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Sebastian Schirber

Partenaire Data & AI
Artefact Nordics

Il n'y a pas si longtemps, le terme “jumeau numérique” n'était encore qu'un concept académique. Aujourd'hui, les jumeaux numériques sont présents dans presque tous les secteurs : fabrication, commerce de détail, énergie, soins de santé et autres... avec des avantages tels que l'augmentation de la productivité, la réduction des délais de mise sur le marché et l'amélioration de la satisfaction des clients. En fait, tout cas d'utilisation lié à la connaissance et à la prise de décision data-driven dans le monde interconnecté d'objets, de processus ou de systèmes physiques d'aujourd'hui est lié au terme "jumeau numérique".

D'une manière générale, les jumeaux numériques sont des représentations virtuelles d'objets (une turbine, une voiture, une personne), de processus (chaîne d'approvisionnement ou de fabrication) ou de systèmes entiers (un réseau électrique, un hôpital, une ville). Leur dénominateur commun ? Leur data sous-jacent fait référence à des mesures physiques et réelles.

Que sont exactement les jumeaux numériques ? Quel est leur rôle ?

Aujourd'hui, les jumeaux numériques s'imposent dans tous les secteurs de l'industrie, de la fabrication à la vente au détail, en passant par l'automobile, l'énergie, les soins de santé, les villes, la recherche... et la liste est encore longue. Les cas d'utilisation et les applications des jumeaux numériques sont encore plus vastes : data surveillance et visualisation, amélioration de l'efficacité, optimisation, analyse de scénarios, simulation, prédiction de l'état futur. Avec un tel éventail d'industries et d'applications, il n'est pas surprenant que le terme “jumeau numérique” n'ait pas de définition claire et qu'il puisse signifier différentes choses pour différentes personnes.

Dans cet article, nous décrivons les principales caractéristiques des jumeaux numériques afin de vous aider à mieux comprendre et à mieux gérer les conversations à venir. Nous expliquons également les différences entre les deux archétypes de jumeaux numériques, Chacun d'entre eux est motivé par des exigences data, des efforts de modélisation, des compétences d'équipe et des cas d'utilisation différents.

Armé de ces connaissances, vous serez en mesure d'identifier et de récolter plus facilement les avantages de ce concept pour votre secteur d'activité et votre cas d'utilisation spécifique.

Jumelage numérique Archétype A : Visualisation et analyse dans un jumelage data

Archétype A visualise le data ingéré et fournit des informations en analysant le data mesuré. Dans d'autres industries et processus, cet archétype pourrait plus généralement être décrit comme suit intelligence économique, Le jumeau numérique visualise généralement le data en direct. Certaines entreprises appellent cet archétype “jumeau data”.”

Le principal avantage d'un jumeau data est la disponibilité de data nettoyé en un seul endroit, ce qui le rend accessible à un large audience pour fournir une vue holistique de l'objet, du processus ou du système en question. La transparence et l'accès à data nettoyée, sans IA ni algorithmes d'apprentissage automatique avancés, fournissent néanmoins une mine d'informations et une valeur substantielle aux utilisateurs. Une valeur supplémentaire est générée par des cas d'utilisation tels que la surveillance, la détection des problèmes et les alertes, et l'ajout d'une interaction humaine et d'un retour d'information, comme la gestion des tâches ou la création de tickets, fait du data un élément jumeau d'un système intégré de gestion des flux de travail. Des applications plus avancées utilisent le data entrant pour fournir des informations de maintenance prédictive, en déterminant quand un appareil ou une machine doit être entretenu et en ajustant le cycle de maintenance sur la base du data mesuré.

Exemples de visualisation et d'analyse data twin :

  • Pour l'industrie, L'écran de contrôle d'une salle d'opération, par exemple l'écran de contrôle d'une centrale électrique ou d'une chaîne de production.

  • Pour logistique, La visualisation des niveaux de stock actuels tout au long de la chaîne d'approvisionnement.

  • Pour l'infrastructure, Les services d'information sur le trafic aérien peuvent par exemple fournir une vue d'ensemble de la position actuelle de tous les trains pour un opérateur de réseau ferroviaire ou de la position des avions pour un contrôleur du trafic aérien.

Les principaux défis liés à la création d'un jumeau data à fort impact résident dans la combinaison des connaissances commerciales et de l'expertise technologique de l'utilisateur pour créer le jumeau data. Avec une entrée data nettoyée et catégorisée comme décrit dans l'étape précédente, le facteur clé de succès est de commencer du point de vue de l'utilisateur avec une approche de conception centrée sur l'utilisateur. Sur la base d'histoires d'utilisateurs clairement définies, nous concevons l'interface graphique et dérivons les exigences techniques pour la disponibilité de data. Trouver le juste équilibre entre la visualisation du minimum requis de data et la fourniture d'une image complète de bout en bout permet d'obtenir le niveau de clarté nécessaire pour créer de la compréhension et de la valeur.

Jumeau numérique Archétype B : Simulations par le biais d'un jumeau dynamique

Archétype B, Le jumeau numérique dynamique, le jumeau numérique “dynamique”, crée une représentation numérique complète de la réalité en générant dynamiquement des informations et des data dans tous les endroits qui n'avaient pas été mesurés auparavant. Le jumeau numérique dynamique utilise les data disponibles dans le jumeau data et génère des informations supplémentaires pour créer une vue holistique de bout en bout de l'ensemble de l'objet, du système ou du processus.

Au cœur d'un jumeau numérique dynamique se trouvent des méthodes de calcul qui peuvent combler les lacunes lorsqu'il n'y a pas de data disponible. Les méthodes de génération de data supplémentaires sont diverses, allant de modèles basés sur des équations physiques qui capturent toute la dynamique du système en détail, à des heuristiques simplifiées, des relations statistiques telles que des paramétrisations, ou des approches avancées d'intelligence artificielle et d'apprentissage automatique. Ces méthodes ne sont pas seulement utilisées pour combler les lacunes de l'état actuel, mais constituent le puissant moteur qui génère dynamiquement des résultats d'états alternatifs utilisés pour l'analyse et l'optimisation de scénarios, comme décrit dans la section des cas d'utilisation ci-dessous.

La plus grande valeur des jumeaux numériques dynamiques réside dans la possibilité d'utiliser leur moteur de calcul dynamique pour explorer et comprendre comment l'actif, le processus ou le système réagit aux changements. Exécution scénarios alternatifs, en effectuant les analyses de simulation, Les cas d'utilisation puissants qui permettent d'améliorer la conception des produits, d'optimiser les opérations, d'améliorer la planification et d'assurer la sécurité de l'approvisionnement sont les suivants : l'analyse de l'impact des changements sur le système, et la compréhension de l'impact de ces changements sur le système. Quelques exemples :

  • Pour un fabricant d'éoliennes, L'étude de faisabilité de l'utilisation du jumeau numérique pour améliorer la conception des pales de rotor en évaluant l'impact de la modification de la forme et de la position des pales ;

  • Pour un opérateur ferroviaire, La Commission européenne a également mis en place un système d'information sur les passagers, qui utilise le jumeau numérique pour obtenir des informations en direct sur les taux d'occupation des passagers et les optimiser en suggérant aux passagers d'autres itinéraires de voyage ;

  • Pour un gestionnaire de réseau, L'objectif est d'identifier les domaines de l'offre et de la demande d'électricité et la manière dont ils évolueront à l'avenir afin de prendre les bonnes décisions en matière d'investissement pour un réseau à l'épreuve du temps ;

  • Pour les processus de la chaîne d'approvisionnement, Le système de gestion des stocks vous permet d'avoir une vue d'ensemble des niveaux de stocks et d'optimiser les commandes en fonction de la demande future, des délais de livraison et des dates de péremption des produits ;

  • Pour un hôpital, L'Agence européenne pour la sécurité des patients, qui utilise le jumeau numérique pour comprendre les interdépendances entre la disponibilité du personnel, les taux d'occupation actuels des patients, l'afflux prévu de patients et les opérations chirurgicales planifiées, afin de servir au mieux les patients tout en contrôlant les coûts.

Si les avantages des jumeaux numériques dynamiques sont incontestés, le principal défi pour un jumeau numérique dynamique provient des différentes méthodes qui constituent le moteur de calcul central du jumeau numérique. Dans de nombreux cas, une simple heuristique ou une paramétrisation sera la meilleure solution ; dans d'autres cas, des techniques statistiques plus avancées telles que l'apprentissage automatique seront plus appropriées. La méthode la plus précise reste l'utilisation d'équations physiques pour combler les lacunes et déterminer comment le système réagira aux changements. Les critères d'évaluation de la méthode la plus appropriée dépendront de la disponibilité de data pour la formation et le déploiement des modèles, des cas d'utilisation, du niveau de précision des résultats et de la puissance de calcul pour les calculs en temps réel.

Comment démarrer avec un jumeau numérique

L'un des plus grands défis pour réaliser la valeur des jumeaux numériques est de traduire un concept très large en pratique pour créer de la valeur à travers un cas d'utilisation spécifique. Trois aspects sont essentiels dans les premières étapes de l'aventure des jumeaux numériques :

  • Identification des valeurs: Traduire le concept de jumeau numérique en un cas d'utilisation pratique peut s'avérer difficile. Au lieu de commencer par le concept théorique d'un jumeau numérique, partez du côté de l'entreprise pour identifier les problèmes ou les avantages potentiels. Une fois que la valeur d'un problème particulier est clairement identifiée, décidez quel archétype de jumeau numérique répondra de manière appropriée à ce problème.

  • Adoption par les entreprises: Formulez des histoires d'utilisateurs sur la manière dont le jumeau numérique sera utilisé dans la pratique. Développez l'interface utilisateur et examinez comment le jumeau numérique peut être mis en œuvre dans les processus existants afin de garantir que la solution développée peut être adoptée et conduire à une réelle création de valeur.

  • Cadrage technique: Définir les exigences data et la plateforme technique de livraison, y compris l'interface utilisateur. Dans le cas d'un jumeau numérique dynamique, évaluez différentes méthodes et décidez, en fonction de la complexité, de la précision et de la data disponibilité, si une simple heuristique est suffisante, si une approche d'apprentissage automatique est appropriée ou si un modèle physique entièrement dynamique est nécessaire, comme dans le cas d'une data très éparse ou de la nécessité d'une analyse approfondie des scénarios.

Si les avantages des jumeaux numériques dynamiques sont incontestés, le principal défi pour un jumeau numérique dynamique provient des différentes méthodes qui constituent le moteur de calcul central du jumeau numérique. Dans de nombreux cas, une simple heuristique ou une paramétrisation sera la meilleure solution ; dans d'autres cas, des techniques statistiques plus avancées telles que l'apprentissage automatique seront plus appropriées. La méthode la plus précise reste l'utilisation d'équations physiques pour combler les lacunes et déterminer comment le système réagira aux changements. Les critères d'évaluation de la méthode la plus appropriée dépendront de la disponibilité de data pour la formation et le déploiement des modèles, des cas d'utilisation, du niveau de précision des résultats et de la puissance de calcul pour les calculs en temps réel.

En résumé : Créez de la valeur à partir de data physiques grâce aux jumeaux numériques.

Les jumeaux numériques sont passés d'un concept académique à un outil de transformation qui a été déployé avec succès dans diverses industries. Dans le monde interconnecté des mesures physiques d'aujourd'hui, les jumeaux numériques fournissent des représentations virtuelles d'objets, de processus ou de systèmes physiques afin de permettre une compréhension et une prise de décision data-driven. Avec deux archétypes principaux, (A) les jumeaux data pour la visualisation et l'analyse, et (B) les jumeaux dynamiques pour les simulations et l'analyse de scénarios, les jumeaux numériques répondent à diverses applications et industries. À mesure que les entreprises identifient des cas d'utilisation spécifiques, elles peuvent s'assurer un avantage concurrentiel en exploitant les jumeaux numériques pour accroître la productivité, optimiser les opérations et améliorer la planification.