Le miroir magique rencontre l'Industrie 4.0

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Développé pour la première fois dans les années 1960, le concept de jumeau numérique connaît aujourd'hui un véritable essor et est salué comme une révolution dans certains secteurs de l'industrie. Mais comment fonctionnent les jumeaux numériques et comment les utilisons-nous chez Thales ?

Commençons par une définition. Un jumeau numérique est une représentation virtuelle d'une entité physique, d'un objet, d'un processus - ou même d'un système entier - et peut être utilisé pour fournir des informations et faciliter les décisions grâce à la visualisation, l'analyse et la manipulation des données.

Contrairement aux systèmes de simulation, un jumeau numérique a une contrepartie physique, connectée via un flux de données, avec laquelle il partage des comportements et des caractéristiques. Pour une valeur maximale, les jumeaux numériques peuvent bénéficier et réutiliser les données et les informations à chaque étape du cycle de vie d'un système, fournissant des informations précieuses, des réductions de coûts, des améliorations de la qualité et une réduction des risques à chaque étape.

Initialement à petite échelle, représentant un produit unique tel qu'un moteur à réaction, les jumeaux numériques peuvent désormais modéliser un système complet et complexe tel qu'un avion, un bâtiment ou une chaîne de production - ou même notre planète entière, comme nous le verrons ci-dessous.

Le concept a été développé pour la première fois par la NASA dans les années 1960 pour le programme spatial américain, et ce qui restera longtemps sa plus grande réussite est venu en 1970 avec le sauvetage de l'équipage de la mission Apollo 13.

Les ingénieurs de la NASA ont utilisé des simulateurs pour reproduire le fonctionnement de tous les composants principaux du module spatial. Ces simulateurs étaient contrôlés par un réseau d'ordinateurs et pouvaient être synchronisés avec les données en direct du vaisseau spatial. Et c'est en grande partie grâce à ces doublons numériques connectés que les équipes au sol et dans l'espace ont pu travailler ensemble pour identifier le problème et sauver la mission. Leur réussite était d'autant plus remarquable qu'ils n'utilisaient pas seulement un jumeau numérique mais un réseau de jumeaux numériques, chacun modélisé sur un système de simulation indépendant et capable d'interagir avec tous les autres.

Aujourd'hui, cette technologie a atteint de nouveaux sommets grâce aux progrès de la connectivité, du traitement des données et de l'intelligence artificielle.

Les conséquences pour l'industrie sont claires. Au lieu de fabriquer un produit physique et de le soumettre à une série de tests, son jumeau numérique peut être utilisé pour analyser et améliorer ses performances et anticiper d'éventuels problèmes ou pannes. De plus, les personnes situées à d'autres endroits peuvent utiliser des casques holographiques pour se familiariser avec un produit et voir comment il fonctionne. Et ce qui est vrai pour un seul produit est également vrai pour un système, un réseau, une usine ou même toute une chaîne d'approvisionnement.

Offre de jumeaux numériquesune vaste gamme d'avantages potentiels dans de nombreux secteurs de l'industrie: énergie, transport, urbanisme pour les projets de smart city, ingénierie automobile et santé (pour tester des traitements sur un patient virtuel, simuler des procédures complexes ou améliorer la qualité des prothèses).

Aujourd'hui, Thales est à la pointe pour exploiter les possibilités de cette technologie et même en repousser les limites. Ses équipes d'ingénieurs sont des leaders d'opinion dans le domaine des jumeaux numériques, améliorant progressivement le concept de jumeau numérique depuis de nombreuses années. Les jumeaux numériques de Thales s'associentenvironnement synthétique haute fidélité s avec de puissantes capacités d'ingénierie de systèmes basés sur des modèles, de science des données et d'apprentissage automatique, fournissant un nombre croissant de produits sur le marché. Aujourd'hui, le Groupe développe l'utilisation des jumeaux numériques dans tous les domaines de l'entreprise. Voici quelques exemples :

Pour augmenter l'efficacité de nos équipes d'ingénierie, le projet Multiphysics DigitalTwin utilise le prototypage virtuel pour optimiser les sous-ensembles matériels à chaque étape du processus de développement, de la conception initiale à la validation fonctionnelle, avant que les prototypes physiques ne soient réellement construits.

« Les jumeaux numériques accélèrent les phases de développement et d'intégration et facilitent la modélisation et l'intégration d'un système complet », déclare Christophe Dumas, Directeur des Opérations, Communications Sécurisées et Systèmes d'Information. "C'est ainsi que nous abordons le développement de MELISSA, par exemple, la solution de communication sécurisée par satellite que Thales fournit aux avions ravitailleurs militaires français."

Les jumeaux numériques ont donc clairement un énorme potentiel pour former les utilisateurs de systèmes militaires ainsi que de systèmes civils tels que le contrôle du trafic aérien et la gestion du trafic sans pilote. Thales a utilisé un jumeau numérique pour développervétronique(électronique véhicule) pour les nouveaux véhicules blindés multirôles de l'Armée de terre française dans le cadre duScorpionprogramme.

Au-delà de la formation, Thales travaille avec le UK MOD pour accompagner la transformation numérique des activités de test et d'évaluation, en développant le concept de Digital Twins of Test Ranges dans le cadre duTester et évaluer les futurs programmes . Le développement de jumeaux numériques de gammes de tests permettra à une grande partie des activités de test et d'évaluation (T&E) d'être menées dans le domaine numérique, bénéficiant de tests plus rapides, rentables, sûrs et sécurisés et allant au-delà du T&E pour l'acceptation vers le T&E pour la capacité.

Celui du Royaume-UniDéfi Vol du futur1 est une autre illustration de la façon dont les capacités réelles et synthétiques peuvent être combinées pour résoudre des problèmes complexes. Dans le cadre du consortium Airspace of the Future, Thales participe au développement d'un jumeau numérique du National Beyond Visual Line of Sight Experimentation Corridor. Le projet vise à créer un couloir sûr et séparé pour divers types de drones commerciaux et de véhicules de mobilité aérienne.

L'exemple le plus spectaculaire de projet de jumeau numérique est sans douteDestination Terre , une initiative ambitieuse lancée par l'Union européenne pour créer un jumeau numérique de la Terre. Cet avatar sera utilisé pour surveiller les effets de l'activité naturelle et humaine sur notre planète, anticiper les événements extrêmes et éclairer les décisions de politique publique alors que le monde relève les défis liés au climat.

Thales Alenia Space travaille avec Serco, le chef de file du consortium, pour mettre en œuvre la plate-forme de services DestinE, élément clé du projet, pour l'Agence spatiale européenne.

En combinant des modèles innovants du système terrestre avec des capacités informatiques de pointe, des données satellitaires et des techniques d'apprentissage automatique, DestinE permettra aux utilisateurs deexplorer les effets du changement climatiquesur les différentes composantes – géosphère, biosphère, cryosphère, hydrosphère et atmosphère – et de développer des stratégies pour s'adapter à ces changements ou atténuer leur impact.

Les jumeaux numériques Destination Earth reproduiront le système complexe de notre planète, en s'appuyant sur les connaissances humaines dans des domaines tels que l'atténuation des catastrophes naturelles, l'adaptation au changement climatique, les sciences océaniques et la biodiversité. Le but ultime du projet est d'intégrer toutes ces répliques numériques pour formerun jumeau numérique complet du système terrestre complet.

Lisez le communiqué de presse de Thales Alenia Space pour en savoir plus sur DestinE.

1 L'initiative Future Flight Challenge du réseau britannique de recherche et d'innovation vise à transformer le transport aérien de passagers et de fret. Il se concentre en particulier sur les technologies de vol électriques et autonomes pour les drones, les véhicules de mobilité aérienne urbaine et les avions électriques hybrides pour le transport régional. L'aviation du futur devra être intégrée dans un système complet englobant l'infrastructure au sol, la réglementation et les systèmes de contrôle du trafic.