Les jumeaux numériques sont utilisés depuis plusieurs années par les industriels. Ces derniers permettent la maintenance et la surveillance de machines et de produits en couplant la simulation et les données. Mais des verrous subsistent pour optimiser leur fonctionnement.
Une chaire de recherche dédiée aux modèles numériques pour les systèmes industriels pilotée par l’institut Mines-Télécom (IMT) voit le jour afin de travailler sur l’interopérabilité des jumeaux numériques, l’accélération de leur création et la diminution des coûts de développement et de maintenance.
Siemens, Laboratoires Pierre Fabre et Inoprod financent trois doctorants dans le cadre de cette chaire signée pour une durée de trois ans. «Une prolongation est possible dans le cadre actuel ou avec l’arrivée de nouveaux partenaires», précise Frédéric Grimaud, enseignant-chercheur à Mines Saint-Etienne et titulaire de cette chaire IMT. Pour les chercheurs, c'est l’occasion d’être alimentés par des cas concrets et de vraies données. Les partenaires, eux, espèrent avoir des résultats rapides avec de premières modélisations menées en 2023/2024.
Un jumeau numérique pour chaque cas d'usage
«Le point de départ pour Siemens est l’explosion de la complexité des jumeaux numériques avec des intégrations mécanique et logicielle pour chaque produit et machine», affirme Guillaume Cordonatto, responsable architecture et numérisation des entreprises chez Siemens Digital Industries Software. L’industriel, qui multiplie l'usage de cette technologie, souhaite mesurer la performance d’une usine, optimiser le design des sites avant leur construction et alimenter ce jumeau numérique par la suite. «Beaucoup de travaux existent mais ils restent sur la phase ingénierie, commente Guillaume Cordonatto. Il faut avoir des modèles de simulation fonctionnels dans les phases opérationnelles pour aider à la planification au jour le jour, lorsqu’une machine tombe en panne ou pour prioriser les commandes.» Le jumeau numérique doit être «une aide à la décision quotidienne», résume-t-il.
«Une partie des travaux de la chaire consiste à définir quels types de données collecter (machines, capteurs ou systèmes informatiques) selon les cas d’usages, le niveau de prise de décision et le périmètre», liste Frédéric Grimaud. Le jumeau numérique peut aider à la compréhension, l’analyse, l’optimisation et la prédiction. Parfois il est plus utile de créer un nouveau modèle numérique pour un cas d’usage précis. Frédéric Grimaud évoque «la capacité à gérer une flotte de jumeaux numériques». Simplifier l’usage et la manipulation de ces modèles numériques avec une ergonomie bien pensée est essentiel… même si derrière la remontée de données et l’agrégation est complexe.
Il faut à la fois intégrer le modèle numérique d’une machine et l’ensemble de son fonctionnement à celui d’une usine où il n’est qu’un élément parmi d’autres. Puis, des informations provenant de toute la chaîne de valeur sont ajoutées. Le jumeau numérique doit répondre à des besoins variés comme l’analyse de fonctionnement, la reconfiguration, la maintenance, le pilotage en exploitation et la formation d’opérateurs. Il doit être facilement connectable avec des jumeaux numériques répondant à d’autres usages puisqu’une décision sur la maintenance influence le pilotage de l’usine.
Prise en compte de l’aspect environnemental
Pour les sujets liés à la supply chain, il faut collecter des informations auprès des clients et des fournisseurs ce qui amène une difficulté supplémentaire. Dans un premier temps, les partenaires se focalisent donc sur l’intra-logistique afin d’avoir une vision sur l’ensemble des flux et des problématiques de l’organisation. Une dynamique à prendre en compte à la fois dans le temps et dans l’espace avec des données provenant de machines, du cycle de vie des composants, des ressources humaines, de l’énergie, des matières premières, etc. Avec une telle visibilité, il est possible d’imaginer qu’un «commercial accède au système industriel via un jumeau numérique pour très précisément donner une date de livraison selon la demande du client, et non plus un délai», explique Frédéric Grimaud.
Que ce soit pour la planification ou les sujets liés à la chaîne d’approvisionnement, il est essentiel de prendre en compte l’aspect environnemental et la sauvegarde des ressources. Un point d’autant plus essentiel lorsque des ressources critiques sont en jeu comme les hommes, l’énergie et les matières premières difficiles à trouver aujourd’hui. L’idée est d’optimiser la production selon le coût de l’énergie et la disponibilité de différentes ressources.
