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QU’EST-CE QU’UN JUMEAU NUMÉRIQUE ?

Un jumeau numérique est une représentation virtuelle d’un objet ou d’un système
qui couvre son cycle de vie. Il est mis à jour à partir de données en temps réel
et utilise la simulation, l’apprentissage automatique et le raisonnement pour
faciliter la prise de décision.
Voir IBM Digital Twin Exchange (01:41)



COMMENT FONCTIONNE UN JUMEAU NUMÉRIQUE ?

Un jumeau numérique est un modèle virtuel conçu pour refléter fidèlement un
objet physique. L’objet étudié — par exemple, une éolienne — est équipé de
divers capteurs liés à des domaines vitaux de sa fonctionnalité. Ces capteurs
produisent des données sur différents aspects des performances de l’objet
physique, comme la production d’énergie, la température, les conditions
météorologiques, etc. Ces données sont ensuite transmises à un système de
traitement et appliquées à la copie numérique. 

Une fois renseigné avec ces données, le modèle virtuel peut être utilisé pour
effectuer des simulations, étudier des problèmes de performance et générer des
améliorations possibles, le tout dans le but de générer des informations
précieuses — qui peuvent ensuite être appliquées à l’objet physique original.

Jumeaux numériques ou simulations

Bien que les simulations et les jumeaux numériques utilisent tous deux des
modèles numériques pour reproduire les différents processus d’un système, un
jumeau numérique est en fait un environnement virtuel, ce qui le rend
considérablement plus riche à étudier. La différence entre le jumeau numérique
et la simulation est en grande partie une question d’échelle : Alors qu’une
simulation étudie généralement un processus particulier, un jumeau numérique
peut lui-même exécuter toutes sortes de simulations afin d’étudier plusieurs
processus.

Les différences ne s’arrêtent pas là. Par exemple, les simulations ne
bénéficient généralement pas de données en temps réel. Mais les jumeaux
numériques sont conçus autour d’un flux d’informations bidirectionnel qui se
produit d’abord lorsque les capteurs de l’objet fournissent des données
pertinentes au processeur du système, puis se reproduit lorsque les informations
créées par le processeur sont partagées avec l’objet source original.

En disposant de données de meilleure qualité et constamment mises à jour,
relatives à un large éventail de domaines, combinées à la puissance de calcul
supplémentaire qui accompagne un environnement virtuel, les jumeaux numériques
sont en mesure d’étudier davantage de questions à partir de points de vue bien
plus nombreux que ne le permettent les simulations standard — avec un potentiel
d’amélioration des produits et des processus bien supérieur.




TYPES DE JUMEAUX NUMÉRIQUES

Il existe différents types de jumeaux numériques en fonction du niveau
d’agrandissement du produit. La plus grande différence entre ces jumeaux est le
domaine d’application. Il est courant que différents types de jumeaux numériques
coexistent dans un système ou un processus. Passons en revue les types de
jumeaux numériques pour en connaître les différences et savoir comment ils sont
appliqués.

Jumeaux de composants/jumeaux de pièces

Les jumeaux de composants sont l’unité de base des jumeaux numériques, le plus
petit exemple de composant fonctionnel. Les jumeaux de pièces sont à peu près la
même chose, mais relèvent de composants d’une importance légèrement moindre.

Jumeaux d’actifs

Lorsque deux composants ou plus fonctionnent ensemble, ils forment ce que l’on
appelle un actif. Les jumeaux d’actifs vous permettent d’étudier l’interaction
de ces composants, créant ainsi une mine de données sur les performances qui
peuvent être traitées puis transformées en informations exploitables.

Jumeaux de systèmes ou d’unités

Le niveau d’agrandissement suivant concerne les jumeaux de systèmes ou d’unités,
qui vous permettent de voir comment différents actifs s’assemblent pour former
un système fonctionnel complet. Les jumeaux de systèmes fournissent une
visibilité sur l’interaction des actifs, et peuvent suggérer des améliorations
de performance.

Jumeaux de processus

Les jumeaux de processus, le niveau macro de l’agrandissement, révèlent comment
les systèmes fonctionnent ensemble pour créer une structure de production
entière. Ces systèmes sont-ils tous synchronisés pour fonctionner au maximum de
leur efficacité, ou les retards d'un système affecteront-ils les autres ? Les
jumeaux de processus peuvent aider à déterminer les schémas de synchronisation
précis qui influencent finalement l’efficacité globale.

Explorez l’IBM Digital Twin Exchange



HISTOIRE DE LA TECHNOLOGIE DES JUMEAUX NUMÉRIQUES

L’idée de la technologie des jumeaux numériques a été exprimée pour la première
fois en 1991, avec la publication de Mirror Worlds, de David Gelernter.
Toutefois, c’est à Michael Grieves (alors professeur à l’université du Michigan)
que l’on doit la première application du concept de jumeaux numériques à la
fabrication en 2002 et l’annonce officielle du concept de logiciel de jumeaux
numériques. Finalement, John Vickers, de la NASA, a introduit un nouveau terme —
« jumeau numérique » — en 2010.

Cependant, l’idée maîtresse d’utiliser un jumeau numérique comme moyen d’étudier
un objet physique remonte en réalité à bien avant. En fait, on peut dire à juste
titre que la NASA a été la première à utiliser la technologie des jumeaux
numériques au cours de ses missions d’exploration spatiale des années 1960,
lorsque chaque vaisseau spatial en partance était reproduit à l’identique dans
une version terrestre qui était utilisée à des fins d’étude et de simulation par
le personnel de la NASA faisant partie des équipages de vol.




AVANTAGES ET BÉNÉFICES DES JUMEAUX NUMÉRIQUES

Meilleures R&D
L’utilisation de jumeaux numériques permet une recherche et une conception plus
efficaces des produits, avec une abondance de données créées sur les résultats
probables des performances. Ces informations peuvent permettre aux entreprises
d’affiner leurs produits avant de lancer la production.

Plus grande efficacité
Même après la mise en production d’un nouveau produit, les jumeaux numériques
peuvent aider à refléter et à surveiller les systèmes de production, dans le but
d’atteindre et de maintenir une efficacité maximale tout au long du processus de
fabrication.

Fin de vie des produits
Les jumeaux numériques peuvent même aider les fabricants à décider ce qu’il
convient de faire des produits qui arrivent en fin de vie et doivent subir un
traitement final, par le biais du recyclage ou d’autres mesures. En utilisant
des jumeaux numériques, ils peuvent déterminer quels matériaux des produits
peuvent être récoltés.




MARCHÉ ET INDUSTRIES DES JUMEAUX NUMÉRIQUES

Si les jumeaux numériques sont appréciés pour ce qu’ils offrent, leur
utilisation n’est pas garantie pour chaque fabricant ou chaque produit créé.
Tous les objets ne sont pas suffisamment complexes pour nécessiter le flux
intense et régulier de données de capteurs qu’exigent les jumeaux numériques.
D’un point de vue financier, il n’est pas non plus toujours intéressant
d’investir des ressources importantes dans la création d’un jumeau numérique.
(ne pas oublier pas qu’un jumeau numérique est la réplique exacte d’un objet
physique, ce qui pourrait rendre sa création coûteuse).

En revanche, de nombreux types de projets bénéficient spécifiquement de
l’utilisation de modèles numériques :

 * Projets de grande envergure Bâtiments, ponts et autres structures complexes
   soumis à des règles techniques rigoureuses. 
 * Projets mécaniques complexes Turboréacteurs, automobiles et avions. Les
   jumeaux numériques peuvent contribuer à améliorer l’efficacité des machines
   complexes et des moteurs gigantesques.
 * Équipements électriques Cela comprend à la fois les mécanismes de production
   et de transmission de l’énergie.
 * Projets de fabrication Les jumeaux numériques excellent dans la
   rationalisation de l’efficacité des processus, comme c’est le cas dans les
   environnements industriels où les systèmes de machines fonctionnent
   conjointement.

Par conséquent, les industries qui obtiennent le plus de succès avec les jumeaux
numériques sont celles qui traitent des produits ou des projets à grande
échelle :

 * Ingénierie (systèmes)
 * Construction automobile
 * Construction aéronautique
 * Conception de wagons
 * Construction de bâtiments
 * Fabrication
 * Services publics d’électricité

Le marché des jumeaux numériques : prêt pour la croissance

L’expansion rapide du marché des jumeaux numériques indique que, si les jumeaux
numériques sont déjà utilisés dans de nombreux secteurs, la demande de jumeaux
numériques va continuer à croître pendant un certain temps. En 2020, le marché
des jumeaux numériques a été évalué à 3,1 milliards USD. Certains analystes du
secteur estiment qu’il pourrait continuer à augmenter fortement jusqu’en 2026 au
moins, pour atteindre un montant estimé à 48,2 milliards USD1.




AMÉLIORER L’EFFICACITÉ DE LA FABRICATION GRÂCE AUX JUMEAUX NUMÉRIQUES

L’utilisation de jumeaux numériques de bout en bout permet aux
propriétaires/exploitants de réduire les temps d’arrêt des équipements tout en
augmentant la production. Découvrez une solution de gestion du cycle de vie des
services créée par IBM et Siemens.

Voyez comment Siemens utilise les jumeaux numériques



APPLICATIONS

Les jumeaux numériques sont déjà largement utilisés dans les applications
suivantes :

Équipement de production d’énergie

Les gros moteurs — dont les turboréacteurs, les moteurs de locomotives et les
turbines de production d’électricité — bénéficient énormément de l’utilisation
de jumeaux numériques, notamment pour aider à établir des calendriers de
maintenance régulière.

Les structures et leurs systèmes

Les grandes structures physiques, telles que les grands bâtiments ou les
plateformes de forage en mer, peuvent être améliorées grâce aux jumeaux
numériques, notamment lors de leur conception. Elle est également utile pour
concevoir les systèmes fonctionnant à l’intérieur de ces structures, tels que
les systèmes CVC.

Opérations de fabrication

Comme les jumeaux numériques sont censés refléter l’ensemble du cycle de vie
d’un produit, il n’est pas surprenant que les jumeaux numériques soient devenus
omniprésents à toutes les étapes de la fabrication, de la conception jusqu’au
produit fini.

Services de santé

Tout comme les produits peuvent bénéficier de l’utilisation de jumeaux
numériques, les patients recevant des soins le peuvent aussi. Le même type de
système de données générées par des capteurs peut être utilisé pour suivre une
variété d’indicateurs de santé et générer des informations clés.

Industrie automobile

Les voitures incluent de nombreux types de systèmes complexes et cofonctionnels.
Les jumeaux numériques sont largement utilisés dans la conception automobile,
tant pour améliorer les performances des véhicules que pour accroître
l'efficacité entourant leur production.

Urbanisme

Les ingénieurs civils et les autres personnes impliquées dans les activités
d’urbanisme s’appuient beaucoup sur l’utilisation de jumeaux numériques, qui
peuvent afficher des données spatiales en 3D et en 4D en temps réel, et
également intégrer des systèmes de réalité augmentée dans les environnements
construits.




L’AVENIR DES JUMEAUX NUMÉRIQUES

Un changement fondamental des modèles d’exploitation existants est clairement en
train de se produire. Une réinvention numérique est en cours dans les industries
à forte intensité d’actifs, qui modifie en profondeur les modèles
d’exploitation, nécessitant une vision physique et numérique intégrée des
actifs, des équipements, des installations et des processus. Les jumeaux
numériques sont un élément essentiel de ce réalignement.

L’avenir des jumeaux numériques est presque illimité, car des quantités
croissantes de capacités cognitives sont constamment consacrées à leur
utilisation. Les jumeaux numériques acquièrent donc constamment de nouvelles
compétences et capacités, ce qui signifie qu’ils peuvent continuer à générer les
informations nécessaires pour améliorer les produits et rendre les processus
plus efficaces.

Découvrez comment le changement aura un impact sur votre secteur dans cet
article sur la transformation de l’exploitation des actifs grâce aux jumeaux
numériques.

Découvrez comment transformer l’exploitation des actifs grâce aux jumeaux
numériques.



SOLUTIONS CONNEXES

IBM Digital Twin Exchange

Voyez où les fabricants, les équipementiers et les fournisseurs tiers partagent
des ressources numériques sous forme de jumeaux numériques.

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Découvrez une solution unique pour la modélisation et la conception de systèmes,
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Maximisez la performance des actifs en augmentant leur disponibilité, en
diminuant les coûts et en réduisant le risque de panne des équipements.

Voir les capacités de gestion des actifs


RESSOURCES DE JUMEAUX NUMÉRIQUES

Développeur IBM : que sont les jumeaux numériques ?

Écoutez un trio de techniciens d’IBM sur le sujet, qui abordent également des
sujets connexes tels que la façon d’utiliser les jumeaux numériques pour
résoudre des problèmes du monde réel, les considérations clés sur l’utilisation
des jumeaux numériques et un aperçu de leur architecture de référence.



Qu’est-ce que le jumeau numérique ?

Faites le point sur le jumelage numérique grâce à cet aperçu, qui offre une
définition succincte de la technologie, des cas d’utilisation possibles et de la
valeur du jumeau numérique, ainsi que des estimations sur l’évolution de cette
tendance.



Prévoyez votre jumeau numérique

Les jumeaux numériques peuvent aider à résoudre divers problèmes auxquels les
organisations sont confrontées, mais pour rassembler les pièces, il faut un bon
plan et une compréhension claire des objectifs de l’organisation.



ASTRI adopte les processus MBSE Industrie : recherche

Hong Kong Applied Science and Technology Research Institute Company Limited
(ASTRI) a réduit les coûts et le temps d’intégration en adoptant des processus
d’ingénierie des systèmes basés sur des modèles (MBSE).



Rotterdam marque des points avec les scénarios d'essai Industrie : transport
maritime

Le port de Rotterdam utilise la technologie des jumeaux numériques d’IBM pour
passer du statut de grand port à celui de port le plus intelligent.



L’UC San Francisco construit avec des jumeaux numériques Industrie : éducation

En construisant son nouvel établissement de santé à l’aide d’un jumeau numérique
créé avec IBM Maximo, l’université gagne du temps, réduit les coûts et
rationalise les opérations en cours.






NOTE DE BAS DE PAGE

1 “Le marché des jumeaux numériques vaudra 48.2 milliards USD d’ici 2026 (lien
externe à ibm.com),” Aashish Mehra, Markets and Markets

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