Jumeau numérique pour les ingénieurs, scientifiques et managers HPC

Qu’est-ce qu’un jumeau numérique ?

Un jumeau numérique est une représentation virtuelle ou un modèle numérique d'un objet ou d'un système physique qui utilise des données en temps réel et d'autres sources pour imiter son homologue du monde réel. Jumeaux numériques fournir à la fois les éléments et la dynamique du fonctionnement et du comportement d’un objet.

Les capteurs peuvent être placés sur des actifs physiques tels que des turbines, des pipelines ou fabrication équipement pour collecter des données sur l'état, la condition et les performances du système. Ces données sont ensuite introduites dans le modèle jumeau numérique, qui utilise l'intelligence artificielle, l'apprentissage automatique et l'analyse pour traiter les données,Le jumeau numérique fournit des informations sur le fonctionnement actuel du système physique, détecte les problèmes à un stade précoce et exécute simulations prédire l'avenir performance.

Les jumeaux numériques permettent aux entreprises de tester virtuellement les modifications apportées aux systèmes ou aux conditions sans affecter les opérations réelles. Par exemple, ils peuvent simuler le comportement d'une éolienne sous différentes vitesses de vent et conditions météorologiques. Les enseignements tirés peuvent ensuite optimiser les actifs et les opérations du monde réel. Les jumeaux numériques deviennent un élément crucial de l'Internet des objets, permettant la surveillance, le contrôle et l'optimisation à distance des actifs depuis n'importe où. Puissance de calcul et AI Au fur et à mesure que les choses avancent, les capacités de la technologie des jumeaux numériques progresseront également.

Comment fonctionne un jumeau numérique ?

Un jumeau numérique commence par la création d'un modèle virtuel d'un objet ou d'un système physique. Cela implique de définir à la fois les composants physiques et les règles physiques qui régissent son fonctionnement et ses interactions avec l'environnement. Par exemple, un jumeau numérique d’une éolienne intégrerait ses pales, son générateur, ses capteurs, ses systèmes de contrôle, ses propriétés aérodynamiques, etc.

Le modèle virtuel est ensuite connecté à l'actif physique réel via un ensemble de capteurs qui collectent des données en temps réel. Les capteurs pourraient suivre la température, les vibrations, le débit d'air, le débit ou toute autre mesure pertinente au fonctionnement de l'actif. De plus, les données historiques sur le système peuvent être introduites dans le jumeau numérique pour une image plus complète.

Simulation puissante software exécute le modèle de jumeau numérique, en exploitant l'intelligence artificielle, l'apprentissage automatique et l'analyse. Il ingère les données réelles entrantes des capteurs pour refléter la façon dont le système physique fonctionne dans un environnement virtuel. Des algorithmes complexes simulent les interactions entre les composants et identifient des modèles et des informations qui ne sont pas évidents pour les humains.

Les opérateurs peuvent ensuite réaliser des scénarios de type « et si » avec le jumeau numérique, en ajustant divers paramètres pour prédire l'impact des changements sur les opérations. Le jumeau numérique fournit un bac à sable pour itérer et optimiser, tout en minimisant les perturbations du système lui-même. Les actions trouvées pour améliorer les performances peuvent ensuite être appliquées à l’actif physique.

Au fil du temps, les capacités d’apprentissage automatique du modèle de jumeau numérique s’améliorent continuellement en comparant les simulations aux résultats réels. Cela permet aux représentations numériques de devenir de plus en plus précises et précieuses. Les jumeaux numériques combinent les données du monde physique avec des analyses avancées pour optimiser la productivité, éviter les temps d'arrêt et développer de nouvelles opportunités.

Quels sont les différents types de jumeaux numériques ?

Il existe quelques principaux types ou catégories de jumeaux numériques :

• Produit jumeau – Une copie virtuelle d’un produit physique comme un moteur à réaction, une éolienne ou une machine IRM. Utilisé pour optimiser les performances des actifs individuels.
• Production Twin – Simule un processus de production complet, tel qu’une chaîne de montage ou une raffinerie de pétrole. Optimise l’efficacité opérationnelle.
• Jumeau performant – Modélise les performances des produits ou des actifs sur le terrain. Fournit des informations sur les conditions de fonctionnement réelles.
• Système jumeau – Représente tout un système d’actifs, de processus et de personnes. Utilisé pour optimiser le système de manière globale.
• Jumeau prototype – Un modèle de jumeau numérique créé lors de la phase de conception, avant la construction d’un actif physique. Permet de tester virtuellement des prototypes.
• Jumeau composite – Une agrégation de divers jumeaux numériques en une seule représentation plus grande. Fournit une vue plus large au niveau de l’entreprise.

Le type de jumeau numérique correspond étroitement à son objectif commercial prévu : qu'il s'agisse d'améliorer des actifs individuels, des processus opérationnels, des performances réelles, des systèmes complets ou des prototypes. Certains jumeaux numériques peuvent combiner des éléments de plusieurs types pour différents angles de vue. La clé est de choisir la bonne portée pour le jumeau numérique afin d’optimiser efficacement les actifs physiques et les activités commerciales qu’il reflète.

L'histoire du jumeau numérique

Le concept de jumeau numérique existe depuis des décennies, mais il a rapidement gagné du terrain ces dernières années. L'une des premières mentions de ce terme a été faite par la NASA dans les années 1960, lorsqu'elle a créé des jumeaux numériques de vaisseaux spatiaux pour refléter l'état en temps réel. Cependant, les capacités étaient primitives par rapport à aujourd’hui.

Les progrès réalisés dans les années 2010 en matière de capteurs de l’Internet des objets, de cloud computing et de logiciels de simulation ont permis l’émergence de modèles de jumeaux numériques plus complexes. GE a été le pionnier de l'utilisation industrielle des jumeaux numériques pour des actifs tels que les moteurs à réaction et les éoliennes afin d'améliorer les opérations et la maintenance. Dassault Systèmes a appliqué les jumeaux numériques tout au long du cycle de vie des produits, de la conception à l'utilisation finale.

Au cours des cinq dernières années, le champ d’application des jumeaux numériques s’est considérablement élargi. Plateformes cloud de Microsoft, AWS et d'autres proposent désormais des fonctionnalités spécialisées de jumeaux numériques. Les applications d'entreprise appliquent des jumeaux numériques dans les installations, les chaînes d'approvisionnement, etc. En combinant l'IA et les algorithmes d'apprentissage automatique, jumeaux numériques Les jumeaux numériques sont de plus en plus sophistiqués et génèrent une valeur commerciale plus élevée. Selon Gartner, plus de 50 % des grandes entreprises industrielles mettront en œuvre des jumeaux numériques d'ici 2026. La technologie des jumeaux numériques est en passe de révolutionner de nombreux aspects de l'industrie et de la fabrication.

Alors que les jumeaux numériques sont apparus il y a plusieurs décennies, les récents progrès exponentiels ont libéré leur potentiel permettant aux organisations d’acquérir des connaissances, d’optimiser leurs opérations et d’améliorer leurs innovations, entraînant ainsi des gains de productivité considérables dans presque tous les secteurs. Nous ne faisons encore qu’effleurer la surface de ce domaine technologique émergent.

Quels sont certains des cas d’utilisation du jumeau numérique ?

Voici quelques cas d’utilisation courants et émergents de la technologie des jumeaux numériques dans divers secteurs :

• Maintenance Prédictive – Les jumeaux numériques d’équipements tels que les turbines ou les chaînes d’assemblage peuvent identifier les problèmes et les risques de panne avant que les temps d’arrêt ne surviennent.
• Mise en service virtuelle – Les nouvelles installations, lignes de production et autres processus peuvent être simulés et testés virtuellement avant l'installation physique.
• Surveillance à distance – Les jumeaux numériques permettent de suivre à distance les actifs, la flotte de véhicules et bien plus encore pour analyser les performances.
• Développement de produits – Les nouvelles conceptions de produits peuvent être affinées et optimisées en les simulant d’abord dans un jumeau numérique.
• Formation – Des scénarios à haut risque tels que des procédures médicales ou des interventions en cas de catastrophe peuvent être simulés dans un jumeau numérique à des fins de formation.
• Les Villes Intelligentes – Les jumeaux numériques des infrastructures urbaines, des modèles de trafic et des flux aériens peuvent optimiser les transports et les services.
• Logistics – La modélisation numérique des chaînes d’approvisionnement peut identifier les optimisations, les goulots d’étranglement et se préparer aux perturbations.
• Santé – Les patients numériques, basés sur des scans et des données, peuvent personnaliser des traitements ou des dispositifs médicaux.

Les applications vont de l’optimisation d’équipement individuel aux initiatives à l’échelle de l’organisation. Les cas d’utilisation des jumeaux numériques se développeront rapidement à mesure que la technologie et les avantages associés seront mieux compris.

Quel est l’avenir du jumeau numérique ?

L’avenir s’annonce très prometteur pour la technologie des jumeaux numériques dans tous les secteurs. Voici quelques prédictions sur l’avenir des jumeaux numériques :

• Adoption plus large – Les jumeaux numériques passeront d’une utilisation de niche limitée à une adoption généralisée dans des secteurs tels que l’industrie manufacturière, les villes, la santé, la vente au détail, etc.
• Une plus grande intelligence – Avec les progrès de l’intelligence artificielle et de l’apprentissage automatique, les jumeaux numériques deviendront de plus en plus sophistiqués et perspicaces.
• Intégration étendue – Les jumeaux numériques intégreront davantage de sources de données telles que des capteurs IoT, des systèmes commerciaux et des données externes pour des modèles complets.
• Démocratisation – Les plates-formes et les outils permettront à davantage d’organisations de mettre en œuvre des jumeaux numériques sans expertise technique approfondie.
• Personnalisation – Des jumeaux numériques hautement personnalisés seront construits à l’aide de bibliothèques modulaires de composants prédéfinis.
• Utilisations tout au long du cycle de vie – Les jumeaux numériques s'étendront au-delà des seules opérations pour s'étendre à des utilisations tout au long du cycle de vie, telles que la conception, la formation et la surveillance des utilisateurs finaux.
• Nouveaux modèles d'affaires – La technologie des jumeaux numériques peut générer des opportunités commerciales innovantes autour des simulations, des informations prédictives et des services virtuels.
• Actions automatisées – Les jumeaux numériques passeront de la surveillance passive à l’automatisation des actions, des réparations et des contrôles des actifs physiques.

En résumé, les jumeaux numériques sont sur le point d'évoluer, passant du stade de pointe au stade de généralisation, entraînant des gains spectaculaires en termes d'efficacité, de performance, de sécurité et d'innovation dans de nombreux secteurs. Leurs capacités augmenteront de manière exponentielle avec les progrès des technologies habilitantes. En savoir plus sur Rescale solution de jumeau numérique.