L'utilisation de jumeaux numériques pour optimiser les opérations

J'ai d'abord découvert le concept de jumeau numérique lorsque j'ai appris, il y a de nombreuses années, à utiliser le logiciel CadSim, mais à cette époque, il était appelé modèle de simulation dynamique.

Alors, qu'est-ce qu'un jumeau numérique ? – est-ce juste un nom mis à jour pour cela ? Apparemment, le terme a été utilisé pour la première fois en 2002 par Michael Grieves, alors professeur à l'Université du Michigan. Le terme a évolué au fil du temps, mais il est clair qu'il existe trois composantes importantes d'un jumeau numérique :

un modèle précis et détaillé du processus ;
un ensemble évolutif de données relatives au processus ;
un moyen de mise à jour ou d'ajustement dynamique du modèle en fonction des données.

Au cours des 10 à 15 dernières années, les progrès dans l'utilisation des historiens de données, des capteurs sans fil de l'Internet des objets, de l’infonuagique, des mégadonnées et de l'IA ont rendu les jumeaux numériques plus réalisables et plus précieux dans les environnements industriels. Les jumeaux numériques intégrant à la fois des modèles physiques et des modèles d'apprentissage automatique sont maintenant devenus un outil précieux dans la simulation des processus industriels, permettant la surveillance, l'optimisation et la prédiction en temps réel de systèmes complexes. Dans les pâtes et papiers, les jumeaux numériques peuvent aider à simuler des scénarios hypothétiques, à résoudre des problèmes, à améliorer l'efficacité, à réduire les déchets et à assurer une qualité constante des produits. Les données des capteurs et les modèles d'IA peuvent être utilisés pour prédire la défaillance de l'équipement avant qu'elle ne se produise. Un jumeau numérique est également un environnement de formation des opérateurs précieux.

Certains des domaines qui peuvent bénéficier d'être inclus dans un jumeau numérique :

Maintenance prédictive : surveiller les actifs tels que les lessiveurs, les raffineurs et les machines à papier, et prévoir les défaillances des pompes, des vannes ou des équipements rotatifs pour éviter les temps d'arrêt imprévus ;
Efficacité énergétique et des ressources : modéliser l'utilisation de la vapeur et de l'électricité pour trouver des opportunités de réduire les coûts énergétiques et optimiser l'utilisation de l'eau et des produits chimiques pour atteindre les objectifs de durabilité ;
Contrôle de qualité : prédire les caractéristiques du papier (par exemple, la résistance à la traction, la brillance, la douceur) en fonction des variables du processus.

On devrait toutefois préciser que la configuration et l'utilisation de jumeaux numériques présentent des défis. Il y a un investissement initial élevé en équipement et en temps, et un besoin de données en temps réel de haute qualité ainsi que la construction et la validation de modèles basés sur diverses stratégies d'IA. Cela nécessite une expertise en informatique et en ingénierie des processus des pâtes et papiers, ainsi qu'un engagement à utiliser et à maintenir le modèle de manière proactive (« utiliser-le ou perdez-le »). Les gestionnaires d'installations dotées d'un jumeau numérique doivent s'assurer de suivre la valeur créée par celui-ci, afin de justifier son utilisation continue.

Récemment, j'ai fait un tour à San Francisco avec Waymo, un service de taxi autonome qui est une filiale d'Alphabet. Ce fut une expérience impressionnante. Les véhicules Waymo utilisent un modèle 3D très détaillé des villes où ils opèrent (actuellement San Francisco, Los Angeles, Austin et Phoenix). Ils sont également alimentés par cinq capteurs lidar, 29 caméras et six radars sur chaque voiture pour numériser leur environnement. Il a fallu plus de dix ans pour développer ce processus consistant à amener les clients de A à B sans chauffeur, et les jumeaux numériques ont été inestimables pour accélérer ce développement.

Les jumeaux numériques peuvent être un moyen puissant de relever les défis complexes de la fabrication moderne. Alors que la technologie des capteurs, la technologie de l'IA et la connectivité continuent d'évoluer, le rôle des jumeaux numériques deviendra de plus en plus important dans l'innovation industrielle.

Martin Fairbank a travaillé dans le domaine de la foresterie depuis plus de 35 ans, y compris de nombreuses années pour un producteur de pâtes et papier et deux ans avec Ressources Naturelles Canada. Détenteur d'un PhD en chimie et d'une expérience en amélioration de procédés, développement de produits, gestion d'énergie et de production rentable, Martin est actuellement un conseiller indépendant basé à Montréal. Il a aussi publié Resolute Roots qui relate les 200 ans d'histoire de la compagnie Produits forestiers Résolu et de ses prédécesseurs. Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser.