Expertises

Jumeau numérique et IA : les nouveaux piliers technologiques de l’industrie

Victor Bommelaer

Lecture : 8 min - 27 juillet 2023

Au cœur de la transformation numérique du secteur industriel, les jumeaux numériques et l’intelligence artificielle (IA) sont des innovations portant d’immenses promesses pour les entreprises.

Véritable réplique virtuelle d’un objet physique, le jumeau numérique permet de le modéliser et d’en simuler le fonctionnement. Cette technologie transforme radicalement la manière d’interagir avec un produit industriel sur l’ensemble de son cycle de vie, de sa conception à son retrait, en passant par sa construction et son exploitation.

L’IA permet, quant à elle, de traiter le volume astronomique de données d’un projet industriel. Couplée à un jumeau numérique, l’IA offre la possibilité de réaliser des analyses avancées, d’automatiser les processus et d’améliorer l’efficacité opérationnelle, et même de personnaliser les services et l’expérience client. Dans l’absolu, l’IA porte aussi la promesse d’une interaction homme/machine simplifiée. De quoi repousser les limites du jumeau numérique…

Focus sur deux technologies numériques complémentaires qui révolutionnent les projets industriels.

Le jumeau numérique : une représentation virtuelle de la réalité

Un jumeau numérique, ou « digital twin » en anglais, est une représentation virtuelle précise d’un objet, d’un processus ou d’un système. Ce modèle est capable de simuler, de prédire et d’optimiser son homologue physique en temps réel. Les données récoltées et analysées offrent une vision à 360 degrés de l’entité jumelée tout au long du cycle de vie du produit.

Améliorer la conception grâce à la simulation

Le premier avantage du jumeau numérique est de pouvoir réaliser un nombre potentiellement infini de tests lors de la phase de conception. La dimension virtuelle du jumeau numérique permet d’évoluer dans un environnement sécurisé et d’explorer toutes les pistes imaginables pour un coût marginal.

Prenons l’exemple de l’industrie aéronautique : la conception d’un aéronef, de sa structure à ses systèmes embarqués, est un processus complexe impliquant de nombreuses itérations. Grâce au jumeau numérique, les ingénieurs peuvent tester virtuellement toutes les variations de conception, modéliser des situations extrêmes et simuler le comportement de l’aéronef dans divers scénarios. Cette approche limite les erreurs de conception (et donc les coûts associés) et améliore la sécurité et l’efficacité du produit final.

Optimiser les opérations de maintenance

Lorsque le produit est entré dans sa phase d’exploitation, son jumeau numérique joue un rôle crucial pour optimiser les opérations de maintenance. La myriade de capteurs équipant l’objet dans le monde physique transmet en temps réel toutes les données de fonctionnement au jumeau numérique.

Imaginez un navire bardé de capteurs : accéléromètres pour mesurer les vibrations, thermocouples pour les températures, manomètres pour les pressions, capteurs de pH pour détecter la corrosion, etc. Ces capteurs envoient constamment des données en temps réel jumeau numérique, qui les analyse afin de trouver des solutions à d’éventuels dysfonctionnements, de prévoir les défaillances probables, d’optimiser les plans de maintenance, etc.

Les bénéfices sont tangibles : les temps d’arrêt imprévus sont réduits, ce qui permet de réaliser d’importantes économies.

jumeau numérique et IA

L’IA pour décrypter une réalité complexe

L’IA consiste à imiter l’intelligence humaine (réseau de neurones) pour résoudre des problèmes. Face au volume colossal de données générées par les jumeaux numériques, cette technologie se pose comme une alliée précieuse. Elle permet de traiter et d’analyser ces données pour aider à la prise de décision, automatiser les processus et personnaliser l’expérience client. Tour d’horizon des synergies jumeau numérique / IA.

Analyser les données massives : un levier stratégique

La quantité phénoménale de données générées par un jumeau numérique peut être difficile à traiter. C’est là qu’intervient l’IA avec ses capacités d’analyse avancée : couplée au jumeau numérique, elle aide les opérateurs à prendre des décisions stratégiques éclairées.

Si l’on reprend l’exemple de la maintenance prédictive des navires, le jumeau numérique doit être en mesure d’analyser les données et de réaliser des déductions pertinentes. Pour que l’IA interprète correctement des données telles qu’une augmentation des vibrations ou de la température, encore faut-il qu’elle soit capable de les contextualiser dans le jumeau numérique. De cette manière, il est possible d’intervenir pour résoudre les problèmes avant qu’ils n’entraînent une panne.

Prenons un autre exemple, dans le contexte d’une centrale nucléaire, la combinaison du jumeau numérique et de l’IA serait extrêmement utile pour modéliser et surveiller la corrosion des réacteurs en temps réel, grâce à des capteurs mesurant la température, la pression ou encore la composition chimique du milieu. Les opérateurs pourraient ainsi mieux planifier les opérations de maintenance afin d’améliorer la sécurité, l’efficacité et la longévité de l’installation.

Automatiser pour renforcer l’efficacité opérationnelle

L’IA, grâce à ses capacités d’apprentissage et d’adaptation, est un atout majeur pour l’automatisation. Lorsqu’elle est appliquée à un jumeau numérique, l’IA peut analyser les flux de travail, identifier les goulots d’étranglement et proposer des améliorations pour optimiser l’efficacité d’un processus.

Par exemple, dans le cadre de la production aéronautique, le coupe jumeau numérique/IA permet de d’optimiser le processus de fabrication dans son ensemble. Focus sur cette boucle itérative en 4 étapes :

Les ingénieurs intègrent au jumeau tous les plans, les spécifications techniques et les procédures d’assemblage associées à chaque composant de l’aéronef.

Des capteurs sont installés tout au long de la chaîne de production pour collecter en temps réel une variété d’informations : température, pression, vitesse d’assemblage, taux d’erreur, etc. Ces données sont ensuite intégrées au jumeau numérique.

Les données recueillies enrichissent un algorithme d’apprentissage automatique intégré au jumeau numérique. L’IA est alors capable de modéliser et de prédire les performances de la chaîne de production. Elle peut identifier les erreurs avant qu’elles ne deviennent problématiques, et proposer des recommandations pour améliorer l’efficacité de la production (ajustement des paramètres de la machine, changements dans l’ordre d’assemblage, etc.).

Les recommandations de l’IA sont ensuite mises en œuvre sur la chaîne de production. Les performances sont évaluées et comparées aux prévisions du jumeau numérique, permettant d’affiner l’exactitude de l’IA au fil du temps.

Personnaliser et améliorer l’expérience client

Enfin, le couple jumeau numérique/IA peut jouer un rôle clé dans l’amélioration de l’expérience client. Toujours dans le secteur aéronautique, ces technologies permettent aux constructeurs de personnaliser les services offerts aux compagnies aériennes. En effet, il est possible d’intégrer aux jumeaux numériques les données de vol des aéronefs en phase d’exploitation. Cela permet de comprendre les spécificités de chaque compagnie aérienne (par exemple, les routes privilégiées, les conditions météorologiques courantes, etc.) et de proposer des améliorations personnalisées pour chaque avion (ajustement des paramètres du moteur pour réduire la consommation de carburant, planification de la maintenance pour réduire les temps d’arrêt, etc.).

Interagir naturellement avec le jumeau numérique : les promesses de l’IA conversationnelle

Intégrer l’IA à un jumeau numérique ouvre de nouvelles possibilités en termes d’interaction homme/machine. En effet, les agents conversationnels (chatbots) sont susceptibles de simplifier l’utilisation de l’outil, en permettant notamment aux profils non techniques d’interroger le jumeau numérique et d’accéder à des informations précieuses.
Par exemple, un opérateur d’une usine peut demander à l’agent conversationnel : « Quelle est la probabilité que la machine X tombe en panne dans les prochains jours ? ». L’agent conversationnel peut alors consulter le jumeau numérique, analyser les données, et fournir une réponse compréhensible à l’opérateur, facilitant ainsi la prise de décisions opérationnelles.
Cet usage de l’IA est d’autant plus pertinent que le jumeau numérique se complexifie au fil du temps. L’ajout d’informations toujours plus riches donne lieu à la création de menus et de sous-menus qui rallongent le nombre de clics, et donc le temps d’accès à l’information. Une IA conversationnelle intégrée permet de faire abstraction de cette arborescence. De plus, elle permet de mobiliser toutes les données pertinentes compte tenu de la requête, là où un outil sans IA n’affiche que les éléments demandés, sans chercher à contextualiser le besoin. À cet égard, l’IA favorise l’accès à l’information et décuple les capacités du jumeau numérique.

 

Le jumeau numérique et l’IA forment les nouveaux piliers technologiques de l’industrie et ouvrent la voie à des gains d’efficacité sur toute la chaîne de valeur, de la conception à l’exploitation des produits industriels. Cette synergie est la clé d’une transformation profonde des processus industriels : nul doute que les entreprises du secteur ont intérêt à intégrer ces technologies pour rester compétitives.

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