Un jumeau numérique est une représentation virtuelle d’un produit ou d’un processus physique, utilisée pour comprendre et prédire les caractéristiques de performance de la contrepartie physique. Les jumeaux numériques sont utilisés pour simuler, prédire et optimiser le produit et le système de production avant d’investir dans des prototypes physiques.
Un jumeau numérique est une représentation virtuelle ou une contrepartie numérique d’un objet, d’un système ou d’un processus physique. Il est créé à l’aide de données en temps réel, de techniques de simulation et de modélisation pour refléter le comportement, les caractéristiques et les performances de son homologue physique. Les jumeaux numériques sont utilisés dans divers secteurs, notamment la fabrication, les soins de santé, les transports et l’énergie, pour optimiser les performances, surveiller les opérations et faciliter la prise de décision.
Produits connexes : CAO NX | Logiciel de simulation Simcenter | Solid Edge
Les jumeaux numériques sont continuellement mis à jour avec des données en temps réel provenant de capteurs, d’appareils IoT et d’autres sources, fournissant une représentation précise de l’actif physique ou du système à un moment donné.
Les jumeaux numériques intègrent souvent des techniques de simulation et de modélisation pour simuler le comportement et les performances de l’actif physique ou du système dans différentes conditions. Cela permet l’analyse prédictive, l’optimisation et la planification de scénarios.
Les jumeaux numériques permettent une communication bidirectionnelle entre le modèle virtuel et son homologue physique. Cela signifie que les données et les informations issues du jumeau numérique peuvent éclairer les décisions et les actions dans le monde physique, et vice versa.
Les jumeaux numériques permettent de surveiller et de contrôler en temps réel l’actif physique ou le système à partir d’un environnement virtuel. Cela permet la surveillance à distance, le diagnostic et la maintenance prédictive afin d’optimiser les performances et de réduire les temps d’arrêt.
Les jumeaux numériques prennent en charge l’ensemble du cycle de vie d’un produit ou d’un système, de la conception et du développement à l’exploitation et à la maintenance. Ils peuvent être utilisés pour la validation de la conception, les tests, la formation et même le démantèlement.
Les jumeaux numériques facilitent la collaboration entre les différentes parties prenantes, telles que les ingénieurs, les opérateurs et le personnel de maintenance, en fournissant une plate-forme commune pour le partage des données, l’analyse et la prise de décision.
Les jumeaux numériques des processus et des équipements de fabrication permettent d’optimiser les calendriers de production, de prévoir les défaillances des équipements et d’améliorer l’efficacité globale.
Les jumeaux numériques des infrastructures urbaines, telles que les réseaux de transport et les services publics, peuvent optimiser la fluidité du trafic, gérer la consommation d’énergie et améliorer les services publics.
Les jumeaux numériques de la physiologie des patients et des dispositifs médicaux peuvent prendre en charge des plans de traitement personnalisés, surveiller les mesures de santé à distance et simuler des interventions chirurgicales.
Les jumeaux numériques des centrales électriques et des systèmes d’énergie renouvelable permettent d’optimiser la production d’énergie, de prévoir les défaillances des équipements et de gérer la stabilité du réseau.
Dans l’ensemble, les jumeaux numériques offrent un cadre puissant pour obtenir des informations, optimiser les performances et stimuler l’innovation dans divers secteurs en comblant le fossé entre les mondes physique et numérique.
En intégrant des capacités de simulation multiphysique, d’analyse de données et d’apprentissage automatique, les jumeaux numériques sont en mesure de démontrer l’impact des modifications de conception, des scénarios d’utilisation, des conditions environnementales et d’autres variables infinies, éliminant ainsi le besoin de prototypes physiques, réduisant le temps de développement et améliorant la qualité du produit ou du processus finalisé.
Pour assurer une modélisation précise sur l’ensemble de la durée de vie d’un produit ou de sa production, les jumeaux numériques utilisent les données des capteurs installés sur des objets physiques pour déterminer les performances en temps réel des objets, leurs conditions de fonctionnement et leurs évolutions au fil du temps. À l’aide de ces données, le jumeau numérique évolue et se met à jour en permanence pour refléter tout changement apporté à la contrepartie physique tout au long du cycle de vie du produit, créant ainsi une boucle fermée de rétroaction dans un environnement virtuel qui permet aux entreprises d’optimiser en permanence leurs produits, leur production et leurs performances à un coût minimal.
Les applications d'un jumeau numérique dépendent de l'étape du cycle de vie du produit qui est modélisée. D’une manière générale, il existe trois types de jumeaux numériques : Produit, Production et Performance, qui sont expliqués ci-dessous. La combinaison et l’intégration des trois jumeaux numériques au fur et à mesure qu’ils évoluent ensemble sont connues sous le nom de fil numérique. Le terme « fil » est utilisé parce qu’il est tissé et rassemble des données de toutes les étapes du cycle de vie du produit et de la production.
La modélisation de jumeaux numériques peut faire partie à la fois d’un logiciel de CAO (Conception Assistée par Ordinateur) et d’un logiciel de simulation, en fonction des fonctionnalités et des capacités spécifiques du logiciel en question.
Les logiciels de CAO sont principalement utilisés pour créer des modèles 3D détaillés d’objets ou de systèmes physiques. Dans le contexte des jumeaux numériques, les logiciels de CAO peuvent être utilisés pour créer la représentation virtuelle ou la géométrie de l’actif physique. Cela inclut la modélisation de la géométrie, de la structure, des composants et des assemblages de l’objet physique. Les logiciels de CAO se concentrent généralement sur la représentation géométrique et l’intention de conception, ce qui permet aux ingénieurs de créer des modèles virtuels précis de produits ou de systèmes.
Les logiciels de simulation, quant à eux, sont utilisés pour simuler le comportement et les performances des systèmes physiques dans diverses conditions. Les logiciels de simulation peuvent intégrer la modélisation des jumeaux numériques en intégrant des données en temps réel, des modèles basés sur la physique et des techniques de simulation pour créer une représentation virtuelle de l’actif physique. Cela inclut la simulation du comportement dynamique, des interactions et des caractéristiques de performance du système physique. Les logiciels de simulation se concentrent sur l’analyse et la prédiction du comportement du système en fonction des principes physiques sous-jacents.
Dans la pratique, la modélisation de jumeaux numériques implique souvent une combinaison de logiciels de CAO et de logiciels de simulation. Un logiciel de CAO est utilisé pour créer la représentation géométrique de l’actif physique, tandis qu’un logiciel de simulation est utilisé pour simuler le comportement et les performances du jumeau numérique. L’intégration entre les logiciels de CAO et de simulation permet aux ingénieurs de créer des jumeaux numériques complets qui représentent avec précision le système physique et son comportement dynamique. De plus, certaines plates-formes logicielles offrent des solutions intégrées qui combinent des capacités de CAO et de simulation en une seule plate-forme, permettant aux utilisateurs de passer de manière transparente de la conception à l’analyse dans le même environnement. Ces solutions intégrées permettent aux ingénieurs de créer, de simuler et d’optimiser des jumeaux numériques de manière plus efficace et efficiente.
Les logiciels de CAO Siemens NX et Siemens Solid Edge offrent tous deux des solutions intégrées qui combinent des capacités de CAO et de simulation. NX est une suite logicielle complète développée par Siemens Digital Industries Software, qui comprend des fonctionnalités avancées de CAO, FAO (fabrication assistée par ordinateur), IAO (ingénierie assistée par ordinateur) et PLM (gestion du cycle de vie des produits). Au sein de l’écosystème NX, il existe des solutions intégrées qui permettent une transition transparente de la conception CAO à l’analyse par simulation : Solid Edge est une suite complète d’outils logiciels de CAO développée par Siemens Digital Industries Software, conçue principalement pour la conception, la modélisation, le dessin et la gestion de l’assemblage de produits. Au sein de l’écosystème Solid Edge, il existe des solutions intégrées qui facilitent une transition transparente de la conception CAO à l’analyse de simulation :
NX CAD fournit des outils puissants pour la modélisation 3D, la conception d’assemblages, le dessin et la visualisation. Les ingénieurs peuvent créer des modèles géométriques détaillés de produits et de systèmes à l’aide de l’environnement riche en fonctionnalités de NX CAD. Cela sert de base à la modélisation des jumeaux numériques au sein de l’écosystème NX. NX CAE : NX CAE (Computer-Aided Engineering) est le module de simulation et d’analyse de NX, offrant un large éventail de capacités pour les simulations structurelles, thermiques, de dynamique des fluides, de mouvement et multiphysiques. NX CAE permet aux ingénieurs de simuler le comportement et les performances des jumeaux numériques dans diverses conditions de fonctionnement et scénarios de charge.
NX fournit un environnement de simulation intégré dans lequel les ingénieurs peuvent transférer de manière transparente la géométrie CAO vers NX CAE pour analyse. Cette intégration rationalise le flux de travail de simulation, permettant aux ingénieurs d’effectuer la validation, l’optimisation et l’analyse de la conception au sein de la même plate-forme logicielle.
NX offre des capacités de simulation multiphysique qui permettent aux ingénieurs de simuler les interactions entre différents phénomènes physiques, tels que la mécanique des structures, la dynamique des fluides, la gestion thermique et les effets électromagnétiques. Cela permet une analyse complète des jumeaux numériques qui impliquent plusieurs domaines de la physique.
NX comprend des outils d’optimisation de la conception et d’analyse de sensibilité, permettant aux ingénieurs d’explorer des alternatives de conception, d’améliorer les performances et d’atteindre les objectifs de conception. Les modifications de conception apportées à la CAO peuvent être automatiquement mises à jour dans le modèle de simulation, ce qui garantit la cohérence et la précision tout au long du processus de conception.
Dans l’ensemble, le logiciel de CAO de Siemens fournit des solutions intégrées qui combinent des capacités de CAO et de simulation, permettant aux ingénieurs de créer, de simuler et d’optimiser des jumeaux numériques de manière plus efficace et efficiente. Cette intégration améliore la collaboration, rationalise les flux de travail et accélère le développement de produits dans divers secteurs.
Contrairement aux jumeaux numériques traditionnels, qui sont principalement utilisés pour la surveillance et l’analyse, les jumeaux numériques exécutables sont des modèles actifs et dynamiques capables de répondre aux entrées, de simuler des scénarios et de prendre des décisions de manière autonome ou avec une intervention humaine. Le jumeau numérique exécutable (ou xDT). En termes simples, le xDT est le jumeau numérique sur une puce. Le xDT utilise les données d’un nombre (relativement) restreint de capteurs intégrés dans le produit physique pour effectuer des simulations en temps réel à l’aide de modèles d’ordre réduit. À partir de ce petit nombre de capteurs, il peut prédire l'état physique à n'importe quel point de l'objet, même dans des endroits où il serait impossible de placer des capteurs.
Les jumeaux numériques exécutables (xDT) sont capables de simuler le comportement et les performances de l’actif physique ou du système en temps réel. Ils peuvent répondre aux entrées, simuler différentes conditions de fonctionnement et interagir dynamiquement avec des systèmes externes ou des utilisateurs.
Les jumeaux numériques exécutables (xDT) peuvent prendre des décisions de manière autonome sur la base de règles prédéfinies, d’algorithmes ou de modèles d’apprentissage automatique. Ils peuvent analyser les données, prédire les résultats et prendre des mesures pour optimiser les performances ou répondre à des conditions changeantes.
Les jumeaux numériques exécutables (xDT) fonctionnent souvent dans un système de contrôle en boucle fermée, où les données en temps réel des capteurs et des actionneurs sont renvoyées dans le modèle virtuel pour ajuster les paramètres, optimiser les performances et maintenir les conditions de fonctionnement souhaitées.
Les jumeaux numériques exécutables (xDT) utilisent des techniques d’analyse prédictive et d’optimisation pour prévoir les comportements futurs, identifier les problèmes ou les opportunités potentiels et recommander des actions pour améliorer les performances ou atténuer les risques.
Les jumeaux numériques exécutables (xDT) exploitent les capteurs de l’Internet des objets (IoT), la connectivité et les algorithmes d’intelligence artificielle (IA) pour collecter des données en temps réel, analyser des modèles complexes et prendre des décisions éclairées. Ils peuvent également intégrer des modèles d’apprentissage automatique pour un comportement adaptatif et une amélioration continue.
Les jumeaux numériques exécutables (xDT) sont capables d’apprendre de l’expérience et de s’adapter aux changements de l’environnement ou des conditions d’exploitation au fil du temps. Ils peuvent continuellement mettre à jour leurs modèles, leurs paramètres et leurs stratégies en fonction de nouvelles données et de nouveaux commentaires.
Les jumeaux numériques exécutables trouvent des applications dans divers secteurs, notamment la fabrication, l’énergie, les transports, les soins de santé et les villes intelligentes. Ils permettent la maintenance prédictive, l’exploitation autonome, l’optimisation des processus et l’aide à la décision dans les systèmes complexes où la surveillance et le contrôle en temps réel sont essentiels. Dans l’ensemble, les jumeaux numériques exécutables représentent la prochaine évolution de la technologie des jumeaux numériques, offrant des capacités améliorées de simulation en temps réel, de prise de décision et d’optimisation des actifs et des systèmes physiques. Un jumeau numérique exécutable est une forme avancée de jumeau numérique qui représente non seulement une réplique virtuelle d’un actif ou d’un système physique, mais qui a également la capacité d’exécuter, de simuler et d’interagir avec le modèle virtuel en temps réel.
Un jumeau numérique exécutable basé sur la physique s’appuie sur des modèles mathématiques qui décrivent le comportement physique du système répliqué. Ces modèles sont généralement basés sur des principes fondamentaux de la physique, tels que la mécanique, la thermodynamique, la dynamique des fluides, l’électromagnétisme, etc. En résolvant les équations qui régissent ces phénomènes physiques, le jumeau numérique peut simuler le comportement du système du monde réel dans un environnement virtuel. Caractéristiques d’un jumeau numérique exécutable basé sur la physique
Le jumeau numérique intègre des modèles basés sur la physique qui représentent avec précision le comportement du système physique. Ces modèles peuvent inclure des équations décrivant le mouvement, le transfert de chaleur, l’écoulement des fluides, les circuits électriques, la mécanique des structures et d’autres phénomènes physiques pertinents pour le système modélisé.
Le jumeau numérique simule les processus physiques et les interactions au sein du système à l’aide de modèles basés sur la physique. Cela lui permet de prédire comment le système se comportera dans différentes conditions de fonctionnement, entrées et scénarios.
Un jumeau numérique exécutable basé sur des modèles physiques peut simuler le comportement du système physique en temps réel ou quasi réel. Cela permet une interaction dynamique et une prise de décision basée sur l’état actuel du système et de son environnement.
Les jumeaux numériques exécutables basés sur la physique fonctionnent souvent dans un système de contrôle en boucle fermée, où les données en temps réel des capteurs et des actionneurs sont utilisées pour ajuster les paramètres de simulation et contrôler le comportement du modèle virtuel. Cela permet au jumeau numérique de maintenir les conditions de fonctionnement souhaitées et d’optimiser les performances.
Les modèles basés sur la physique utilisés dans les jumeaux numériques exécutables doivent être validés et vérifiés pour garantir leur précision et leur fiabilité. Il s’agit de comparer les résultats de simulation avec des mesures réelles et des données expérimentales pour confirmer que le jumeau numérique représente fidèlement le système physique.
Bien que la modélisation basée sur la physique soit couramment utilisée dans les jumeaux numériques exécutables, il est important de noter que d’autres approches de modélisation, telles que la modélisation basée sur les données, les modèles empiriques ou les modèles hybrides combinant la physique et les techniques axées sur les données, peuvent également être utilisées en fonction des exigences et des contraintes spécifiques de l’application.
Le logiciel Simcenter™ combine de manière unique la simulation du système, l’IAO 3D et les tests pour vous aider à prédire les performances de tous les attributs critiques plus tôt et tout au long du cycle de vie du produit. En combinant les simulations physiques et les informations issues de l’analyse des données, Simcenter vous permet d’optimiser vos conceptions et de créer des produits innovants plus rapidement.
Aujourd’hui, les départements d’ingénierie doivent développer des produits intelligents qui offrent des fonctions mécaniques avec de l’électronique et des commandes. Ces produits doivent utiliser de nouvelles méthodes de fabrication et de nouveaux matériaux, mais aussi proposer de nouvelles conceptions et tout cela dans des délais toujours plus courts. Pour ce faire, les pratiques d’ingénierie actuelles en matière de vérification des performances des produits doivent évoluer vers une approche de jumeau numérique, ce qui vous permet de suivre un processus plus prédictif pour le développement de produits axés sur les systèmes.
Essayez gratuitement le logiciel d’expérience 3D Simcenter pendant 30 jours
Simcenter Engineering and Consulting Services
Les services d’ingénierie et de conseil Simcenter font face aux défis d’ingénierie les plus complexes et vous permettent de préserver l’équilibre entre les options technologiques de conception et les performances fonctionnelles.
Les jumeaux numériques sont utilisés dans divers secteurs, notamment la fabrication, les soins de santé, les transports et l’énergie, pour optimiser les performances, surveiller les opérations et faciliter la prise de décision.
Le jumeau numérique de production aide les fabricants à créer de nouveaux modèles commerciaux, à améliorer la collaboration entre les équipes et les organisations, à stimuler les processus, à augmenter la qualité des produits et de la production et à accélérer la mise sur le marché.
Permettez à la fabrication à l’aide d’un jumeau numérique de connecter l’intelligence en temps réel aux machines interconnectées de l’atelier, ce qui leur permet d’orchestrer et d’exécuter l’ensemble de la production de manière efficace.
Cette équipe a utilisé la gamme Xcelerator de Siemens pour concevoir, analyser et vérifier un ensemble jetable pouvant être fabriqué de manière additive et connectant en toute sécurité deux patients à un ventilateur.