Jumeaux numériques : au confluent de technologies apparentées

Publié le 13/11/2019 par Caroline Rousseau et Zach Capers

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Pour beaucoup, un jumeau numérique (ou digital twin) est le rendu 3D d’un objet physique. C’est parfois en partie le cas, mais pourquoi en faire soudainement grand cas aujourd’hui alors que les modèles de conception assistée par ordinateur (CAO, ou CAD pour l’acronyme anglais) existent depuis des dizaines d’années ?

Parce que le concept de jumeau numérique va plus loin.

Cette technologie aide en fait les entreprises à visualiser leurs actifs et à optimiser leurs opérations en synchronisant monde virtuel et monde réel. Les capteurs de l’Internet des objets transmettent instantanément toutes sortes de données extraites d’un objet à son jumeau numérique. Les conditions du jumeau changent en même temps que celles de l’objet.

Un digital twin n’est donc pas un simple rendu 3D, mais la représentation digitale dynamique d’un objet réel qui change en temps réel.

N’importe quel objet peut être associé à un jumeau numérique, de la plus petite pièce mécanique à la plus grande centrale électrique. On peut aussi concevoir un digital twin pour visualiser un processus comme un projet commercial complexe. À mesure que les données s’accumulent, le profil de l’objet ou du processus émerge, ce qui permet de comprendre clairement son passé, d’examiner son présent dans le détail et d’améliorer les prises de décision concernant son avenir.

Dans certains cas, il est possible de contrôler un objet réel par le biais de son jumeau numérique grâce à des actionneurs qui convertissent les inputs humains en actions physiques (un responsable des opérations peut par exemple suspendre à distance l’activité d’une machine si son jumeau numérique est en surchauffe).

La technologie est relativement neuve et elle est principalement utilisée par les grandes entreprises, mais elle finira par révolutionner le partage des informations et la gestion des cycles de vie des actifs. Les PME doivent donc se familiariser rapidement avec cette technologie émergente pour se préparer aux bouleversements et aux opportunités qu’elle promet.

Le jumeau numérique, association de technologies multiples

L’essor apparemment soudain des digital twins s’explique par plusieurs facteurs : l’omniprésence de l’informatique sur le cloud, le stockage efficace et illimité de données, les capacités analytiques avancées et le coût fortement réduit des capteurs de l’Internet des objets (IdO).

Les 4 piliers des jumeaux numériques :

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Le digital twin est en quelque sorte le référentiel central de données en ligne d’un élément réel particulier. Il ne se limite pas au modèle, aux capteurs, aux données ou aux analytiques : il est la ressource fertile et polyvalente qui naît de leur association.

Modèle

Le modèle est la réplique virtuelle d’un objet réel. Il peut aussi représenter un système (par exemple une chaîne d’approvisionnement) pour en simplifier la visualisation et le rendre ainsi plus tangible. Un logiciel de modélisation avancée peut produire des répliques digitales incroyablement réalistes qui permettent d’observer un objet sous divers angles et de le manipuler de différentes manières. Mais un modèle ne doit pas forcément être une réplique exacte ; tout dépend de l’usage qu’on en fait.

Capteurs

Un jumeau numérique ne peut exister que s’il est connecté à un objet réel. Il faut donc équiper ce dernier de capteurs IdO et d’autres instruments capables d’extraire des informations sur ses conditions, son statut et son contexte. Au cours des dernières années, le prix des capteurs IdO a fortement diminué, mais leur diversité et leur utilité se sont renforcées. Les capteurs IdO rendent les actifs intelligents en transmettant sans fil et instantanément des mesures comme le mouvement ou la composition chimique.

Données

Les données en temps réel synchronisent l’objet avec son jumeau numérique. Par exemple, le digital twin d’une section particulière d’une canalisation souterraine inclurait des données concernant ses conditions (par exemple la pression et la vibration), son statut opérationnel (par exemple actif ou inactif) et son contexte (par exemple l’angle ou l’emplacement). En général, les jumeaux numériques intègrent aussi des données commerciales pertinentes : informations sur le produit, spécifications techniques, statut de la garantie, etc.

Logiciel

Le logiciel fait tourner le modèle tout en surveillant et en organisant la grande quantité de données entrantes. Les programmes d’analytique moulinent les données pour récolter des informations utiles et formuler des prédictions. Le logiciel permet aussi de générer des simulations hors ligne et de tester l’influence de diverses variables dans différents scénarios.

Le jumeau numérique profite à de nombreuses parties

Le partage des données constitue l’un des avantages principaux des jumeaux numériques. Les digital twins récoltent en effet des quantités phénoménales de données souvent pertinentes pour une variété de personnes. Voici un exemple qui illustre comment différents intervenants peuvent tirer parti des données générées par le jumeau numérique d’une simple voiture.

jumeau numérique parties impliquées

  • Le propriétaire accède à un portail en ligne sur lequel il peut consulter des informations concernant le statut du véhicule, ses spécifications et sa garantie.
  • La compagnie d’assurances évalue les habitudes de conduite du propriétaire pour lui proposer une police adaptée à son usage.
  • Les mécaniciens reçoivent des informations qui leur permettent d’identifier des problèmes, de consulter l’historique d’entretien et de procéder à des réparations.
  • Les régulateurs accèdent aux données pour vérifier la conformité du véhicule aux standards de sécurité et d’émissions de gaz polluants.
  • Le fabricant et les fournisseurs analysent les données entrantes pour améliorer le design du véhicule, peaufiner sa production et améliorer sa sécurité. Les composants de cette voiture et de toutes les autres sont utilisés pour déterminer l’usure moyenne des pièces, faire tourner des simulations et prédire des soucis techniques.

Exemples de jumeaux numériques

Même si de nombreuses personnes n’associent les jumeaux numériques qu’à l’industrie, cette technologie polyvalente peut aider toutes les entreprises à s’améliorer de bien des façons.

Maintenance sur site

Les digital twins peuvent être très utiles à la maintenance sur site car le feedback en temps réel alerte les utilisateurs en cas de problème et les informe sur la nature exacte de l’incident. Les techniciens arrivent souvent sur le terrain en n’ayant qu’une vague idée du problème à résoudre. Les statistiques indiquent d’ailleurs que près d’un quart des demandes d’intervention ne sont pas résolues à la première intervention et qu’il faut généralement assurer un suivi supplémentaire.

Un jumeau numérique peut prévenir un technicien qu’un souci particulier s’est produit, lui laisser le temps de procéder à une inspection visuelle avant d’arriver sur site et lui donner accès à des donnés d’historique indiquant les causes potentielles. Il peut ainsi se présenter sur le terrain avec les outils, les connaissances et les informations nécessaires pour clôturer immédiatement l’incident. La technologie est particulièrement utile dans les endroits difficilement accessibles en raison de la complexité de l’infrastructure, de la distance ou du danger, par exemple.

Chaînes logistiques

Les jumeaux numériques mettent en lumière l’entièreté d’une chaîne logistique, de l’approvisionnement à la livraison. Une chaîne logistique est un processus et n’a donc, par essence, pas de forme physique. Son jumeau numérique est donc aussi abstrait par nature, mais il reflète le statut de chaque étape de l’opération.

Un distributeur de papier pourrait par exemple utiliser un digital twin pour monitorer sa production, évaluer la demande et surveiller son inventaire. Le jumeau numérique commanderait automatiquement des matières premières auprès des fournisseurs, vérifierait le niveau d’humidité de l’entrepôt et prédirait les retards d’envoi potentiels selon les conditions météorologiques.

Espaces de travail

Grâce à la modélisation CAO, vous pouvez créer un plan digital réaliste de votre bureau. Avec un jumeau numérique vous pouvez aller encore plus loin, puisque le digital twin indique le nombre de personnes présentes dans chaque espace, les ressources utilisées et les ampoules à remplacer. Aujourd’hui, on conçoit même des immeubles truffés de capteurs en imaginant déjà leur digital twin.

Ces systèmes révolutionnent la gestion des bâtiments en collectant et transmettant des informations de façon novatrice. Des capteurs de qualité de l’air indiquent quand il faut changer de filtre, des panneaux installés dans des parkings guident les conducteurs vers les places libres et la simulation de différents plans de table permet de déterminer la configuration la plus efficace pour un dîner réussi.

Obstacles à une adoption généralisée

En plus de leur prix et de la complexité de leur conception, les jumeaux numériques devront surmonter un certain nombre d’autres d’obstacles à l’adoption avant de devenir incontournables.

Absence de standards

Aucun standard ne régit actuellement le domaine des digital twins. L’interopérabilité entre fabricants reste donc compliquée et entrave le développement des jumeaux numériques. On peut déjà concevoir sans trop de difficultés un jumeau numérique spécifique correspondant à une pièce spécifique produite par un fabricant spécifique. Mais les choses se corsent lorsqu’il faut créer un digital twin composite qui intègre des pièces variées provenant de différents fabricants.

Sécurité des données

La coordination et la sécurisation de l’énorme quantité de données nécessaires au fonctionnement d’un jumeau numérique font aussi obstacle à l’adoption cette technologie. Les digital twins peuvent intéresser de nombreux profils, qui doivent tous pouvoir accéder à des données spécifiques. Cela peut poser des problèmes de confidentialité, de protection des données personnelles et de conformité réglementaire. Il faut donc prendre de nombreuses précautions pour s’assurer que les bonnes informations se retrouvent entre de bonnes mains.

Marché naissant

L’adoption précoce des jumeaux numériques n’est pas sans risque. La technologie évolue rapidement et, à mesure que le secteur gagnera en maturité, certains éditeurs spécialisés sortiront leur épingle du jeu. En vous associant avec un mauvais éditeur, vous pourriez vous retrouver avec un projet prématurément dépassé.

De plus, l’utilisation d’un logiciel propriétaire et l’absence de standard ne simplifient pas la portabilité des données. Les premiers à s’équiper de jumeaux numériques risquent donc de devenir trop dépendants d’un éditeur particulier ou d’hésiter à changer d’éditeur pour des raisons pratiques. Ils pourraient devenir les otages volontaires d’un prestataire.

Quel avenir pour les jumeaux numériques ?

Les jumeaux numériques commencent seulement à révéler leur potentiel. Selon Gartner, d’ici 2021, la moitié des grandes entreprises industrielles utiliseront des digital twins et deviendront ainsi 10 % plus efficaces que leurs concurrentes (rapport accessible aux clients, en anglais).

Les jumeaux numériques vous progressivement intégrer le machine learning, l’intelligence artificielle et la réalité augmentée pour automatiser des processus, développer des mécanismes d’autoréparation et améliorer les simulations. Dans un avenir plus éloigné, nous créerons des digital twins pour des systèmes incroyablement complexes comme le corps humain ou des villes entières.

Actuellement, des logiciels de business intelligence ou d’analytique moins poussés suffisent à répondre aux besoins de la plupart des PME. Néanmoins, avec le développement progressif de bonnes pratiques et la validation de cas d’utilisation de plus en plus nombreux, la technologie deviendra plus abordable. Elle pourra alors se généraliser et être adaptée aux besoins des PME.

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