Imaginez avoir une réplique virtuelle de vous-même que vous pourriez utiliser pour simuler des réactions ou certains comportements avant de les tester dans la réalité. Utile, n'est-ce pas ? Maintenant, projetez cela à un niveau professionnel. Et si vous pouviez avoir une copie numérique d'un produit sur lequel votre entreprise travaille pour tester son comportement dans différents scénarios et comprendre comment il pourrait être optimisé ?

Eh bien, il est possible d'accéder à ce métavers d'entreprise grâce à la technologie des jumeaux numériques (digital twins). Décomposons ce concept et voyons comment il peut aider les entreprises à obtenir un avantage stratégique.

Qu'est-ce qu'un jumeau numérique ?

Un jumeau numérique est une copie virtuelle d'un objet, d'un système ou d'un processus physique utilisé pour créer des simulations qui aident à prédire le comportement et à prendre des décisions mieux informées sur la performance et la maintenance. 

Voici une représentation simplifiée de son fonctionnement :

Cette technologie repose principalement sur :

• Collecte de données en temps réelLes données pertinentes concernant la fonctionnalité, la performance et l'environnement de l'objet physique sont continuellement recueillies par des capteurs intelligents et des dispositifs de l'Internet des objets (IoT). Ces données alimentent le jumeau numérique pour le rendre aussi précis que possible lorsqu'il reflète son homologue physique.
• Cloud ComputingAvant que les données collectées puissent être analysées, elles doivent être stockées. C'est là que le Cloud intervient en fournissant la technologie de stockage nécessaire pour garder de grands volumes de données en sécurité et accessibles.
• Intelligence Artificielle (IA) et Apprentissage Automatique (Machine Learning)Des algorithmes avancés d'IA et de ML permettent au produit virtuel d'apprendre à partir des données collectées et traitées en temps réel, ce qui permet l'analyse prédictive et l'identification des schémas de maintenance, l'automatisation des processus et l'optimisation, ainsi que la prise de décisions plus rapide avec une intervention humaine minimale.

Quelle est la différence entre une simulation et un jumeau numérique ?

Les deux sont des modèles virtuels qui ont l'intention de reproduire la réalité, mais la différence entre eux est fondamentalement une question d'échelle. 

Une simulation est un modèle beaucoup plus simplifié couramment utilisé pour étudier un scénario spécifique car il ne s'alimente pas en données en temps réel. 

Un jumeau numérique, en revanche, est un environnement virtuel beaucoup plus complexe qui peut continuellement apprendre à partir des données et créer un grand nombre de simulations pour étudier différents scénarios.

Exemples de jumeaux numériques dans différents secteurs

La technologie des jumeaux numériques est largement adoptée dans plusieurs secteurs, en particulier ceux axés sur les produits à grande échelle :

• Construction Des représentations numériques précises de bâtiments et de projets d'infrastructure aident les architectes et les entreprises de construction à visualiser le résultat, identifier les défis potentiels et optimiser la gestion des ressources avant même que la construction ne commence.
• TransportDes projets mécaniquement complexes comme la fabrication d'avions et d'automobiles tirent parti des jumeaux numériques pour construire efficacement chaque composant et maximiser leurs performances.
• ÉnergieLes répliques virtuelles de parcs éoliens ou de centrales solaires contribuent à des conceptions plus efficaces, des composants plus fiables et des coûts de maintenance réduits.
• SantéLes jumeaux numériques de patients et de leurs organes aident les experts médicaux à établir des diagnostics plus rapides et plus efficaces, développer des plans de traitement personnalisés et prédire l'évolution des maladies. Sur le plan technique, ils soutiennent également la formation et la simulation du personnel médical, favorisant ainsi l'innovation.
• Smart citiesLes urbanistes utilisent des jumeaux numériques pour modéliser les infrastructures de la ville comme les bâtiments, les ponts, les systèmes de transport, les espaces publics, les flux de circulation, la consommation d'énergie, etc.
• BanqueUne réplique numérique des processus et des systèmes des banques peut aider à simuler l'introduction de nouveaux services de support client ainsi qu'à surveiller la performance des équipements physiques (comme les distributeurs automatiques de billets), ce qui permet d'améliorer les services, les produits et l'expérience client.

 Saviez-vous que…

… Google Earth et Google Maps sont deux des exemples les plus notoires de jumeaux numériques. Ils répliquent tous deux la surface de la Terre en temps quasi réel. 

Imaginez que vous allez du point A au point B et que vous ouvrez Google Maps pour vérifier le meilleur itinéraire. Il traite alors les données de trafic en temps réel recueillies par les dispositifs IoT (comme les voitures avec des capacités GPS) en traçant l'itinéraire le plus rapide à ce moment précis.

Types de jumeaux numériques

Il existe différents types de jumeaux numériques en fonction de l'échelle du produit qu'ils tentent de reproduire et du domaine d'application. Ils peuvent coexister au sein du même système :

• Jumeau de composant Le plus petit exemple de jumeau numérique est une représentation d'une pièce unique (mais vitale) d'un système ou produit entier. Exemple : un piston ou une valve dans un moteur de voiture.
• Jumeau d'actif Un actif est ce que nous appelons un groupe de deux ou plusieurs composants travaillant ensemble. Ce type de jumeau numérique permet l'analyse de l'interaction entre ces composants. Exemple : le moteur d'une voiture.
• Jumeau de systèmeIl montre comment différents actifs fonctionnent ensemble pour former un système offrant de meilleures perspectives de performance. Exemple : toute la structure mécanique d'une voiture combinant moteur, suspension, etc.
• Jumeau de processus  À un niveau macro, ce type de jumeau numérique montre comment différents systèmes (l'objet étudié et son environnement) interagissent et travaillent ensemble pour former une installation de production ou une entité entière. Exemple : le processus de fabrication d'une voiture dans l'usine (ou même la voiture elle-même).

Pourquoi les entreprises bénéficient-elles des jumeaux numériques ?

La technologie des jumeaux numériques peut aider les entreprises à accroître leur productivité, leur innovation et leur compétitivité. Voici comment :

• Efficacité et performance accruesLes jumeaux numériques permettent aux entreprises de mener des recherches approfondies sur la conception et la performance d'un produit avant même que la production ne commence. Cela permet un processus de développement plus efficace et un produit final de meilleure qualité.
• Réduction du temps de mise sur le marchéUne conception de produit optimisée et un processus plus efficace signifient une utilisation minimale des ressources et du temps, de sorte que le produit atteindra les consommateurs beaucoup plus rapidement que s'il était développé sans l'aide d'un jumeau numérique.
• Meilleures capacités prédictivesEn analysant à la fois les données historiques et actuelles, les algorithmes de machine learning peuvent estimer les besoins de maintenance, prédire certains comportements ou problèmes avant même qu'ils ne se produisent, permettant aux entreprises de prendre des mesures préventives et de minimiser les temps d'arrêt.
• Surveillance à distance et continue Un jumeau numérique vous permet de surveiller à distance votre produit ou installation en permanence, ce qui réduit la nécessité d'allouer des ressources pour cette tâche spécifique.
• Durabilité environnementaleUn jumeau numérique est particulièrement utile pour réduire les déchets environnementaux, car l'étude de la conception du produit avant la production elle-même peut aider les organisations à optimiser l'utilisation des matériaux.
• Optimisation des coûtsTout ce que nous avons mentionné auparavant conduit à ceci : en améliorant l'efficacité et la performance, en prévenant les problèmes et les temps d'arrêt et en améliorant l'allocation des ressources, les entreprises peuvent réduire considérablement les dépenses opérationnelles.

Comment commencer avec la technologie des jumeaux numériques

Avant toute chose, certaines conditions doivent être remplies, à savoir :

• Avoir une infrastructure de données de haute qualité.
• Assurer la conformité avec les réglementations sur la confidentialité des données.
• Disposer d'une équipe multidisciplinaire et spécialisée pour maintenir cette infrastructure et tout ce qu'implique un jumeau numérique.

Ensuite, développer un jumeau numérique pour votre entreprise implique généralement 6 étapes :

1. Décider du type de jumeau qui répond le mieux à vos besoins.
2. Définir une feuille de route.
3. Créer un plan.
4. Concevoir et mettre en œuvre ce jumeau numérique.
5. Surveiller et améliorer.
6. Évoluer ou étendre les capacités du jumeau numérique.

Idéalement, une organisation commencerait par un jumeau numérique, puis travaillerait à en intégrer plusieurs interconnectés – en fonction de ce qui a du sens pour chaque entreprise/secteur.

Défis et développements futurs

Bien que les jumeaux numériques puissent offrir de nombreux avantages, ils font également face à plusieurs défis que la plupart des technologies d'IA et de l'IoT rencontrent :

• Intégrité des données : la précision et la qualité des données utilisées par les algorithmes de machine learning doivent être assurées en tout temps.
• Sécurité et confidentialité des données : les entreprises doivent se conformer aux lois sur la confidentialité et s'assurer que la technologie des jumeaux numériques est transparente et éthique.
• Capacités de l'infrastructure : l'infrastructure soutenant la technologie des jumeaux numériques doit être suffisamment robuste pour supporter la scalabilité (plus de données, plus d'espace de stockage, plus de puissance de traitement).
• Expertise : pour le moment, il n'est pas facile de trouver des professionnels qualifiés pour mettre en œuvre et gérer les technologies de machine learning et de big data.

Malgré ces défis, l'avenir des jumeaux numériques reste prometteur. À mesure que les technologies d'IA, de ML et de Cloud Computing mûrissent et évoluent, la création de jumeaux numériques pour soutenir les entreprises deviendra une solution plus accessible et rentable. En termes de performance, le ciel est la limite puisque les jumeaux numériques apprennent constamment à partir des données et développent de nouvelles capacités.

Selon le réputé ScienceDirect, "de plus en plus d'industries utilisent activement des solutions de jumeaux numériques pour la gestion du cycle de vie des actifs et des produits", il est donc "prévu que la technologie s'étendra à plus de cas d'utilisation, d'applications et d'industries" dans les années à venir.