Jumeaux numériques

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Jumeaux numériques da Mind Map: Jumeaux numériques

1. Les domaines d'applications

1.1. L'industrie

1.1.1. Utilisation des jumeaux numériques dans le Product lifecycle management (PLM)

1.1.1.1. "Digital twin is an integrated multi-physics, multiscale, and probabilistic simulation of a complex product and uses the best available physical models, sensor updates, etc., to mirror the life of its corresponding twin. The idea and concept of digital twin, which is composed of physical product, virtual product, and connected data that ties physical and virtual product, can realize the convergence between product physical and virtual space."

1.1.2. Design d'un produit

1.1.3. Fabrication d'un produit

1.2. La santé et l'industrie pharmaceutique

1.2.1. "Le jumeau numérique est symbole du futur médical et pharmaceutique. Cette technologie qui peut véritablement transformer l'industrie en nous permettant d'anticiper au lieu de guérir reste une arme médicale encore trop méconnue."

1.3. Génie civil

1.3.1. "L’incorporation du concept du Jumeau Numérique dans l’ensemble de l’industrie de la construction peut être bénéficiaire dans les domaines suivants : Construire un objet dans les temps, sans échecs et retard dans le rythme de la construction ; Éviter les coûts supplémentaires pour la restructuration ou la reconstruction de l’objet en construction ; Construire un travail collaboratif avec un grand nombre de sous-traitants ; Effectuer l’analyse et la surveillance de la construction sur la base d’un environnement d’information unique de l’installation (pas « avec les mots » de l’entrepreneur)."

2. Les différentes définitions données aux jumeaux numériques

2.1. Définition donné par Shafto en 2010

2.1.1. "The term Digital Twin was brought to the general public for the first time in NASA’s integrated technology roadmap under the technology area 11: Modeling, Simulation, Information Technology & Processing (NASA Technology Roadmap, 2010 and 2012). It was outlined as “A Digital Twin is an integrated multiphysics, multiscale simulation of a vehicle or system that uses the best available physical models, sensor updates, fleet history, etc., to mirror the life of its corresponding flying twin." "

2.2. Difficuté pour définir correctement le concept

2.2.1. "Many authors assume that the digital twin is a collection of all digital artifacts that accumulate during product development linked with all data that is generated during product use. Contrary to this Boschert and Rosen argue that the digital twin is a linked collection of only the relevant data and models. The models that make up the digital twin are specifically designed for their intended purpose."

2.2.2. "Since the formation of the concept by John Vickers and Dr. Michael Grieves many authors have tried to define the term digital twin, starting in the aerospace industry with a focus on structural mechanics, material science and the long-term performance prediction of air and space craft"

2.3. Apparition du concept

2.3.1. Michael Grieves – Le concept de « jumeau numérique » a été rendu public à l’Université du Michigan, lors d’une présentation face à des industriels sur la création d’un centre dédié à la gestion du cycle de vie des produits. Il est né de l’idée qu’il est possible de créer une expression numérique des informations d’un système physique.

3. Les avantages de l'utilisation de jumeaux numériques

3.1. Limitation des coûts de développement

3.1.1. "Toutefois, après l’explosion d’une fusée virtuelle, il est très facile de recréer la fusée et sa rampe de lancement dans un nouvel espace virtuel pour un coût quasi nul. Travailler avec un jumeau numérique plutôt qu’avec des produits physiques coûte, par conséquent, bien moins cher."

3.2. Avantages sur les produits finis

3.2.1. Augmenter la diversité des produits

3.2.1.1. "The increasing electrification in the automotive industry leads to an increasing number of vehicle variants which have to be integrated into existing body-in-white (BIW) production systems … The basis for an expedited and low-cost integration of new products would be an always current digital image of the production system known as the digital twin"

3.2.2. Proposer des produits s'adaptant mieux aux événements

3.2.2.1. "In order to be able to respond quickly to unexpected events without central re-planning, future manufacturing systems will need to become more autonomous. Autonomous systems are intelligent machines that execute high-level tasks without detailed programming and without human control. They know their capabilities (that are modeled as “skills”) and their state. They are able to decide between a set of alternative actions, orchestrate and execute skills. In order to make this happen, the autonomous systems will need access to very realistic models of the current state of the process and their own behavior in interaction with their environment in the real world – typically called the “Digital Twin”."

3.2.3. Augmenter la fiabilité des produits

3.2.3.1. "The development of these solutions (digital twin) relates strongly to "smart" products... these products are often transformed from being sold as products to being sold as services (Product-as-a-Service)... One effect of this trend is that ownership remains with the producers... This, in turn, increases the requirement that these products—besides being ever more functionally sophisticated—also be manufactured with higher quality materials, and are robust enough to last longer in the hands of the end users without breaking down. With this shift in responsibility, reliability now becomes the responsibility of the product manufacturer."

3.3. Permet une meilleure application du "travail" intelligent

3.3.1. "Digital twin, as an effective mean to achieve physicalinformation fusion, has a significant promotion to realize the smart manufacturing. The innovation and efficiency from product design, production planning, to manufacturing implementation are improved by applying the digital twin"

4. Les inconvénients de l'utilisation de jumeaux numériques

4.1. Abscence du domaine physique pour complètement appréhender les systèmes étudiés et modélisés par les jumeaux numériques

4.2. Protection des données à garantir en fonction de ce que l'on souhaite modéliser

4.3. Propriété des données

4.3.1. "Propriété et échange des données : Aujourd'hui, les données récoltées appartiennent aux propriétaires des équipements connectés. La plupart laissent les installateurs du jumeau numérique accéder aux données puisque cela leur apporte un bénéfice direct (analyse, prédictions et conseils). Il est possible que demain ces données soient commercialisées et il n'existe à ce jour pas de réglementation spécifique sur les modalités de leur échange."

5. Les autres moyens de prédiction et de modélisation employés : différences entre jumeau numérique et simple outil de modélisation

5.1. Les jumeaux non numériques

5.1.1. L'ancêtre du jumeau numérique

5.1.1.1. Utilisation de jumeaux non numériques depuis la Nasa d'Apollo

5.1.1.1.1. "The concept of using “twins” is rather old. It dates back to NASA’s Apollo program, where at least two identical space vehicles were built to allow mirroring the conditions of the space vehicle during the mission. "

5.1.1.2. Iron bird : l'industrie des avions

5.1.1.2.1. "Another form of a “hardware” twin is the “Iron Bird”, a ground-based engineering tool used in aircraft industries to incorporate, optimize and validate vital aircraft systems (Airbus Industries, Innovation 2015)."

5.2. Les logiciels de productions et de conceptions

5.2.1. Depuis longtemps, la simulation numérique est utilisée pour améliorer la conception des produits et des process : elle permet d’évaluer un grand nombre d’alternatives de conception avant la construction de prototypes physiques. Elle permet également de modéliser différents scénarios opérationnels et de les intégrer aux algorithmes de contrôle/commande pour mieux piloter les équipements.

5.3. Les logiciels BIM pour la construction de batiment

5.3.1. "Building information modeling (BIM) is a process involving the generation and management of digital representations of physical and functional characteristics of places."

6. Les différentes améliorations pour atteindre le plein potentiel des jumeaux numériques

6.1. Démultiplier l'efficacité des jumeaux en les liant entre eux

6.1.1. La capacité d'intégrer des jumeaux numériques entre eux sera un facteur de différenciation dans l'avenir, à mesure que les actifs physiques et les équipements évolueront. »

6.2. Renforcer les jumeaux en entrant encore plus dans les détails

6.2.1. A digital twin test bench was successfully developed to prove the concept of the digital twin. The current setup still has limitations, which are the subject of further research. The next step is to model and implement a motion-structural-analysis. In this approach the entire test bench is modeled with joints. All parts are able to move within their specified degrees of freedom. The bending beam itself is integrated as a flexible body. In the finite element analysis of the bending beam the force exerted on the beam is then not put in explicitly but becomes a result of the respective displacement of the linear actuators. The input data comes from the actuators of the physical twin

6.3. Disposer de technologies assez puissantes pour mettre en oeuvre ce concept

6.3.1. Le procédé est encore relativement compliquée et nécessite des compétences de haut niveau en matière d'intégration et de gestion de l'information

6.3.2. Grâce aux progrès de la convergence IT/OT et à des capacités de calcul et de stockage plus avancées, les promesses des jumeaux numériques deviennent accessibles à grande échelle.

6.3.3. Unfortunately, all of these opportunities are linked to efficient product development platforms and processes, which in all cases require rational solutions—and therein lies the challenge. These tools are generally still in the early stages, and need further development.