Comment fonctionne un jumeau numérique ?

Un jumeau numérique est un modèle virtuel conçu pour refléter fidèlement un objet physique. L’objet étudié — par exemple, une éolienne — est équipé de divers capteurs liés à des domaines vitaux de sa fonctionnalité. Ces capteurs produisent des données sur différents aspects des performances de l’objet physique, comme la production d’énergie, la température, les conditions météorologiques, etc. Ces données sont ensuite transmises à un système de traitement et appliquées à la copie numérique. 

Une fois renseigné avec ces données, le modèle virtuel peut être utilisé pour effectuer des simulations, étudier des problèmes de performance et générer des améliorations possibles, le tout dans le but de générer des informations précieuses — qui peuvent ensuite être appliquées à l’objet physique original.Jumeaux numériques ou simulations

Bien que les simulations et les jumeaux numériques utilisent tous deux des modèles numériques pour reproduire les différents processus d’un système, un jumeau numérique est en fait un environnement virtuel, ce qui le rend considérablement plus riche à étudier. La différence entre le jumeau numérique et la simulation est en grande partie une question d’échelle : Alors qu’une simulation étudie généralement un processus particulier, un jumeau numérique peut lui-même exécuter toutes sortes de simulations afin d’étudier plusieurs processus.

Les différences ne s’arrêtent pas là. Par exemple, les simulations ne bénéficient généralement pas de données en temps réel. Mais les jumeaux numériques sont conçus autour d’un flux d’informations bidirectionnel qui se produit d’abord lorsque les capteurs de l’objet fournissent des données pertinentes au processeur du système, puis se reproduit lorsque les informations créées par le processeur sont partagées avec l’objet source original.

En disposant de données de meilleure qualité et constamment mises à jour, relatives à un large éventail de domaines, combinées à la puissance de calcul supplémentaire qui accompagne un environnement virtuel, les jumeaux numériques sont en mesure d’étudier davantage de questions à partir de points de vue bien plus nombreux que ne le permettent les simulations standard — avec un potentiel d’amélioration des produits et des processus bien supérieur.Types de jumeaux numériques

Il existe différents types de jumeaux numériques en fonction du niveau d’agrandissement du produit. La plus grande différence entre ces jumeaux est le domaine d’application. Il est courant que différents types de jumeaux numériques coexistent dans un système ou un processus. Passons en revue les types de jumeaux numériques pour en connaître les différences et savoir comment ils sont appliqués.Jumeaux de composants/jumeaux de pièces

Les jumeaux de composants sont l’unité de base des jumeaux numériques, le plus petit exemple de composant fonctionnel. Les jumeaux de pièces sont à peu près la même chose, mais relèvent de composants d’une importance légèrement moindre.Jumeaux d’actifs

Lorsque deux composants ou plus fonctionnent ensemble, ils forment ce que l’on appelle un actif. Les jumeaux d’actifs vous permettent d’étudier l’interaction de ces composants, créant ainsi une mine de données sur les performances qui peuvent être traitées puis transformées en informations exploitables.Jumeaux de systèmes ou d’unités

Le niveau d’agrandissement suivant concerne les jumeaux de systèmes ou d’unités, qui vous permettent de voir comment différents actifs s’assemblent pour former un système fonctionnel complet. Les jumeaux de systèmes fournissent une visibilité sur l’interaction des actifs, et peuvent suggérer des améliorations de performance.Jumeaux de processus

Les jumeaux de processus, le niveau macro de l’agrandissement, révèlent comment les systèmes fonctionnent ensemble pour créer une structure de production entière. Ces systèmes sont-ils tous synchronisés pour fonctionner au maximum de leur efficacité, ou les retards d’un système affecteront-ils les autres ? Les jumeaux de processus peuvent aider à déterminer les schémas de synchronisation précis qui influencent finalement l’efficacité globale.Explorez l’IBM Digital Twin ExchangeHistoire de la technologie des jumeaux numériques

L’idée de la technologie des jumeaux numériques a été exprimée pour la première fois en 1991, avec la publication de Mirror Worlds, de David Gelernter. Toutefois, c’est à Michael Grieves (alors professeur à l’université du Michigan) que l’on doit la première application du concept de jumeaux numériques à la fabrication en 2002 et l’annonce officielle du concept de logiciel de jumeaux numériques. Finalement, John Vickers, de la NASA, a introduit un nouveau terme — « jumeau numérique » — en 2010.

Cependant, l’idée maîtresse d’utiliser un jumeau numérique comme moyen d’étudier un objet physique remonte en réalité à bien avant. En fait, on peut dire à juste titre que la NASA a été la première à utiliser la technologie des jumeaux numériques au cours de ses missions d’exploration spatiale des années 1960, lorsque chaque vaisseau spatial en partance était reproduit à l’identique dans une version terrestre qui était utilisée à des fins d’étude et de simulation par le personnel de la NASA faisant partie des équipages de vol.Avantages et bénéfices des jumeaux numériques

Meilleures R&D
L’utilisation de jumeaux numériques permet une recherche et une conception plus efficaces des produits, avec une abondance de données créées sur les résultats probables des performances. Ces informations peuvent permettre aux entreprises d’affiner leurs produits avant de lancer la production.

Plus grande efficacité
Même après la mise en production d’un nouveau produit, les jumeaux numériques peuvent aider à refléter et à surveiller les systèmes de production, dans le but d’atteindre et de maintenir une efficacité maximale tout au long du processus de fabrication.

Fin de vie des produits
Les jumeaux numériques peuvent même aider les fabricants à décider ce qu’il convient de faire des produits qui arrivent en fin de vie et doivent subir un traitement final, par le biais du recyclage ou d’autres mesures. En utilisant des jumeaux numériques, ils peuvent déterminer quels matériaux des produits peuvent être récoltés.Marché et industries des jumeaux numériques

Si les jumeaux numériques sont appréciés pour ce qu’ils offrent, leur utilisation n’est pas garantie pour chaque fabricant ou chaque produit créé. Tous les objets ne sont pas suffisamment complexes pour nécessiter le flux intense et régulier de données de capteurs qu’exigent les jumeaux numériques. D’un point de vue financier, il n’est pas non plus toujours intéressant d’investir des ressources importantes dans la création d’un jumeau numérique. (ne pas oublier pas qu’un jumeau numérique est la réplique exacte d’un objet physique, ce qui pourrait rendre sa création coûteuse).

En revanche, de nombreux types de projets bénéficient spécifiquement de l’utilisation de modèles numériques :

• Projets de grande envergure Bâtiments, ponts et autres structures complexes soumis à des règles techniques rigoureuses. 
• Projets mécaniques complexes Turboréacteurs, automobiles et avions. Les jumeaux numériques peuvent contribuer à améliorer l’efficacité des machines complexes et des moteurs gigantesques.
• Équipements électriques Cela comprend à la fois les mécanismes de production et de transmission de l’énergie.
• Projets de fabrication Les jumeaux numériques excellent dans la rationalisation de l’efficacité des processus, comme c’est le cas dans les environnements industriels où les systèmes de machines fonctionnent conjointement.

Par conséquent, les industries qui obtiennent le plus de succès avec les jumeaux numériques sont celles qui traitent des produits ou des projets à grande échelle :

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

Le marché des jumeaux numériques : prêt pour la croissance

L’expansion rapide du marché des jumeaux numériques indique que, si les jumeaux numériques sont déjà utilisés dans de nombreux secteurs, la demande de jumeaux numériques va continuer à croître pendant un certain temps. En 2020, le marché des jumeaux numériques a été évalué à 3,1 milliards USD. Certains analystes du secteur estiment qu’il pourrait continuer à augmenter fortement jusqu’en 2026 au moins, pour atteindre un montant estimé à 48,2 milliards USD¹.Améliorer l’efficacité de la fabrication grâce aux jumeaux numériques

L’utilisation de jumeaux numériques de bout en bout permet aux propriétaires/exploitants 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 applications suivantes :Équipement de production d’énergie

Les gros moteurs — dont les turboréacteurs, les moteurs de locomotives et les turbines de production d’électricité — bénéficient énormément de l’utilisation de jumeaux numériques, notamment pour aider à établir des calendriers de maintenance régulière.Les structures et leurs systèmes

Les grandes structures physiques, telles que les grands bâtiments ou les plateformes de forage en mer, peuvent être améliorées grâce aux jumeaux numériques, notamment lors de leur conception. Elle est également utile pour concevoir les systèmes fonctionnant à l’intérieur de ces structures, tels que les systèmes CVC.Opérations de fabrication

Comme les jumeaux numériques sont censés refléter l’ensemble du cycle de vie d’un produit, il n’est pas surprenant que les jumeaux numériques soient devenus omniprésents à toutes les étapes de la fabrication, de la conception jusqu’au produit fini.Services de santé

Tout comme les produits peuvent bénéficier de l’utilisation de jumeaux numériques, les patients recevant des soins le peuvent aussi. Le même type de système de données générées par des capteurs peut être utilisé pour suivre une variété d’indicateurs de santé et générer des informations clés.Industrie automobile

Les voitures incluent de nombreux types de systèmes complexes et cofonctionnels. Les jumeaux numériques sont largement utilisés dans la conception automobile, tant pour améliorer les performances des véhicules que pour accroître l’efficacité entourant leur production.Urbanisme

Les ingénieurs civils et les autres personnes impliquées dans les activités d’urbanisme s’appuient beaucoup sur l’utilisation de jumeaux numériques, qui peuvent afficher des données spatiales en 3D et en 4D en temps réel, et également intégrer des systèmes de réalité augmentée dans les environnements construits.

Source : https://www.ibm.com/fr-fr/topics/what-is-a-digital-twin