Qu’est-ce qu’un jumeau numérique ?

L’objet étudié, tel qu’une éolienne par exemple, est équipé de divers capteurs qui mesurent des aspects clés de son fonctionnement. Ces capteurs génèrent des données sur des éléments tels que la production d’énergie, la température, et les conditions météorologiques. Ces informations sont ensuite traitées par le système et appliquées au modèle numérique.

Une fois les données fournies, ce modèle numérique peut être utilisé pour effectuer diverses simulations, analyser les problèmes de performance et concevoir des améliorations potentielles. L’objectif ultime est d’obtenir des informations précieuses qui peuvent être utilisées pour améliorer l’entité physique d’origine.

Bien que les simulations et les jumeaux numériques reposent tous deux sur des modèles numériques, un jumeau numérique constitue en fait un environnement virtuel beaucoup plus riche à étudier. La différence principale entre un jumeau numérique et une simulation est essentiellement une question d'échelle : alors qu’une simulation se concentre généralement sur un processus particulier, un jumeau numérique permet d’exécuter de multiples simulations pour étudier plusieurs processus simultanément.

Les différences ne s’arrêtent pas là. Par exemple, les simulations ne bénéficient généralement pas de données en temps réel, tandis que les jumeaux numériques reposent sur un flux d’informations bidirectionnel. Les capteurs de l’objet fournissent des données en temps réel au processeur du système, qui, en retour, envoie des informations pour améliorer l’objet source.

Grâce à des données de haute qualité, constamment mises à jour et couvrant un large éventail de domaines, ainsi qu'à la puissance de calcul supplémentaire fournie par un environnement virtuel, les jumeaux numériques peuvent étudier un plus grand nombre de problématiques à partir de perspectives beaucoup plus variées que les simulations standard. Cela offre un potentiel considérablement accru pour améliorer les produits et les processus.

Il existe plusieurs types de jumeaux numériques, en fonction du niveau de granularité du produit observé. La principale distinction entre ces jumeaux réside dans leur domaine d'application. Il est courant que différents types de jumeaux numériques coexistent au sein d'un même système ou processus. Examinons les différents types de jumeaux numériques et leur application :

L'idée de la technologie des jumeaux numériques a été mentionnée pour la première fois en 1991 avec la publication de Mirror Worlds par David Gelernter. Cependant, le Dr Michael Grieves, alors professeur à l'université du Michigan, est crédité pour avoir appliqué pour la première fois le concept de jumeaux numériques à la fabrication en 2002, et pour avoir introduit officiellement le concept de logiciel de jumeaux numériques. En 2010, John Vickers, de la NASA, a introduit le terme de « jumeau numérique ».

Pourtant, le concept d’utiliser un jumeau numérique pour étudier un objet physique remonte à bien plus tôt. En effet, on peut légitimement affirmer que la NASA a été pionnière dans l'utilisation de cette technologie lors de ses missions d'exploration spatiale dans les années 1960, lorsque chaque vaisseau spatial était répliqué dans une version terrestre pour étude et simulation par les équipes de la NASA.

L'utilisation des jumeaux numériques permet de mener des recherches et conceptions de produits plus efficaces grâce à l'abondance des données générées sur les résultats probables en matière de performance. Ces informations peuvent conduire à des informations qui aident les entreprises à apporter des améliorations nécessaires à leurs produits avant le début de la production.

Même après la mise en production d'un nouveau produit, les jumeaux numériques permettent de refléter et de surveiller les systèmes de production afin d'atteindre et de maintenir une efficacité maximale tout au long du processus de fabrication.

Les jumeaux numériques peuvent même aider les fabricants à décider quoi faire des produits qui atteignent la fin de leur cycle de vie et qui doivent faire l'objet d'un traitement final, par le biais du recyclage ou d'autres mesures. En utilisant des jumeaux numériques, ils peuvent déterminer quels matériaux de produit peuvent être récoltés.

Bien que les jumeaux numériques soient très prisés pour leurs avantages, ils ne sont pas nécessaires pour tous les fabricants ni pour tous les produits. Certains objets ne sont tout simplement pas assez complexes pour justifier le flux intensif de données de capteurs qu'exigent les jumeaux numériques. Par ailleurs, il peut ne pas être rentable d'investir d'importantes ressources dans la création d'un jumeau numérique, qui, rappelons-le, est une réplique exacte d'un objet physique, rendant sa création potentiellement coûteuse.

Cependant, certains projets tirent un bénéfice direct de l'utilisation de modèles numériques :

• Projets de grande envergure : les bâtiments, les ponts et autres structures complexes sont soumis à des règles d’ingénierie strictes. 
• Projets mécaniquement complexes : turbines à réaction, automobiles et avions. Les jumeaux numériques peuvent contribuer à améliorer l'efficacité des machines complexes et des moteurs gigantesques.
• Équipements énergétiques : il s’agit à la fois des mécanismes de production et de transmission d’énergie.
• Projets industriels : les jumeaux numériques sont un excellent moyen d'optimiser l'efficacité des processus dans les environnements industriels, avec des systèmes de machines interconnectés.

En d'autres mots, les secteurs qui bénéficient le plus des jumeaux numériques sont ceux impliqués dans des projets de grande envergure :

• Ingénierie (systèmes)
• Construction automobile
• Production aéronautique
• Conception de wagons
• Construction de bâtiments
• Fabrication
• Services publics d'électricité

Le marché des jumeaux numériques est en pleine expansion. Bien que cette technologie soit déjà largement utilisée dans de nombreux secteurs, la demande continue de croître. En 2022, le marché mondial des jumeaux numériques était estimé à 73,5 milliards USD pour 2027.¹

L'utilisation de jumeaux numériques de bout en bout permet aux propriétaires et opérateurs de réduire les temps d'arrêt des équipements tout en augmentant la production. Découvrez une solution de gestion du cycle de vie des services créée par IBM et Siemens.

Les jumeaux numériques sont déjà largement utilisés dans les domaines suivants :

Un changement fondamental est en cours dans les modèles d’exploitation. Une réinvention numérique est en marche dans les industries à forte intensité d’actifs, bouleversant les modèles d’exploitation traditionnels et nécessitant une vision intégrée, à la fois physique et numérique, des actifs, équipements, installations et processus. Les jumeaux numériques jouent un rôle central dans ce réalignement.

L’avenir des jumeaux numériques semble sans limites, car leur utilisation bénéficie de plus en plus de la puissance cognitive qui leur est consacrée. Ils continuent d’acquérir de nouvelles compétences et capacités, ce qui signifie qu’ils peuvent générer des connaissances toujours plus approfondies pour améliorer les produits et rendre les processus plus efficaces.

Dans cet article sur la transformation des opérations d’actifs avec les jumeaux numériques, vous découvrirez comment ces changements impactent votre secteur.