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Digital & Data 16/04/2020

Industrie 4.0 : ces « jumeaux numériques » qui réinventent les processus de fabrication

C’est un outil virtuel aux bénéfices bien réels : les solutions de maintenance prédictive peuvent aujourd’hui compter sur l’appui des « jumeaux numériques », ces répliques digitales d’objets physiques ou de systèmes qui permettent de créer des modèles de simulation et des opérations de contrôle et de test, en amont de leur déploiement concret.

Le jumeau numérique permet de faire les choses pour de faux avant de les faire en vrai.

Laurent Bouillot - CEO SIRADEL

Le potentiel de cette technologie est de plus en plus utilisé dans l’industrie manufacturière : des trains, des turbines ou encore des moteurs d’avion peuvent ainsi être conçus et testés de manière virtuelle, afin de maximiser leur longévité et leur fiabilité, sans que cela nécessite d’investir dès le départ dans la production.

Les jumeaux numériques sont déjà en mesure d’optimiser les machines et les systèmes de maintenance ; mais combinés avec d’autres technologies comme l’Internet des objets ou l’intelligence artificielle, ils permettent également aux fabricants d’exploiter données à même de prédire (et éviter) diverses défaillances potentielles — réduisant ainsi les coûts et permettant un gain de temps considérable.

Jumeau numérique et centrale hydroélectrique : une première

Le fournisseur irlandais Electricity Supply Board s’est associé à l’entreprise tech Akselos pour créer un jumeau numérique structurel de sa centrale hydroélectrique à Turlough Hill — une première mondiale. La centrale, vieillissante, reste un atout incontournable pour ESB : le fournisseur d’électricité s’est ainsi vu dans l’obligation de trouver à la fois des solutions pour prolonger son activité et de nouveaux modes de fonctionnement en ligne avec l’évolution de l’écosystème énergétique. Une gageure rendue possible par Akselos, qui a collecté l’ensemble des données disponibles pour créer une réplique 3D de la structure. 


 

Ce jumeau numérique permet à ESB de simuler divers paramètres concernant les opérations quotidiennes afin d’observer les réactions de la structure, par exemple en cas de tensions au sein du système ou lorsque certaines zones nécessitent une intervention. En intégrant des solutions de maintenance prédictive, le jumeau numérique est également capable d’anticiper certains événements, le logiciel pouvant identifier des défaillances potentielles en se basant sur son évaluation structurelle de la centrale.

Estimer la durée de vie d’une batterie

A Munich, l’entreprise TWAICE a levé près de 11 millions d’euros après avoir créé un logiciel capable de mettre au point des jumeaux numériques de systèmes de batteries. Ce logiciel est utilisé pour analyser la « santé » des dispositifs de stockage d’énergie, mais également pour formuler des prévisions touchant au cycle de vie d’une batterie.



Avec l’engouement actuel que connaissent aujourd’hui les véhicules électriques zéro-émission et les batteries lithium-ion, les fabricants sont plus que jamais à la recherche de dispositifs de stockage d’énergie efficaces. Le logiciel TWAICE leur permet d’améliorer l’élaboration et l’utilisation des batteries — en leur fournissant davantage d’informations sur les processus qu’elles intègrent — ainsi qu’en permettant la détection et la prévention de défaillances potentielles. Dans le cadre de la maintenance prédictive, le logiciel peut également, par exemple, aider les gestionnaires de flottes de véhicules électriques à réduire leur coûts d’exploitation et augmenter la durée de vie de leurs batteries.


Pendant ce temps chez ENGIE...

Le jumeau numérique appliqué aux procédés industriels thermiques

Le laboratoire de recherche ENGIE Lab CRIGEN mène des recherches sur le jumeau numérique pour les actifs industriels: son Future Industry Lab a développé le premier jumeau numérique pour brûleur industriel basé sur la simulation. Le brûleur est un atout clé dans plusieurs industries ; il est en particulier la pierre angulaire de nombreux systèmes de chaudières. Le jumeau numérique du CRIGEN donne accès à des simulations détaillées, haute fidélité et en temps réel du comportement du brûleur. Via des "capteurs virtuels" il apporte des informations supplémentaires sur l'équipement par rapport à l'instrumentation traditionnelle. Par opposition à la majorité des solutions du marché - notamment de nombreuses applications de maintenance prédictive -  c'est grâce à des simulations basées sur la physique que le jumeau numérique du CRIGEN prédit le comportement des actifs et non pas en utilisant des algorithmes d'apprentissage statistique sur des données historiques. Cela signifie notamment qu'un défaut n'a pas besoin d'être pré-identifié ou d'avoir déjà eu lieu dans le passé pour être détecté.


Cette solution de pointe ouvre la voie à de nouvelles stratégies de contrôle (y compris l'optimisation en temps réel ou la maintenance prédictive), de nouvelles stratégies de réhabilitation (en permettant de réduire l'effort nécessaire pour que d'anciens actifs répondent aux nouvelles normes) et une mise à niveau plus rapide des opérateurs (avec la capacité de former une population beaucoup plus large d'utilisateurs).

Le jumeau numérique pour des villes plus intelligentes, durables, résilientes et sûres 

Siradel, filiale d’ENGIE depuis octobre 2016, met au point des jumeaux numériques pour les villes et les entreprises en vue de les aider à concevoir des réseaux sans fil ou d’élaborer les infrastructures de « villes intelligentes ». Pour Laurent Bouillot, PDG de Siradel, le jumeau numérique permet de « faire les choses pour de faux avant de les faire pour de vrai », et rend possible, par le biais d’une modélisation 3D, de projeter de façon virtuelle les transformations que l’on imagine. Dans le cadre des territoires intelligents, le jumeau numérique peut servir d’outil de management et de simulation — par exemple pour étudier les répercussions de changements dans le domaine de la mobilité ou encore des systèmes de climatisation et de chauffage des bâtiments. En permettant d’anticiper les transformations, les jumeaux numériques visent l’optimisation de la collaboration entre les différents acteurs à l’oeuvre sur un même projet. 




Fin 2019, Siradel a mis en ligne une plateforme de services pour l’Ile de France. Pour ce faire, Siradel a modélisé quelque 2,5 millions de bâtiments sur la région, et mis au point le plus gros concentrateur de données de France, avec plus de 10 000 « jeux de données » (répertoriant les lignes de bus, l’emplacement de lieux de coworking, de centres de recherche, de patrimoine du territoire, etc.).

Et en cette période de confinement, c’est naturellement que la Région Ile de France s’est tournée vers Siradel dans l’optique de développer, en urgence, divers services à même de permettre aux Franciliens de mieux vivre leur confinement.


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