Qu’est-ce qu’un jumeau numérique ?

Un jumeau numérique (ou “digital twin” en anglais) est une reproduction numérique d’un objet physique. GE le définit comme “une représentation logicielle d’un actif, système ou processus physique”, tandis qu’IBM le qualifie de “modèle virtuel conçu pour refléter fidèlement un objet physique”.

Dans le domaine de la fabrication additive (FA), les jumeaux numériques peuvent être considérés comme des modèles 3D contenant toutes les informations importantes sur une pièce : matériaux et méthodes de fabrication, tolérances, instructions de montage, certifications, numéro de série, … Ces jumeaux peuvent être stockés sur un ordinateur ou une base de données connectée, prêts à être imprimés à tout moment.

Mais le concept de jumeau numérique va bien au-delà de la fabrication additive. Les entreprises peuvent utiliser des copies virtuelles d’objets physiques pour de nombreuses raisons : analyse, simulation, prévention des défaillances, contrôle de la qualité, et plus encore. On peut créer un jumeau numérique de tout, d’une vis en métal à un réseau électrique entier.

Autodesk propose une explication complète du concept de jumeau numérique et de ses applications dans la vidéo ci-dessous :

Qu’est-ce qu’un inventaire numérique ?

Les inventaires numériques sont des bases de données des jumeaux numériques possédés par une entreprise. Ils sont à la fois des catalogues de pièces et, dans une certaine mesure, leur entrepôt. Un inventaire numérique peut remplacer (entièrement ou partiellement) un inventaire physique.

Chez la plupart des entreprises, l’inventaire est conservé dans un lieu physique : dans des tiroirs ou sur des palettes dans des entrepôts, par exemple. Lorsque le stock est épuisé, l’entreprise le renouvelle. Certains articles – les pièces détachées anciennes, par exemple – ne sont jamais utilisés, mais doivent quand même être stockés, au cas où.

Les inventaires numériques remplacent les stocks de pièces physiques par leurs jumeaux numériques. Si une pièce physique est requise, l’entreprise consulte son inventaire numérique, sélectionne le jumeau numérique, puis suit ses instructions de fabrication pour la produire, la transformant en quelque chose de physique.

How MRO is Unlocking Huge Opportunities for Digital Twins in Aviation - Aviation Today
Représentation visuelle d’un inventaire numérique. Source : GE Aviation

Avantages du passage à un inventaire numérique

Le passage à un inventaire numérique présente de nombreux avantages, dont la plupart sont liés d’une manière ou d’une autre à la réduction des coûts.

Tout d’abord, un inventaire numérique permet à une entreprise de réduire son volume de stockage ou d’entreposage. Certaines pièces physiques peuvent être remplacées par leur jumeau numérique – qui n’occupe aucun espace physique – permettant aux entreprises de réaffecter des budgets autrefois alloués au stockage.

Un autre avantage de la numérisation des stocks est sa capacité à se prémunir contre les fluctuations de l’offre et de la demande. Le jumeau numérique est permanent ; sauf défaillance massive du serveur, il ne peut s’épuiser. Les entreprises n’ont donc pas à s’inquiéter des niveaux de stock ou à dépendre de fournisseurs tiers (qui peuvent potentiellement fermer ou augmenter leurs prix). Inversement, les entreprises disposant d’inventaires numériques ne se retrouvent pas avec un surplus de pièces rendues indésirables ou obsolètes par les fluctuations du marché.

Représentation visuelle du concept de jumeau numérique. Source : Expleo

Cela nous conduit à un autre concept avantageux, la production à la demande, c’est-à-dire à la fabrication de pièces uniquement en fonction du besoin. En partant d’un fichier CAO numérique, les entreprises peuvent sélectionner certaines couleurs et matériaux et même ajuster le modèle selon les exigences du client. Cela est impossible avec des pièces physiques prêtes à l’emploi.

En outre, si le jumeau numérique contient toutes les instructions de fabrication nécessaires, la production peut être réalisée par du personnel non spécialisé, voire automatisée. Cette production simplifiée à la demande peut être considérée comme une forme de production agile (“lean manufacturing”).

Néanmoins, les pièces ne sont pas toutes de bons candidats à la numérisation. Certaines pièces ne peuvent être produites qu’avec des techniques de fabrication traditionnelles (non numériques) ; d’autres sont commandées à une telle fréquence qu’il est logique d’en conserver un inventaire physique.

Les pièces étant parfaitement adaptées au stockage numérique sont les pièces de niche, les pièces encombrantes et les pièces de rechange pour les produits anciens (comme une voiture classique), à longue durée de vie ou obsolètes (par exemple, un vieux modèle d’aspirateur). En somme, un bon candidat est une pièce produite en petites quantités et à basse fréquence.

Limites du passage à un inventaire numérique

Les entreprises qui envisagent de se dématérialiser ou se digitaliser devront évaluer les avantages par rapport aux limites et aux inconvénients potentiels.

L’un des inconvénients de l’utilisation d’un inventaire entièrement numérique est l’augmentation des délais : fabriquer une pièce à la demande est plus long que retirer une pièce préfabriquée d’une étagère. Par ailleurs, si les bibliothèques de pièces numériques réduisent la nécessité d’une inspection et d’un entretien réguliers, elles sont sensibles à des problèmes tels que la corruption des fichiers ou la suppression accidentelle.

Parmi les autres risques, citons les fluctuations des prix des matériaux et l’obsolescence potentielle du matériel ou des logiciels de fabrication. Certains de ces problèmes peuvent être atténués en équilibrant l’inventaire numérique et physique.

La numérisation 3D : une clé pour la mise en place d’un inventaire numérique

Pour les pièces conçues à l’aide d’un logiciel de CAO, la création d’un inventaire numérique est simple : il suffit de conserver les modèles 3D et les informations importantes les concernant (matériaux, numéro de série, etc.).

Pour les pièces fabriquées d’une autre manière (ou dont les fichiers CAO sont inaccessibles), les entreprises peuvent utiliser la numérisation 3D (scan 3D) pour faire de la rétro-ingénierie sur leurs pièces physiques. Certaines entreprises proposent le scan 3D, l’ingénierie inversée et la numérisation des stocks en tant que service B2B. D’autres fournissent des outils logiciels qui identifient intelligemment les pièces éligibles à la digitalisation.

Un scanner 3D utilise des lasers (ou de la lumière structurée) et des capteurs pour collecter des millions de points de données sur la surface d’un objet physique. Le résultat final de la numérisation 3D est un modèle 3D de l’objet, qui constitue la base d’un jumeau numérique.

De nombreux scanners 3D de toutes gammes peuvent être utilisés pour la rétro-ingénierie de pièces de cette manière. Toutefois, les pièces aux tolérances très étroites nécessitent un équipement de scan 3D à plus haute résolution et de qualité métrologique.

Les données de numérisation obtenues peuvent également être utilisées pour l’inspection des pièces, avec un logiciel spécialisé qui compare les données au fichier original et génère des rapports automatiques.

Une fois les numérisations 3D obtenues, la mise en œuvre d’un inventaire numérique fonctionnel peut être réalisée de différentes manières.

Dans sa forme la plus simple, un inventaire numérique pourrait simplement être un dossier contenant les fichiers 3D. Toutefois, des solutions plus avancées peuvent être trouvées via des logiciels de pilotage de la production (MES), des progiciels de gestion intégrés (ERP) et des progiciels de gestion du cycle de vie des produits (PLM). Ces solutions intègrent les inventaires numériques à d’autres systèmes internes tels que la gestion des commandes et la planification de la production.