À quoi sert le jumeau numérique ?

Dans cette nouvelle série d’épisodes, Laurent Germain expert IoT chez PTC France nous présente le ”Jumeau numérique”, une nouvelle technologie qui permet de projeter et simuler virtuellement toutes sortes d’objets, de processus de systèmes. Avec une technologie en pleine expansion, cette dernière s’installe progressivement dans le paysage industriel mondial. En effet, grâce au développement de l’industrie 4.0, de l’IoT et de l’IA, il est maintenant possible de créer un jumeau numérique pour les enjeux industriels, de la R&D à la fabrication. Mais, comment et pourquoi l’utiliser ? Si aujourd’hui, peu d’entreprises exploitent encore cette technologie en production, elle recèle un énorme potentiel en matière d'accélération de transition vers une production plus durable…

Transcript

Dans cet épisode, Laurent Germain, expert IoT chez PTC, nous présente le ”Jumeau numérique”, une nouvelle technologie qui permet de projeter et simuler virtuellement toutes sortes d’objets, de processus de systèmes. Mais, comment et pourquoi l’utiliser ? Si aujourd’hui, peu d’entreprises exploitent encore cette technologie en production, elle recèle un énorme potentiel en matière d'accélération de transition vers une production plus durable…

Introduction 

Aujourd'hui, je suis avec Laurent Germain, expert IoT chez PTC France. Ensemble, nous allons parler de jumeau numérique. Pour introduire le sujet nous proposons aujourd'hui un premier épisode pour mieux cerner ce qu'est le jumeau numérique. Cet épisode sera suivi par trois autres, pour explorer toutes les implications du jumeau numérique sur notre manière de produire. Avant de commencer, est ce que vous pourriez vous présenter en quelques mots ?

Présentation de l’invité

J'ai rejoint PTC le siècle dernier et j'ai eu l'occasion de travailler sur les différentes technologies qu'on peut mettre en œuvre pour aider nos clients dans leur transformation numérique, que ce soit la gestion des données techniques, nos solutions IoT et de réalité augmentée. Et en ce qui me concerne, j'ai toujours eu un goût prononcé pour les technologies, les innovations et donc, effectivement, on va pouvoir aujourd'hui regarder comment tout cela va permettre d'implémenter des jumeaux numériques pour les personnes qui souhaitent les mettre en œuvre.

Qu'est-ce qu'un jumeau numérique ?

Alors quand on parle de jumeau numérique, on pense souvent à une représentation virtuelle, en 3D d'un produit ou d'un objet. Mais le jumeau numérique va plus loin, puisque ça consiste aussi à récupérer toutes les informations de fonctionnement d'un produit. Les valeurs de ces capteurs, de son utilisation, de sa maintenance passée, mais aussi des données de conception. Et toutes ces informations-là, finalement, vont permettre de constituer une vision à 360 degrés d'un produit qui va à la fois permettre de connaître son fonctionnement actuel et de pouvoir étudier en modifiant un paramètre, son comportement, mais aussi de faire des prédictions sur son évolution future.

Est-ce que vous auriez des exemples concrets pour illustrer ce qu'est un jumeau numérique ?

J'évoquais des jumeaux numériques qui se rapporteraient à des produits, mais ça peut être sur plein d'autres éléments. Ça peut être des jumeaux numériques pour un individu, mais aussi des entités plus complexes, comme par exemple la planète Terre par exemple. Le GIEC, qui étudie les évolutions du climat sur la planète et les impacts de l'activité humaine sur le taux de CO2 et toutes les conséquences que ça peut avoir sur la biosphère. Eh bien un jumeau numérique de la Terre va permettre d'étudier différentes hypothèses. Que se passerait-il si la température augmente de 0,51 degré, 1,5 degré, 2 degrés ? De pouvoir étudier les impacts que cela aurait à la fois sur la disparition de certaines espèces, mais peut être aussi sur la montée du niveau des océans et donc de la disparition d'un certain nombre de zones côtières actuellement habitées. Donc, le jumeau numérique de la Terre aujourd'hui permet de comprendre l'impact que peut avoir l'activité humaine sur, typiquement l'évolution d'une entité, en l'occurrence notre planète.

Est ce qu'il y a d'autres exemples appliqués ? Peut-être au corps humain également ?

Oui, alors c'est quelque chose de passionnant dans les domaines de la médecine, de la pharmacologie, on peut aujourd'hui déterminer pour un individu sur la base de peut-être son analyse de son patrimoine génétique, peut-être de ses prises de sang, de pouvoir commencer à modéliser un être humain d'un point de vue médical et donc de pouvoir, par exemple grâce aux jumeaux numériques de chacun, anticiper la réaction qu'on aurait à tel ou tel traitement ou tel ou tel médicament afin d'adapter au mieux les dosages et les principes actifs à donner un individu.

D'autres exemples du jumeau numérique vont être, par exemple de pouvoir intégrer les données numérisées telles que des radios, IRM ou scanner d'un individu, et de permettre à un chirurgien, lorsqu'il fait une intervention, par exemple sur une prothèse d’épaule de pouvoir au moment où il opère grâce à des lunettes de réalité augmentée et bien de lui afficher en superposition du corps du patient qu'il est en train d'opérer. Les images 3D des différents organes, des os, des tendons pour être certain qu'il va positionner au mieux typiquement ces prothèses sans altérer les différents vaisseaux sanguins ou autres organes importants.

Et dans l'industrie, comment utilise-t-on le jumeau numérique alors ?

On a vu qu'il y avait effectivement, avec l'exemple de la planète Terre ou d'un humain. On pouvait déjà avoir différentes compréhensions et acceptation d'un jumeau numérique. Dans l'industrie aussi, finalement, on a plusieurs façons de le mettre en place. La première, c'est de représenter le jumeau numérique d'un processus, un processus de fabrication. Quand on fabrique un produit, c'est une gamme opératoire qui se décompose en opérations et chaque opération va consister à assembler une pièce avec une autre et ainsi de suite.

On va concevoir et fabriquer un produit tout au long d'une chaîne de fabrication. Eh bien, le fait d'avoir numérisé toutes ces opérations de fabrication va permettre de pouvoir très rapidement, par exemple, former les opérateurs grâce à la réalité augmentée de la réalité virtuelle, en leur donnant des jumeaux numériques de ce processus au travers de sessions de formation, de pouvoir les rendre très rapidement efficaces pour effectuer les bons gestes et être le plus optimisé sur la chaîne de fabrication. Le deuxième point important dans l'industrie, à notre sens, c'est aussi au niveau de la compréhension de l'outil de production. Donc, chacune des machines de production peut être équipée de capteurs. On peut donc comprendre, grâce à tout un tas de données de métriques et bien le niveau de production, d'efficience d'une chaîne de production. Et puis éventuellement être capable, grâce à l’intelligence artificielle au niveau du jumeau numérique de l'usine, de pouvoir anticiper et prédire d'éventuelles pannes.

Peut-être qu'une surchauffe, un taux de vibrations vont être des indicateurs qui vont permettre aux algorithmes de déterminer qu'il y a un risque de panne sur une pièce et donc d'anticiper le remplacement de cette pièce le plus rapidement possible avant que la chaîne de production soit à l'arrêt complet. Et puis, au niveau industriel, le jumeau numérique qui est probablement le plus connu, c'est de modéliser des jumeaux numériques d'un produit physique.

Prenons par exemple, l'exemple d'une voiture, d'un véhicule. Le véhicule qui est équipé de capteurs on peut tout à fait envisager que le fabricant souhaite gérer la flotte de véhicules. Pas forcément pour savoir où se situe chaque véhicule à un instant T, mais surtout pour comprendre le type d'utilisation du véhicule, est-ce que la personne a conduit prudemment, d'une façon qui a plutôt économisé les organes du véhicule suspensions, pneus, et cetera. Avec quelques capteurs, on va pouvoir rapidement identifier si la conduite a été sage ou sportive, et donc l'impact sur les freins, les amortisseurs, et cetera. Et donc, du coup, pouvoir, grâce à ses jumeaux numériques, anticiper à nouveau des maintenances que l'on va faire au plus juste, c'est à dire si la personne a conduit sagement. On va pouvoir peut-être prolonger des maintenances qui, au lieu de les faire à 40 000 kilomètres, les faire à 60 000. Et puis au contraire, si la conduite était plus sportive ou si on a eu des retours d'un certain nombre de capteurs et bien pouvoir faire de la maintenance préventive, c'est à dire anticiper le remplacement d'une pièce.

Aujourd'hui, pourquoi est-ce qu'on parle autant de jumeaux numériques ? Qu'est ce qui fait que cette technologie est en train d'exploser ?

Alors on a vu que le jumeau numérique se constituait finalement de l'agrégation d'un certain nombre de technologies, évidemment des technologies 3D pour avoir des représentations en réalité virtuelle d'un produit, mais aussi toute l'accumulation de données. Finalement, grâce à des capteurs des données environnementales. On l'évoquait tout à l'heure, les capteurs d'utilisation d'un produit sont importants, les conditions environnementales aussi.

Savoir si effectivement, une machine qui est située en Europe ou en Asie aura peut-être des conditions d'humidité ou de température différentes. Les données environnementales sont aussi des choses importantes pour les données numériques. Et donc aujourd'hui, on a une mine de données qui arrivent chaque jour. Des téraoctets de données sont disponibles pour chaque produit et aujourd'hui, on a une métrique assez impressionnante qui est que sur les trois dernières années, l'humanité a produit autant de données numériques que sur les trois décennies précédentes. Donc toutes ces données on les stocks, on les accumule dans des immenses data lake, dans des stockages de données énormes et donc c'est intéressant d'avoir ces données là parce qu'on peut les visualiser sous forme d'historique. Mais ce qui est surtout intéressant une fois qu'on a ces données, les exploiter et les exploiter, ça consiste à déclencher des algorithmes d'intelligence artificielle. Donc en mauvais français du machine learning qui vont permettre de déterminer des facteurs de causalité pour typiquement identifier des pannes. Donc on va pouvoir, sur la base de ces données, entraîner des algorithmes qui vont être capables sur cette masse de données immenses, établir quels sont les facteurs de causalité qui débouchent sur la survenue de telle ou telle panne. Une fois que ces algorithmes ont été entraînés, ça veut dire qu'on va pouvoir en temps réel, à tout moment, sur chaque jumeau numérique de chaque produit, pouvoir avoir des alertes déclenchées automatiquement grâce à l'intelligence artificielle qui seront capables de vous dire que telle panne va arriver parce que les conditions ont permis de le déclencher. Donc aujourd'hui, à la fois l'abondance de données plus l'intelligence artificielle permettent de donner aux jumeaux numériques ce côté prédictif qui lui donne une dimension réellement nouvelle et innovante et qui contribue à son expansion.

Le jumeau numérique, ça attire aussi les nouvelles générations. Et ces nouvelles générations, ce sont les talents de demain. Est-ce aussi pour cela que les industriels adoptent de nouvelles technologies ?

Alors oui, parce qu'on facilite grandement l'accès à l'information. On comprend tous que c'est quand même bien plus simple de visualiser un produit en le regardant au travers de son jumeau numérique, que l'on peut visualiser sous forme d'un avatar en 3D avec des alertes où on agrège finalement toutes les sources d'information pour comprendre le comportement actuel et les éventuels problèmes qui peuvent survenir. Et puis ça contribue aussi à créer de nouveaux types d'expérience utilisateur, d'interface utilisateur, parce qu'on ne va plus simplement se connecter à des PC pour accéder à différentes bases de données, on va pouvoir visualiser cela en 3D sur un écran, mais aussi via des lunettes de réalité virtuelle, avoir des avatar 3D avec lesquels on va pouvoir interagir. Et aujourd'hui ?

Effectivement, ça peut aussi répondre au besoin qu'ont un certain nombre de responsables dans l'industrie qui est de pouvoir recruter des jeunes talents. Parfois, le monde de l'industrie de la fabrication de l'usine peut rebuter parce qu'avec peut-être une vision un peu datée mais où on assimile souvent le monde des usines, de la production à quelque chose de brillant, parfois de sale, pas forcément des environnements très confortables.

Eh bien aujourd'hui, c'est vraiment important que ces technologies puissent permet justement de faire bénéficier à ces métiers toutes ces nouvelles technologies. On parle de l'industrie 4.0, de toutes ces nouvelles technologies qui vont justement permettre aussi de pouvoir utiliser tous les jeunes talents pour, d'une façon la plus inclusive possible, permettre à chacun d'utiliser ces outils du quotidien un téléphone, une tablette, un casque de réalité virtuelle pour pouvoir utiliser et gérer finalement tous les actifs d'une entreprise industrielle.

Ce sont des technologies accessibles et faciles à utiliser. Elles peuvent donc aussi entrer dans notre quotidien ?

Oui, alors bien évidemment, on a évoqué des cas d'usage industriel. Mais aujourd'hui, avec ces technologies-là de deux jumeaux numériques, on peut. On peut tout à fait les utiliser pour remplacer finalement une documentation de montage pas forcément simple à comprendre. Comment changer l'ampoule de phare de sa voiture ? Pas forcément simple. Eh bien, aujourd'hui, on peut très bien imaginer que si la documentation technique a été directement rendue disponible en 3D, n’importe qui ne va pas pouvoir, via son téléphone, utiliser la réalité augmentée via la caméra de son appareil, reconnaître son véhicule et montrer en superposition de son propre véhicule quelle pièce démonter, comment les démonter pour accéder à l'ampoule que l'on que l'on veut remplacer.

Donc les applications peuvent être très concrètes. Et voilà. Donc j'ai donné cet exemple du véhicule. On a tous plus ou moins galéré lors du montage de meubles Ikéa. On peut très bien imaginer qu'effectivement plutôt que d'avoir des documentations papier, pas forcément simple pour tout le monde à appréhender. Évidemment, on peut aussi, via ces nouvelles technologies de jumeau numérique du produit que l'on est en train de monter ou d'assembler, avoir des notices en 3D qui sont beaucoup plus simples à utiliser.

On parle de données 3D, on parle d'informations sur un sur un produit. Eh bien, la continuité numérique appliquée aux jumeaux numériques, ça va typiquement permettre à ce que, par exemple, un fabricant puisse mettre à jour les données du produit avec des informations nouvelles ou des documentations plus détaillées. Et ces informations-là vont directement être diffusées, publiées à tous ceux qui peuvent en avoir besoin.

Donc, si c'est par exemple une documentation de montage d'un véhicule, on le sait qu'aujourd'hui les véhicules se composent de plus en plus de logiciels et aujourd'hui, on peut même les mettre à jour à distance. Donc du coup, les notices ou les modes de fonctionnement, eux aussi, évoluent. Eh bien, aujourd'hui, un fabricant de voiture, un Tesla, pour ne pas le nommer, met à jour à distance le logiciel de ses véhicules, donc rajoute de nouvelles fonctionnalités, de nouveaux comportements.

Et donc, pour les utilisateurs, on va peut-être directement leur publier sur leur téléphone ou tout autre équipement numérique. De quoi exploiter les nouvelles fonctionnalités du véhicule au mieux, et puis s'assurer que ces informations sont aussi diffusées tout au long de la chaîne. Peut-être que les réparateurs, les concessionnaires mais aussi les assureurs pourront avoir accès à un certain nombre de données à la fois provenant du constructeur, mais aussi d'utilisation du véhicule.

Donc, on voit que le jumeau numérique fait appel à plusieurs parties prenantes. Quelles sont-elles ? 

L'exemple que l'on vient de voir nous montre que, finalement, le jumeau numérique, on l'a, on l'a dit plusieurs fois, c'est l'agrégation de plein de données de tous ceux qui vont contribuer à la fois concevoir un produit, donc les aider à le produire pour le livre à son client final, les gens de la fabrication. Et puis, surtout, assurer son maintien en condition opérationnelle, c'est à dire son utilisation. Et ça, c'est au travers des gens du service après-vente et de la maintenance.

Remerciements

Merci Laurent Germain pour cette première approche sur le jumeau numérique. Abonnez-vous pour suivre la suite de cette série sur le jumeau numérique. Nous aborderons plus en détail l'angle R&D, la fabrication et la maintenance dans les prochains épisodes. A très vite.