Jumeaux numériques : créer des produits plus intelligents dans les délais et dans le budget

En fait, les problèmes de conception rencontrés lors de la mise en service sont souvent considérés comme un simple coût d'exploitation, étant donné que les nouvelles conceptions sont cruciales pour la réussite de nombreuses entreprises.

Dans l'industrie de la conception de machines, cependant, certaines entreprises investissent davantage de ressources dans la conception initiale, réduisant ainsi drastiquement le nombre de problèmes qu'elles rencontreront aux étapes ultérieures du développement.

Cette technique est une pratique éprouvée dans les domaines de l'aérospatiale et de l'automobile, et les revues de plusieurs stratégies de conception ont montré qu'une augmentation initiale de 5–10 % peut réduire les dépassements de coûts de 50–100 %.

Où va l'investissement supplémentaire ? Une technologie clé qui gagne du terrain dans l'industrie de la conception de machines est l'utilisation de jumeaux numériques – une représentation virtuelle basée sur un modèle du système physique.

Les jumeaux numériques peuvent aider à prendre en compte la dynamique de l'ensemble du système, dans un environnement de modélisation unifié, en fournissant des informations spécifiques sur les interactions entre les composants.

Avec ces informations disponibles, les ingénieurs disposent d'un nouvel outil pour repérer les problèmes de conception, en particulier lorsque leurs produits impliquent de nouvelles conceptions non testées.

Lorsqu'ils travaillent sur un nouveau produit en phase conceptuelle, les jumeaux numériques peuvent jouer un rôle énorme en donnant aux ingénieurs de nouvelles capacités pour travailler avec les conceptions.

Pour garantir un processus de mise en service fluide, un modèle de jumeau numérique (à droite) peut être utilisé pour tester le code API (à gauche), un nouveau processus désormais disponible avec le logiciel d'automatisation courant.

Parce que les jumeaux numériques sont des modèles à l'échelle du système qui fournissent rapidement des résultats de simulation, les ingénieurs peuvent tester facilement des scénarios hypothétiques et explorer les compromis en modifiant simplement les paramètres de conception et en voyant les résultats en quelques minutes.

Si, par exemple, un ingénieur dimensionnait un moteur pour une nouvelle machine à retour rapide, son jumeau numérique pourrait fournir une image complète des charges dynamiques subies par le moteur, réduisant ainsi le risque de défaillance des composants après la livraison.

En dehors d'une phase de développement conceptuel plus sûre et plus efficace, il existe une large gamme d'avantages que les ingénieurs peuvent mettre en œuvre en utilisant la technologie des jumeaux numériques :

• Mise en service virtuelle : Bien avant la première construction, les ingénieurs peuvent prédire les charges en régime permanent et transitoires auxquelles les actionneurs seront confrontés pendant leurs cycles de travail. Pour garantir les bonnes performances, ils peuvent tester leur matériel d'automate programmable contre le jumeau numérique à l'aide d'un logiciel d'automatisation courant, ou tester directement leur code d'automate programmable avant qu'il ne soit téléchargé sur le matériel, ce qui permet d'obtenir des commandes réglées avec précision sur l'ensemble du système.
• Diagnostics en ligne : L'exécution du jumeau numérique en parallèle avec la machine réelle peut fournir des informations précieuses sur l'endroit où un problème pourrait survenir à mesure que la réponse de la machine s'écarte du modèle avec l'âge.

• Capteurs virtuels : Étant donné que la réponse dynamique du jumeau numérique est construite sur des lois physiques rigoureuses, certaines propriétés calculées internes peuvent suffire à être utilisées comme entrées pour le système de commande, soit pour remplacer temporairement un capteur défectueux jusqu'à ce qu'il puisse être réparé, soit pour éliminer complètement l'utilisation de ce capteur.
• Maintenance prédictive : Avec un jumeau numérique, les ingénieurs peuvent évaluer l'impact de la charge dynamique sur les paliers, les engrenages et les moteurs, causé par les changements dans le cycle de travail. Soumettre un jumeau numérique à un cycle de travail proposé peut aider à déterminer les charges sur ces composants et l'impact sur la durée de vie du composant.
• Outil de vente : En dehors du département d'ingénierie, le jumeau numérique peut être utilisé dans le processus de vente pour qualifier les spécifications du client et fournir des informations précises spécialisées pour chaque client. Ces informations peuvent aider à valider les performances et le fonctionnement d'une machine compte tenu de différentes charges utiles ou conditions de fonctionnement, sans nécessiter une consultation complète par l'ingénieur.

Comme dans tout secteur industriel soumis à une forte concurrence, le monde de la conception de machines développe sa capacité à créer des machines de pointe qui fonctionnent sans faille.

Alors que les nouveaux produits repoussent les limites des pratiques d'ingénierie actuelles, de nouveaux outils sont nécessaires pour aider les ingénieurs lorsque leurs intuitions et leurs compétences actuelles sont mises à rude épreuve.

Un jumeau numérique est l'un de ces nouveaux outils, et à mesure de leur adoption, nous pouvons nous attendre à voir de nouveaux produits qui repoussent les limites de ce qui est possible dans l'industrie de l'automatisation.