20 applications/cas d'utilisation des jumeaux numériques par secteur d'activité
Avec l'essor de la virtualisation dans de nombreux secteurs, les solutions de jumeaux numériques s'imposent de plus en plus. Le marché mondial des jumeaux numériques devrait atteindre 74 milliards de dollars d'ici 2027, et la prolifération des technologies de l'Internet des objets (IoT) accélère cette croissance. 1
Découvrez 20 cas d'utilisation de jumeaux numériques :
Applications de jumeaux numériques
Chaîne d'approvisionnement
Les jumeaux numériques sont de plus en plus utilisés dans le secteur de la chaîne d'approvisionnement et de la logistique pour améliorer l'efficacité, réduire les coûts et optimiser la prise de décision.
1. Jumeau numérique de l'emballage du produit
Les jumeaux numériques permettent aux entreprises de créer des modèles virtuels de matériaux d'emballage et de les tester avant la production. Cela contribue à identifier les erreurs en amont, à évaluer la faisabilité des matériaux et à réduire les déchets.
2. Protection des envois
Les entreprises de logistique peuvent simuler différentes conditions d'expédition grâce aux jumeaux numériques. Cela permet de prédire le comportement des emballages sous contrainte et d'améliorer la sécurité des produits pendant le transport.
3. Conception et performance opérationnelle de l'entrepôt
Les jumeaux numériques permettent de tester l'agencement et les flux de travail des entrepôts dans un environnement virtuel. Les entreprises peuvent ainsi identifier les points de blocage, optimiser l'espace et améliorer leur efficacité opérationnelle globale avant de procéder à des modifications physiques.
4. Planification du réseau logistique
Un jumeau numérique des réseaux de transport intègre les informations relatives au trafic, à l'état des routes et aux travaux. Les entreprises peuvent utiliser ces données pour planifier les itinéraires de distribution, choisir les sites de stockage et améliorer la fiabilité des livraisons.
Construction
5. Surveillance des performances du bâtiment
Les entreprises de construction utilisent des jumeaux numériques pour surveiller en temps réel les performances des bâtiments et optimiser leur efficacité énergétique. Les données recueillies grâce à un jumeau numérique peuvent servir à la planification et à la conception des bâtiments futurs.
Soins de santé
Selon certaines informations, 66 % des dirigeants du secteur de la santé prévoient une augmentation des investissements dans les jumeaux numériques au cours des trois prochaines années. 2 Les jumeaux numériques peuvent aider les prestataires de soins de santé à virtualiser l'expérience des soins de santé afin d'optimiser les soins aux patients, les coûts et les performances.
6. Jumeau numérique d'un établissement de santé
La technologie des jumeaux numériques permet de générer un jumeau virtuel d'un hôpital afin d'analyser ses stratégies opérationnelles, ses capacités, ses effectifs et ses modèles de soins, d'identifier les axes d'amélioration, d'anticiper les difficultés futures et d'optimiser les stratégies organisationnelles. Ainsi, les jumeaux numériques d'hôpitaux peuvent servir à créer des répliques de l'établissement, ce qui permet :
- Optimisation des ressources : L’exploitation des données historiques et en temps réel relatives aux opérations hospitalières et à l’environnement (cas de COVID-19, accidents de la route, etc.) pour créer des jumeaux numériques permet à la direction de l’hôpital de détecter les pénuries de lits, d’optimiser les plannings du personnel et de faciliter la gestion des chambres. Ces informations améliorent l’efficacité des ressources et optimisent les performances de l’hôpital et du personnel, tout en réduisant les coûts.
- Par exemple, une étude de synthèse a montré que l'utilisation de jumeaux numériques pour gérer la coordination fluide de plusieurs processus a permis à un hôpital de réduire le temps de traitement des patients victimes d'AVC de. 3
- Gestion des risques : Les jumeaux numériques offrent un environnement sûr pour tester les changements de performance du système (effectifs du personnel, disponibilité des salles d'opération, maintenance des appareils, etc.), ce qui permet de mettre en œuvre des décisions stratégiques fondées sur les données dans un environnement complexe et sensible.
7. Jumeau numérique du corps humain
Les jumeaux numériques sont également utilisés pour modéliser des organes et des cellules isolées, ou encore le patrimoine génétique, les caractéristiques physiologiques et les habitudes de vie d'un individu, afin de créer une médecine et des plans de traitement personnalisés. Ces répliques des systèmes internes du corps humain améliorent les soins médicaux et la prise en charge des patients en :
- Diagnostic personnalisé :
- Les jumeaux numériques permettent la collecte et l'utilisation de données vitales (tension artérielle, saturation en oxygène, etc.) au niveau individuel, ce qui aide les personnes à suivre l'évolution de leurs pathologies chroniques et, par conséquent, à adapter leurs priorités et leurs interactions avec les médecins grâce à des informations essentielles. Ces données personnalisées constituent ainsi la base des essais cliniques et des recherches en laboratoire.
- En se concentrant sur chaque individu individuellement, les médecins ne fondent pas leurs traitements sur de vastes échantillons. Ils s'appuient plutôt sur des simulations personnalisées pour suivre les réactions de chaque patient aux différents traitements, ce qui améliore la précision du plan de traitement global. Malgré l'intérêt croissant et les efforts déployés en médecine personnalisée, il n'existe pas encore d'applications de jumeaux numériques pour les patients. L'un des centres spécialisés en médecine personnalisée est l'Université de Linköping en Suède, qui a modélisé l'ARN de souris pour créer un jumeau numérique et prédire les effets des médicaments. 4
- Planification du traitement : Grâce à la modélisation avancée du corps humain, les médecins découvrent la pathologie avant même que les troubles ne soient évidents, expérimentent différents traitements et améliorent la préparation aux interventions chirurgicales.
8. Jumeaux numériques pour le développement de la médecine et des dispositifs médicaux
Le jumeau numérique dans le domaine de la santé peut améliorer la conception, le développement, les essais et le suivi des nouveaux médicaments et dispositifs médicaux. Par exemple :
- Médicaments : Les jumeaux numériques de médicaments et de substances chimiques permettent aux scientifiques de modifier ou de reconcevoir les médicaments en tenant compte de la taille des particules et des caractéristiques de composition afin d’améliorer l’efficacité de l’administration.
- Dispositifs : Un jumeau numérique d’un dispositif médical permet aux développeurs de tester ses caractéristiques et ses usages, d’apporter des modifications à sa conception ou aux matériaux utilisés, et de vérifier l’efficacité de ces modifications dans un environnement virtuel avant sa fabrication. Cela réduit considérablement les coûts liés aux défaillances et améliore les performances et la sécurité du produit final.
Fabrication
Les jumeaux numériques sont principalement utilisés dans l'industrie manufacturière. Celle-ci repose sur des équipements coûteux qui génèrent un volume important de données, facilitant ainsi la création de jumeaux numériques. C'est pourquoi cette technologie est devenue un outil essentiel de planification de la production.
Les applications des jumeaux numériques dans le secteur manufacturier sont les suivantes :
9. Développement de produits
Les jumeaux numériques permettent aux ingénieurs de tester la faisabilité de leurs futurs produits avant leur lancement. En fonction des résultats de ces tests, ils peuvent démarrer la production ou se concentrer sur la création d'un produit viable.
10. Personnalisation du design
Grâce aux jumeaux numériques, les entreprises peuvent concevoir différentes variantes de leur produit afin de proposer des produits et services personnalisés à leurs clients.
11. Amélioration des performances en atelier
Un jumeau numérique peut être utilisé pour surveiller et analyser les produits finis et aider les ingénieurs à identifier les produits défectueux ou dont les performances sont inférieures aux prévisions.
12. Maintenance prédictive
Les fabricants exploitent les jumeaux numériques pour prédire les temps d'arrêt potentiels des machines, ce qui permet aux entreprises de minimiser les activités de maintenance sans valeur ajoutée et d'améliorer l'efficacité globale des machines, les techniciens intervenant avant qu'une panne ne survienne.
Cependant, l'utilisation de jumeaux numériques pour les tâches de maintenance prédictive n'est pas évolutive car il s'agit d'une réplique virtuelle spécifique à une machine et nécessite des talents coûteux en science des données pour construire et maintenir ces jumeaux.
Pour plus d'informations sur les applications des jumeaux numériques dans le secteur manufacturier, n'hésitez pas à consulter notre article sur l'IA dans la fabrication où nous expliquons chaque application d'IA.
13. Optimisation de l'usine intelligente
Les usines intelligentes utilisent des environnements riches en capteurs et des flux de travail pilotés par ces capteurs pour créer des jumeaux numériques en temps réel de lignes de production complètes. Cette approche permet des simulations et des boucles de contrôle pilotées par l'IA pour des tâches telles que la prévision logistique, la planification des trajectoires des robots, l'inspection des défauts et la maintenance préventive, le tout basé sur les conditions réelles de l'atelier.
Par exemple, Siemens et [nom de l'entreprise] se sont associés pour optimiser les usines intelligentes en créant des jumeaux numériques en temps réel des lignes de production. Leur solution utilise des serveurs RTX Pro équipés de processeurs Grace Blackwell, conçus pour les environnements industriels, afin d'exécuter des modèles d'IA jusqu'à 25 fois plus rapidement. Cela permet aux fabricants d'améliorer la robotique, le contrôle qualité et la maintenance prédictive. 5
Aérospatial
14. Prédiction des problèmes critiques
Avant l'avènement des jumeaux numériques, on utilisait des jumeaux physiques en ingénierie aérospatiale. Le programme Apollo 13, dans les années 1970, en est un exemple : les scientifiques de la NASA, sur Terre, pouvaient simuler l'état du vaisseau et trouver des solutions aux problèmes critiques rencontrés. Le concept de jumeau numérique a été introduit en 2002 par John Vickers, de la NASA.
Grâce aux jumeaux numériques, les ingénieurs peuvent utiliser l'analyse prédictive pour anticiper tout problème futur concernant la cellule, le moteur ou d'autres composants, afin de garantir la sécurité des personnes à bord.
Automobile
Le développement de nouvelles voitures se déroule en grande partie dans un environnement virtuel. L'industrie automobile utilise des jumeaux numériques pour créer le modèle virtuel d'un véhicule connecté. Les constructeurs automobiles exploitent cette technologie pour concevoir le véhicule idéal avant même le lancement de la production. Ils simulent et analysent la phase de production ainsi que les problèmes susceptibles de survenir une fois le véhicule en circulation.
15. Développement des voitures autonomes
Bien que les jumeaux numériques puissent être utilisés dans l'industrie automobile traditionnelle, ils s'avèrent particulièrement utiles pour les entreprises de véhicules autonomes . Ces dernières sont équipées de nombreux capteurs qui collectent des données sur le véhicule lui-même et son environnement.
Compte tenu des enjeux de responsabilité, la création et l'essai d'un jumeau numérique d'un véhicule autonome permettent d'identifier et de minimiser les dommages et blessures imprévus. Dans le secteur automobile, les jumeaux numériques rationalisent les essais et facilitent la maintenance conditionnelle.
Pour en savoir plus sur les applications des jumeaux numériques dans le secteur manufacturier, n'hésitez pas à visionner la vidéo du Dr Norbert Gaus, responsable de la R&D en automatisation et numérisation chez Siemens. Il y explique comment les jumeaux numériques contribuent à optimiser les processus de production et fournit des exemples concrets.
Vente au détail
16. Modélisation et simulations clients
Les détaillants peuvent créer des jumeaux numériques de leurs clients afin d'améliorer l'expérience client. Par exemple, ils peuvent proposer des vêtements adaptés à leurs clients en se basant sur ces modèles numériques.
Aujourd'hui, les entreprises utilisent les jumeaux numériques de diverses manières, du développement de produits à l'amélioration de leurs performances opérationnelles. Les prévisions de marché indiquent que les technologies de jumeaux numériques atteindront 273 milliards de dollars d'ici 2033, avec un taux de croissance annuel composé (TCAC) supérieur à 34 %. 6 Avec la prolifération des appareils IoT, la création de répliques numériques en temps réel des actifs et des opérations est devenue plus facile.
Architecture
En architecture, les jumeaux numériques aident les équipes à examiner et à affiner les conceptions avant le début de la construction. Les dessins 2D traditionnels et les maquettes 3D statiques rendent difficile le partage des intentions de conception. Des détails peuvent être négligés et les retours sont souvent tardifs. Les jumeaux numériques créent un environnement partagé et en temps réel où architectes, clients et entrepreneurs peuvent collaborer plus efficacement.
17. Revue de conception
Les architectes peuvent intégrer des maquettes de conception dans des environnements de réalité augmentée et de réalité virtuelle. Cela permet aux parties prenantes de visiter virtuellement un bâtiment, d'en examiner les détails et de donner leur avis en temps réel.
18. Visualisation de la conception
Les jumeaux numériques facilitent le test de plusieurs options de conception. Les équipes peuvent ainsi repérer les problèmes de conception plus tôt et ajuster leurs plans plus rapidement, réduisant ainsi les corrections ultérieures.
19. Réalité augmentée sur site
Sur les chantiers, les maquettes numériques peuvent être superposées à l'échelle réelle grâce à la réalité augmentée. Cela permet de communiquer clairement les intentions de conception et de réduire les malentendus lors de la mise en œuvre.
20. Assistance tout au long du cycle de vie
Les jumeaux numériques peuvent continuer à apporter de la valeur ajoutée après la construction. Dans les projets résidentiels, ils aident les propriétaires à comprendre les systèmes du bâtiment, à gérer la maintenance et à suivre les garanties au fil du temps. Cette approche se reflète dans des plateformes comme Digs, qui utilisent des jumeaux numériques basés sur l'IA pour faciliter la collaboration pendant la phase de pré-construction et pour aider les propriétaires à gérer la maintenance et les garanties une fois le bâtiment achevé. 7
Qu'est-ce qu'un jumeau numérique ?
Un jumeau numérique reproduit des systèmes ou des objets du monde réel dans un environnement numérique à des fins de surveillance ou de simulation. L'une des principales applications des jumeaux numériques est de permettre des simulations abordables et évolutives dans des environnements complexes.
La technologie du jumeau numérique utilise des capteurs IoT, des fichiers journaux et d'autres informations pertinentes pour collecter des données du monde réel et modéliser avec précision les actifs physiques. Ces modèles sont ensuite combinés à des outils d'analyse basés sur l'IA dans un environnement virtuel.
3 types de jumeaux numériques
Il existe trois principaux types de jumeaux numériques :
- Jumeaux numériques de produits : Le prototype numérique d’un objet physique permet de simuler des scénarios de fonctionnement afin d’anticiper les problèmes potentiels et d’optimiser la qualité du produit.
- Jumeaux numériques de processus : Les jumeaux numériques de processus, également appelés jumeaux numériques d’une organisation (DTO), peuvent aider à concevoir, planifier et améliorer les processus afin d’obtenir les meilleurs résultats.
- Jumeaux numériques : des répliques virtuelles de systèmes obtiennent les informations générées par ces systèmes afin de les gérer et de les optimiser.
Pourquoi les jumeaux numériques sont-ils importants aujourd'hui ?
Les jumeaux numériques peuvent améliorer les processus décisionnels des entreprises fondés sur les données, car ils s'appuient sur des données en temps réel et historiques pour simuler, diagnostiquer et prédire. Les entreprises utilisent cette technologie pour surveiller l'état de leurs actifs et adapter leurs systèmes afin d'optimiser leurs performances.
Selon une enquête, les organisations qui mettent en œuvre l'IoT utilisent déjà des jumeaux numériques (13 %) ou prévoient de les utiliser dans l'année (62 %). 8 Les jumeaux numériques sont utiles pour développer les villes intelligentes, les espaces urbains et les objets autonomes (AUT) .
Dans le cadre d'une étude bibliographique, des chercheurs ont collecté des publications académiques contenant l'expression « jumeau numérique » comme mot-clé sur une période de cinq ans. Parmi ces articles, les principaux cas d'utilisation des jumeaux numériques concernaient les espaces urbains et les villes intelligentes.
Comment fonctionne un jumeau numérique ?
Ces actifs numériques peuvent être créés avant même la construction physique d'un actif. Quel que soit le moment de sa création, le processus de création d'un jumeau numérique comporte des étapes fondamentales :
- Effectuez des recherches sur l'objet ou le système physique qui sera imité.
- Intégrer des capteurs aux actifs physiques ou surveiller les fichiers journaux et autres sources pour collecter les données des capteurs
- Toutes ces informations collectées sont intégrées au modèle virtuel grâce à des algorithmes d'IA.
- En appliquant des analyses à ces modèles, les data scientists et les ingénieurs obtiennent des informations pertinentes concernant l'actif physique.
Ces étapes fondamentales nécessaires à la création de simulations de jumeaux numériques comprennent des technologies majeures qui constituent les composantes de la quatrième révolution industrielle.
Quels sont les avantages des jumeaux numériques ?
Une tendance émergente consiste à utiliser des jumeaux numériques pour reproduire des organisations entières et simuler les résultats commerciaux :
- Réduction des coûts de maintenance grâce à la maintenance prédictive : les jumeaux numériques permettent aux entreprises d’identifier les sources potentielles de défaillance et ainsi de minimiser les interventions de maintenance à faible valeur ajoutée.
- Amélioration de la productivité : Gartner prévoit que les entreprises industrielles pourraient constater une amélioration de 10 % de leur efficacité grâce aux jumeaux numériques. Ceci s’explique par la réduction des temps d’arrêt grâce à la maintenance prédictive et par l’amélioration des performances grâce à l’optimisation.
- Des délais de production plus courts : IDC affirme que les entreprises qui investissent dans la technologie des jumeaux numériques constateront une amélioration de 30 % des temps de cycle des processus critiques, notamment les lignes de production.
Le jumeau numérique d'une organisation (JNO) élargit le périmètre traditionnel en répliquant les systèmes à l'échelle de l'entreprise. Les avantages dans ce domaine sont les suivants :
- Amélioration des résultats commerciaux : les jumeaux numériques permettent aux entreprises d’être plus résilientes face aux chocs grâce à des représentations virtuelles, ce qui peut se traduire par des relations clients plus durables et une rentabilité accrue.
- Amélioration de la satisfaction client : un jumeau numérique permet aux utilisateurs de mieux comprendre leurs services, les perturbations potentielles et les besoins des clients. Ainsi, les entreprises peuvent offrir des services plus performants et plus homogènes, ce qui améliore l’expérience client.
Données en temps réel et IA dans les jumeaux numériques
D’ici 2026, les jumeaux numériques deviendront plus dynamiques. Ce ne seront plus des modèles statiques, mais des mises à jour continues grâce aux données en temps réel et à l’intelligence artificielle.
Intégration de données en temps réel
Les jumeaux numériques exploitent les données en temps réel provenant de capteurs, de machines et de systèmes logiciels. Ces données permettent de maintenir la cohérence entre le modèle numérique et l'actif physique. Les réseaux plus rapides, comme la 5G, réduisent les délais, ce qui autorise une surveillance et un contrôle quasi instantanés dans des secteurs tels que la production et l'énergie.
Analyse pilotée par l'IA
L'IA permet aux jumeaux numériques de passer de la surveillance à la prédiction et à l'aide à la décision.
Les modèles prédictifs détectent les premiers signes de défaillance ou de problèmes de performance.
Les modèles génératifs simulent les états futurs possibles et les options de conception.
Les configurations multi-agents permettent aux jumeaux numériques d'agir indépendamment et de se coordonner avec d'autres systèmes, tout en laissant aux humains le contrôle des décisions critiques.
Écosystèmes et interopérabilité
Les jumeaux numériques fonctionnent de plus en plus au sein d'écosystèmes partagés. Les cadres sectoriels prennent en charge des modèles de données, des interfaces et des règles de sécurité communs. Cela facilite la connexion des jumeaux numériques entre les outils, les fournisseurs et les domaines, et réduit les silos de systèmes.
Quels sont les principaux outils de jumeaux numériques ?
Voici une liste de fournisseurs de jumeaux numériques, à l'exclusion des fournisseurs de jumeaux numériques d'organisations.
- Akselos
- Ansys Twin Builder
- Autodesk Digital Twin
- Suite IoT Bosch
- Éléments de contact pour l'IoT
- Flutura Science de la décision
- IoTIFY
- Oracle Cloud de surveillance de production IoT
- Prédix
- Créateur de jumeaux numériques ScaleOut
- Seebo
- Conseiller opérateur ThingWorx.
Conclusion
Les jumeaux numériques se sont révélés utiles pour reproduire, surveiller et optimiser virtuellement les systèmes du monde réel. Des usines et villes intelligentes à la santé et à l'énergie, ces cas d'usage illustrent comment les jumeaux numériques peuvent favoriser la prise de décisions fondées sur les données et améliorer les performances.
Leur succès repose toutefois sur des modèles précis, l'intégration de données en temps réel et une combinaison judicieuse de technologies d'IA. À mesure que l'adoption des jumeaux numériques se généralise, leur valeur dépendra d'objectifs clairs, d'une conception robuste et de leur intégration dans des stratégies numériques plus globales.
FAQ
L'intelligence artificielle (IA) et les jumeaux numériques se soutiennent mutuellement.
Les jumeaux numériques offrent des environnements simulés et sécurisés pour l'entraînement et le test des modèles d'IA. Ces environnements génèrent des données sans impacter les systèmes réels. Les ingénieurs peuvent ainsi tester des idées et sélectionner les modèles les plus performants avant leur mise en œuvre concrète.
L'IA renforce également les jumeaux numériques. Elle permet de traiter d'importants flux de données et de prédire les comportements futurs. Grâce à l'IA, les jumeaux numériques peuvent anticiper les pannes, faciliter la planification de la maintenance et comparer rapidement les options de conception.
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