Le jumeau numérique – Etat des lieux et perspectives

L’avènement de la 3D et de la CAO dans le monde de l’industrie a révolutionné le processus d’idéation, de conception des produits et de leur représentation. Le développement rapide de la modélisation 3D et l’apparition de la simulation ont porté la conception numérique à son apogée. La digitalisation effrénée de l’industrie et de la conception numérique a permis l’apparition du jumeau numérique. Ainsi, le jumeau numérique (ou le jumeau virtuel) trouve son origine dans la modélisation 3D et la simulation numérique. Il est en passe de devenir un catalyseur majeur du progrès dans le domaine de l’ingénierie et de l’industrie. Dans la première partie de cette analyse qui en comprend deux, nous essayerons de définir le jumeau numérique et de comprendre la relation naissante entre les industriels et le jumeau numérique.

Les expressions « jumeau numérique », « jumeau virtuel » et « digital twin » seront utilisées de façon interchangeable au cours de cet article.

1- Qu’est-ce qu’un jumeau numérique (digital twin) ?

Le jumeau numérique est un modèle virtuel (une copie numérique) conçu pour refléter fidèlement un objet. C’est une représentation du monde réel basée sur des modèles mathématiques et des lois scientifiques. Il combine le virtuel, sous forme d’un modèle abstrait d’un objet, et le réel, sous forme de sources de données provenant de l’entreprise, de l’internet des objets et du cloud. Le jumeau virtuel est conçu pour refléter fidèlement toutes les caractéristiques et les comportements de l’objet ou du système qu’il représente. Plusieurs industries ont adopté le jumeau numérique. Nous pouvons citer l’industrie manufacturière, la santé, les transports, l’aérospatial, l’énergie et bien d’autres. Le jumeau numérique permet de représenter virtuellement des objets, des systèmes, des usines voire des entreprises complètes.

L’évolution de la simulation numérique avec l’apparition du jumeau virtuel :

La simulation numérique est une partie intégrante du jumeau numérique et les deux utilisent des modèles numériques pour reproduire les différents processus d’un système. Mais le jumeau virtuel est plus riche car il constitue un véritable environnement virtuel capable d’exécuter toutes sortes de simulations simultanément afin d’étudier plusieurs processus. L’apparition du jumeau virtuel a ainsi fait évoluer la simulation numérique que ce soit au niveau technique qu’au niveau des usages. A titre d’exemple, la simulation numérique seule ne bénéficie pas de données en temps réel alors que les jumeaux numériques sont conçus autour d’un flux d’information bidirectionnel constamment mis à jour ce qui lui confère un potentiel d’amélioration des produits et des processus bien supérieur.

2- Analyse de la connaissance des jumeaux numériques dans le monde de l’industrie (analyse d’une enquête Dassault Systèmes) :

Dans une enquête menée par le site Engineering.com et financée par Dassault Systèmes, 250 ingénieurs, designers, concepteurs de produits et des managers ont été questionnés pour comprendre comment le jumeau virtuel est utilisé dans les entreprises d’aujourd’hui et la relation qu’elles ont avec lui. L’ambition était également de voir le degré de compréhension des entreprises et ingénieurs des jumeaux numériques. Nous exposerons brièvement les résultats de l’enquête dans cette partie.

a- Perception générale des jumeaux numériques :

L’enquête révèle une connaissance assez mitigée du jumeau virtuel de la part des professionnels interrogés. Ainsi, seulement 30 % d’entre eux affirment savoir que jumeau virtuel est un modèle complètement défini et capable de simuler le comportement entier du produit. Une bonne partie des interrogés connaissent le jumeau virtuel de manière incomplète puisqu’ils l’associent soit à de la simulation ou à un modèle 3D. 12 % des professionnels ayant répondu au questionnaire pensent que le jumeau numérique est un modèle similaire à un produit réel qui reçoit les données des capteurs posés sur les produits réels.

Il est à constater que 10 % des personnes questionnées déclarent ne pas connaître le jumeau numérique tandis qu’une petite négligeable (1%) pense que le jumeau virtuel est un idéal marketing impossible à atteindre.

Les questions posées concernent en partie les attentes des entreprises de la part du jumeau numérique. 32 % d’entre elles espèrent que le jumeau virtuel leur permettra plus d’efficacité et de performances en ingénierie alors que 25 % espèrent avoir plus de compréhension sur le comportement de leurs produits une fois en service. Une partie des répondants (25%) espère éviter les problèmes qui surviennent à différentes phases de conception, de fabrication et du lancement des produits.

8% des personnes interrogées s’attendent à des économies d’argent et de temps et 8 % d’entre elles espèrent devenir plus compétitives grâce au jumeau numérique.

b- Comment les entreprises intègrent le jumeau virtuel dans leur développement

Dans cette partie, les enquêteurs ont essayé de comprendre comment les entreprises et les ingénieurs intègrent le jumeau numérique dans leurs activités et quelle place occupe-t-il par rapport aux prototypes physiques. Tout d’abord ils ont posé la question sur les caractéristiques de leurs produits et celles qu’ils doivent y incorporer. Ainsi, 51 % des répondants disent que leurs produits doivent intégrer des parties en mouvement. 34 % d’entre eux modélisent des produits qui ont besoin d’une intervention humaine pour fonctionner. 31 % des participants estiment par exemple que leurs produits doivent intégrer un système de distribution électrique et 9 % des professionnels interrogés disent que leurs produits doivent pouvoir voler.

Les enquêteurs se sont intéressés aux prototypes physiques afin de comprendre son utilisation que ce soit dans la phase de conception ou de design et durant des phases plus avancées de leurs projets. Ainsi, 29 % disent ne jamais créer de prototype physique dans la phase de conception tandis que 22 % disent ne jamais le faire durant la phase design. Il est intéressant de noter que près d’un tiers des répondants disent ne jamais faire de prototype physique quelle que soit la phase d’avancement.

A la question de savoir qui interagit et qui utilise en premier le modèle 3D des produits, 85 % d’entre eux répondent que ce sont les concepteurs et ingénieurs qui l’utilisent en premier. 41 % répondent que c’est le service usinage qui utilise le modèle virtuel en premier lieu, puis viennent les clients et les fournisseurs avec respectivement 23 % et 19 %.

19% seulement répondent que c’est le management qui a accès au modèle numérique en premier.

c- Le jumeau numérique est-il accessible ?

L’enquête révèle que 65 % des personnes ayant répondu estiment ne pas être prêts pour implémenter le digital twin dans leur process. Ils expliquent notamment qu’ils n’ont pas encore mis en place des plans et qu’ils sont encore en phase de réflexion. 20 % déclarent qu’ils sont en train de formaliser leurs plans pour intégrer le jumeau numérique dans leurs activités et seulement 6 % ont un plan détaillé avec toutes les étapes déjà définies.

Le plus important à noter est que seulement 14 % des participants à l’enquête utilisent déjà le jumeau virtuel.

Les usages pour lesquels les ingénieurs souhaitent l’utiliser concernent surtout la découverte des erreurs d’ingénierie (82%) et l’optimisation des produits (81 %). 78 % des professionnels interrogés déclarent déjà utiliser le jumeau virtuel ou vouloir l’utiliser pour avoir une visualisation réaliste du produit tandis que 77 % veulent l’utiliser pour les animations de produits.

Conclusion :

Bien que le concept du jumeau numérique soit aujourd’hui largement répandu dans l’industrie, sa connaissance reste relativement incomplète et les industriels ne sont pas complètement sensibilisés aux énormes possibilités qu’il peut apporter.

Dans un prochain article, nous allons nous intéresser aux problématiques rencontrés par les industriels et comment le jumeau numérique peut y remédier. Nous allons également nous intéresser de plus près au jumeau numérique sur la plateforme 3DEXPERIENCE et le concept de Virtuel Twin Experience proposé par Dassault Systèmes.

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