Digital Twins, le nouvel enjeu de la simulation numérique

Jusqu'à présent, la simulation numérique touchait majoritairement la conception (pièces, systèmes, ...). Désormais, c'est la maintenance industrielle qui va de plus en plus utiliser les modèles numériques pour suivre l'état d'un système avec des capteurs embarqués et une modélisation du fonctionnement. Les enjeux: faire les opérations de maintenance au bon moment, identifier la pièce défectueuse avant démontage, jouer des scénarios de modélisation de pannes afin d'optimiser le fonctionnement. Pour cela des Digital Twins ou jumeaux numériques sont développés qui reproduisent en temps réel le fonctionnement du système à surveiller.

Jumeaux numérique des moteurs LEAP chez Safran
Le constructeur Safran surveille ainsi en permanence l'état de 29 moteurs en vol, même à des milliers de kilomètres, grâce à des capteurs embarqués (température, vitesse de rotation, consommation d'huile) et à une maquette numérique du moteur qui intègre des paramètres de fonctionnement extérieur (météo, pollution atmosphérique, déroulé du vol). Au total, ce sont 400 Mo de données enregistrées par jour que Safran stocke dans son "data lake", réservoir numérique qui alimente des avatars numériques de ses moteurs. La maintenance préventive à date fixe est remplacée par une maintenance prévisionnelle. "Si un moteur a volé dans des conditions optimales, nous vérifions sur le jumeau numérique qu'il n'a pas été endommagé et nous pouvons alors décaler l'opération de maintenance planifiée" explique Céline Briquet, responsable de Leap Analytics chez Safran. Au contraire, si les équipes au sol détectent une anomalie sur le jumeau numérique, elle peuvent déclencher préventivement une intervention et éviter une panne couteuse qui immobiliserait l'avion loin de sa base.

L'intérêt des jumeaux numériques
Les intérets des Digital Twins sont multiples :

• Évaluation des capacités actuelles et futures d'un système au cours de son cycle de vie
• Découverte précoce des déficiences de performance du système. Pour ce faire, les opérateurs procèdent à une simulation des résultats avant que les processus physiques et les produits ne soient développés
• Optimisation du fonctionnement, de la fabrication, des inspections, et par effet de levier de la durée de vie
• Amélioration continue des designs et des modèles grâce aux données collectées

Les domaines d'application
Plusieurs types de systèmes peuvent utilisés les jumeaux numériques :

• Des systèmes de transport (train, avion, ...). L'écurie de Formule 1 McLaren utilise ainsi un jumeau numérique pour chacune de ses monoplace
• Des usines au process complexe et au coût de fonctionnement horaire important (production pétrolière, centrale nucléaire, ...)
• Des systèmes difficiles d'acces (pompes enfouis sous terre, plateforme offshore, éolienne flottante, ..) ou en fonctionnement dans des zones très éloignés (à l'autre bout du monde)

Une technologie de 2003
Ce concept complexe à mettre en oeuvre a pour la première fois été rendu public en 2003 par Michael Grieves, de l'Université du Michigan. Il a été mis en oeuvres tres tôt par la NASA qui a inventée le terme de jumeau numérique pour désigner une maquette numérique rendue dynamique grace aux données récoltées par les capteurs d'un équipement et aux données contextuelles (température  extérieure, ...).

Un virage récent de la simulation à fort potentiel
Ce virage très récent de la simulation numérique va se déployer rapidement d'abord aux gros systèmes complexes (à fort enjeux) et vraisemblablement (au fur et à mesure de la démocratisation de la technologie) à de nombreuses machines et équipements industriels et à termes à des applications grands publics (automobile, ...).

Des pompes avec jumeaux numériques
Le fabricant américain de pompe Flowserve est le premier industriel à avoir signé un contrat fin 2016 avec Ansys (fournisseur de logiciel de CFD) et Général Electric pour créer des jumeaux numériques de ses pompes

Source : Industrie et Technologie - Mai 2017