La conception d’actifs physiques évolue sans cesse. Aussi, avec le temps, il devient de plus en plus facile de stocker et d’analyser d’immenses volumes de données très variées à flux rapide. Les nouveaux actifs prennent de plus en plus souvent une forme numérique et transforment donc le rôle des outils traditionnels de gestion des actifs.
Il est nécessaire d’adopter une nouvelle approche de gestion visant à exploiter et à gérer les actifs logiciels, et à développer des capacités analytiques compatibles avec la numérisation des actifs. L’intégration d’un tel modèle de gestion des actifs est impossible sans le recours au jumelage numérique (digital twin), soit la représentation numérique d’un actif matériel.
Qu’est-ce qu’un jumeau numérique?
Un jumeau numérique est la réplique virtuelle d’un actif physique. Voilà une définition bien succincte de ce qu’est un jumeau numérique – définition que l’on entend dans de nombreuses conversations sur le sujet à l’échelle internationale.
Le Technical Consultancy Group (TCG) de IBM Royaume-Uni élargit cette description en ajoutant qu’un jumeau numérique « exploite des modèles de données, de simulations et d’apprentissage machine, et analyse des données afin de déployer des capacités de compréhension, d’apprentissage et de raisonnement. Un jumeau numérique peut être utilisé pour répondre à des questions de type « et-si » (what-if), et devrait être en mesure de présenter les données de façon intuitive. »
La numérisation d’un actif physique permet de couvrir différents aspects, dont :
- La représentation 3D d’un actif au moyen d’outils de conception assistée par ordinateur (CAO) visant à reproduire la forme et les dimensions physiques de l’actif et de tous ses composants;
- Des données techniques sur les actifs comme le modèle, le numéro de série, le nom du fabricant, etc.;
- Des informations sur l’entretien et la réparation telles que les nomenclatures, les codes de défaillance, les listes de pièces, etc.;
- La signature de paramètres physiques comme la courbe de base des vibrations, des mesures de température, des mesures d’ultrasons, etc.;
- La signature de paramètres de service comme la courbe de base de vitesse, de pression, de débit, d’énergie, etc.;
- Des données en temps réel comme la reproduction exacte du comportement d’un actif dans son contexte de service.
Les jumeaux numériques touchent tous les secteurs, entre autres ceux de la fabrication, des villes et des municipalités – appuyant le concept de « ville intelligente » –, de la construction – avec le concept de « bâtiment intelligent –, de l’automobile, des services publics, de la logistique, du commerce de détail et du commerce en ligne.
Architecture de base d’un modèle de jumeau numérique
L’architecture d’un jumeau numérique s’appuie sur la technologie de l’Internet des objets industriels (Industrial Internet of Things, ou IIoT). Au moyen de capteurs, l’architecture relie les actifs matériels (parfois appelés « objets physiques ») au monde virtuel, représenté par des solutions d’analyse et de stockage des données. Le tableau ci-dessous illustre l’architecture de base d’un jumeau numérique.
| Composants | Rôle | Exemples | |
| Monde physique | Capteurs | Détection d’événements et de changements chez un actif, dans son environnement immédiat, et conversion de ces occurrences physiques en impulsions électriques pouvant être interprétées à des fins utiles |
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| Liaison | Passerelle | Déploiement de dispositifs qui ne sont pas connectés directement à Internet pour accéder à des systèmes de stockage de données | Modems, routeurs |
| Technologies et dispositifs de communication | Activation du transfert de données entre les capteurs et les systèmes d’analyse et de stockage des données |
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| Monde numérique | Stockage de données | Stockage et accumulation de données provenant des capteurs | Services infonuagiques (cloud) |
| Capacités d’analyse des solutions de gestion des actifs de l'entreprise (GAE) | Analyse des données provenant des capteurs et acheminement de renseignements aux utilisateurs finaux afin d’appuyer leur prise de décision | Plateforme Digital Twin Exchange d’IBM |
Comment les jumeaux numériques peuvent-ils soutenir la prise de décision dans le monde réel?
L’objectif principal des jumeaux numériques est de déployer une réplique virtuelle d’un système physique et de ses données en temps réel, et d’aider les gens à prendre de bonnes décisions en affaires et à avoir un impact positif sur les organisations et les communautés qui les entourent. Un grand nombre de secteurs profitent déjà des avantages de la numérisation des actifs. Et le jumelage numérique promet de nouvelles façons de penser et de nouvelles possibilités analytiques.
De précieux renseignements deviennent accessibles grâce à l’immense quantité de données recueillies, à la variété d’information relevant de l’ensemble des capteurs de données physiques offerts sur le marché, à la vitesse à laquelle les données sont recueillies et traitées, et à la façon dont les solutions de GAE mettent les données à la disposition des utilisateurs. Les cas de figure peuvent différer grandement d’un secteur d'activité à l’autre.
| Industries | Exemples |
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Villes et municipalités |
Des centaines de systèmes IoT et de bases de données sont regroupées au sein d’un seul portail, créant ainsi le jumeau numérique d’une ville. La simulation permet aux utilisateurs de surveiller l’avancée des travaux en construction, les conditions environnementales, la sécurité publique, la consommation d’énergie et le taux d’occupation des bâtiments.
Les villes peuvent par exemple utiliser leur jumeau numérique pour développer le tourisme virtuel. Une réplique 3D de la ville permet aux touristes de voir toutes les attractions à n’importe quel moment de l’année au simple moyen d'un casque de réalité virtuelle. |
| Fabrication |
Les usines sont des environnements opérationnels riches en données; ils font d’excellents candidats pour le jumelage numérique. Les systèmes numériques de contrôle-commande (SNCC) utilisés pour piloter les usines à distance sont un bon exemple de jumelage numérique primaire : des capteurs et des actionneurs envoient et reçoivent des données pour exploiter l’usine, moyennant une faible intervention humaine. À titre d’exemple, la réplique numérique d’un équipement, d’une unité de production ou d’une usine entière peut être produite en consolidant les données de milliers de machines et de processus utilisés dans l’établissement. En fournissant une vue complète en temps réel des activités de l’usine, le jumeau numérique peut aider les gestionnaires et les membres du personnel à trouver des possibilités d’amélioration et à réagir rapidement lorsque des problèmes surgissent. |
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Biens aux consommateurs, commerce de détail et commerce en ligne |
Les produits de consommation sont bien différents des gros actifs et des actifs complexes. Ce secteur aborde les jumeaux numériques d’un autre angle, entre autres pour effectuer le suivi du flux des produits. Par exemple, le jumeau numérique d’un commerce de détail peut fournir des données en temps réel au sujet de ses marchandises en stock dans l’entrepôt et dans les rayons. Ces données fournissent des renseignements révélateurs aux membres du personnel, comme les tendances de consommation, qui permettront d’éviter les ruptures de stock et de voir quels produits sont susceptibles de faire l’objet d’un solde. |
| Logistique |
Le suivi des conteneurs réutilisables est un sous-domaine de la logistique dans lequel le jumelage numérique s’avère particulièrement bénéfique. La réplique virtuelle d’un conteneur réutilisable peut par exemple fournir un modèle détaillé dudit conteneur et permettre la détection de problèmes matériels tels que les bosselures et les fissures. Cette information, de pair avec les données historiques de transport du conteneur, permet de créer un jumeau numérique qui aidera les personnes concernées à prendre des décisions éclairées quant à l’utilisation, à la réparation et à la mise hors service du conteneur. |
Entamez votre parcours de jumelage numérique avec IBM Solutions
En février 2020, IBM a lancé IBM Digital Twin Exchange, sa plateforme permettant le déploiement de jumeaux numériques. IBM Digital Twin Exchange offre différents types de contenu pour jumelage numérique : nomenclatures, plans de maintenance et d’entretien, modes de défaillance, listes de pièces, modèles opérationnels, fichier 2D et 3D, etc. La plateforme permet aux utilisateurs de chercher et de télécharger le contenu de jumelage numérique qui répondra à leurs besoins.
À l’aide d’une intégration parmi tout le portefeuille des solutions IBM, la plateforme IBM Digital Twin Exchange met le contenu de jumelage numérique à la disposition de solutions de GAE telles que IBM Maximo Asset Management, et ce, en quelques clics. À titre d'exemple, un utilisateur peut chercher et télécharger le mode de défaillance d’une pompe à même la plateforme IBM Digital Twin Exchange et le rattacher directement à la pompe dans le module de gestion des actifs de Maximo.
L’utilisation de jumeaux numériques pour résoudre des problèmes d’entreprise dans le monde réel est sur une forte lancée grâce à la numérisation de cette nouvelle conception des actifs matériels et aux récentes avancées technologiques : capteurs IoT, services infonuagiques, Internet 5G, et solutions de GAE s’appuyant sur une riche culture IoT comme les plateformes Maximo et Watson IoT d’IBM.
Les jumeaux numériques ont commencé à exercer une influence positive sur les processus décisionnels dans de nombreux secteurs d’activité. Des exemples concrets montrent comment ils ont transformé l’ensemble du cycle de vie des actifs, de la conception à la mise hors service.
Aimeriez-vous étudier les options de jumelage numérique qui s’offrent à vous? Faites-le-nous savoir! Nous pouvons certainement vous aider dans votre parcours de numérisation.
Références :
- IBM United States Software Announcement 220-035, 11 février 2020
- IBM Digital Twin Exchange, site Web d’IBM, 2020
- What are digital twins? Andy Stanford-Clark, technologue IBM, Erwin Frank-Schultz, Martin Harris, 2019
- Industry 4.0 and the digital twin, Deloitte University Press, 2017
