Méthode de conception intégrée d’un jumeau numérique d’équipement de production 4.0

Le jumeau numérique est un concept qui a été introduit par le professeur Grieves au début des années 2010, il propose un système composé de trois parties ; une entité physique, une entité numérique qui réplique l’entité physique et une connexion entre ces deux entités afin de répondre à des fonctions qui aide le concepteur ou l’utilisateur du système physique. Dans les récentes années, de nombreux chercheurs se sont penchés sur ce sujet, l’ont développé pour préciser sa nature, ses fonctions, ainsi que ses limites, mais peu se sont penché sur la manière avec laquelle il est possible de le mettre en œuvre concrètement. On trouve dans la littérature des exemples de jumeau numérique, mais les auteurs décrivent rarement le déploiement d’un jumeau numériqueSi le concept semble simple, sa mise en œuvre interroge et l'on peut légitimement espérer définir une méthode de déploiement effective.Ce travail a été mené en partenariat avec une entreprise : Hellomoov’. C’est une PME du secteur de la transitique. C’est une entreprise qui fabrique des systèmes de transfert industriel pour d’autres entreprises, leur souhait est de mettre en œuvre un jumeau numérique pour leurs systèmes de transfert. Le jumeau numérique doit apporter de nombreux services comme de l’aide à la conception, de l’aide à la fabrication, de l’aide à la maintenance, etc. Le jumeau numérique d’un tel système peut aussi être intéressant pour son utilisateur, grâce à de l’aide à l’exploitation ou de la maintenance prédictive par exemple.La méthodologie proposée ici est de mettre en place une architecture modulaire, où chaque module répond à une fonction grâce à un modèle de comportement (représentant un comportement du système), grâce à des données de configuration et grâce à des données provenant du terrain en utilisant la connexion dont le Dr Grieves parle. Une fois les besoins spécifiques de l’entreprise industrielle identifiés, on procède de manière itérative ; en commençant par un premier module, ensuite il faut créer la connexion entre les deux espaces et il est alors possible de rajouter les modules les uns après les autres. Cette méthode vise à un déploiement progressif pour permettre son acceptation par tous les niveaux de l’entreprise.Dans le cas spécifique de Hellomoov’, trois modules prioritaires ont été identifiés ; un simulateur de flux, une analyse des données pour la maintenance et un module de contrôle automatisé des sous-ensembles d’une ligne de transfert. Le simulateur a été développé sur un éditeur open source ce qui lui permet d’être très ouvert pour que de nouveaux éléments puissent facilement lui être adjoint. L’analyse des données provenant du terrain a montré qu’il était possible d’extrapoler au moins en partie l’état de santé de certaines pièces critiques du système et ainsi de prévoir des interventions quand nécessaires. Enfin, grâce un boitier électronique et aux données provenant du simulateur, Hellomoov’ est capable de programmer automatiquement le comportement des tous les sous-ensembles d’une ligne de transfert, rendant le contrôle simple et pilotable à distance.Une fois ces modules déployés, les entreprises peuvent étendre l’utilisation des données qui sont récoltées sur le terrain pour nourrir d’autres modules ainsi que pour améliorer ceux déjà existants considérant la mise en place d’un jumeau numérique. En effet, les données qui proviennent du terrain sont un reflet du comportement du système réel, elles peuvent donc aussi être utilisées pour améliorer et corriger les modèles de comportement qui répondent aux fonctions dans chacun des modules ; il s’agit ici de la suite à donner une fois que les modules sont déployés. Grâce à cette méthodologie, Hellomoov’ a pu implémenter l’architecture et des modules et ainsi obtenir ce que l’on peut considérer comme un premier jumeau numérique. Nous faisons l’hypothèse que d’autres entreprises similaires devraient donc pouvoir utiliser cette méthodologie pour implémenter un jumeau numérique aussi.