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Le jumeau numérique : exemples et avantages pour la construction mécanique

Suite à la pandémie du coronavirus, les besoins en coopération mobile ont nettement augmenté.

Dans l’industrie et dans la construction mécanique, où il n’est pas rare de travailler en parallèle sur un projet à partir de différents sites, la phase de conception et de développement implique souvent des objets 3D. Toutefois, la coordination avec les autres participants au projet par l’intermédiaire d’un écran 2D ordinaire rencontre assez rapidement des limites. Pour relever ce défi, un jumeau numérique peut s’avérer utile. Il s’agit en fait d’une réplique numérique d’un objet. Les jumeaux numériques peuvent représenter des objets réels mais aussi la simulation d’un projet toujours en cours de développement. Si on ajoute l’utilisation de la réalité virtuelle ou de la réalité augmentée, alors la représentation et la reproduction s’imbriquent parfaitement pour l’utilisateur. L’institut August-Wilhelm Scheer (AWS) pour les produits et processus numériques effectue des recherches approfondies au sujet des jumeaux numériques – concernant aussi bien les objets réels que les projets en cours de développement.  Cet institut fondé par le professeur August-Wilhelm Scheer en 2014, à but non lucratif, est domicilié sur le campus de l’université de la Sarre (Allemagne) et collabore avec de nombreux partenaires du secteur économique.

La transition numérique s’impose

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Exemple d’utilisation d’un jumeau numérique : une conférence dans une salle de réunion virtuelle

Le projet de recherche HoloSim, subventionné par le ministère fédéral de l’éducation et de la recherche (BMBF), s’intéresse à l’optimisation de la coopération virtuelle. En effet, le bureau d’études M.TEC, également impliqué, doit relever un double défi en matière de simulation des flux (= simulation CFD ; CFD = « computational fluid dynamics »). Il s’agit d’adapter visuellement le comportement simulé des flux pour des composants en cours de développement. Cependant, la reproduction 2D conventionnelle ne convient pas à la simulation en trois dimensions. Un obstacle supplémentaire est la répartition de l’équipe de développement sur plusieurs sites. C’est ici qu’intervient l’institut AWS en associant à titre d’exemple un jumeau numérique sous la forme d’un hologramme 3D à un bureau virtuel : « Nous organisons des réunions dans des locaux en trois dimensions et nous combinons le tout avec un jumeau numérique. Dans la phase de planification et de conception de nouveaux produits, un objet planifié est amené dans l’espace tridimensionnel afin de permettre à des équipes sur différents sites de le visualiser et de le modifier », explique Simon Bender, le directeur du Digital Realities Innovation Lab au sein de l’institut AWS.

Grâce à une meilleure efficacité au niveau de la coopération, le développement des prototypes se déroule beaucoup plus vite. Les données de la simulation restent intactes – mais en même temps, elles sont converties et optimisées pour la représentation dans un environnement virtuel. Cet environnement peut être personnalisé par l’utilisateur : Il est possible par exemple d’ajouter des tableaux blancs, mais aussi des slides et des fichiers vidéo. De cette façon, HoloSim combine la présentation d’un jumeau numérique avec la coopération mobile dans une salle de réunion virtuelle. Quand tout est prêt, il suffit d’inviter les autres participants. « Les personnes concernées mettent des lunettes de réalité virtuelle ou de réalité augmentée. Ensuite, elles peuvent se déplacer librement dans cet espace et interagir avec les objets disponibles », explique M. Bender.

Dans les salles de réunion virtuelles, les jumeaux virtuels peuvent être évalués, et on peut organiser des conférences mobiles (image : Institut AWS).

Une efficacité exemplaire grâce au jumeau numérique pour analyser des données d’état

Un autre projet de l’institut AWS peut servir à illustrer le principe du jumeau numérique. Ici, on fait appel aux capteurs d’une installation de façon à créer une réplique virtuelle sur cette base. Les données d’état visualisées des composants individuels peuvent ainsi être manipulées grâce à une interaction naturelle à l’aide de lunettes VR, comme le souligne M. Bender : « Il suffit de s’approcher du jumeau numérique, c’est-à-dire de la représentation virtuelle du composant. Ensuite, on m’affiche les données de performance de l’objet sur un tableau de bord ». Les interventions de maintenance ou de dépannage sont possibles directement dans l’espace virtuel.

La télémaintenance à l’aide d’un jumeau numérique n’est pas seulement intéressante en période de pandémie, mais aussi compte tenu des frais de déplacement et du respect de l’environnement.

Encore une fois, la présence physique perd de son importance. Cet aspect n’est pas seulement intéressant en période de pandémie, mais aussi compte tenu des frais de déplacement et du respect de l’environnement. De toute façon, le jumeau numérique implique un potentiel énorme en matière de maintenance prédictive, c’est-à-dire la maintenance proactive d’une installation par IA. Le procédé fait aussi partie des exemples par excellence de la mise en œuvre de l’intelligence artificielle pour la construction mécanique, sujet que nous avons déjà abordé par le passé.