"We encounter large data sets more and more often in everyday life. The important thing here is to put the large amounts of data into a format in which we can read out patterns in order to better understand behavior and make predictions. Digital twins give us exactly this capability. They enable us to improve business performance and make well-informed decisions." (Nicole Lontzek, auteur du livre "Digitale Zeitmacher – was wir jetzt gewinnen")

Le jumeaux numériques (ou, en anglais, digital twins) – voilà un terme dont on entend parler un peu partout, et tout le monde prétend en avoir un quelque part. Qu'il s'agisse d'une ville, d'un bâtiment, de machines ou même de personnes, tout le monde parle d'une copie numérique. Dans une décennie où les dirigeants s'enthousiasment sur leurs smartphones pour les tableaux de bord avec des ICP et des diagrammes de TRG, la question demeure pour beaucoup d'entre vous : de quoi s'agit-il au juste ? Et que puis-je en retirer ? En rendant les données disponibles et en les analysant, nous avons de plus en plus de possibilités de découvrir de nouveaux modèles statistiques. Les jumeaux numériques sont une réplique numérique d'un actif qui combine des données numériques et physiques en vue de formuler des prévisions précises concernant, par exemple, le comportement des consommateurs ou le parcours des clients. Il s'agit d'un concept où les produits, mais aussi les machines et leurs composants, sont modélisés à l'aide d'outils numériques.

Cette modélisation comprend toutes les données géométriques, cinématiques et logiques. Un jumeau numérique est l'image fidèle de l'actif physique en production réelle, ce qui permet de le simuler, de le contrôler, de l'évaluer et de l'optimiser. Grâce à des capteurs, le jumeau est connecté aux objets réels, reliant les mondes virtuel et physique par une multitude d'informations et de données, et permettant un échange continu d'informations et de données en temps réel.

Grâce à leur maturité technologique, les applications de ces jumeaux numériques s'étendent désormais bien au-delà des applications de base. D'ici 2022, le bureau d'études de marché Gartner s'attend à ce que le marché de masse ait déjà adopté le concept du jumeau numérique et l'ait mis à profit. Le concept a en effet un grand potentiel, car il n'est pas limité à une niche spécifique, mais peut être appliqué à toutes les branches de l'industrie. Dans les années à venir, les jumeaux numériques feront l'objet de nombreux travaux de recherche et développement. Et il apparaît déjà clairement qu'il ne s'agit pas d'un modèle de données monolithique, mais bien de différents aspects des représentations, fonctionnalités, modèles et interfaces numériques. À cela vient s'ajouter le nouvel engouement pour le Metaverse. Et la semaine dernière, Microsoft a annoncé sa collaboration avec Qualcomm pour une nouvelle génération de lunettes VR. Mais peut-être devrions-nous commencer par citer les différents avantages qu'offrent les jumeaux numériques…

Les avantages des jumeaux numériques

1.) Des prévisions plus précises

Différents modèles permettent de prédire les cas d'utilisation futurs sur la base de scénarios prédéfinis. Cela permet de prendre des décisions stratégiques en s'appuyant sur une base de données précise.

2.) Suivi et optimisation des performances

Le déploiement d'un jumeau numérique permet de surveiller et de comparer en permanence les performances avec les données collectées précédemment sur les actifs concernés. Cela permet de mettre en place un processus d'amélioration continue.

3.) Un lac de données central – des ensembles de données connectés obligatoires

La création d'un jumeau numérique nécessite une source de données commune, ce qui oblige les entreprises à réorganiser leurs méthodes de collecte et d'analyse des données. Cette évolution donne à son tour naissance à un potentiel de numérisation et d'optimisation supplémentaire.

4.) Faciliter l'automatisation

Les décisions peuvent être étiquetées et automatisées sur la base des informations fournies par le jumeau numérique. De cette façon, l'algorithme sait quels scénarios étaient bons et lesquels ne l'étaient pas et peut ainsi s'améliorer dans le processus en cours. Cela réduit le nombre d'itérations au niveau de la gestion.

5.) Visibilité et transparence dans tous les domaines

Étant donné que les jumeaux numériques combinent plusieurs sources de données, les effets et les dépendances au sein des actifs deviennent également visibles. Cela permet, par la suite, de formuler d'autres recommandations en matière d'action et de réaliser d'éventuelles économies.

Hisense or Nonsense – des applications réussies dans différents secteurs

1.) Un délai de mise sur le marché plus court (Engineering)

Le premier cas possible est une mise sur le marché plus rapide. Dans le cas d'un fabricant d'équipement d'origine dans le secteur automobile (systèmes de ceintures de sécurité), les collaborateurs au projet se sont retrouvés à plusieurs reprises bloqués dans le processus de développement à cause de cascades de décisions consécutives. La mise au point d'un système de ceinture de sécurité pour les clients par le biais d'un configurateur prenait parfois plus de trois jours, ce qui pouvait se traduire par un allongement considérable du délai de conception. Ici, un jumeau numérique a été utilisé avec les paramètres et les objectifs limitatifs de l'équipe de développement même. Le temps de sélection de la conception optimale a ainsi été réduit à moins d'une minute.

2.) Réduction des dépenses opérationnelles (Asset Management/Infrastructures)

Les habitants de Carson City, dans le Nevada (États-Unis), connaissent parfois des pénuries d'eau pendant les périodes de sécheresse. La ville est donc en train de mettre en œuvre des jumeaux numériques capables de simuler l'approvisionnement futur en eau (sur la base des pics de consommation atteints jusqu'à présent), et ce de manière à garantir une disponibilité durable de l'eau et à réduire les dépenses opérationnelles.

Les jumeaux numériques fournissent un aperçu du bilan hydrique réel de trois régions différentes. Grâce à ces données et aux actions recommandées qui en ont résulté, l'approvisionnement en eau de Carson City a été transformé de sorte qu'il est désormais régulé automatiquement. Cette initiative a permis d'économiser 15 % de la charge de travail des effectifs opérationnels et d'assurer un approvisionnement en eau fiable pour 50.000 habitants.

3.) Amélioration du développement des produits ou des services (Operations/Medical)

Un autre cas d'application peut être trouvé dans le domaine de la médecine. Les médecins ont des difficultés à reconstruire et à interpréter l'anatomie du cœur d'un patient spécifique à partir d'une série d'images 2D. Le jumeau numérique d'un patient permet de créer des modèles cardiaques en 3D, qui permettent une analyse approfondie des caractéristiques et de la dynamique des cœurs individuels. Un modèle cardiaque numérique réduit la durée des opérations de 82 % par rapport aux situations où l'on a recours à l'utilisation d'images médicales en 2D. Dans ce cas, la copie numérique médicale d'un cœur devient un outil qui permet de sauver des vies.

Que nous réserve l'avenir immédiat ?

Tout d'abord, nous constatons que les budgets et les obstacles à l'accès à la technologie pour les jumeaux numériques basés sur la simulation sont de moins en moins importants. La mise à disposition toujours plus fréquente de jumeaux numériques en tant que service (Digital Twin as a Service) par les grandes entreprises technologiques va augmenter le nombre d'applications potentielles. Les données sont disponibles en grandes quantités et la prochaine étape logique consiste à générer des Smart Data à partir des Big Data et à comprendre ces données. Les projets de référence dont les avantages commerciaux et stratégiques ont été prouvés contribueront à atténuer l'aversion et les doutes des autres acteurs du marché.

Ensuite, nous commençons également à prendre conscience de l'amélioration de leurs capacités de prise de décision de bout en bout et de leur potentiel d'amélioration. Nous entendons par là la mise à profit de ce que nous avons appris grâce aux jumeaux numériques dans tous les domaines d'application. Ce processus s'étend de la conception et du développement au service après-vente. Les enseignements tirés de ces expériences sont compilés et visualisés afin de soutenir la direction dans ses décisions stratégiques visant à intégrer les nouvelles technologies destinées aux utilisateurs. La couverture de bout en bout des jumeaux numériques permet d'optimiser l'automatisation des processus, ce qui entraîne un gain d'efficacité supplémentaire.

La troisième étape du développement pour les cinq prochaines années consistera à appliquer l'optimisation autonome des actifs dans la production, sans intervention humaine. Le robot standard deviendra un robot intelligent, capable de se programmer lui-même pour accomplir les tâches suivantes.

Pour conclure ce débat sur la pertinence des jumeaux numériques

L'automatisation des processus et le pilotage des machines par l'IA vont rendre de plus en plus floues les frontières qui séparent l'industrie manufacturière ordinaire du secteur de la construction de machines. Les jumeaux numériques agiront comme des pilotes logiciels intelligents pour les actifs physiques grâce à leur intégration dans l'Internet des Objets (IdO). Cela permettra d'effectuer des analyses, d'avoir un retour d'information et de procéder à des implémentations en temps réel. Nous verrons des jumeaux numériques déployés dans tous les écosystèmes et toutes les chaînes d'approvisionnement, ce qui nécessitera une numérisation complète de l'environnement applicatif (relations avec les clients ou chaînes de valeur).

Les jumeaux numériques sont donc bel et bien au cœur même du concept d'Industrie 4.0 et de la numérisation de la production. Ils ont un impact sur les différentes étapes du cycle de vie d'un produit ou d'une usine, avec différents outils sur différentes plateformes. Et nous maintenons que, malgré les pronostics selon lesquels les plateformes deviendront moins chères et auront de plus en plus de références d'utilisateurs, les jumeaux numériques resteront très spécifiques aux applications et continueront à nécessiter un certain degré de personnalisation.