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Internet des objets : l’adoption des jumeaux numériques s’accélère

A mesure que progresse la numérisation des processus industriels, les jumeaux numériques sont de plus en plus répandus. Mais des standards ouverts sont essentiels à la réalisation de leur plein potentiel.

Fort d’une emprise désormais ferme sur le monde industriel, l'Internet des objets (IoT) est utilisé par les entreprises pour transformer leurs activités métiers par la numérisation. A mesure que les processus industriels deviennent de plus en plus numériques, une convergence plus complète entre les mondes virtuel et physique apparaît imminente, ouvrant la voie à une empreinte numérique complète des produits, installations et usines des entreprises. Nous sommes entrés dans l'ère des jumeaux numériques.

Près de la moitié des organisations qui mettent en œuvre l’IoT indiquent qu'elles utilisent déjà ou prévoient d'utiliser des jumeaux numériques en 2018, selon une récente enquête du cabinet Gartner. Et le nombre d'organisations utilisant des jumeaux numériques devrait tripler d'ici 2022.

Malgré la prise de conscience croissante de leurs avantages pour les industriels, de nombreuses questions demeurent dans l'esprit des décideurs qui envisagent une stratégie de jumelage numérique : à quoi ressemble le cycle de vie ? Quel genre d'environnement doit être en place au préalable ? Quelles sont les meilleures pratiques pour retirer la plus forte plus-value ?

Prenons tout d’abord un peu de recul et esquissons ce que nous entendons par « jumeaux numériques ». Né de la multiplication des points de connexion apportés par l'IoT, un jumeau numérique est une représentation numérique d'un actif physique – une pompe, un moteur, une turbine, voire une usine entière – qui en réplique la structure et le comportement dans la vie réelle. Les jumeaux numériques fournissent une image numérique en temps quasi réel de l'objet physique, du processus ou de l'usine pour aider à en optimiser le fonctionnement.

La puissance d'un jumeau numérique tient au fait qu'il permet au gestionnaire ou à l'opérateur d'observer le comportement de l'actif et d'apprendre des activités passées et présentes pour faire des prédictions sur les activités futures. Ces connaissances sont incroyablement précieuses parce qu'elles permettent d'anticiper les problèmes avant qu'ils ne se produisent et de découvrir de nouvelles opportunités. Ce qui se traduit par des opérations plus sûres, plus efficaces et plus rentables.

Un jumeau numérique fournit sa pleine plus-value grâce à la saisie continue et cohérente des données pertinentes tout au long du cycle de vie, de l'ingénierie à l'exploitation, en convertissant les données en informations contextuelles de l'entreprise.

Jusqu'à récemment, les capacités des jumeaux numériques étaient limitées en raison des quantités massives de données nécessaires au traitement et à la création de la réplique numérique. Cependant, grâce aux progrès de la convergence IT/OT et à des capacités de calcul et de stockage plus avancées, les promesses des jumeaux numériques deviennent accessibles à grande échelle.

En utilisant l'exemple d'une usine de fabrication, je vais illustrer à quoi ressemble un cycle de vie complet de jumeaux numériques et pourquoi assurer la continuité de la boucle de valeur numérique est essentiel pour maximiser le retour sur investissement.

Fermer la boucle sur le cycle de vie des jumeaux numériques permet une vue à 360 degrés sur les opérations

Dans le cadre de la conception du processus au début du cycle de vie, un jumeau numérique « premier-né » de l'usine est créé à l'aide d'un modèle simulant l'usine entière avant même que les actifs ne soient conçus.

Les processus, les équipements et les opérations sont analysés par de multiples simulations, pour une sécurité, une fiabilité et une rentabilité optimales.

Ce jumeau numérique gagne graduellement en maturité en incorporant l'information sur la conception des actifs physiques associée à la conception du processus de l'ensemble de l'usine. Certains aspects du modèle numérique de l'usine sont utilisés pour former les opérateurs dans des environnements de formation immersifs basés sur la réalité virtuelle.

Pendant la phase d'exploitation de l'usine, les variations par rapport au processus optimal et à la conception des actifs sont intégrées au moment de l'exécution, et le jumeau numérique est mis à jour avec ces informations.

Le personnel d'exploitation et d'entretien utilise des technologies de réalité augmentée et virtuelle à l'aide d'appareils mobiles pour régler les problèmes d'entretien sur place et en usine pour les actifs concernés. Sur la base de l'état présent d'un actif, le modèle numérique, épaulé par des technologies d'apprentissage prédictif, permet d'identifier les éventuelles défaillances des actifs avant qu'elles ne se produisent.

En utilisant l'intelligence artificielle, les technologies d'apprentissage prédictif, appliquées au contrôle avancé des processus, à la conception de la stratégie de contrôle et à l'optimisation des processus, renvoient les variations nécessaires de conception des processus et des actifs aux équipes d'ingénierie. La boucle de valeur numérique est ainsi refermée, complète et efficace.

Le succès des jumeaux numériques repose sur la normalisation d’un IoT ouvert

De nombreux acteurs ont émergé dans le domaine des jumeaux numériques, et il reste encore du travail à accomplir pour s'assurer que la technologie réalise son plein potentiel. Un jumeau numérique ne peut être aussi bon que les données sur lesquelles il est construit, et que les données qui l’alimentent en temps réel.

Mais si les différents matériels et systèmes impliqués sont propriétaires et ne peuvent pas s'intégrer, la quantité d'informations significatives générées par les données disponibles se voit considérablement réduite. L'interopérabilité constitue là un facteur critique.

La plupart des projets de jumelage numérique ne sont pas des projets entièrement nouveaux. En réalité, les jumeaux numériques sont introduits à de nombreuses étapes différentes dans le cycle de vie de l'actif ou dans le processus global. C'est pourquoi il est important que nous parvenions à une norme industrielle commune des systèmes IoT ouverts, interopérables et agnostiques, afin que les opérateurs n'aient pas à se soucier de remplacer des actifs opérationnels sains pour profiter des nouveaux développements technologiques tels que les jumeaux numériques.

Les bénéfices les plus grands viendront d’une collaboration ouverte et d’une co-innovation entre leaders technologiques, et non pas d'un seul acteur s’efforçant de conquérir le marché avec une solution miracle. Les clients gagnent plus avec des systèmes interopérables capables d’ingérer les données de produits et de systèmes hétérogènes pour créer des informations plus sophistiquées. Un écosystème ouvert encourage également les développeurs à stimuler l'innovation plus rapidement : les entreprises peuvent construire leurs propres applications industrielles pour améliorer les performances de leurs actifs existants.

Le fait de disposer d’un écosystème de fournisseurs plus robuste et de permettre aux développeurs de créer plus de valeur autour de la technologie des jumeaux numériques en accélérera l'adoption dans toutes les industries. Cela conduira à des gains d'efficacité encore plus importants si l'on considère que l'explosion des jumeaux numériques peut finalement aider à créer une base de données ouverte d'actifs numériques prêts à l'emploi. Plutôt que d'avoir à consacrer du temps et des ressources pour développer des jumeaux numériques d'équipement ou de pièces communes, les entreprises peuvent utiliser cette base de données comme point de départ pour déployer plus rapidement des stratégies de jumelage numérique.

Nous n'avons couvert que la partie émergée de l'iceberg en ce qui concerne le potentiel des jumeaux numériques. Et cela d'autant plus que les technologies telles que l'apprentissage automatique, la réalité augmentée/virtuelle et l'informatique de bord – ou edge computing – évoluent parallèlement aux pratiques de référence de modélisation et de mise en œuvre. Une chose est certaine : une norme ouverte et interopérable pour le jumelage numérique sera primordiale pour récolter les bénéfices futurs et parvenir à une véritable transformation numérique.

Dernière mise à jour de cet article : septembre 2018

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