Le jumeau numérique est l'une des technologies à la croissance la plus de l'industrie 4.0. Selon Grand View Research, une société de conseil basée aux États-Unis, la valeur mondiale de ce marché atteindra 156 milliards de dollars d'ici 2030. Aujourd'hui, il est souvent associé à la logistique et à la fabrication, ainsi qu'à l'industrie automobile et aux voitures autonomes. Que sont les jumeaux numériques et quelles sont leurs applications?
Qu'est-ce que la technologie Digital Twin ?
Un jumeau numérique est un modèle mathématique d'un produit, d'un appareil, d'un système ou même d'un processus réel dans un espace virtuel qui imite l'environnement. Sa création nécessite l'acquisition de données physiques sur l'objet à cartographier. Le modèle 3D peut être construit à partir de la documentation fournie ou d'un balayage laser.
Un autre élément est la saisie de paramètres décrivant les propriétés physiques de l'objet et son fonctionnement. Plus les données saisies sont précises, plus les résultats de la simulation informatique seront fiables. Ensuite, grâce à un réseau de divers capteurs de l'internet des objets (IoT) déployés sur la version physique de l'objet, le jumeau numérique reçoit et analyse les données au fur et à mesure qu'elles arrivent, de sorte que divers types de tests et de changements peuvent être effectués en temps réel. La dernière composante importante de la technologie Digital Twin est la capacité de surveiller un objet ou un processus réel afin de détecter immédiatement les anomalies et d'intervenir si nécessaire. Le jumeau numérique, en tant que concept permettant de simuler des processus dans un espace virtuel, est l'un des piliers les plus importants de l'industrie 4.0 aujourd'hui, juste à côté du Big Data, de l'Internet des objets ou de l'utilisation de la technologie blockchain dans la logistique et la fabrication.
Quels sont les avantages de la technologie Digital Twin ?
L'utilisation de la technologie du jumeau numérique apporte un certain nombre d'avantages tangibles aux entrepreneurs. Tout d'abord, elle permet de réduire les coûts de construction des prototypes ou de tester leur fonctionnement dans la réalité. Les modifications, l'analyse et la détection d'erreurs potentielles se font très rapidement et à faible coût. Les fabricants de pièces automobiles, par exemple, peuvent vérifier et modifier à plusieurs reprises les modèles en termes de performance, de fonctionnalité ou d'esthétique. Ils peuvent ainsi passer plus rapidement à la production de masse. Les jumeaux numériques peuvent être utilisés non seulement pour simuler le fonctionnement de machines ou de produits individuels, mais aussi de lignes de production entières ou même de processus logistiques complexes. Il est possible de cartographier non seulement le matériel, mais aussi les logiciels. Grâce à l'internet industriel des objets et à la technologie Big Data, il est possible de créer un nombre presque infini de scénarios qu'il serait impossible de reproduire dans la réalité.
La construction de répliques numériques de systèmes complets permet d'optimiser les performances à un stade précoce et de prévenir les défaillances potentielles. Dans le domaine de la logistique, la modélisation des processus peut être très utile pour élaborer de nouvelles stratégies et de nouveaux concepts de gestion de la chaîne d'approvisionnement, tels que la gestion allégée de la chaîne d'approvisionnement. Le jumeau numérique est également applicable à la formation des employés, car il permet de visualiser les produits et les processus d'une manière accessible.
Application du jumeau numérique chez Knauf Automotive
Chez Knauf Industries, nous utilisons la technologie du jumeau numérique, entre autres, pour prototyper et concevoir des pièces automobiles en plastique moulé par injection et en mousse de plastique. Notre ID lab est équipé d'un scanner 3D de pointe, qui nous permet de représenter avec précision n'importe quelle pièce existante, son prototype ou un assemblage complet. Sur la base du modèle numérique en 3D et du logiciel d'IAO, nous sommes en mesure de proposer des modifications d'optimisation du composant, puis de trouver la solution qui convient le mieux en termes de production, d'utilisation ou de coût. La technologie Digital Twin trouve d'excellentes applications, notamment dans la conception et la fabrication des emballages de transport en mousse de polypropylène (PPE) consignés. Ces emballages peuvent être dotés d'inserts et de séparateurs spéciaux dont les cavités correspondent aux formes des marchandises transportées. Nous sommes également en mesure de produire des composants multi-matériaux avec une très grande précision en utilisant la méthode de moulage par injection à deux composants 2K. En outre, grâce à la conception assistée par ordinateur (CAO) et à la conception assistée par ordinateur (CAE), nous pouvons prédire avec un haut degré de probabilité comment un produit se comportera sous différents types de charges mécaniques, thermiques ou temporelles. Une autre technologie utilisée dans notre laboratoire est l'impression 3D. Nous sommes ainsi en mesure d'apporter à nos clients une valeur ajoutée à chaque étape de la production automobile, en leur donnant l'assurance que la pièce fabriquée est parfaitement conforme à toutes les exigences et répond à leurs attentes.
Exemples d'utilisation de la technologie Digital Twins dans l'industrie 4.0
Aujourd'hui, le développement de nombreux domaines ne serait pas possible sans l'utilisation de jumeaux numériques. Tesla, par exemple, crée des jumeaux numériques de toutes les voitures qu'il vend, en collectant des données en temps réel à partir d'un réseau dense de capteurs. Les données envoyées au nuage sont utilisées par des algorithmes d'intelligence artificielle pour prédire les éventuels défauts et défaillances des voitures. Pour le constructeur, cela se traduit par une réduction des coûts d'entretien, tandis que pour le client, cela se traduit par une plus grande certitude et une plus grande fiabilité. La technologie a également contribué à la conception des voitures Maserati. Dans ce cas, elle a permis de réduire les coûts et les délais de production de 30 %. Les jumeaux numériques se sont même infiltrés dans les courses de Formule 1, où ils contribuent à améliorer les voitures des équipes McLaren et Red Bull. Cette technologie permet non seulement d'éviter le gaspillage de pièces et de matériaux très coûteux, mais aussi de protéger des vies humaines de manière encore plus efficace. Le jumeau numérique trouve également d'excellentes applications dans la logistique moderne. DHL utilise les jumeaux numériques pour créer une carte virtuelle de ses propres entrepôts ainsi que des chaînes d'approvisionnement complètes, ce qui permet d'améliorer l'efficacité de ses opérations.
Les jumeaux numériques dans la fabrication et la logistique – perspective historique
La technologie des jumeaux numériques n'est pas nouvelle, puisqu'elle remonte aux années 1970. Elle a vu le jour à la NASA, qui a créé une réplique numérique du vaisseau spatial Apollo 13 et l'a soumise à une série de tests pour permettre aux astronautes de revenir sur Terre en toute sécurité. Aujourd'hui encore, la NASA utilise et développe avec succès cette technologie, par exemple pour tester les capsules. En revanche, l'application de la technologie des jumeaux numériques dans l'industrie a vu le jour dans le laboratoire du professeur Michael Grieves de l'université du Michigan. En 2002, il a proposé de l'utiliser dans les systèmes de gestion du cycle de vie des produits de bout en bout. Le nom de "jumeau numérique" est apparu pour la première fois en 2010 dans les rapports annuels de la NASA, avant d'être largement popularisé par les entreprises et les institutions scientifiques qui appliquaient effectivement la technologie. Aujourd'hui, les jumeaux numériques ne sont plus seulement un concept futuriste – grâce à l'existence de capteurs de l'internet des objets et à la capacité des logiciels à traiter des quantités considérables de données pour effectuer divers types de simulations, ils sont devenus une réalité quotidienne pour de nombreuses entreprises désireuses d'appliquer les innovations technologiques. Au quotidien, elles contribuent à rationaliser leurs opérations, à développer la robotisation et l'automatisation de la production, et à éliminer des erreurs coûteuses.