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Gérer efficacement son usine avec les jumeaux numériques

Gérer efficacement son usine avec les jumeaux numériques

Cet article provient du Bulletin Espace Conseils PME. Abonnez-vous!

Dans un marché de plus en plus compétitif, où les besoins des clients et des fournisseurs exigent des délais de livraison plus courts et des produits personnalisés, l’entreprise est amenée à utiliser des solutions comme les jumeaux numériques pour augmenter sa performance et sa productivité.

S’appuyant sur la numérisation de la fabrication1, les systèmes cyberphysiques1 de production ainsi que la collecte et le traitement de données, les jumeaux numériques s’enrichissent de plus en plus de données permettant à l’entreprise de gérer efficacement son usine. 

Qu’est-ce que les jumeaux numériques?

Les jumeaux numériques, ou digital twins, sont une réplique virtuelle :

  • d’une activité;
  • d’un processus;
  • d’un produit ou d’un objet;
  • d’une machine;
  • d’une usine.

Cette réplique, qui est en constante évolution, représente virtuellement le comportement historique et actuel d’un objet physique ou d’un processus dans le but d’optimiser la performance de l’entreprise.

Les jumeaux numériques permettent notamment :

  • de prévoir le comportement d’un produit tout au long de son cycle de vie;
  • d’apporter des changements virtuels avec l’utilisation de plusieurs variables et de différents facteurs et de simuler les résultats qui en découlent;
  • d’interroger les données sur la performance du produit virtuel par divers acteurs pour permettre l’optimisation de la conception et de la fabrication du produit physique.

Les jumeaux numériques utilisent les données comme intrants et permettent d’obtenir de nouvelles informations dont l’entreprise ne disposait pas auparavant.

L’approche la plus minimaliste des jumeaux numériques serait l’utilisation de la technologie 3D pour représenter une tâche ou une activité d’un processus où se situe, par exemple, un goulot d’étranglement.

Avec la réplique virtuelle en 3D, l’entreprise pourra expérimenter les changements et mesurer les résultats en éliminant le goulot d’étranglement du processus.

Cette réplique 3D pourrait aussi être utilisée pour former et assister un employé quant à l’utilisation d’un équipement ou à la réalisation d’une tâche dans un processus de fabrication.

Avec les jumeaux numériques, une usine de fabrication peut être modélisée de manière à ce qu’une réplique numérique répète chaque pièce d’équipement et chaque élément utilisé, permettant ainsi à une personne travaillant sur un ordinateur de simuler l’ensemble du processus de fabrication pour améliorer la productivité.

Principaux avantages et bénéfices de l’utilisation des jumeaux numériques

Capter, analyser et exploiter les données opérationnelles

L’entreprise génère beaucoup de données avec ses systèmes, ses équipements, ses machines et ses opérations. Ces données seront captées et analysées par le jumeau numérique et seront accessibles de façon simplifiée aux employés. L’objectif ultime serait d’exploiter ces données à travers le jumeau numérique pour effectuer de la maintenance prédictive et améliorer continuellement la performance de l’entreprise.

Il faut toutefois que l’entreprise ait déjà rassemblé des informations sur les processus, les procédures, les méthodes de travail, la description des tâches, etc., pour alimenter la réplique virtuelle avec l’information nécessaire.

Capter, analyser et exploiter les données opérationnelles avec le jumeau numérique augmente considérablement la capacité de l’entreprise à être proactive et à explorer les changements à travers différents scénarios, et ce, à moindre coût.

Planifier la fabrication et la production à l’usine ou sur le site de l’entreprise

Un autre avantage de la technologie des jumeaux numériques est celui de simuler et de valider le processus de fabrication avant de le mettre en place et de procéder à la production.

Grâce à cette simulation faite à travers le jumeau numérique, l’entreprise s’assure :

  • d’avoir une vue virtuelle du processus;
  • de détecter les goulots d’étranglement et les problèmes;
  • de déterminer les compétences nécessaires pour la réalisation des tâches et des activités;
  • d’éliminer les erreurs.

Les jumeaux numériques permettent également d’avoir une réplique virtuelle des machines et des équipements de production pour prévoir les entretiens préventifs nécessaires et optimiser la fabrication en vue d’augmenter la productivité.

Une entreprise pourra visiter et surveiller virtuellement ses sites de fabrication et de production à distance et repérer les interventions lorsque cela est nécessaire, réduisant ainsi le temps de déplacement des employés de maintenance. Pour ce faire, il suffit de relier les capteurs de l’équipement ou de la machine à la réplique virtuelle.

Concevoir des produits performants

Les jumeaux numériques permettent aussi de tester la performance des produits avec des variables différentes et sous des conditions changeantes.

Avant de lancer la production d’un produit, l’entreprise utilise la réplique virtuelle de celui-ci, qui fera la représentation de sa performance dans un environnement précis et sous des conditions préétablies. L’objectif est de diminuer le cycle de développement et de réduire le nombre de prototypes que l’entreprise aura à concevoir avant d’arriver à un produit performant.

Par exemple, une entreprise qui conçoit et fabrique des filtres à air pourra tester et valider ses produits à travers le jumeau numérique, et ce, dans des conditions semblables à la réalité. Elle pourra mesurer la performance et la durabilité de ses produits et assurer une meilleure qualité de l’air. Le produit sera ainsi plus performant. L’entreprise pourra également informer son client lorsqu’il sera le temps de remplacer le filtre.

Combiner des jumeaux numériques pour la collecte de données, la planification de la fabrication et de la production et la conception de produits performants permettra à l’entreprise :

  • de mettre à jour continuellement ses processus et ses produits en fonction de tout changement dans son environnement;
  • de personnaliser ses produits selon les besoins de ses clients;
  • d’optimiser la production et de réduire les coûts;
  • d’améliorer la performance des produits et des employés;
  • d’utiliser les données pour prévoir, mesurer et être proactif.

Par où commencer pour implanter les jumeaux numériques?

Avant d’implanter des jumeaux numériques, l’entreprise doit réaliser un diagnostic numérique pour s’assurer d’intégrer les solutions numériques et les systèmes nécessaires à l’optimisation de ses processus.

Le diagnostic numérique, basé sur les objectifs d’affaires et les enjeux opérationnels, permettra de doter l’entreprise d’un plan reflétant l’ensemble des projets numériques nécessaires pour améliorer la productivité et réussir le virage 4.0. Les jumeaux numériques pourraient figurer parmi les projets découlant du diagnostic numérique.

Les jumeaux numériques pourraient être implantés pour ce qui touche :

  • à la collecte des données opérationnelles;
  • aux processus de fabrication et de production;
  • à la conception des produits.

Pour avoir plus d’information au sujet de l’accompagnement offert par le Ministère :

1. Schleich, Benjamin, Nabil Anwer, Luc Mathieu et Sandro Wartzack. “Shaping the digital twin for design and production engineering”, CIRP Annals – Manufacturing Technology, Elsevier, vol. 66, no 1, 2017. doi : 10.1016/j.cirp.2017.04.040. <hal-01513846>.

2. LEE, Jay, Behrad Bagheri et Hung-An Kao. “A Cyber-Physical Systems architecture for Industry 4.0-based manufacturing systems”, NSF Industry/University Cooperative Research Center on Intelligent Maintenance Systems (IMS), University of Cincinnati, Cincinnati, OH, États-Unis, décembre 2014.