Un jumeau numérique est une représentation virtuelle d'un système physique complexe et de grande valeur qui utilise des données en temps réel pour améliorer la disponibilité, les opérations de maintenance et la conception des produits. Les systèmes très complexes et coûteux tels que les turbines hydrauliques de production d'énergie, les moteurs d'avion et les moteurs de fusée utilisent couramment la technologie des jumeaux numériques.
Pourquoi les jumeaux numériques sont-ils importants ?
Les jumeaux numériques permettent aux concepteurs et aux ingénieurs d'observer des machines complexes en fonctionnement. Les données des capteurs révèlent l'impact de l'environnement de travail et mettent en évidence les contraintes internes en en temps réel. Ces données sont importantes pour affiner les conceptions sur la base de données réelles et prédire les défaillances grâce à une compréhension plus approfondie du système physique en fonctionnement. La surveillance proactive permet d'éviter les défaillances potentielles, d'accroître la satisfaction des clients, d'encourager la fidélisation, de réduire les coûts de maintenance et d'augmenter les ventes. En éliminant les faiblesses dans les itérations futures des produits, le temps moyen entre les défaillances (MTBF) peut être prolongé et les garanties peuvent être plus longues, ce qui crée un avantage concurrentiel et améliore la valeur pour le client.
Exemples de jumeaux numériques
Les exemples suivants sont organisés en fonction des secteurs qui utilisent le plus les jumeaux numériques.
Les jumeaux numériques dans les transports
Des entreprises, dont GE et Boeing, utilisent les jumeaux numériques pour augmenter la durée de vie et la fiabilité de leurs moteurs d'avions et de locomotives diesel. Les jumeaux numériques comprennent des capteurs de température, de taux de combustion du carburant, de vitesse de rotation et de puissance de sortie. Lorsque l'efficacité du moteur diminue, le jumeau numérique peut surveiller les défaillances potentielles et les éléments nécessitant une inspection.
Jumeaux énergétiques et numériques
La production d'énergie hydroélectrique nécessite des turbines hydrauliques coûteuses. Les fabricants utilisent des jumeaux numériques pour surveiller la santé de leurs turbines afin de déterminer les calendriers d'entretien optimaux et les possibilités de modifier la conception pour accroître l'efficacité. Les éoliennes sont à la fois coûteuses et difficiles à entretenir une fois déployées. Les jumeaux numériques surveillent la vitesse du vent et son impact sur l'éolienne. Les pales de l'éolienne peuvent être ajustées pour maintenir les marges de sécurité si les composants s'approchent des limites prévues. Il est coûteux de mettre les éoliennes hors service et de hisser des équipes pour les entretenir, c'est pourquoi les jumeaux numériques permettent de prolonger les intervalles entre les entretiens.
Utilisation de jumeaux numériques dans les soins de santé
Les soins de santé sont devenus de plus en plus gourmands en données. Les instruments coûteux tels que les IRM et les tomodensitomètres doivent être très disponibles, c'est pourquoi les fabricants utilisent la technologie des jumeaux numériques pour accroître la fiabilité de ces instruments. La télémétrie constante des machines permet aux fabricants de minimiser les fenêtres de service et de permettre un diagnostic constant.
Jumeaux aérospatiaux et numériques
La NASA a été la première à utiliser des jumeaux numériques lors des missions Apollo, en conservant des copies du matériel physique et numérique sur Terre et en envoyant des données télémétriques en temps réel à partir de ces jumeaux pendant les missions. Cela a permis aux ingénieurs sur Terre de résoudre les problèmes et de fournir aux astronautes des solutions de rechange essentielles.
SpaceX utilise largement les jumeaux numériques, en particulier pour ses moteurs Raptor, qui doivent supporter des forces considérables pendant leur fonctionnement. Ces données sont utilisées pour prévenir les défaillances et analyser les paramètres de performance, ce qui permet d'améliorer les conceptions.
La construction
Les bâtiments et les ponts subissent constamment les impacts des conditions météorologiques et des utilisateurs de la structure. Les jauges de contrainte mesurent les forces exercées sur la structure afin de prédire les défaillances et de permettre une maintenance proactive pour garantir la sécurité.
Fabrication et jumeaux numériques
Le processus de production utilise les jumeaux numériques à la fois au niveau microéconomique pour contrôler la qualité des produits au fur et à mesure de leur fabrication et au niveau macroéconomique pour améliorer les temps de cycle et le rendement.
Sport automobile et jumeaux numériques
Les voitures de course de Formule 1 sont des machines complexes qui nécessitent de nombreux réglages pour gagner des courses. Les jumeaux numériques permettent aux mécaniciens d'optimiser réponse de l'accélérateur, l'amortissement de la suspension et l'aérodynamique afin d'optimiser la vitesse et la maniabilité.
Types de jumeaux numériques
Un jumeau numérique peut se concentrer sur un seul composant, comme la boîte de vitesses d'une voiture de course de Formule 1. Un jumeau numérique peut également opérer au niveau de l'actif, qui peut être le moteur et la boîte de vitesses combinés. Un jumeau numérique au niveau du système serait la voiture entière.
Quels sont les avantages d'un jumeau numérique ?
Voici quelques-uns des avantages des jumeaux numériques:
- Digital Twins permet aux entreprises de mieux comprendre leurs opérations, ce qui leur permet d'améliorer leur efficacité et leur résilience.
- Les produits sont améliorés grâce aux connaissances acquises sur leur fonctionnement dans les environnements des clients. Les nouvelles versions deviennent plus fiables et plus faciles à entretenir au fur et à mesure qu'elles adoptent de nouvelles fonctionnalités basées sur les données et les analyses recueillies par les jumeaux numériques.
- Les investissements dans la technologie des jumeaux numériques se traduisent par une plus grande satisfaction des clients, car les données visualisées augmentent le temps de fonctionnement et permettent une maintenance plus proactive. Les données des capteurs réduisent le besoin d'inspections visuelles, ce qui permet d'allonger les intervalles de maintenance.
- Une plus grande instrumentation augmente l'observabilité et fournit suffisamment de points de données pour exécuter des algorithmes prédictifs avec des modèles d'apprentissage automatique afin de découvrir des anomalies qui peuvent être négligées en utilisant uniquement des tableaux de bord.
Intégration de la gestion des données et des jumeaux numériques
L'un des défis posés par l'utilisation des jumeaux numériques est la gestion du volume de données qu'ils génèrent, qui peut submerger les réseaux et les serveurs. Traditionnellement, les données des capteurs sont stockées localement dans des fichiers plats, ce qui peut nécessiter de nombreux frais administratifs. Les gestionnaires de données Embarqué , tels qu'Actian Zen, offrent une alternative aux fichiers plats, avec un faible encombrement et une absence d'administration. Actian Zen peut filtrer et fusionner les données provenant de plusieurs capteurs, de sorte que le volume de données envoyées au jumeau numérique est rationalisé pour réduire l'encombrement du réseau.
Actian et gestion des données de Digital Twins
La plateforme de données Actian est une plateforme d'analyse données très évolutif dotée d'un riche ensemble de fonctionnalités conçues pour l'ingestion, l'organisation, l'analyse et la publication de données. Les capacités d'intégration de données de la plateforme de données Actian permettent de collecter des données en continu à partir de capteurs dans des jumeaux numériques, de les stocker et de les publier pour les explorer à l'aide d'outils de visualisation et d'analyse.