Qu'est-ce qu'un jumeau numérique et pourquoi est-il important pour l'IdO ?

La technologie du jumeau numérique a dépassé le cadre de la production pour rejoindre les mondes fusionnés de l’Internet des Objets, de l’Intelligence Artificielle et de l’analyse des données.

À mesure que des « objets » plus complexes deviennent connectées, avec la capacité de produire des données, le fait d’avoir un équivalent numérique donne aux scientifiques des données et aux autres professionnels de l’informatique la possibilité d’optimiser les déploiements pour une efficacité maximale et de créer d’autres scénarios de simulation.

Cependant, c’est Michael Grieves (alors professeur à l’Université du Michigan) qui a appliqué ce concept en 2002. Il a ensuite a officiellement annoncé le concept de logiciel de jumeau numérique.

Qu’est-ce qu’un jumeau numérique (Digital Twins) ? Définition !

Un jumeau numérique est une représentation numérique d’un objet ou d’un système physique. La technologie qui sous-tend les jumeaux numériques s’est étendue à divers domaines ; bâtiments, usines et même villes. Certains affirment que même les personnes et les processus peuvent avoir des digital twins, ce qui élargit encore le concept.

L’histoire du jumeau numérique appartient à la NASA

Le concept de jumeau numérique est apparu pour la première fois à la NASA. Les maquettes grandeur nature des premières capsules spatiales, utilisées au sol pour refléter et diagnostiquer les problèmes en orbite, ont finalement cédé la place à des simulations entièrement numériques.

Mais le terme a vraiment pris son envol après que Gartner a désigné les jumeaux numériques comme l’une de ses 10 principales tendances technologiques stratégiques pour 2017. Il a affirmer que d’ici trois à cinq ans, « des milliards d’objets seront représentées par des jumeaux numériques, un modèle logiciel dynamique d’une chose ou d’un système physique ». Un an plus tard, Gartner a de nouveau désigné cette technologie comme l’une des principales tendances. Affirmant qu’avec une estimation de 21 milliards de capteurs et de points finaux connectés d’ici 2020, les digital twins existeront pour des milliards de choses dans un avenir proche. »

En résumé, un jumeau numérique est un programme informatique qui prend en entrée des données du monde réel concernant un objet ou un système physique et produit en sortie des prédictions ou des simulations de la manière dont cet objet ou ce système physique sera affecté par ces entrées.

Jumeau numérique - Quelle est son importance pour l'IdO

Jumeau numérique et simulation. Qu’est-ce qui différencie un jumeau numérique d’un modèle statique ?

Les termes simulation et jumeau numérique sont souvent utilisés de manière interchangeable ; mais il s’agit de deux choses différentes. Une simulation est conçue à l’aide d’un système de CAO ou d’une plateforme similaire, et peut être mise à l’épreuve, mais n’a pas forcément d’analogie avec un objet physique réel. Un jumeau numérique, en revanche, est construit à partir de données provenant de capteurs IoT sur un équipement réel. Ce qui signifie qu’il reproduit un système du monde réel et évolue avec ce système au fil du temps. C’est une réplique numérique. 

Les simulations ont tendance à être utilisées pendant la phase de conception du cycle de vie d’un produit, pour essayer de prévoir comment un futur produit fonctionnera. Alors qu’un jumeau numérique fournit à toutes les parties de l’entreprise un aperçu de la façon dont un produit ou un système qu’elles utilisent déjà fonctionne maintenant.

Comment fonctionne un jumeau numérique (ou virtuel) ? Comment le créer/faire ?

Un jumeau numérique commence sa vie en étant construit par des spécialistes ; souvent des experts en science des données ou en mathématiques appliquées. Ces développeurs effectuent des recherches sur la physique qui sous-tend l’objet ou le système physique à imiter et utilisent ces données pour élaborer un modèle mathématique qui simule l’original du monde réel dans l’espace numérique.

Le jumeau est construit de manière à pouvoir recevoir des données provenant de capteurs collectant des données sur un homologue du monde réel. Cela permet au jumeau de simuler l’objet physique en temps réel. Et, ce faisant, de donner un aperçu des performances et des problèmes potentiels. Le jumeau peut également être conçu sur la base d’un prototype de son homologue physique, auquel cas le jumeau peut fournir un retour d’information à mesure que le produit est affiné. Le jumeau peut même servir de prototype avant que la version physique ne soit construite.

Cependant, un digital twin peut être aussi compliqué ou aussi simple que vous le souhaitez. Aussi, la quantité de données que vous utilisez pour le construire et le mettre à jour déterminera le degré de précision avec lequel vous simulez un objet physique.

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Quels types de jumeaux existe-t-il ?

Les jumeaux numériques ont des usages variés, alors il en existe plusieurs types :

  • Les jumeaux de composants ou de pièces simulent le plus petit exemple de composant fonctionnel.
  • Les jumeaux d’actifs simulent deux ou plusieurs composants fonctionnant ensemble et vous permettent d’étudier les interactions entre eux.
  • Les jumeaux de systèmes ou d’unités vous permettent de voir comment les actifs de plusieurs systèmes fonctionnent ensemble, en simulant une chaîne de production entière ; par exemple.
  • Les jumeaux de processus offrent une vue d’ensemble absolue des systèmes fonctionnant ensemble. Ce qui vous permet de comprendre comment une usine entière pourrait fonctionner.

Il convient de noter que l’ajout de composants supplémentaires à l’ensemble ajoute de la complexité. En particulier, il peut s’avérer difficile de mélanger et d’assortir des composants de différents fabricants ; car il faut que la propriété intellectuelle de chacun soit compatible avec l’univers de votre digital twin.

Cas d’utilisation des jumeaux numériques

Les usages IoT pour ces jumeaux numériques sont légion. Des objets tels que des moteurs d’avion, des trains, des plates-formes pétrolières offshore et des turbines peuvent être conçus et testés numériquement avant d’être produits physiquement. Ces jumeaux numériques pourraient également être utilisés pour faciliter les opérations de maintenance prédictive. Par exemple, les techniciens pourraient utiliser un jumeau numérique pour vérifier qu’une réparation proposée pour une pièce d’équipement fonctionne avant de l’appliquer.

Les domaines d’applications commerciales des jumeaux numériques

L’industrie manufacturière est le domaine où le déploiement des digital twins est probablement le plus avancé.

Les jumeaux numériques automobiles sont possibles parce que les voitures sont déjà équipées de capteurs de télémétrie. Mais le perfectionnement de la technologie deviendra plus important à mesure que les véhicules autonomes prendront la route.

La santé est le secteur qui pourrait produire des digital twins de personnes. Des capteurs de la taille d’un pansement pourraient renvoyer des informations sur la santé à un jumeau numérique utilisé pour surveiller et prévoir le traitement sur un patient par exemple.

Pourquoi les jumeaux numériques sont importants pour l’IoT ?

Il est clair que l’explosion des capteurs IoT est en partie à l’origine des jumeaux numériques. Et à mesure que les dispositifs IoT se perfectionnent, les scénarios de jumeaux numériques peuvent inclure des objets plus petits et moins complexes. Offrant ainsi des avantages supplémentaires aux entreprises.

Les digital twins peuvent être utilisés pour prédire différents résultats sur la base de données variables. Cela ressemble au scénario de simulation que l’on voit souvent dans les films de science-fiction, où un scénario possible est prouvé dans l’environnement numérique. Avec des logiciels et des analyses de données supplémentaires, les jumeaux numériques peuvent souvent optimiser un déploiement IoT pour une efficacité maximale. Ils peuvent également aider les concepteurs à déterminer où les objets doivent aller ou comment ils fonctionnent avant qu’ils ne soient physiquement déployés.

Plus un digital twin peut reproduire l’objet physique, plus il est probable que des gains d’efficacité et d’autres avantages puissent être trouvés. Par exemple, dans le secteur de la fabrication. Des dispositifs hautement instrumentés sont déployés, les jumeaux numériques peuvent simuler les performances des dispositifs au fil du temps, ce qui peut aider à prévoir les performances futures et les pannes éventuelles.

Jumeaux numériques et jumeaux prédictifs

Voyons la différence entre les notions de jumeaux numériques et jumeaux prédictifs.

Le jumeau numérique « peut inclure une description des appareils, un rendu 3D et des détails sur tous les capteurs de l’appareil. Il génère en permanence des relevés de capteurs qui simulent des options de la vie réelle. »

Le jumeau prédictif « modélise l’état et le comportement futurs de l’appareil ». « Il se base sur les données historiques d’autres appareils, ce qui permet de simuler des pannes et d’autres situations nécessitant une attention particulière. »

« Le digital twin de processus est le prochain niveau de transformation numérique, qui compose les avantages du jumeau numérique de produit dans toute l’usine et la chaîne d’approvisionnement. » ; déclare Microsoft.

Avantages et risques des jumeaux numériques

Les jumeaux numériques permettent de voir en temps réel ce qui se passe dans les actifs physiques ; ce qui peut alléger radicalement les charges de maintenance.

Par exemple, l’entreprise Chevron déploie la technologie des jumeaux numériques sur ses champs pétrolifères et dans ses raffineries et espère économiser des millions de dollars en coûts de maintenance. Aussi, Siemens, dans le cadre de son argumentaire, affirme que l’utilisation de jumeaux numériques pour modéliser et prototyper des objets qui n’ont pas encore été fabriqués peut réduire les défauts des produits et raccourcir les délais de commercialisation.

Mais n’oubliez pas que Gartner prévient que les digital twins ne sont pas toujours nécessaires et qu’ils peuvent accroître inutilement la complexité. « Les digital twins peuvent être une surenchère technologique pour un problème commercial particulier. Il y a également des préoccupations concernant le coût, la sécurité, la confidentialité et l’intégration. »

Compétences en matière de digital twins

Vous souhaitez devenir un professionnel des jumeaux numériques ? Les compétences sont exigeantes et nécessitent une expertise spécialisée en apprentissage automatique, en intelligence artificielle, en analyse prédictive et dans d’autres domaines de la science des données.

C’est en partie pour cette raison que les grandes entreprises y ont accès. De leur côté, les petites entreprises pourraient trouver plus raisonnable d’engager une équipe de consultants que de former leurs employés. Contactez M2M Network pour toutes demandes de projet en utilisant le formulaire ci-dessous. 

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