Jumeaux numériques : quand l’industrie 4.0 voit double

Les jumeaux numériques ou digital twins, modèles virtuels d’objets physiques – produits, systèmes ou process – accompagnent désormais les industriels entrés dans l’ère de l’industrie 4.0. Décryptage.

Relativement récent et auparavant réservé aux équipements coûteux, le concept de jumeau numérique intéresse de plus en plus l’industrie au sens large, du fait de coûts plus abordables mais également de l’accès facilité aux données qui permettent de les mettre en œuvre et de les utiliser.

Les industriels utilisent des doubles numériques, véritables répliques de leurs équipements, pour effectuer des simulations avant d’initier de longues et coûteuses opérations sur leurs produits ou process et gagner en agilité.

Grâce à NCSimul, proposé par Hexagon Manufacturing Intelligence, les fabricants de machines d’usinage peuvent, par exemple, bénéficier d’une copie de leurs équipements conforme aux machines modélisées et fonctionnant au plus proche de la réalité. Ce type de “clone” numérique permet de vérifier en amont la bonne tenue de la machine avec des essais qui n’endommagent en rien la machine physique, et ce dans de courts délais. « Les jumeaux numériques produits à partir de NCSimul bénéficient de toutes les caractéristiques des machines physiques et intègrent leurs spécifications. L’utilisation de répliques virtuelles vise à produire des machines conformes “du premier coup”, tout en augmentant les taux de productivité. C’est d’autant plus pertinent aujourd’hui que, dans notre domaine par exemple, les machines-outils sont de plus en plus complexes et nécessitent des temps de qualification très longs s’ils sont effectués par des collaborateurs. Or, la mise sur le marché doit être rapide, et le temps accordé aux industriels pour arriver à l’excellence est très court », explique Mehdi Saint-Ange, responsable commercial NCSimul.

Certaines entreprises vont plus loin, au-delà de virtualisation des machines réelles. Des industriels recourent à des jumeaux numériques qui nécessitent l’intégration de capteurs sur les objets réels qu’ils représentent afin de réaliser un suivi temps réel de leur fonctionnement, les doubles numériques devant évoluer dans les mêmes conditions que les objets physiques dont ils sont la répliques. Des évolutions particulièrement pertinentes pour la maintenance prévisionnelle. La manière dont les matériaux et les composants évoluent au cours du temps peuvent ainsi être analysés afin de prédire d’éventuelles défaillances et identifier les changements à apporter pour un fonctionnement optimal. L’objectif : améliorer les rendements des machines et les performances des produits physiques en observant et anticipant le comportement de leur jumeau numérique.

Virtuel et transformation numérique

Les concepts de virtualisation et de jumeau numérique font partie des préoccupations de l’industrie du futur. Les annonces des entreprises quant à l’intégration de ces nouvelles voies de productivité se multiplient. À titre d’exemple, BeAM, fabricant de machines de fabrication additive par projection de poudres métalliques, et le groupe Siemens ont récemment fait part de leur intention de renforcer davantage leur collaboration : le nouveau contrôleur Sinumerik One, la nouvelle génération de commande numérique proposée par Siemens, utilisée par BeAM, intégrera la notion de jumeau numérique. Il s’agit pour les deux entreprises de développer et d’adapter conjointement les fonctions de CAO/FAO dans l’environnement de Siemens. « L’industrialisation rapide de la fabrication additive va de pair avec la transformation numérique et ne peut être réalisée qu’au prix d’une étroite collaboration entre experts en logiciel et matériel et experts en impression industrielle 3D, comme c’est le cas pour Siemens et BeAM. En utilisant des jumeaux numériques tout au long de la chaîne, de la conception virtuelle au composant réel, la digitalisation de la fabrication additive assure un maximum d’efficacité, de productivité et de transparence des données sur l’ensemble du processus de production ainsi qu’une qualité optimale des composants produits », explique Uwe Ruttkamp, responsable de l’activité Machine Tool Systems chez Siemens Digital Industries.

Rockwell Automation et Ansys ont également décidé de collaborer. Les spécialistes mondiaux de l’automatisation industrielle et de la simulation numérique entendent ainsi accompagner leurs clients dans l’intégration de jumeaux numériques. « Une fois la machine ou le produit déployés, les ingénieurs peuvent créer le jumeau numérique de l’ensemble du processus de conception, puis imaginer et tester virtuellement des milliers de scénarios afin d’analyser le comportement du produit. En utilisant les modèles 3D générés par le logiciel Ansys Twin Builder, les ingénieurs peuvent comprendre un résultat sans entraver le fonctionnement du produit physique et donc minimiser les risques. Un atout crucial pour les entreprises qui doivent être en mesure de changer rapidement la configuration des lignes de production afin de s’adapter aux demandes des clients et aux évolutions du marché », expliquent les parties prenantes. Ansys a rejoint récemment le programme Digital Partner Program de Rockwell Automation, dont l’objectif est de proposer des solutions permettant de simplifier et d’optimiser la transformation numérique des entreprises. « Rockwell Automation répond aux attentes du marché en concevant une offre globale simplifiée en matière d’automatisation, de recueil de données et de simulation », indique Nathalie Thifinau, responsable marketing et communication au sein de l’entreprise.

Prochaine étape : des prises de décisions rapides et automatisées grâce à l’intelligence artificielle pour une industrie 4.0 “intelligente”. Comme le notent les dirigeants de la start-up Arskan, à l’origine d’une technologie de compression et de streaming de fichiers 3D attendue par les utilisateurs de doubles virtuels, « poussé par l’industrie 4.0, le jumeau numérique s’intègre parfaitement à l’IoT, l’AI et l’automatisation intelligente. La croissance et la maturité des technologies interconnectées jouent un rôle majeur dans l’adoption des jumeaux numériques en 2020. »