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Le jumeau numérique ou digital twin est un modèle numérique d’un objet ou d’un processus qui, dans un environnement de données réalistes, reproduit le comportement d’un système réel.

De plus en plus d’industriels, quel que soit leur secteur d’activité, ont compris l’importance de cette technologie qui offre de nouvelles façons de réduire les coûts, de surveiller les actifs, d’optimiser la maintenance, et de faire face aux aléas de production.

Enjeux, technologie, cycle de vie, change management, voici un dossier complet pour mieux appréhender la notion de jumeau numérique appliquée à l’industrie et plus particulièrement aux systèmes de production (usine, atelier, ligne de production, etc.).

Les enjeux du jumeau numérique

Enjeu n°1 : optimiser les performances d’un système de production existant

La technologie du jumeau numérique offre une visibilité sur les goulots d’étranglement et le prévisionnel de production. Il facilite l’identification de potentiels leviers de performance envisageables dans un système de production à l’instant t où dans des conditions spécifiques de production.

Enjeu n°2 : anticiper une organisation industrielle

Le jumeau numérique permet de réaliser des études capacitaires, ou d’anticiper une modification ou une évolution d’un processus de production.

Enjeu n°3 : piloter les performances d’un outil de production

Le jumeau numérique apporte un outil d’aide à la décision, et permet d’anticiper et piloter la production en prenant en compte l’état du système un instant T et en déroulant le plan de production prévisionnel à partir de cet instant-là. Il donne ainsi des informations sur :

  • la planification,
  • l’ordonnancement,
  • la gestion des ressources humaines et matérielles,
  • les moyens à mettre en œuvre pour, par exemple, résorber d’éventuels goulots ou traiter un problème spécifique sur une ligne de fabrication,
  • la gestion des encours : les approvisionnements sont-ils suffisants ? Quelles seront mes immobilisations dans un jour ou deux ? …
  • la maintenance : par exemple, comment le système de production va-t-il être capable d’absorber son flux durant la réparation d’une panne qui est survenu sur le système ?
  • l’évolution prévisionnelle du process de production : quel va être l’impact des évolutions envisagées ?

Modèle numérique vs jumeau numérique

Un modèle numérique est une représentation dynamique d’une machine, d’un processus voire d’une usine complète. Basée sur la simulation de flux de production, de process, ce type de modèle numérique est déjà utilisé dans l’industrie depuis plusieurs années !

Le concept de jumeau numérique, dont la base est un modèle numérique, est plus systémique et nécessite une interopérabilité avec les données « réelles » du terrain.  Difficile alors de concevoir un jumeau numérique sans parler de réseau de capteurs, de collecte et d’analyse de données, IOT, IA …

L'éco-système du jumeau numérique

Les performances d’un jumeau numérique sont conditionnées aux données qu’il va capter. Il est alors primordial de le positionner au bon niveau, et de le connecter à son environnement pour assurer sa fiabilité et une meilleure représentativité des résultats.

Le schéma ci-dessous présente l’environnement dans lequel peut s’inscrire le jumeau numérique. On peut s’apercevoir qu’il est ainsi connecté à un ERP mais aussi à un MES. D’un côté, le MES donne l’état de la production en temps réel, de l’autre, l’ERP donne un prévisionnel de production et de disponibilité des ressources. Ces données sont nécessaires pour anticiper ou prédire ce qui va se passer dans les jours ou les semaines à venir.

Maîtriser le cycle de vie du jumeau numérique

Trois grandes phases s’inscrivent dans le cycle de vie d’un jumeau numérique : la conception, l’utilisation et la maintenance & évolution.

Phase 1 / Conception : jumeau dédié ou jumeau industrialisé

Le jumeau numérique unique est dédié à une usine ou à un atelier. L’objectif est de travailler plutôt en « one shot » avec un modèle qui est modulaire et un développement relativement court.

Le jumeau numérique industrialisé permet de réaliser plusieurs ateliers dans une usine ou même plusieurs usines différentes qui utilisent le même type de process industriels. Dans ce cas, un hub projet doit être constitué où l’objectif est de positionner des équipes locales ou déportés pour pouvoir créer ces outils et les maintenir dans le temps.

Phase 2 / L’utilisation du jumeau numérique

Afin de faire les bonnes projections et les bonnes analyses, il est essentiel de nommer un référent (pilote) du modèle ayant une :

  • Connaissance approfondie de son environnement industriel,
  • Capacité d’analyse et d’interprétation des résultats.

Le jumeau numérique peut être utilisé à plusieurs échelles de temps. Cela peut être de l’ordre du mois pour une vision globale des objectifs de production, de l’ordre de la semaine pour une planification de la charge, voir même de l’ordre de la journée pour la gestion des ressources et des aléas.  Il peut être également utilisé à l’échelle de l’année pour pouvoir travailler sur des prévisionnels de commandes, des évolutions process, des évolutions de produits, de l’intégration de nouveaux produits dans la chaîne de fabrication (tester une phase de ramp-up), etc.

Phase 3 / Maintenances & évolutions : à chacun son rôle

Le jumeau numérique va inévitablement vivre et évoluer en parallèle de l’évolution du processus industriel. Pour assurer sa fiabilité, il est essentiel de travailler sur deux périmètres principaux qui sont l’architecture et le modèle. Il existe ainsi plusieurs niveaux de maintenance qui font appel à différents profils d’intervenants :

Niveau 0 : Assurer la viabilité et la robustesse des données
Ce niveau de maintenance est généralement géré par le responsable de production et par le pilote du digital twin.
Niveau 1 : Gérer les changements de configuration de la production (rajout machine, rajout de stock, réorganisation de l’atelier, etc.).
Ce niveau est géré par le pilote du digital twin ou auquel cas des personnes formées à l’utilisation du jumeau numérique.
Niveau 2 : gérer les changements qui affectent l’organisation et la stratégie de production
A ce stade, une intervention des développeurs ou des intégrateurs de l’outil est nécessaire.

Un projet de transformation numérique avant-tout

L’intégration d’un jumeau numérique est avant tout un projet collaboratif de transformation numérique impliquant plusieurs acteurs (le client, l’intégrateur de solutions logicielles, la société d’ingénierie). 4 grandes phases matérialisent ce projet.

Il va s’agir d’identifier les problématiques industrielles et les points spécifiques de votre production afin de préciser les besoins de l’outil et à quels objectifs il devra répondre.

Il convient ici de déterminer précisément les objectifs attendus de la mise en place du jumeau numérique : préciser en quoi le jumeau numérique est la solution appropriée pour répondre à vos enjeux. Il en résultera les axes de développement et une définition des outils et ressources à mettre en place pour assurer un développement optimal de l’outil numérique. 

La réalisation du cahier des charges est primordiale pour sécuriser le choix de la solution logicielle. La notion d’interopérabilité est essentielle : il faut veiller que la solution envisagée s’intègre impérativement dans l’éco-système numérique déjà en place.  Il en va de même si vous décidez d’être épaulé par un prestataire sur la partie gestion de projet. 

L’intégration de nouveaux outils, de nouvelles méthodes de travail, est source d’incertitudes, de frustrations. La communication, la définition de jalons, la création de support technique ou d’utilisation doivent être travaillées en amont, pendant et après le projet pour fédérer les différentes parties prenantes et assurer la réussite du déploiement du jumeau numérique. 

Inoprod vous accompagne dans votre réflexion stratégique et la mise en place d'un jumeau numérique

Pour en savoir plus, nous vous invitons à prendre contact directement avec nous ou à regarder le replay du webinaire : “Digital Twin : prédire pour mieux produire ! “.

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