Les jumeaux numériques transforment l’automatisation des usines intelligentes en répliquant virtuellement les environnements de production. Associés à l’intelligence artificielle et à des GPU puissants, ils permettent de simuler, surveiller et optimiser les processus en temps réel, réduisant les erreurs et améliorant l’efficacité opérationnelle. En réduisant les coûts d’arrêt de production et en accélérant l’innovation, cette technologie s’impose comme un levier essentiel pour les usines intelligentes de demain.
L’industrie 4.0 a révolutionné la manière dont les processus basés sur la CAO (Conception Assistée par Ordinateur) et la planification de la production sont conçus – les jumeaux numériques sont au cœur de cette transformation. Un jumeau numérique est une réplique virtuelle exacte d’un objet physique, d’une machine ou même d’une usine entière. Cette technologie permet aux entreprises de surveiller, de simuler et d’optimiser les processus de production en temps réel – sans interrompre les opérations. L’utilisation de jumeaux numériques permet de détecter et de corriger les erreurs avant qu’elles ne se produisent dans la réalité physique. Il en résulte une augmentation considérable de l’efficacité opérationnelle et de la sécurité.
Une étude menée par Cap Gemini montre que l’utilisation de jumeaux numériques peut augmenter les performances des systèmes de production de 25 %, tout en améliorant l’efficacité opérationnelle de 15 %. Les avantages économiques sont énormes : une seule journée d’arrêt de production peut coûter jusqu’à 250.000 euros. Grâce aux jumeaux numériques, les entreprises peuvent éviter de tels arrêts et s’assurer un avantage concurrentiel.
Le rôle de l’intelligence artificielle
La combinaison des jumeaux numériques avec l’intelligence artificielle (IA) apporte des avantages supplémentaires. L’IA peut analyser les données générées par les jumeaux numériques afin d’identifier les problèmes potentiels avant qu’ils ne surviennent. Elle permet également d’optimiser les processus de production grâce à l’analyse prédictive et à la prise de décision autonome. Dans l’industrie automobile, par exemple, cette technologie est utilisée pour tester les véhicules autonomes dans des environnements virtuels avant de les mettre sur la route.
Les défis de la mise en œuvre
La mise en place des jumeaux numériques s’accompagne toutefois de défis. Comme le souligne Frank Scheufens, Product Manager Visualisation Professionnelle chez PNY Technologies, les jumeaux numériques dépendent fortement de l’accès aux bonnes données. Les données nécessaires à la création d’un jumeau numérique varient en fonction du secteur et de l’application, mais elles comprennent souvent une combinaison de données d’architecture 3D, d’ingénierie, de produits et de géodonnées, ainsi que des métadonnées importantes. Ces données doivent être collectées et adaptées à partir de différentes sources telles que les systèmes de CAO, d’IAO (Ingénierie Assistée par Ordinateur), de PLM (Product Lifecycle Management), d’IoT (Internet of Things) et de robotique avant de pouvoir créer un jumeau numérique. Dans de nombreux cas, les données doivent même être générées au préalable, ce qui nécessite des compétences spécialisées et souvent des prestataires de services externes.
Pourquoi les entreprises françaises hésitent-elles ?
Bien que l’intérêt pour les jumeaux numériques soit grand, de nombreuses entreprises françaises hésitent à mettre pleinement en œuvre cette technologie. Les obstacles sont nombreux : des investissements initiaux élevés en passant par le besoin d’une expertise spécialisée, les raisons s’avèrent nombreuses et complexes. Les jumeaux numériques ne sont certes, pas une technologie nouvelle, mais l’intégration de composants, de capteurs et de robots avec l’intelligence artificielle est encore relativement récente. Les derniers processeurs graphiques (GPU), comme les GPU Ada Lovelace de NVIDIA, permettent de traiter ces simulations complexes. NVIDIA Omniverse, un outil de développement lancé il y a trois ans, a connu une évolution rapide et propose désormais de nombreux composants qui facilitent l’entrée dans le monde des jumeaux numériques.
Le rôle d’Omniverse dans l’automatisation des usines intelligentes
NVIDIA Omniverse joue un rôle clé dans le développement de jumeaux numériques tels que dans les villes intelligentes ou les usines intelligentes. Grâce à ses fonctions de planification et de simulation précises, il permet aux entreprises de concevoir et de tester des processus de production dans le monde virtuel. Cette notion est particulièrement importante pour optimiser les dispositions et les processus de production avant de les mettre en œuvre dans le monde réel. La possibilité de créer des jumeaux numériques avec Omniverse permet aux entreprises de travailler plus efficacement et de réagir plus rapidement aux changements du marché.
NVIDIA Omniverse ne remplace aucune des solutions logicielles courantes, mais sert d’interface centrale de données entre les différentes applications et offre aux API (Interface de programmation d’application), SDK (Kit de développement logiciel) et services la possibilité de mettre en relation le rendu, les simulations et l’IA avec les solutions logicielles courantes. Le serveur de fichiers inclus dans Omniverse est basé sur OpenUSD, un format de fichier très puissant qui bénéficie d’une grande notoriété et offre de nombreux avantages, notamment pour la représentation 3D. Ainsi, un nombre illimité d’utilisateurs peuvent accéder simultanément aux données et les modifier en toute sécurité. Cela constitue un grand progrès car rend superflue la conversion à long terme ou le chargement et le téléchargement de gros fichiers. Le nombre de membres de l’ « Alliance for OpenUSD » (AOUSD), une organisation à but non lucratif fondée par Pixar, Adobe, Apple, Autodesk et Nvidia, ne cesse d’augmenter, parmi lesquels de nombreuses entreprises connues comme Siemens, Bright Machines, Ansys, Intel, Microsoft et bien d’autres. Il est important de noter que le nombre d’applications qui peuvent profiter des avantages offerts par NVIDIA Omniverse augmente lui aussi.
Jumeaux numériques et productivité
Les jumeaux numériques offrent non seulement aux entreprises la possibilité de simuler virtuellement leurs environnements de production, mais aussi de les surveiller en continu. Grâce à une simulation précise et fiable, les processus de production peuvent être optimisés sans affecter les opérations réelles. Comme l’explique Frank Scheufens, l’utilisation de jumeaux numériques permet d’observer les systèmes physiques et les machines en temps réel et de détecter les problèmes à un stade précoce. Cela contribue donc de manière considérable à l’augmentation de l’efficacité opérationnelle.
L’un des principaux avantages des jumeaux numériques réside dans leur capacité à effectuer des expériences virtuelles avant d’introduire des changements dans la production. Les tests qui ont été mis en œuvre avec succès dans le jumeau numérique peuvent être transférés de manière fluide dans l’environnement de production physique, ce qui permet non seulement de gagner du temps, mais aussi de réduire la probabilité d’erreurs et de pannes.
L’utilisation de GPU professionnels et de l’IA générative
Pour le développement et l’optimisation de jumeaux numériques, les processeurs graphiques (GPU) puissants jouent un rôle crucial. Les GPU professionnels tels que la génération NVIDIA RTX 6000 Ada sont des outils indispensables, car ils fournissent une puissance de calcul considérable, nécessaire au traitement de simulations complexes. Ces GPU sont particulièrement utiles dans le domaine de l’intelligence artificielle générative, où les systèmes d’IA peuvent développer et optimiser des modèles et des processus de manière autonome.
L’IA générative permet aux ingénieurs non seulement de simuler des systèmes de production existants, mais aussi de concevoir de nouveaux designs et de nouvelles dispositions en fonction d’un grand nombre de variables. Ces approches basées sur l’IA offrent d’énormes avantages en matière d’automatisation, car elles permettent de développer des solutions innovantes tout en exploitant pleinement la capacité de calcul des GPU. Ces technologies sont particulièrement utilisées dans l’architecture et l’ingénierie pour créer des simulations réalistes et des processus optimisés qui permettent une planification et une production plus efficaces.
Les jumeaux numériques, quel avenir ?
La technologie des jumeaux numériques va continuer à s’imposer et devenir encore plus efficace et accessible grâce à l’utilisation de l’intelligence artificielle et de puissants GPU. Les entreprises miseront de plus en plus sur ces solutions afin de collecter des données en temps réel, d’optimiser les processus et de développer de nouvelles applications innovantes. Dans les domaines de l’automatisation, de l’architecture et de la fabrication en particulier, la combinaison des jumeaux numériques et de l’IA générative jouera un rôle clé dans la mise en place de processus de production encore plus efficaces et durables. Les entreprises qui souhaitent maintenir leur compétitivité à l’avenir ne pourront pas se passer des jumeaux numériques et de leurs possibilités.
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Par Frank Scheufens, Product Manager Visualisation Professionnelle chez PNY Technologies.
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