Qu'est-ce qu'un jumeau numérique ?

Si vous avez suivi l'actualité liée au développement de produits, à l'analyse prédictive ou à l'analyse de l'environnement, vous êtes au bon endroit. Surveillance environnementale basée sur l'internet des objetsvous avez très probablement entendu parler de "jumeau numérique" ou de "modélisation de jumeau numérique" ces dernières années. Mais qu'est-ce qu'un jumeau numérique exactement ? En termes simples, il s'agit d'une représentation virtuelle d'un objet physique, d'un dispositif ou d'une structure qui existe dans le monde réel.

Cette technologie innovante ne s'arrête pas là, et nous allons nous plonger dans les implications de ses cas d'utilisation en évolution rapide dans les secteurs de la fabrication, des soins de santé et de la gestion de la chaîne d'approvisionnement, entre autres. Mais d'abord, il est important de comprendre ce qui a suscité un intérêt et des investissements considérables dans le développement des jumeaux numériques et les cas d'utilisation observés aujourd'hui.

Les jumeaux numériques existent depuis les années 1960Ce n'est que récemment que l'innovation dans ce domaine a explosé, après avoir été conceptualisée et popularisée à partir de 2002. Les capacités numériques étant de plus en plus au cœur de l'expérience client et des opérations, informations guidées par les données sont devenus le moteur de l'innovation et de la création de valeur.


Par conséquent, les jumeaux numériques commencent à optimiser le développement et les performances des produits et des processus. Voyons comment.
 

Qu'est-ce que la technologie Digital Twin ?

Commençons par une définition du jumeau numérique. Les jumeaux numériques sont des modèles virtuels basés sur des données collectées en temps réel à l'aide de capteurs connectés. Ces jumeaux virtuels, comme on les appelle parfois, sont conçus pour refléter les objets, machines et processus du monde réel, ce qui permet aux concepteurs de systèmes et au personnel technique de simuler les propriétés physiques et les performances du système réel.

Le processus de jumelage numérique crée une représentation numérique qui peut être mise à jour au fur et à mesure que la version physique change au fil du temps, qu'elle soit affectée par les conditions environnementales ou réparée. Pour saisir ces changements, l'objet doit être équipé de capteursIoT conçus pour capturer et transmettre des données sur les caractéristiques physiques et les performances de l'objet ou de l'appareil.

Ces informations peuvent porter sur la forme de l'objet, sa consommation d'énergie, les niveaux de contrainte des matériaux, la température ou les performances. Les informations recueillies sont ensuite traitées et utilisées pour créer ou mettre à jour la représentation virtuelle.

Une fois créés, les jumeaux numériques peuvent être utilisés pour effectuer deux types de simulations:

1. Basé sur le présent : Visualiser comment l'objet physique réagirait si les conditions actuelles étaient modifiées.
2. Basé sur le futur : Exécution de simulations prédictives pour montrer les réponses aux conditions futures.

Quels sont les types de jumeaux numériques ?

Dans l'ensemble, la façon dont les jumeaux numériques sont créés - à l'aide d'appareils et de logicielsIoT - est assez cohérente, quel que soit le type d'objet, d'équipement ou de processus représenté numériquement.

La complexité d'un jumeau numérique peut varier considérablement, car la quantité de données nécessaires dépend de l'utilisation prévue de la représentation virtuelle. Souvent, les organisations créent un premier prototype du jumeau numérique afin de déterminer la meilleure façon d'intégrer toutes les données nécessaires.

Il existe trois types fonctionnels de jumeaux numériques couramment utilisés :

• Jumelles d'état : Utilisés pour surveiller l'état physique des objets et des équipements physiques.
• Jumeaux d'opérations : Utilisés pour permettre aux utilisateurs d'ajuster les paramètres de fonctionnement sur la base d'actions ou de flux de travail liés.
• Jumeaux de simulation : Utilisés pour prédire comment l'objet ou le dispositif réagira aux conditions opérationnelles dans le futur, ce qui est utile pour la maintenance prédictive et le développement de produits.

Comment la technologie des jumeaux numériques est-elle utilisée ?

Comme il existe de nombreuses variantes de conception de jumeaux numériques, il existe également de nombreuses façons de classer les conceptions et les fonctions de ces répliques virtuelles.

Par exemple, une organisation peut avoir besoin de tous les systèmes suivants architectures de jumeaux virtuels:

• Jumeaux numériques discrets : Utilisés pour visualiser, surveiller et analyser un seul appareil.
• Jumeaux numériques composites : Composés de plusieurs jumeaux numériques discrets pour représenter un dispositif ou un processus à composants multiples.
• Le jumeau numérique d'une organisation (DTO) : Une représentation très complexe des composants et des interactions d'une organisation entière.

Ensuite, pour l'une ou l'autre de ces trois architectures de systèmes de jumeaux numériques, la manière dont les données peuvent être utilisées peut être classée en cinq catégories ou niveaux :

• Lesjumeaux descriptifs sont des représentations virtuelles d'un objet ou d'un dispositif qui peuvent être éditées et analysées à l'aide d'un logiciel de modélisation 3D ou de modélisation des données du bâtiment (BIM).
• Les jumelages informatifs poussent le jumelage numérique un peu plus loin. Ils utilisent des données physiques et opérationnelles provenant de capteurs IoT sur l'objet ou le dispositif en question et mettent à jour la réplique virtuelle en temps réel pour qu'elle corresponde à son homologue dans le monde réel.
• Lesjumeaux prédictifs combinent les données en temps réel utilisées pour créer des jumeaux informatifs avec des données contextuelles supplémentaires et des analyses prédictives. Cela permet d'effectuer des modélisations et des simulations en temps réel qui peuvent identifier ou prévoir des problèmes de performance ou d'intégrité structurelle.
• Lesjumeaux complets utilisent une modélisation plus avancée pour prédire comment l'objet ou le dispositif présenté réagira à des scénarios futurs qui ne se sont pas encore produits. L'analyse prescriptive utilisée pour ce type de jumeau numérique permet de formuler des recommandations sur les mesures à prendre (par exemple, maintenance, conception de produits).
• Lesjumeaux autonomes utilisent également des simulations basées sur l'avenir, ainsi que des algorithmes avancés, pour prendre des décisions fondées sur l'intelligence artificielle et l'apprentissage automatique (AI/ML) afin de réagir à des conditions environnementales changeantes en fonction des performances passées ou de l'état physique de l'objet.

Quels secteurs utilisent les jumeaux numériques aujourd'hui ?

La technologie des jumeaux numériques peut être utilisée pour créer de la valeur commerciale de diverses manières. Tout dépend de la variété des sources de données, du type fonctionnel (c'est-à-dire discret, composite ou DTO) et du niveau (c'est-à-dire descriptif, informatif, prédictif, complet ou autonome) de la représentation virtuelle créée.

La technologie des jumeaux numériques peut être adaptée pour bénéficier aux organisations de presque tous les secteurs. Parmi les industries qui utilisent aujourd'hui les jumeaux numériques, on trouve notamment de multiples espaces verticaux dans lesquels Digi fournit des solutions technologiques pour IoT le développement de produits, la mise en réseau, l'automatisation, l'analyse prédictive et l'avenir de l'industrie 4.0 :

• Fabrication : Cette technologie peut être utilisée pour visualiser, surveiller et améliorer les processus de fabrication dans l'usine. Avec des jumeaux numériques complets ou autonomes, les organisations peuvent même identifier des moyens d'éviter les dommages aux actifs et les pertes de revenus à l'avenir.
• Soins de santé : Actuellement, les jumeaux numériques sont le plus souvent utilisés dans trois types de cas d'utilisation des soins de santé :
  • Simuler et tester différents modèles d'organisation et de prestation de soins
  • Formation aux procédures chirurgicales invasives et
  • Modélisation du génome, du mode de vie et de la physiologie pour développer des médicaments personnalisés.
• Aérospatiale : Le jumelage numérique a en fait été utilisé pour la première fois dans ledomaine de l'ingénierie aérospatiale . Aujourd'hui, les ingénieurs de ce domaine peuvent mieux utiliser l'analyse prédictive pour tester les composants et les pièces afin de détecter les défaillances sans risquer de mettre en danger des équipements coûteux ou la sécurité.
• Automobile : En plus d'améliorer la fabrication standard dans l'industrie automobile, le jumelage numérique est également utilisé pour contribuer au développement des véhicules autonomes. Les voitures à conduite autonome nécessitent des capteurs IoT qui recueillent des données sur l'état de la voiture et de son environnement. Des répliques virtuelles peuvent être utilisées pour tester le fonctionnement du véhicule dans divers scénarios.
• Construction et ingénierie : Les jumeaux numériques des bâtiments peuvent être utilisés pour concevoir des architectures de bâtiments mieux adaptées à leur environnement et pour surveiller les bâtiments existants afin de détecter les défaillances des matériaux, ce qui réduit le risque d'effondrement et favorise la maintenance prédictive.

Cas d'utilisation généraux de la technologie des jumeaux numériques

Avant qu'un cas d'utilisation spécifique à un secteur puisse être mis en œuvre, les développeurs et les scientifiques des données doivent travailler ensemble pour déterminer exactement quels composants doivent être représentés. Le même objet du monde réel peut nécessiter des entrées de données très différentes en fonction de l'objectif final du modèle de jumeau numérique:

• Matériaux ou composants
• Un actif ou un produit entier
• Un système
• Un processus

Examinons trois grandes catégories de cas d'utilisation que la technologie du jumeau numérique peut contribuer à accélérer et à améliorer.
 

Développement et conception de produits

Les entreprises investissent massivement dans le développement et la conception de produits pour rester compétitives, en particulier dans des secteurs tels que l'automobile, les produits pharmaceutiques et l'industrie manufacturière, entre autres. En outre, les entreprises sont toujours à la recherche de moyens pour développer des produits plus rapidement sans sacrifier la qualité et l'adéquation produit-marché.

Les jumeaux numériques peuvent contribuer à améliorer le développement et la conception des produits en permettant aux équipes chargées des produits de.. :

• Test de résistance des matériaux à l'aide de simulations virtuelles
• Incorporer les premiers retours d'information sur les prototypes physiques dans les représentations virtuelles.
• Créez plusieurs versions du produit en une seule fois pour les tester et recueillir des commentaires.

Optimisation des processus et des opérations

Les entreprises d'aujourd'hui souhaitent également optimiser leurs processus et opérations internes, que ce soit au niveau de l'usine, de la chaîne d'approvisionnement ou de la planification des ressources de l'entreprise. La création de jumeaux numériques peut aider les entreprises à mieux :

• Analyser les résultats de la production et planifier les moyens d'améliorer la productivité et l'efficacité.
• Identifier les zones de gaspillage et de perte de temps et tester des simulations sur la manière de les réduire.
• Mettre en œuvre une maintenance prédictive ou des opérations autonomes qui protègent les équipements, systèmes ou processus précieux contre les dommages coûteux ou les temps d'arrêt.

Surveillance de l'environnement et réaction aux catastrophes

En développant des jumeaux numériques des processus de fabrication, d'agriculture ou de la chaîne d'approvisionnement, les organisations peuvent réagir plus rapidement lorsque les conditions environnementales ou une panne d'équipement exposent leur site et leur personnel à des conditions dangereuses ou mettent en péril l'environnement local. Les alertes générées par des jumeaux numériques plus complexes peuvent également aider les responsables de sites et les employés à réagir rapidement et efficacement afin de réduire les risques pour la santé publique et la sécurité de l'environnement en cas de catastrophe.
 

Quelle est la valeur de la technologie des jumeaux numériques ?

Le marché mondial de la technologie des jumeaux numériques devrait continuer à connaître une croissance explosive dans les années à venir, avec un taux de croissance annuel composé (TCAC) prévu de 31,7 % entre 2022 et 2027. En effet, l'utilisation de modèles de jumeaux numériques permet non seulement d'accroître la productivité et l'efficacité, mais aussi d'accélérer l'innovation.
 

Augmenter la productivité et l'efficacité grâce aux jumeaux numériques

Il existe une infinité de scénarios dans lesquels la création de jumeaux numériques peut apporter des informations et de la valeur. Grâce aux progrès de la modélisation de l'IA et de la collecte de données IoT, les entreprises peuvent mieux prédire comment les produits, les équipements et les processus réagiront à de nouvelles conditions environnementales ou à de nouveaux facteurs de stress.
Au lieu de créer un prototype coûteux pour le tester ou de réagir après un incident, les entreprises peuvent explorer les effets potentiels dans un environnement virtuel. Cela permet d'accélérer la création de valeur à un coût nettement inférieur, et c'est précisément la raison pour laquelle les jumelages numériques ont connu une croissance rapide au cours des dernières années.
 

Utiliser le jumelage numérique pour accélérer l'innovation

Bien que les jumeaux numériques soient utilisés pour représenter ce qui existe déjà, ils constituent en réalité l'une des meilleures voies pour atteindre l'innovation à venir. La création de jumeaux numériques permet aux concepteurs de produits, aux développeurs, aux ingénieurs et aux scientifiques des données de collaborer et d'envisager les versions futures d'un matériau, d'un produit ou d'un processus, tout en simulant divers scénarios pour évaluer les performances.

Par conséquent, la technologie des jumeaux numériques peut aider les organisations à déterminer les voies à suivre pour atteindre l'innovation et fournir de la valeur plus rapidement, avec moins de temps, d'efforts et de coûts.
 

Les jumelages numériques et l'avenir des villes intelligentes

Aujourd'hui, les entreprises de tous les secteurs s'efforcent de trouver des solutions technologiques vertes qui réduisent leur impact sur l'environnement et améliorent leur productivité, tout en réduisant leurs coûts d'exploitation. Les entreprises ont besoin de solutions IoT pour soutenir un grand nombre des solutions de développement durable les plus efficaces qui peuvent les aider à réduire leur impact sur l'environnement et à éviter les catastrophes ou à y répondre lorsqu'elles se produisent.

Le suivi de la façon dont les équipements et les matériaux réagissent aux différentes conditions environnementales contribue non seulement à la maintenance prédictive, mais aussi à l'amélioration de la surveillance globale de l'environnement. À l'avenir, les jumeaux numériques au niveau du système peuvent contribuer à accélérer le développement de villes intelligentes qui peuvent être équipées de capteurs IoT et optimisées pour utiliser les ressources publiques d'une manière plus efficace, plus rentable et plus respectueuse de l'environnement.

Il y a encore des défis à relever pour réaliser cet avenir. Les organisations doivent trouver des solutions qui les aident :

• Recueillir efficacement des données provenant de diverses sources sur des sites distants répartis.
• Maintenir des normes de données cohérentes pour faciliter l'intégration et l'analyse.
• Coordonner le partage des données entre les organisations et les municipalités tout en assurant la sécurité.

Mais avec la bonne solution de gestion de l'infrastructure à distance et des appareils IoT sécurisés, les organisations modernes peuvent facilement profiter des avantages en termes de productivité et d'innovation qu'offrent les applications de jumelage numérique.
 

Comment Digi Solutions peut-il donner vie à un modèle de jumeau numérique ?

Les solutions Digi IoT relient le monde physique au monde numérique, en fournissant des données en temps réel sur les machines et les capteurs à partir des dispositifs IoT pour alimenter ces données dans des modèles et des algorithmes d'IA/ML qui construisent des jumeaux numériques.


En savoir plus sur la façon dont Solutions Digi et Services professionnels Digi peut aider votre organisation à donner vie aux jumeaux numériques, en vous aidant à améliorer les produits, les processus et les systèmes de votre organisation tout en accélérant votre chemin vers l'innovation. Suivez notre blog ou contactez-nous !
 

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