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Le jumeau numérique : une révolution dans la fabrication

Dans ce nouvel épisode avec Laurent Germain et Ollivier Gorre, découvrez comment le jumeau numérique révolutionne la fabrication en usine en permettant d’optimiser les lignes de production !

Episode 8 avec Laurent Germain et Ollivier Gorre

Le jumeau numérique : une révolution dans la fabrication


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Transcription du podcast

Introduction

Nous avons déjà eu une première discussion lors de laquelle vous nous expliquez ce qu'est le jumeau numérique, puis une seconde consacrée à son impact sur la R&D. Nous allons aujourd'hui parler de ses impacts sur les processus industriels et la fabrication avant de rentrer dans les détails.

Pouvez-vous nous rappeler ce qu'est un jumeau numérique ?

On a déjà évoqué le jumeau numérique au niveau des produits. Donc un produit conçu et fabriqué par des services de recherche et développement, puis des produits qui sont utilisés et maintenus par des clients et des utilisateurs. Donc on a jusqu'à présent effectivement parlé des jumeaux numériques d'un produit comme étant un prototype 3D qui est vivant, contenant toutes les informations passées, de la vie, de la documentation liée à ce produit et qui vont permettre de pouvoir à la fois fournir toutes les informations sur son utilisation et optimiser et prévoir au mieux les étapes de maintenance grâce à une connaissance fine du passé. Quand on s'intéresse à la fabrication, évidemment, on va plutôt mobiliser ses jumeaux numériques, non pas au niveau du produit lui-même, mais plus au niveau des outils et des moyens de production.

Se représenter le jumeau numérique d'un processus, d'un outil paraît moins évident que se représenter le jumeau numérique d'un produit physique. Est-ce que vous pouvez nous dire en quoi ça consiste ?

Alors encore une fois, on ne va pas raisonner au niveau du produit, mais plus au niveau de l'usine et si on fait un zoom sur une usine, on a des moyens de production organisés dans une chaîne de fabrication, avec des lignes de production et sur chaque ligne de production. On a différentes machines en charge de réaliser ces opérations et les produits passent de poste en poste de machine en machine pour être complétés. Assemblé au fur et à mesure de cette chaîne d'assemblage. Donc tout ça, on va pouvoir le modéliser parce que chacune de ces machines, finalement on va potentiellement être connectée, va potentiellement avoir un certain nombre de réglages. Et puis ces machines vont communiquer entre elles via des tapis roulants. Donc là, on va parler de flux logistiques entre les différents postes de travail de l'usine et donc le jumeau numérique de l'usine.

C'est finalement modéliser tout cela, donc les flux matières, la façon dont un produit va être progressivement assemblé et monter sur les différents postes et de pouvoir gérer, optimiser et superviser au mieux ces opérations. Donc, le jumeau numérique. Il va à la fois pouvoir identifier des points de tension ou de rupture sur des approvisionnements. Peut-être passer de matière première à un endroit, peut être des goulets d'étranglement à d'autres.

Et donc l'idée du jumeau numérique, c'est à la fois de capturer le fonctionnement des machines de production, de l'état des flux, de l'état de santé des machines pour pouvoir comprendre le fonctionnement et surtout prédire à la fois des pannes mais aussi des changements de recette ou d'optimisation ou d'organisation de cette ligne de fabrication.

Vous accompagnez quotidiennement les entreprises industrielles. Comment le jumeau numérique est utilisé aujourd'hui dans la fabrication par nos industriels ? Quels sont les principaux cas d'usage ?

Il y a plusieurs volets. Il y a la partie. J'appellerais ça la conception de la chaîne de production d'une part. Après, c'est comment optimiser la fabrication une fois que cette chaîne est en route ? Aujourd'hui, pour les industriels, construire l'usine d'une manière complètement numérique va leur permettre d'optimiser tous les flux en faisant remonter aussi bien les informations en temps réel sur l'énergie, les chaînes de livraison, les postes de travail. Donc ça, c'est important. Une fois qu'on a fait toute cette simulation de l'usine de la chaîne des processus. C'est beaucoup plus facile. Après, pour les mettre en route, les choses. Ce qu'il faut bien comprendre. On a des industriels, par exemple, qui vont fabriquer un produit de bière à base d'alcool. Et puis les tendances, c'est sans alcool et ils vont pouvoir, grâce au jumeau numérique, simuler les lignes, simuler les chaînes, simuler les process pour vraiment bien stabiliser tout ça. Voir les goulets d'étranglement. Et une fois que c'est fait, ils peuvent lancer la production de manière beaucoup plus vite et avec beaucoup plus de gains à la sortie. Donc tout le monde est content.

Et une fois qu'on est face à une ligne qui tourne, quels sont les cas d'usage du numérique ?

Car aujourd'hui, il y a plusieurs industries. Il y a ce qu'on appelle l'industrie de process ou l'industrie de discrete. Donc ce n’est pas les mêmes procédés. Et par exemple, dans la partie process continue, si on a la possibilité de simuler à chaque fois les contrôles qualité etc, c'est mieux. Parce que si on arrive avec une mauvaise qualité en fin de ligne, c'est une triple peine pour les industriels. Ils vont perdre la matière première parce que là elle correspond bas, ils vont perdre le coût de l'énergie pour faire fonctionner les machines etc et en plus le coût de la main d'œuvre. Donc c'est vraiment des pertes qui sont pour eux très dommageable. Donc il est important de bien simuler ces process. Et puis après vous avez l'industrie, ce qu'on appelle le discrete manufacturing ou lorsque vous fabriquez des pièces en titane par exemple, qui valent extrêmement cher. Mais c'est bien d'avoir le jumeau pour faire les contrôles de qualité et être sûr qu'on est dans les tolérances. Et les deux vont se rejoindre sur un point ce qu'on appelle le for spatial, c'est la façon de faire bien du premier coup. Et vous comprenez bien qu'aujourd'hui, vu la difficulté des industriels, il faut une sacrée résilience. Quand vous voyez l'inflation, le coût des matières premières, la souplesse chaine crunch très difficile et sans oublier la crise de l'énergie, vous comprenez bien avec moi que de bien produire du premier coup c'est important. Et puis c'est surtout aussi lorsque vous faites bien du premier coup, vous tenez vos délais et la satisfaction client est énorme, très très importante.

Alors la question qu'on se pose souvent avec l'industrie 4.0 et donc avec le jumeau numérique, c'est : est-ce que c'est réservé aux grands groupes ? Est-ce que les PME et ETI industrielles y ont droit elles aussi ? Est-ce que ça vaut le coup ? Qu'elles s'y intéressent ?

Oui, les deux doivent s'y intéresser ensemble, parce qu’aujourd’hui, les technologies sont matures, relativement faciles à utiliser. Par contre, il faut bien faire au niveau des industriels, entre un grand et un petit. Si je puis dire, il y a vraiment trois grands piliers qui vont être la réussite. Ce qu'on appelle l'impact. C'est à dire quel va être l'impact financier sur lui aussi ? Qu'est-ce que je vais mettre en place ? Dans des grands groupes, il y a certainement plus de moyens, etc Donc on peut être un peu plus ambitieux alors que dans les PME, on va peut-être réduire un peu cet impact financier. Mais on va peser l'effort. Si on réduit un impact financier avec peu d'effort, il faut le faire parce que ça, ça va être important pour eux.

Ensuite, il y a ce que j'appelle le côté speed, le côté rapide. Il faut qu'aujourd'hui, grâce aux technologies, les gens puissent faire quelque chose de rapidement, d'une manière agile, afin d'être résilients. C'est fini les projets Big Bang ou on partait pour des mois, des années etc ça fait moins de sens avec le jumeau numérique. Au contraire, il faut vraiment être agile. Et puis le troisième pilier que les industriels doivent avoir à l'esprit, qu'ils soient grands et petits ou moyens, c'est comment ils vont déployer ça d'une manière rapide et réutilisable. Parce que plus ils vont déployer, parce qu'il y a plein de petites PME qui sont peut-être même multisites ou pas, ou multi lignes etc il faut que ça soit répliqué facilement, sans effort et c'est là ou vraiment le gâteau est au rendez-vous.

Quelles sont les bonnes pratiques et quels sont les écueils à éviter dans une démarche d'adoption du numérique ? Quels conseils donneriez vous à une entreprise qui démarre ?

J'ai lu un article récemment dans la presse ou Metaverse a commandé une étude à Deloitte sur justement l'adoption du jumeau numérique. Aujourd'hui, l'étude fait ressortir plusieurs points. Un point qu'on savait déjà, que le frein finalement aux jumeaux numériques, c'est la partie hardware, les lunettes ou autres, parce que ce n'est pas encore très fluide et c'est un peu cher, etc.

Donc ça c'est peut-être un frein. Mais d'un autre côté, l'étude montrait des économies d'échelle. Rien que pour l'industrie française, on parlait de plusieurs milliards, on était dans les 50 milliards sur les dix prochaines années d'économies, grâce aux simulations et grâce au jumeau numérique. Donc c'est phénoménal et on est au tout début de l'aventure au niveau des entreprises. La partie techno logicielle est déjà là.

On parle aujourd'hui aussi beaucoup de l'intelligence artificielle. Est-ce que l'un d'entre vous peut me dire quel rôle peut jouer dans le monde numérique ?

Les progrès du logiciel on en parle beaucoup en ce moment, soit au niveau de l'IA, donc de l'intelligence artificielle dont on entend parler plusieurs fois par jour, mais aussi maintenant des modèles dégénératifs tels que GPT qui peuvent aller plus loin puisqu'il aider à synthétiser des données et à prendre des décisions. Donc aujourd'hui dans l'usine, en quoi ces améliorations-là peuvent aider ? Et bien le simple fait de pouvoir dans un premier temps superviser des machines, capturer leur état de fonctionnement via les différents capteurs via des rapports d'activité via des cycles de maintenance. Eh bien, va permettre d'établir des algorithmes qui vont pouvoir optimiser d'une façon préventive des opérations de maintenance pour éviter des pannes. Donc ça, c'est le premier niveau. Mais ensuite, si on veut aller plus loin, un peu comme un réseau neuronal, on va essayer de regrouper la chaîne de fabrication dans son ensemble et s'assurer que tous les paramètres des différentes machines soient optimisés entre eux. Pour que, typiquement, dans le cas d'une nouvelle recette, si l'on est sur une chaîne de production de type boisson ou alimentaire, et bien que l'ensemble des réglages soient cohérents entre eux et qu'en terme de flux on ait trouvé les réglages optimums de l'intégralité des machines pour que toutes soient parfaitement optimisées, synchronisées entre elles.

Sur ce podcast, on aime bien extrapoler, expliquer que les avancées technologiques qui marquent l'industrie ont un impact sur d'autres secteurs et sur nos vies quotidiennes. Mais là, on a un peu de mal à voir des applications autres que pour l'industrie. Est-ce que vous auriez des exemples ?

Oui, on en a plein parce qu'aujourd'hui, le jumeau numérique va aussi toucher les gens qui sont nomades, qui se déplacent, qui vont réparer des choses soit chez les particuliers, soit dans les entreprises. Et aujourd'hui les gens ne savent pas tout. Etc et d'avoir un jumeau en numérique lorsqu'un technicien nomade est bloqué devant quelque chose comme vous le savez aujourd'hui, il n'y a plus personne qui lit les manuels depuis pas mal de temps. Donc le gars il a un smartphone, un iPad ou autre et là on a le jumeau numérique et on va l'aider à remplir sa mission, sa tâche. Et ça, c'est important parce qu'il ne peut pas tout avoir. Il ne va pas avoir tous les manuels dans son camion ou dans sa voiture. Et il y a peut-être des jeunes qui arrivent sur le terrain et qui vont réparer des machines un peu plus anciennes. C'est la première fois qu'ils sont. Ils sont confortés dans il y a le manuel, il y a tout ça. On se rend compte aussi que grâce aux jumeaux numériques, on fait beaucoup de transmission de savoirs. Et ça, pour les entreprises, c'est une mine d'or. On ne se rend pas compte, mais lorsqu’un sachant s'en va en retraite ou autre, eh bien c'est beaucoup de savoir qui partent. Et le temps de reformer une nouvelle personne, ça coûte de l'argent, c'est un cycle long etc Donc là encore les économies sont là et ça touche les grands et les petits et ça c'est important.

Est-ce que vous avez un autre exemple à nous donner ?

Oui, alors on a beaucoup d'exemples. Axelle dans d'autres domaines, on avait un petit peu évoqué dans le passé cette notion de smart building. On peut étendre ça à cette nouvelle notion ou maintenant de nombreuses municipalités essayent de repenser leur centre-ville et la façon d'optimiser les villes dans leur ensemble. Ça passe par plein de choses à la fois de pouvoir redéfinir les types de mobilité.

Autrement dit, quelle place on va donner aux voitures ? Est ce qu'on construit plus de routes ou est-ce qu'au contraire on va favoriser des déplacements piétons ou cyclistes en rajoutant des pistes cyclables ? Et tout ça grâce au jumeau numérique, on peut, rien que sur ce sujet-là beaucoup aider en modélisant les flux de circulation, en comprenant comment les gens vont se déplacer en multimodalité, commencer un trajet à pied, le continuer.

Il y a un bus et puis éventuellement le finir avec une trottinette en location. Donc toutes ces choses-là aujourd'hui, y réfléchir, c'est bien. Mais pouvoir les modéliser pour s'assurer que ça va répondre à l'intégralité des besoins, c'est quelque chose que l'on peut faire grâce aux outils de simulation liés aux jumeaux numériques. Et toujours sur ce sujet de la ville du futur, on parle aussi beaucoup du réchauffement. Donc on avait évoqué au tout début le fait qu'on était capable de faire des jumeaux numériques dans son ensemble de la planète Terre, mais donc à un niveau plus modeste. On peut aussi le faire au niveau d'une agglomération ou d'une ville, en par exemple, étudiant l'impact des îlots de verdure que l'on va placer dans tel ou tel quartier pour permettre de gagner quelques degrés. En faisant que justement, ces zones arborées remplacent des zones qui auparavant étaient couvertes de bitume et dont on sait aujourd'hui très clairement indiquer qu'en faisant cela, on va réduire la température dans les centres villes de trois ou quatre degrés. De la même façon, gérer la hauteur des bâtiments pour peut-être avoir plus d'ombre et éviter des rues trop chaudes, etc etc donc on voit que l'impact du mode numérique il peut s'appliquer à tous les secteurs et c'est pour rebondir sur le tout premier épisode. On peut faire un jumeau numérique de n'importe quel individu pour des questions de santé de la planète terre, pour surveiller son évolution et le taux de CO2. Ou d'une ville intelligente ou d'un produit, comme on l'a évoqué au travers de ses aspects plus industriels. Dans les précédents épisodes de ce podcast.

Conclusion

Merci d'avoir suivi cette série sur le jumeau numérique.

Les invités de l'épisode

Laurent Germain – Expert IoT chez PTC

Diplômé de Polytechnique Montréal et Polytech Paris en 1994, Laurent commence sa carrière chez PTC, où il occupe plusieurs postes sur les différentes technologies qu'on peut mettre en œuvre pour aider les clients dans leur transformation numérique, que ce soit la gestion des données techniques, les solutions IoT et la réalité augmentée. Aujourd’hui, il met à profit son expérience pour aider prospects et clients français à répondre à leurs challenges business avec nos solutions IoT.

Ollivier Gorre, Market Director IoT & AR for Smart Manufacturing chez PTC

Avec une expérience riche acquise depuis plus de 25 ans dans le domaine des nouvelles technologies, Ollivier Gorre, en tant que Market Director IoT & AR for Smart Manufacturing chez PTC, accompagne les industriels dans leur réflexion stratégique et le déploiement d’initiatives tactiques pour optimiser leurs activités de production.