Des données en temps réel, une mise sur le marché plus rapide, une surveillance continue : les avantages de la simulation par jumeau numérique sont nombreux, à condition que les bonnes conditions soient réunies. Quelle est la technologie la mieux adaptée aux conditions de votre projet ?
L’idée des simulateurs et des jumeaux numériques n’est pas aussi nouvelle qu’il y parait. Dans les années 1960, lors de la mission Apollo 13, il a été possible de ramener les astronautes sur Terre après l’explosion d’un réservoir d’oxygène grâce à la création par l’équipe au sol d’un adaptateur de remplacement du filtre à dioxyde de carbone, que les astronautes ont recréé à bord.
À mesure que la technologie progresse, les entreprises utilisent des outils tels que les simulations et les jumeaux numériques pour mieux optimiser les processus, tester de nouvelles idées et prédire les résultats futurs. Le développement de jumeaux numériques permet aux organisations d’améliorer divers aspects de leurs opérations, tels que le développement de produits, l’optimisation des opérations et l’augmentation de l’engagement des clients par le biais d’expériences et d’interactions enrichies.
En 2019, le concept de jumeau numérique figurait parmi les dix technologies stratégiques qui ont contribué de manière considérable à l’amélioration des processus de prise de décision dans les entreprises. Selon une étude de McKinsey, 70 % des responsables technologiques des grandes entreprises investissent plus de 48 milliards de dollars dans les jumeaux numériques. Cela devrait représenter un taux de croissance annuel composé de 58 % d’ici 2026.
Dans cet article, nous allons aborder l’essence de ce que sont la simulation et les jumeaux numériques, ainsi que leurs différences, afin de mieux comprendre comment ils peuvent aider les entreprises à gérer des projets.
Sommaire
Qu’est-ce qu’une simulation ?
Une simulation est un modèle virtuel d’un processus, d’un système ou d’un environnement qui vous permet de tester différents scénarios sans les risques et les couts liés aux machines réelles. Les simulations sont des analyses de type « et si », c’est-à-dire que vous créez un environnement contrôlé pour manipuler des variables et observer le résultat.
Parmi les caractéristiques les plus importantes de la simulation, on peut citer :
- Opération basée sur des données et des hypothèses fixes
- Durée limitée
- Résultats statiques obtenus sur la base de conditions spécifiées
Les simulations sont utilisées depuis des décennies dans de nombreux secteurs pour comprendre comment différents facteurs ou conditions affectent le comportement des processus. Par exemple, les ingénieurs automobiles utilisent des simulations d’accident pour voir comment une voiture réagit aux collisions, les professionnels de la médecine utilisent des simulateurs de patients pour effectuer des opérations chirurgicales complexes, et les économistes créent des simulations financières pour prévoir l’impact de certaines solutions sur l’économie.
Que sont les jumeaux numériques ?
Un jumeau numérique est plus qu’un simple modèle – c’est une représentation virtuelle dynamique d’un objet physique, d’un système ou d’un processus constamment mis à jour avec des données réelles. Cela permet aux entreprises d’optimiser les performances, d’anticiper les problèmes futurs et d’ajuster les opérations à la volée.
Les jumeaux numériques sont créés à l’aide de diverses technologies de pointe, notamment les données des capteurs de l’internet des objets (IoT), l’intelligence artificielle (IA), l’apprentissage automatique (ML), l’informatique en nuage et l’analyse de données.
Le jumeau numérique est toujours connecté à des sources de données réelles provenant de l’environnement. Pour ce faire, il est alimenté par des capteurs intégrés dans ses homologues physiques, qui renvoient des données au modèle pour le maintenir en phase avec la réalité.
Les principales caractéristiques des jumeaux numériques sont les suivantes :
- Mettre à jour en permanence les données pour refléter les conditions en temps réel
- Effectuer un contrôle continu pour une meilleure compréhension de la situation
- Disposer de la capacité à s’adapter à l’évolution de l’objet physique ou du système
Aujourd’hui, par exemple, les jumeaux numériques sont utilisés dans l’industrie manufacturière pour surveiller les équipements et prévoir les besoins de maintenance avant qu’une machine ne tombe en panne, et dans l’industrie médicale, les jumeaux numériques d’organes humains sont utilisés pour simuler un traitement à un niveau personnalisé.
Application de la simulation à la gestion de projet
Les simulations fonctionnent bien si vous avez besoin de tester plusieurs scénarios ou conditions hypothétiques sur une certaine période, mais que vous n’avez pas besoin d’utiliser des données en temps réel. C’est particulièrement vrai pour la conception de nouveaux produits dans un environnement virtuel contrôlé, sans construction de machines physiques.
Les simulations vous permettent de modéliser diverses conditions, telles qu’une chaleur ou une pression extrême, afin de voir comment un produit se comporte. Elles vous permettent d’évaluer plusieurs scénarios conditionnels afin de trouver des solutions optimales pendant le développement du produit.
Quand la simulation doit-elle être utilisée pour tester des scénarios dans des systèmes complexes ?
- Dans les premières étapes de la conception, lorsqu’il est trop couteux ou peu pratique de travailler avec des données réelles.
- En testant théoriquement des scénarios sans avoir besoin de ressources physiques.
- Pour tester des scénarios à haut risque lorsque des expériences réelles seraient trop dangereuses ou trop couteuses.
Étude de cas : Simulateur d’environnement de fabrication dans le secteur industriel
Pour un client spécialisé dans la fabrication de machines, nous travaillons sur un projet de simulation de l’environnement de production afin de réduire les couts liés à la mise en place d’un nouveau produit pour le client final. Un tel processus technologique nous permet de détecter les erreurs plus rapidement et de mieux comprendre l’impact des changements sur le processus de production.
La création d’un module de simulation de base comprend 5 étapes :
- Instaurer l’apprentissage de l’architecture du réseau qui fournit des informations de base sur les dispositifs tels que les capteurs et les moniteurs. Sur la base de ces informations, nous avons pu déterminer les données nécessaires pour un simulateur particulier.
- Créer des composants de simulateur génériques et communs qui prennent en charge des capteurs similaires provenant de différents fabricants, ce qui leur permet d’être réutilisables et indépendants de l’environnement.
- Installer des simulateurs dans l’environnement Docker.
- Créer une interface utilisateur permettant de gérer facilement les données d’entrée et les simulations afin de simplifier le travail du personnel non technique.
- Poursuivre le développement par l’ajout de nouveaux capteurs et la génération d’alertes au sein de la simulation afin d’en accroitre la fonctionnalité.
Avantages de l’utilisation de jumeaux numériques par rapport aux simulations traditionnelles
Les simulations fonctionnent généralement sur des ensembles de données statiques ou des entrées prédéfinies, et n’offrent donc pas de mises à jour en direct. Cependant, si votre projet nécessite un retour d’information continu du système physique, comme dans la fabrication ou les villes intelligentes, lorsque vous avez besoin d’un suivi en temps réel, un jumeau numérique est la meilleure solution.
Un véritable jumeau numérique fonctionne tout au long du cycle de vie du produit (SDLC), c’est-à-dire de la conception au service ; il s’agit d’une solution beaucoup plus intégrée tout au long de la chaine de processus. Les principaux avantages de la mise en œuvre des jumeaux numériques sont les suivants :
- Améliorer la qualité des produits
Le jumeau numérique recueille des données en temps réel (par exemple, le processus de fabrication), ce qui signifie qu’en cours d’utilisation, vous pouvez voir comment la conception peut ne pas fonctionner correctement et, par conséquent, vous pouvez la modifier en temps réel.
- Optimisation et automatisation
Vous pouvez ajuster dynamiquement les opérations en utilisant le jumeau numérique pour tester des scénarios et optimiser les performances en temps réel.
- Contrôle continu
Les jumeaux numériques permettent une surveillance continue, contrairement aux simulations, qui sont généralement basées sur des évènements.
- Temps de développement plus rapide
Le jumeau numérique permet d’effectuer des itérations rapides et d’optimiser la conception des produits beaucoup plus rapidement qu’en testant physiquement chaque prototype individuel, car les équipes de développement n’ont pas besoin de passer du temps à restructurer les données brutes à chaque fois qu’elles créent une application.
Une étude réalisée en 2022 prouve que les jumeaux numériques réduisent le temps nécessaire au déploiement de nouvelles capacités basées sur l’IA jusqu’à 60 % et les dépenses d’investissement et d’exploitation jusqu’à 15 %.
Toutefois, la mise en œuvre de ce modèle nécessite une maturité numérique au sein de l’organisation. Il s’agit notamment de disposer d’une infrastructure de données de soutien, telle que les PLM (Product Lifecycle Management), les PDM (Product Data Management), et d’accéder à des données de haute qualité provenant de tests et de l’environnement de données réel, à la fois en production et en exploitation.
Difficultés de mise en œuvre des jumeaux numériques par rapport aux simulations
Lorsque nous discutons avec les dirigeants de nombreuses entreprises, nous pouvons détailler trois domaines de difficultés dans la mise en œuvre d’un jumeau numérique.
- Cout
Dès le départ, il est nécessaire d’investir de nombreuses ressources pour obtenir de la valeur. La mise en place d’un jumeau numérique nécessite des investissements plus importants, notamment des dispositifs IoT, une infrastructure infonuagique et des outils de gestion des données.
- Compétences
Pour mettre en œuvre un jumeau numérique, vous aurez besoin de :
- Les ressources et connaissances en matière d’ingénierie des données pour soutenir l’infrastructure des données
- La capacité à modéliser le produit ou l’objet que vous essayez de jumeler
- Des compétences avancées en matière de simulation et d’analyse pour accélérer la puissance de calcul.
- Le manque d’accès à des données de qualité dont le jumeau aurait besoin.
Les jumeaux numériques s’appuient sur des quantités massives de données en temps réel provenant de capteurs, ce qui prend du temps et nécessite des ressources hautement qualifiées pour les gérer et les intégrer.
Comment se lancer dans les jumeaux numériques ?
Compte tenu de ces défis, les entreprises doivent déterminer quel est le cas d’utilisation le plus approprié pour commencer le développement d’un jumeau numérique, en tenant compte des étapes et des considérations nécessaires à la réussite du projet.
- Analyse de la maturité numérique
Il s’agit d’une étape importante dans l’évaluation de la maturité de votre organisation afin de comprendre vos forces et faiblesses actuelles, en fonction du type d’infrastructure que vous devez mettre en place.
- Définir le plan d’entreprise
Il est très important de considérer le jumeau numérique dans le contexte d’une stratégie numérique plus large – pour déterminer où il s’inscrit et comment tirer le meilleur parti de cette opportunité afin d’obtenir un avantage concurrentiel sur le marché.
- Commencer par le MVP
Il est préférable de construire un tel modèle au début, qui ne soit pas trop compliqué. Il faut ensuite en tirer des enseignements et développer l’ensemble du cadre du jumeau numérique sur la base de ce modèle.
Quelle est la solution la plus adaptée à votre projet ?
Le choix entre la simulation et le jumeau numérique dépend largement des objectifs et des besoins précis du projet. Si vous cherchez une analyse ponctuelle, des essais de différents scénarios ou une formation, la simulation sera probablement la meilleure option. En revanche, le jumeau numérique est une meilleure option si votre projet nécessite un suivi en temps réel, une optimisation continue et une prise de décision fondée sur des données.
Comprendre les principales différences vous aidera à choisir l’outil adéquat, garantissant ainsi l’impact maximal de la technologie sur la réussite de votre projet. Si vous souhaitez discuter des besoins de votre projet, nos spécialistes expérimentés seront heureux de répondre à vos questions et de vous conseiller sur les bonnes solutions.
