Les jumeaux numériques peuvent-ils aider les entreprises à augmenter leur productivité? Dans l’affirmative, comment faire pour utiliser ce principe de façon optimale !?
L’industrie 4.0 à mis de l’avant plusieurs outils et principe de design pour améliorer la productivité des entreprises. Dans ses recherches, (Ghobakhloo, 2018) a ressorti 12 principes et 13 outils en lien avec cette nouvelle révolution industrielle.
Dans cet article, le principe de jumeaux numériques (ou digital) ou encore la virtualisation est abordé.
Qu’est-ce qu’un Jumeau Numérique?
Les jumeaux numériques, digital ou encore la virtualisation utilise la « simulation, les logiciels de modélisation 3-D, etc. pour représenter la réalité à l’aide d’ordinateurs ». Cela permet de créer le « jumeau » d’un système réel de façon numérique. C’est-à-dire que l’environnement virtuel créé agira de la même façon que celui dans la réalité. Les différences entre le système réel et son jumeau numérique sont déterminés par la précision des données recueillis et traités dans le système digital. (Abdulnour, 2021)
De ce fait, la précision des résultats obtenues par la simulation d’un jumeau numérique est directement reliés à la précision des données utiliser pour le construire. D’où l’expression anglaise « Garbage in, Garbage out ». Cette expression signifie que l’entrée de déchets (mauvaises données) dans le système digital fait sortir d’autres déchets (de mauvais résultats) à la fin du processus.
La validation de données est donc l’étape la plus importante de la virtualisation. Pour ce faire, divers outils sont disponibles. Par exemple, Excel pour être utilisé pour la validation de donnée, la construction des distributions statistiques, etc.
De plus, certains logiciels de Simulation tels qu’Arena de Rockwell offre à même leur logiciel de simulation, des outils permettant de calculer, approximer et valider ses données.
Toutefois, il faut avoir de bonnes connaissances en statistiques pour s’assurer de réaliser les bons tests et obtenir les bonnes distributions. Dans le cas où un logiciel est utilisé, cela prend tout de même de bonne connaissance pour interpréter les résultats!
Pour obtenir des résultats en temps réel, il est possible de joindre les données recueillies par les capteurs de données du monde réel (CPS) au modèle de simulation utilisé dans l’environnement virtuel. Ainsi, il est possible de tester et d’optimiser des machines, des processus, procédés, etc., et ce, sans utiliser de ressources physiques.
En effet, cela permet de programmer, tester ou optimiser des éléments de sa chaîne de valeur de façon hors ligne. (Ghobakhloo, 2018) (Moreno, et al., 2017).
Comment Utiliser les Jumeaux Numériques?
La virtualisation peut être utiliser de plusieurs façons différentes et dans plusieurs « secteurs » différents. Dépendant où on l’utilise, on cherchera à tirer des conclusions différentes.
Voici quelques exemples de secteurs et comment on pourrait utiliser les jumeaux numériques de façon efficaces.
| Secteurs | Utilisation possible | Exemple |
| Productivité | Mesurer l’impact de l’implantation d’une nouvelle technologie, procédure, méthode de travail, etc.
De plus, si le modèle est bien monté, il prendra compte des aléas du système réel (du moins en partie). On peut donc mesurer les effets d’un changement quelconque sur la productivité d’une entreprise. |
Dans une entreprise de fabrication de boitier électrique, nous avons déjà simuler l’impact de l’achat d’un robot soudeur sur le temps de passage des boitiers.
Cela à permis à l’entreprise de prendre une décision éclairée et de calculer précisément le retour sur investissement (ROI) du projet. De plus, l’impact réel a été mesurer, car le modèle de simulation a permis de valider si le goulot de l’entreprise allait se déplacer (et donc réduire le ROI). |
| Recherche et Développement | Il est possible d’utiliser la virtualisation dans la recherche et développement de nouveaux produits.
Lorsqu’on utilise les concepts de conception modulaire, cela devient d’autant plus intéressant de tester les effets d’un changement ou d’ajout d’options sur un produit. |
Par exemple, une entreprise de fabrication de véhicule pourrait tester l’aérodynamisme d’un véhicule suite à la modification de sa structure ou à l’ajout d’une composante. |
| Qualité | Dans la même mesure que la productivité, on peut utiliser les jumeaux digitaux pour mesurer les effets d’un changement sur un produit ou un système.
Cette fois-ci, plutôt que d’utiliser des indicateurs de performances axés sur la productivité, on utilisera des indicateurs axés sur la qualité |
Lorsque l’on a effectué la simulation pour l’entreprise de fabrication de boitier électrique, les paramètres de qualité ont été considéré dans l’étude.
Par exemple, le robot soudeur à une qualité de 99,9%, alors que celle des employés se trouvait dans les alentours de 85-90%. Cela a donc un effet sur le taux de qualité du processus et il a été possible de comparer les résultats avec ou sans le robot soudeur. |
| Maintenance | En utilisant des capteurs, l’internet des objets, etc. il devient possible de connaître l’état d’une machine ou d’un système en temps réel.
Lu jumeau numérique permet de visualiser l’état du système et prendre des décisions par rapport à la maintenance préventive et la criticité de certaine composante. |
On peut utiliser le jumeau numérique pour définir les limites de sécurité d’un système (exemple, la valve #1 du système est stable entre 200 et 300 PSI, à surveiller entre 301 et 350 PSI et critique à plus de 351 PSI).
Par exemple, on peut simuler l’effet d’une augmentation de la pression dans une partie précise du système. On peut même tester l’effet d’une combinaison de facteur (exemple, augmentation de la pression dans le secteur 1 et 2). Cela permet de définir les indicateurs de maintenances préventives et correctives. |
| Expérience Client | Le client peut tester le produit avant de l’acheter. On utilise le jumeau numérique pour faire visualiser le produit au client. | Un bon exemple de cela reste dans le secteur automobile où l’on peut voir les différentes configurations d’un véhicule.
Par exemple, on peut changer la couleur, les jantes, ajouter un toit ouvrant, etc. |
Le tableau précédant montre différents exemples d’utilisation possible des jumeaux numériques et ceux-ci ne sont pas exhaustif.
Les possibilités sont nombreuses et dans tous les cas, la virtualisation permet de prendre de meilleures décisions au sein des différents secteurs d’une entreprise.
Il peut être parfois très couteux d’arrêter une ligne de production pour réaliser des tests physiques. Certaines lignes de production rapportent des milliers de dollars par heures et les arrêts sont à éviter. Avec la simulation, on peut réaliser différents tests sans monopoliser de ressources physiques.
De ce fait, les coûts d’innovation sont grandement réduits et on favorise un environnement propice à l’amélioration! Force est de conclure que cela permet de rester compétitif et que cet outil devient très intéressant pour nos équipes d’amélioration de la performance!
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Conclusion :
Les jumeaux numériques permettent du simuler et prédire l’effet d’une ou de plusieurs modifications sur un produit ou un système.
Les résultats obtenus par la simulation d’un système virtuel permettent de prendre de meilleures décisions au sein des différents secteurs d’une entreprise (qualité, maintenance, productivité, expérience client, etc.).
En utilisant des capteurs et l’internet des objets pour reliés le système réel à son jumeau virtuel, il est possible d’avoir un aperçu du système réel en temps réel et d’alimenter le modèle de simulation avec des données pour améliorer sa précision.
La virtualisation est un outil qui demande un certain niveau d’expertise et qui nécessite un certain investissement. Toutefois, une fois mis en place, la simulation a plusieurs façons d’être rentabiliser! Améliorer la productivité, la qualité, la recherche et développement et plus encore.
Finalement, la simulation permet de tester plusieurs scénarios sur un système réel de façon hors-ligne. Cela permet donc de faciliter l’innovation, diminuer les coûts et les risques associer aux changements sur un système de production!
Référence :
Abdulnour, S. (2021). Impact de l’implantation de principe et d’outil du 4.0 et de l’agilité dans une PME québécoise-étude par simulation (Doctoral dissertation, Université du Québec à Trois-Rivières).
Errandonea, I., Beltrán, S., & Arrizabalaga, S. (2020). Digital Twin for maintenance: A literature review. Computers in Industry, 123, 103316.
Moreno, A., Velez, G., Ardanza, A., Barandiaran, L, de Infante, A., & Chopitea, R. (2017). Virtualisation process of a sheet metal punching machine within the Industry 4.0 vision. International Journal on Interactive Design and Manufacturing, 11(2), 365-373.
Ghobakhloo, M. (2018). The future of manufacturing industry: A strategie roadmap toward industry 4.0. Journal of Manufacturing Technology Management, 29(6), 910-936
