Jumeau numérique : un outil de rupture pour relever les défis actuels
Les principaux défis des activités industrielles actuelles
Alors que les usines tentent de composer avec un environnement opérationnel en constante évolution, voici les défis communs que nous devons affronter dans le cadre de nos ententes avec les clients :
- La santé et la sécurité des actifs demeurent les principales préoccupations des directeurs d’usine. Les risques doivent être constamment surveillés, évalués et gérés. Cette tâche devient plus complexe, car les installations prennent de l’âge et évoluent, les exigences sont de plus en plus strictes, et l’importance accordée aux répercussions sociales et environnementales croît.
- Sans intégration adéquate, le cloisonnement des données créé par une superposition de systèmes conduit à une prise de décision inefficace. Comme c’est le cas pour de nombreuses usines aujourd’hui, une abondance d’applications élaborées à l’interne et par les fournisseurs a été déployée indépendamment au fil des décennies dans différentes zones de procédés pour faciliter la gestion de la production, la surveillance des procédés et le contrôle opérationnel. Une mauvaise intégration de ces systèmes entraîne le cloisonnement d’une très grande quantité de données, et nous obtenons une vision fragmentée plutôt que globale de la chaîne de valeur de l’entreprise. En conséquence, on manque des occasions d’améliorer la communication, l’analyse et la récupération de valeur, comme l’optimisation intégrée de l’approvisionnement en matières premières, la logistique et la gestion des stocks, ainsi que la planification de la production Une intégration inadéquate empêche les nouvelles technologies comme l’apprentissage automatique et l’intelligence artificielle (IA) de réaliser des transformations d’entreprise potentiellement révolutionnaires.
- Les pénuries de main-d’œuvre représentent un problème important pour l’avenir. En raison du vieillissement de la main-d’œuvre, de plus en plus d’usines éprouvent des difficultés à conserver et à transférer leurs connaissances sur les procédés à la prochaine génération. Les nouveaux employés sont généralement plus axés sur la technologie, au détriment des méthodes de travail traditionnelles. En outre, les ingénieurs d’usine se heurtent souvent à des problèmes d’exploitation quotidiens. Par conséquent, peu de temps et de ressources sont disponibles pour investir à long terme dans la formation, le transfert des connaissances et l’amélioration du rendement.
- Les capacités à distance sont de plus en plus essentielles. La demande en surveillance, en diagnostic, en exploitation et en soutien technique à distance a augmenté dans l’industrie. Les capacités à distance ne sont plus un atout; elles font partie intégrante de votre entreprise. Non seulement elles sont un facteur clé de sécurité et de productivité dans des circonstances normales, mais sont aussi indispensables pour réagir rapidement, de façon sécuritaire et avec un temps d’arrêt minimal aux risques émergents comme l’actuelle pandémie mondiale de coronavirus.
Qu’est-ce qu’un jumeau numérique et pourquoi tant d’entreprises veulent en créer?
Au cours des cinq dernières années, le concept de la quatrième révolution industrielle (ou la révolution industrielle 4.0), que l’on pourrait définir comme la numérisation du secteur manufacturier, a été un sujet prisé dans les articles, les conférences et les études. Cependant, ce n’est plus seulement un mot à la mode, mais un fait bien réel. La convergence des pressions du marché, des innovations technologiques et de l’acceptation de la numérisation à l’échelle de l’industrie stimule véritablement la transformation dans tous les secteurs d’activité.
La maturité croissante des technologies numériques, comme l’Internet des objets (IDO), les infrastructures infonuagiques, les environnements de réalité étendue (XR) et les outils d’apprentissage automatique et d’intelligence artificielle, permet à de nombreuses entreprises de différents secteurs d’activité de créer des jumeaux numériques.
Un jumeau numérique est une représentation numérique dynamique des actifs ou des systèmes physiques. La représentation est fondée sur de multiples technologies de modélisation (modélisation fondée sur les principes fondamentaux, axée sur les données, 2D et CAO 3D), ainsi que sur des données en temps réel et des outils avancés d’analyse des données. Le résultat permet d’obtenir des renseignements plus précis, plus avancés et donc plus pertinents sur les activités essentielles pour améliorer la prise de décisions humaines.
D’où vient l’idée d’un jumeau numérique? Bien que le concept de jumeau numérique existe depuis de nombreuses années, la première définition claire a été donnée par la NASA[2] en 2010 : « Un jumeau numérique est une simulation probabiliste intégrée et multiphysique, à plusieurs échelles, d’un véhicule ou d’un système qui utilisent les meilleurs modèles physiques disponibles, les mises à jour des capteurs, l’historique de la flotte, etc., pour reproduire la durée de vie de son jumeau volant. »
Parmi les nombreuses technologies perturbatrices émergentes, la création de jumeaux numériques (qui sont maintenant utilisés dans de nombreuses activités industrielles) est l’une des premières et des plus importantes étapes pour les entreprises, qui désirent accroître la valeur de leurs activités.
Trois piliers-clés d’un jumeau numérique de Hatch
Suivant notre expérience pratique, un jumeau numérique efficace doit reposer sur trois piliers : intégration, intelligence et interaction (voir figure 1).
- Mise en relation des données grâce à l’intégration de l’Internet des objets Imaginez un environnement de visualisation dynamique où toutes les sources de données liées à l’exploitation des procédés, à la maintenance de l’équipement et à la qualité des produits ainsi que les modèles d’actifs 2D et 3D de grande fiabilité sont mis en commun pour créer une version numérique de la réalité. Un échange de données en temps réel entre la représentation numérique et son jumeau physique crée une version unique de la vérité pour présenter de l’information contextualisée sur demande, et assurer la transparence ainsi que la disponibilité des données pour tous les utilisateurs désignés au moyen d’une infrastructure infonuagique sécurisée.
- Mise en relation des connaissances à l’intelligence intégrée. L’intelligence intégrée est la principale différence entre la génération précédente de tableaux de bord de veille stratégique et un jumeau numérique. Ce dernier a la capacité de regrouper divers types et sources de connaissances en un seul endroit, y compris les données générées par d’autres systèmes. Un jumeau numérique offre une plateforme d’analyse entièrement connectée pour mettre en commun efficacement les modèles fondés sur les principes fondamentaux, les mégadonnées et la technologie d’apprentissage automatique et d’intelligence artificielle afin de générer des renseignements exploitables et de prendre des décisions intelligentes relatives à la sécurité, la fiabilité, l’efficacité et la rentabilité du jumeau physique.
- Création de valeur à l’aide d’interaction. Un jumeau numérique ajoute de la valeur aux activités en créant de nouveaux points d’interaction plus significatifs entre les humains et les machines grâce à divers services. Les fonctions comme la maintenance prédictive, l’analyse de scénarios, la formation augmentée et le soutien d’experts à distance ne sont que quelques services à valeur ajoutée qu’un jumeau numérique peut offrir. Le jumeau numérique offre un modèle plus rationalisé et plus centralisé (voir figure 2) que la norme ISA-95 existante pour l’intégration des systèmes d’entreprise et de contrôle. L’approche des jumeaux numériques élimine les cloisonnements et favorise de nouvelles formes de collaboration entre les divisions opérationnelles, les services fonctionnels et les partenaires externes comme les fabricants d’équipement d’origine et les fournisseurs de services.
Point de départ de la transformation numérique
Alors que la révolution industrielle 4.0 prend de l’ampleur, il ne fait plus aucun doute que de plus en plus de secteurs d’activité transformeront leurs activités actuelles pour passer à des activités numériques toujours plus évoluées. Conformément à notre vision de créer des jumeaux numériques en misant sur l’intégration, l’intelligence et l’interaction, nous avons réalisé d’importants progrès afin d’obtenir une conception et un déploiement optimaux. Notre expérience indique que le jumeau numérique est un point de départ idéal pour la transformation numérique. L’amélioration de la transparence, de la connectivité, de l’engagement et de la prise de décisions qu’offre un jumeau numérique est l’élément de base d’une entreprise durable sur le plan numérique – une entreprise qui peut réagir et s’adapter aux changements nouveaux, inattendus et de plus en plus fréquents pour les dirigeants d’entreprise dans une société véritablement mondialisée.
Les nombreuses applications de jumeau numérique que nous avons élaborées grâce à des partenariats prouvent déjà la viabilité de cette technologie comme outil de rupture puissant. Dans notre prochain article, nous parlerons de notre approche en matière d’élaboration, de certaines leçons importantes apprises et de la façon dont les jumeaux numériques nous aident à relever les défis les plus pressants de notre industrie.
Comment utilisez-vous l’innovation numérique pour relever les plus grands défis de votre secteur? Faites-nous part de vos commentaires ci-dessous.
RÉFÉRENCES
À propos de l’auteur
Yale Zhang
Consultant principal, Intégration et interopérabilité de systèmes, Numérique
Yale possède plus de vingt ans d’expérience en ingénierie des systèmes de procédés et en services-conseils et développement de technologies numériques dans l’industrie des métaux et de l’acier. Il a travaillé avec des clients en Amérique du Nord, en Amérique du Sud, en Europe, en Chine et en Asie du Sud-Est. Son expertise technique couvre l’optimisation intelligente des décisions, l’analyse de données, la simulation d’événements discrets et le contrôle évolué de procédé. Dans le cadre de ses fonctions, Yale dirige l’évolution de la technologie de jumeau numérique afin d’offrir une vue d’ensemble et des renseignements concrets sur les activités et l’exploitation des usines.