Concept récent dans un monde industriel en quête de compétitivité, d’efficience et de valeur ajoutée, le jumeau numérique (digital twin) est l’un des piliers de l’industrie 4.0. Nathalie Julien et Éric Martin vous présentent les différents types de jumeau de complexité et d’intérêt croissants.
Le jumeau numérique
Il peut être utilisé pour détecter des problèmes, tester et simuler des scénarios sur le modèle physique d’une unité de production. Comme il simule à la fois les états physiques et le comportement, il permet également d’analyser les données opérationnelles en temps réel dans le but de mieux comprendre le fonctionnement des équipements et de prendre des décisions rapides pour optimiser leur efficacité. Il est donc capable de réaction et de prédiction mais il peut aussi agir directement sur l’objet avec lequel il est couplé et son environnement, y compris les humains.
On peut représenter l’évolution des usages du jumeau numérique sur la figure ci-dessous où sont donnés les différents types de jumeau de complexité et d’intérêt croissants.
Dans la première étape, on retrouve un modèle ou un ensemble de modèles statiques qui permettent le contrôle et la supervision de l’objet sans évolution par rapport aux changements physiques qui se produisent. Ce jumeau passif reçoit les données et il surveille l’état de l’objet ; par le contrôle et l’analyse des données recueillies, on peut identifier les caractéristiques clés pour alerter
si nécessaire en cas de dérive.
Dans la deuxième étape, les données sont recueillies de façon automatique en temps réel et permettent la simulation de différents scénarios à partir d’historiques des données opérationnelles, toujours à des fins de supervision ou d’optimisation des activités.
La troisième étape, avec la fusion des espaces physique et virtuel, propose un jumeau interactif, ce qui présuppose un certain degré de contrôle, partiel ou total, sur l’objet afin d’agir sur son état ou son comportement. Des premières techniques d’intelligence artificielle comme le machine learning permettent d’analyser une masse considérable de données afin d’en tirer des interprétations et des connaissances pour identifier des causes de dysfonctionnements ainsi que la prédiction d’événements ou de comportements.
Dans la quatrième étape, les techniques d’intelligence artificielle sont plus poussées afin d’obtenir un jumeau capable d’apprendre à partir des données physiques et virtuelles et de fournir à l’utilisateur une aide à la décision élaborée ; c’est le jumeau cognitif.
Dans la cinquième et dernière étape, le jumeau autonome prend lui-même les décisions et applique les contrôles à l’objet. Il évolue en fonction des nouveaux usages et structure ses modèles et données en conséquence.
Afin d’interagir efficacement avec l’utilisateur, il est important de s’interroger également sur l’interface humain-machine ;
de cet angle de vue, le jumeau numérique peut être considéré comme un système cyber-social-physique. En effet, dans l’idéal, le jumeau doit être complètement transparent à l’usage. Pour permettre la visualisation efficace des informations, on peut intégrer au jumeau numérique des informations en 2D ou en 3D. Le jumeau numérique est unique, associé à une seule instance de l’objet. Il doit, à chaque étape, être intelligent, collaboratif, interactif, immersif et entièrement contextuel.
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