Industrie 4.0 : les jumeaux numériques au service de la navale
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Dans un contexte où le développement des nouvelles technologies liées à l’Intelligence Artificielle (IA) explose, le jumeau numérique poursuit son chemin.
Développé à partir du début des années 2000, ce système apporte une aide non négligeable aux entreprises pour développer, concevoir et optimiser les services de maintenance.
Une véritable transformation numérique des usages et des stratégies dans de nombreux secteurs, notamment celui de la Navale.
Exemple avec Naval Group, qui place désormais le jumeau numérique au coeur de sa stratégie numérique.
Retour sur le fonctionnement et les applications de cette innovation dans notre article de la semaine.
Qu’est-ce que le jumeau numérique ?
Comme son nom l’indique, le jumeau numérique (ou « digital twin ») est la représentation exacte d’un objet ou d’un système sous forme numérique.
Cette représentation numérique permet de suivre l’évolution d’un objet tout au long de son cycle de vie.
Concrètement, les jumeaux numériques intègrent l’Intelligence Artificielle (IA), le Deep Learning, le Machine Learning et l’analyse des données pour permettre de créer une simulation numérique d’un objet.
Le jumeau numérique continue son apprentissage en temps réel et se met à jour grâce à différentes sources comme les données :
- de capteurs qui permettent de retransmettre l’état de fonctionnement de l’objet,
- d’équations issues des calculs physiques et d’ingénieurs pour prédire des comportements,
- d’autres machines et systèmes complémentaires, comme la représentation 3D,
- de tout l’historique de l’objet et de son utilisation.
Contrairement à une simulation classique, les jumeaux numériques tournent en continu et permettent donc de fournir des informations à chaque instant sur l’état de fonctionnement de l’objet ou du système en question, mais aussi sur des prédictions à venir.
Dans le cadre d’un navire, les visites techniques pourront être réalisées grâce au jumeau numérique, permettant ainsi une visite à distance à 360°, sans contrainte de rapatriement du navire à quai, et sans perte de temps liée à l’immobilisation par exemple.
Quels sont les avantages d’un jumeau numérique ?
De la conception, à l’exploitation, en passant par la maintenance, les jumeaux numériques sont de véritables atouts.
Avant l’existence de ce système, les entreprises étaient obligées de créer l’objet physiquement, pour pouvoir ensuite lui faire passer différents tests, et le cas échéant réaliser des modifications.
Une procédure souvent longue et coûteuse, aujourd’hui révolutionnée par les jumeaux numériques.
Chez Naval Group par exemple, ils permettent, lors de la phase de développement, de visualiser progressivement la construction de l’objet jusqu’à l’objectif final, tout en agissant sur les choix en matière d’architecture, d’ergonomie, d’équipements ou encore de design.
Un moyen efficace d’améliorer la productivité et les performances des différents systèmes, tout en gagnant du temps et en réduisant les coûts.
Au-delà de la conception, les jumeaux numériques offrent aussi des avantages en matière de maintenance prédictive.
En effet, celui-ci peut calculer les dysfonctionnements à venir sur un appareil grâce à une comparaison en temps réel des paramètres issus de l’équipement et des paramètres prédits, de la visualisation des divergences.
Naval Group a ainsi pu réaliser ses premiers tests de services de maintenance prédictive sur des équipements à bord des frégates nouvelle génération du porte-avions Charles-de-Gaulle.
L’équipage est averti grâce à un système d’alerte en cas de dégradation des performances de certains appareils afin de remédier rapidement au problème. Le jumeau numérique permet également de préparer et de simuler des opérations de maintenance afin d’optimiser son résultat.
Au niveau de l’exploitation les entreprises sont également gagnantes, puisqu’elles peuvent réaliser la vente de nouveaux services, permettant dans le cas de Naval Group de proposer par exemple :
- un support en mission
- une évaluation des capacités opérationnelles
- des propositions de reconfiguration des installations
- des simulations opérationnelles en temps réel.
Chez Naval Group l’apparition des jumeaux numériques a aussi permis une amélioration des moyens d’entrainement des équipages, en fonction du navire, de son état courant et des évolutions qui seront apportées.
Des apports donc à différents niveaux qui permettent aux entreprises de réduire leurs coûts, d’anticiper une panne, d’améliorer le niveau de sécurité de leurs produits et de gagner en fiabilité.
Des leviers d’optimisation grâce aux analyses en temps réel
Grâce à une latence presque inexistante, les équipes peuvent analyser directement le navire et son jumeau numérique pour mettre en évidence un problème très rapidement.
Mais cette instantanéité des analyses permettrait d’aller encore plus loin.
Naval Group envisage ainsi d’exploiter le jumeau numérique directement en situation militaire.
Par exemple, pour parer à une attaque de torpille et prendre la meilleure décision en un minimum de temps grâce aux calculs en direct du jumeau numérique du navire. Le laps de temps de réaction, et donc d’analyse, étant primordial dans ce genre de situation.
Un outil exigeant
Naval Group insiste toutefois sur le fait qu’il s’agit d’un outil exigeant et qui demande une grande maîtrise pour exprimer tout son potentiel.
Les codes de calculs doivent en effet être préalablement chainés correctement pour limiter la propagation d’incertitudes et les données doivent être synchronisées ensemble de manière rigoureuse, afin d’éviter des erreurs.
L’entreprise précise que les données récoltées pourront être encore plus fiables en multipliant les jumeaux numériques d’un même navire.
L’un sera embarqué à bord du navire et pourra être exploité directement par l’équipage et l’autre stocké dans un data-center pour les phases de conception et de maintenance.
Les jumeaux numériques devront alors faire preuve d’intéropérabilité, afin de communiquer entre eux et de représenter au mieux en temps réel l’ensemble du navire.
Des premières utilisations réussies pour Naval Group
Naval Group a développé une série de nouveaux sous-marins nucléaires d’attaque issus du programme Barracuda de la Marine française. Parmi ces sous-marins, on retrouve notamment le Suffren, qui après avoir été mis à l’eau l’été dernier, effectue en ce moment ses premiers essais en mer.
// À (re)lire : Le Suffren, le nouveau sous-marin nucléaire d’attaque français a été mis à l’eau !
Ce fleuron de la marine française est passé par une validation à partir d’un jumeau numérique développé par les équipes de Naval Group et de TechnicAtome.
« Nous avons développé le jumeau numérique de toute la chaîne fonctionnelle de propulsion du navire en modélisant l’ensemble de ses constituants. Ces modèles ont pu être regroupés pour fonctionner simultanément de façon à simuler globalement le fonctionnement de la chaîne propulsive du Barracuda », s’est félicité Yves Dubreuil-Chambardel, le responsable de la coordination des programmes de R & D liés à la transformation numérique et superviseur du programme Twin Ship pour Naval Group.
Une simulation qui a mené à une construction accélérée et qui a permis de réduire la durée des essais sur banc de 18 à… 3 mois !
Comme dans de nombreux secteurs, le développement et le déploiement des jumeaux numériques dans le domaine Navale permet aux entreprises d’entrer dans une nouvelle ère numérique, ce qui leur ouvre un champ de possibilités multiples.
Au quotidien, ce système permettra d’aider considérablement les entreprises à réaliser des simulations des navires, d’améliorer et d’accélérer la production et les essais, mais également de parer à tout dysfonctionnement.
A l’avenir, toujours pour améliorer les connaissances des navires, Naval Group souhaite que ses fournisseurs livrent eux aussi les jumeaux numériques des équipements fournis.