
Ces nouvelles possibilités requièrent une véritable transformation de la culture d’entreprise. Il sera nécessaire d’aller vers une culture qui encourage l’apprentissage continu et l’agilité.
Ce changement nécessitera la force de reconnaître les éventuelles défaillances des produits. Nous devrons être prêts à accepter de les corriger.
Cette nouvelle manière de créer induite par le digital twin aura des conséquences positives sur la gestion de la relation client. La notion de service après-vente s’en trouvera changé.
Sur quels marchés et industries peut s’utiliser le jumeau numérique ?
Le digital twin est apprécié pour son efficacité. Toutefois, son utilisation ne convient pas à tous les produits ni tous les marchés.
Il faut comprendre que tous les objets n’ont pas assez d’interactivité pour que l’usage d’un jumeau numérique soit nécessaire.
De plus, la création de jumeaux numériques nécessite la mobilisation de ressources financières. Investir donc beaucoup d’argent dans la production d’une réplique numérique d’un objet physique sans interaction peut s’avérer non rentable (pas de ROI).
Par contre, plusieurs projets de grande envergure peuvent bénéficier de l’usage de la technologie du digital twin. Voici quelques-unes des applications des jumeaux numériques.
Les projets de fabrication
Le digital twin convient aux industries qui emploient des systèmes de fabrication assez complexes. La fonction principale des jumeaux numériques est de refléter le cycle de vie complet d’un produit. Ceci étant, il n’est pas étonnant de voir qu’ils sont présents à chaque étape du processus de fabrication. Ils servent de boussole depuis la conception jusqu’à la finition.
Les équipements électriques (systèmes de production et fourniture d’énergie)
La technologie du digital twin s’utilise de façon fréquente pour les gros moteurs comme les moteurs à réactions. Les turbines électriques et les moteurs de locomotive profitent aussi de manière intensive de cette technologie.
Les jumeaux numériques s’avèrent utiles en particulier pour l’établissement des délais de maintenance. En plus, ils aident à accroître l’efficacité des moteurs gigantesques et celles des machines très complexes.
Le secteur automobile
Les jumeaux numériques s’utilisent beaucoup dans l’industrie automobile. Un fait qui se justifie par ce que représentent les voitures.
En effet, les automobiles sont constituées d’un grand nombre de systèmes complexes fonctionnant ensemble. Les maisons de fabrication automobiles se servent donc du digital twin pour améliorer les performances de ces systèmes.
Les grandes structures physiques
Les plateformes de forage, les bâtiments, les usines peuvent connaître une amélioration dans leur conception et utilisation grâce au digital twin. Les jumeaux numériques peuvent aussi intervenir avec efficacité dans la conception des systèmes qui se trouvent dans ces grandes structures physiques.
La planification urbaine
La technologie du digital twin apporte une grande assistance aux acteurs du secteur de la planification urbaine. Les jumeaux numériques affichent pour les ingénieurs civils et autres professionnels, des données spatiales en temps réel.
Ces informations sont affichées en format 3D et 4D. Des systèmes de réalité augmentée peuvent même être intégrés dans les environnements construits.
Le secteur de la santé
La santé est l’un des secteurs où le digital twin est le plus utilisé. Cette technologie permet en particulier de réaliser des tests du matériel médical sur un patient représenté par un jumeau numérique. C’est à la suite de ces tests que le patient réel pourra être traité avec ce matériel.
Les jumeaux numériques permettent aussi l’exécution d’une simulation pour étudier des cas d’opérations complexes.
Ils favorisent l’amélioration de la qualité de certains dispositifs de santé comme les prothèses.
Quelle croissance pour le marché du jumeau numérique ?
Le système de jumeau numérique a connu une croissance rapide. Les jumeaux numériques sont utilisés maintenant dans plusieurs secteurs.
Le marché n’est cependant pas encore saturé. La demande ne cesse de s’intensifier et tout porte à croire qu’elle ne s’arrêtera pas de sitôt.
Le marché du digital twin fut évalué à 3,1 milliards de dollars en 2020. Plusieurs analystes de marché s’accordent à dire que ce chiffre pourrait continuer à croître jusqu’en 2026 au minimum.
Il atteindrait alors le montant de 48,2 milliards de dollars.
Quel est l’impact de la technologie du digital twin pour les consommateurs ?
Le jumeau numérique gagne peu à peu du terrain et va au-delà de son utilisation en entreprise. Cette notion se développe petit à petit auprès des particuliers. Depuis de nombreuses années, chaque personne en utilisant internet et les réseaux sociaux laisse des traces numériques.
Ces traces permettent à de nombreuses applications ainsi qu’aux sites de faire à leurs utilisateurs des suggestions d’achat pertinentes. Au regard de ces faits, nous pourrions imaginer un monde où le jumeau numérique devient une réalité pour tous.
Ces cyberversions des individus pourraient apporter des recommandations à leur double physique. Ils donneraient des conseils en se basant sur la multitude de données qui proviennent de sources diverses.
Les doubles numériques pourraient orienter les consommateurs dans leurs achats en se basant sur leurs préférences. De nombreuses applications restent possibles dans ce sens. Toutes ces possibilités peuvent améliorer le confort de vie.
Toutefois, les applications possibles des jumeaux numériques dans la vie des individus suscitent moult inquiétudes. Celles-ci concernent en particulier la confidentialité des données, les questions identitaires et éthiques, etc.
Quel avenir pour le jumeau numérique ?
Une révolution se produit dans l’industrie.
Les modèles d’exploitation existants connaissent une profonde mutation.
Nous assistons à une réinvention numérique des processus de création et de production. La technologie du digital twin représente une partie importante de ce réalignement.
En effet, une quantité sans cesse croissante de pouvoir cognitif est consacrée à l’utilisation du digital twin. Les jumeaux numériques sont dotés en permanence de nouvelles fonctionnalités et compétences.
Ils peuvent ainsi continuer à participer à l’amélioration des produits et apporter plus d’efficacité au processus de création.
Le digital twin a un avenir sans limites.
Histoire des jumeaux numériques
C’est en 1991 que l’idée du digital twin fut exprimée pour la première fois. Elle apparut dans une publication du Mirror Worlds. Elle n’a été cependant appliquée pour la première fois que 11 ans après, en 2002.
À l’époque, le Dr Michael Grieves, alors professeur à l’Université du Michigan appliqua cette idée à la fabrication. Juste après, il annonça le concept de digital twin de manière officielle et le baptisa en tant que logiciel de jumeau numérique.
Mais en 2010, un agent de la NASA, John Vickers changea cette dénomination et introduit le terme ‘’jumeau numérique’’. Toutefois, en y regardant de plus près, nous pourrions observer une mise en œuvre du jumeau numérique à une date plus ancienne.
Déjà dans les années 60, la NASA exploitait une technologie similaire au cours de ses missions spatiales. En effet, chaque vaisseau spatial à envoyer en orbite avait une reproduction au détail près. Ce double était exploité par les membres de l’équipage à des fins de simulation et d’étude sur terre.
Comment mettre en place un système de jumeau numérique ?
La mise en place d’un jumeau numérique est un processus très technique. Pour créer ce système, il faut suivre plusieurs étapes.
Comment faire un jumeau numérique ?
Définir le système
Pour mettre en place un jumeau numérique, nous devons d’abord définir l’objet ou le processus à rendre digital.
Il nous faut alors comprendre l’entité et cela passe par la capture des données.
Cette opération s’effectue en général de manière fluide, néanmoins, tout dépend de la nature du système à numériser.
Pour une installation de fabrication de produits par exemple, les données seront capturées sur des actifs. Ces derniers peuvent comprendre les postes de travail, l’équipement d’origine, les dispositifs IOT, l’aménagement de l’atelier, etc.
L’opération de capture se réalise au moyen de technologies de collecte de données comme les scanners, les dispositifs de bord intelligents, la radio-identification, etc.
La capture de données sur les objets physiques et la rétroconception se fait à l’aide de de capteurs, d’actionneurs, etc. Pour les objets de petites, moyennes ou grandes dimensions, les données se capturent avec des scanners 3D et de la photogrammétrie.
L’identité numérique des objets
Le système ou l’objet physique à numériser doit posséder une identité numérique propre à lui. C’est cela qui garantit l’autonomie de ses actions quand il se retrouve dans un système.
Pour attribuer une identité à chaque objet physique, certaines plateformes de digital twin font recours aux identifiants décentralisés basé sur la Blockchain et les NFT. Ceux-ci effectuent la vérification de l’identité numérique d’un système autonome.
Choisir une plateforme intuitive de jumeaux numériques
Pour une implémentation réussie de jumeaux numériques, nous devons choisir une plateforme qui favorise l’atteinte de nos objectifs. Pour ce faire, certains critères sont à prendre en compte.
La gestion du flux de données
Il faut vérifier la manière dont la plateforme de jumelage gère les flux de données qui proviennent des appareils IOT et autres systèmes d’entreprise. Un logiciel avec une bonne gestion des données garantit de meilleurs résultats.
Le processus de dédoublement
Il s’avère essentiel de comprendre la manière dont le logiciel crée le double numérique de l’objet physique ou du système. Certaines technologies supportent les animations et modèles 3D et d’autres non.
Les ressources informatiques
Les jumeaux numériques produisent et traitent à la fois une quantité monstrueuse de données. Pour qu’un système de digital twin fonctionne à la perfection, il faut des ressources informatiques adaptées.
La bonne solution de jumeau numérique doit offrir des ressources informatiques conséquentes. Les technologies qui utilisent le cloud pour fournir leurs services font partie des meilleures options.
L’intuitivité
Le processus pour représenter un objet physique de façon numérique peut s’avérer simple quand le logiciel utilisé est intuitif.
La solution de jumelage numérique doit pouvoir comprendre toutes les données générées durant le cycle de vie d’un produit.
Elle doit disposer d’outils qui facilitent la gestion de l’identité des objets au sein du système de digital twin.
Les fonctionnalités
Le logiciel doit comprendre les fonctions dont nous avons besoin pour notre projet. Si l’objectif se limite à la maintenance prédictive ou à une surveillance des installations, un outil de jumeau numérique limité peut convenir.
En revanche, pour faire de la programmation ou de la simulation, nous avons besoin d’une solution plus avancée.
Opter pour une mise en œuvre progressive
Pour créer un système de jumeau numérique, il est conseillé de faire d’abord une petite mise en œuvre.
Il faut mettre en place d’abord un système qui permet de surveiller un seul appareil IOT ou des composants assez simples. Vous pourrez ensuite l’étendre avec le temps.
Cette manière de procéder permet de mieux cerner la manière dont fonctionne un jumeau numérique. Vous comprenez par la même occasion, la façon dont il peut servir dans la gestion de systèmes plus importants.
Muni de cette expérience, vous pouvez expérimenter des fonctions beaucoup plus sophistiquées (simulation, programmation de tâches, etc.).
Tenir compte de l’aspect de la sécurité
L’adoption de l’IOT et du jumeau numérique a connu une grande évolution depuis quelques années. Cela induit des problèmes de sécurité. À cet effet, il est primordial de mettre en place un plan sécuritaire pendant la création du système de digital twin.
Ce plan doit comprendre la mise en place de canaux sécurisés de communication. Une telle opération nécessite une parfaite compréhension des protocoles de communication qui s’utilisent dans un système.
Par ailleurs, il est important de tenir compte de l’aspect sécurité pendant le choix du logiciel de jumeau numérique. Il faut donc vérifier les mécanismes mis en place par la plateforme de digital twin pour atténuer les risques éventuels.
Quels sont les outils requis pour le développement d’un système de jumeaux numériques ?
Plusieurs outils interviennent dans la mise en œuvre d’un digital twin. Retenons quand même qu’ils dépendent de l’objectif poursuivi. Voici quelques-uns des outils les plus récurrents.
Outils de modélisation 3D ou de CAO
Il s’agit là des outils qui interviennent dans la création et l’affichage du double numérique de l’objet physique. Bien souvent, ces outils font déjà partie des programmes qui composent le processus de conception des équipes d’ingénierie.
Fort de cela, les constructeurs de jumeaux numériques conçoivent juste des pipelines à travers lesquels les conceptions CAO s’exportent vers d’autres outils. L’un des avantages de l’utilisation de ces pipelines vient du fait qu’ils éliminent les doubles tâches.
Quand une modification s’effectue sur une conception CAO, elle se transpose sans difficulté dans le jumeau numérique. Cet atout rend le développement global plus rapide.
IOT et appareils connectés
Ces deux composants mis ensemble fournissent au jumeau numérique des données en temps réel et de façon continue. L’IOT et les appareils connectés constituent des outils qui peuvent améliorer de façon considérable la collaboration entre les équipes.
Les moteurs de jeux
Les jeux possèdent en général des moteurs très avancés avec une grande capacité de rendu. Ils améliorent et facilitent la visualisation des objets et des systèmes.
Système de contrôle des versions
Le système de contrôle des versions assure la gestion des changements intervenus dans les fichiers de données. Il conserve les modifications dans une base de données.
