Qu'est-ce qu'un jumeau numérique ?
Un jumeau numérique est une réplique virtuelle d'un objet ou d'un processus physique. Il peut collecter des informations de l'environnement réel afin de représenter, valider et simuler le comportement actuel et futur du jumeau physique. [1] L'utilisation d'un jumeau numérique est généralement liée à un avantage. On attend par exemple de l'utilisation d'un jumeau numérique une amélioration de la qualité des produits ou une augmentation de la disponibilité des installations.
Que signifie "économique" ?
Une installation ou, dans ce cas, un jumeau numérique est rentable lorsque l'output (la valeur ajoutée générée par le jumeau numérique) est supérieur à l'input. Pour simplifier, l'input peut être assimilé aux coûts occasionnés.
La littérature ne s'intéresse guère à la question de savoir si et quand un jumeau numérique est rentable. Il n'existe donc pas de base d'évaluation. Ici, le grand défi est justement pour les petites et moyennes entreprises que celles-ci ne veulent guère se lancer dans une expérience financière avec l'acquisition d'un jumeau numérique. La question est donc la suivante : comment déterminer les coûts d'un jumeau numérique ?
Comment déterminer le coût d'un jumeau numérique ?
Les coûts peuvent être déterminés de deux manières différentes. La manière la plus simple consiste à se fier au devis d'un fournisseur de système et à continuer à calculer avec celui-ci. La méthode la plus complexe consiste à déterminer les coûts à partir de zéro. Pour cela, trois blocs de coûts sont pertinents : Les coûts d'investissement (matériel et logiciels), les coûts de mise en œuvre (installation, mise en service, formation) et les coûts d'exploitation courante (coûts de licence, mises à jour, coûts énergétiques).
En plus de ces trois blocs de coûts, que l'on peut regrouper sous le terme de coûts directs, il existe également les coûts indirects. Les coûts indirects sont des facteurs qui ne peuvent pas être répercutés directement sur le jumeau numérique (par exemple, les coûts de cybersécurité).
Évaluation de l'utilité d'un jumeau numérique
Lors de l'évaluation de l'utilité d'un jumeau numérique, il faut mettre l'accent sur sa mission (utilité). Il peut s'agir par exemple de la réduction des rebuts ou de la réduction des temps d'arrêt lors de l'entretien de la machine.
Considérons concrètement le cas de l'entretien d'une installation de production / machine. Dans le cas d'une maintenance réactive, la machine n'est réparée qu'après un incident. En d'autres termes, dès qu'un incident survient, la machine est à l'arrêt pendant toute la durée des travaux administratifs ou de l'achat et de la livraison des pièces de rechange. Un jumeau numérique permet ici, selon l'approche de la maintenance prédictive, d'anticiper les retards administratifs et logistiques avant l'incident proprement dit. Cela est possible car le jumeau numérique reconnaît qu'un dommage se profile et peut initier les démarches correspondantes. L'avantage est la réduction du temps d'arrêt de la machine. Le temps d'arrêt restant correspond encore à la durée de la réparation. Le bénéfice est obtenu par la réduction du temps d'arrêt et l'augmentation de la productivité de la machine qui en résulte.
Méthode de calcul de l'utilité d'un jumeau numérique
Pour déterminer le rapport coûts/avantages de l'utilisation d'un jumeau numérique, on utilise le Life Cycle Costing (LCC). L'avantage du Life Cycle Costing est que les flux financiers peuvent être représentés dans la période où ils se produisent. Les intérêts composés sont également pris en compte. Le calcul du LCC peut se faire en deux étapes. Dans la première étape, un contrôle sommaire est effectué avec un nombre réduit de paramètres. Les paramètres typiques sont par exemple les coûts d'investissement directs, une partie des coûts d'implémentation et, pour les coûts courants, les coûts de licence et de mise à jour. Dès que la Net Present Value (NPV) d'un calcul LCC est positive, les exigences minimales pour l'investissement sont remplies.
Jumeau numérique - oui ou non ?
La décision de mettre en œuvre un jumeau numérique n'est pas un investissement universel et rentable dans tous les scénarios. Au contraire, il faut procéder à un examen et à une analyse approfondis pour déterminer si l'investissement spécifique en vaut réellement la peine. Les calculs effectués dans la section précédente montrent qu'un certain "sweet spot" est nécessaire pour justifier l'investissement. Ce "sweet spot" se réfère à une combinaison idéale de paramètres. En ce qui concerne les petites et moyennes entreprises, un jumeau numérique en tant que service pourrait être intéressant, car le risque et les coûts de développement peuvent être transférés à un fournisseur de systèmes. Il est toutefois important que les petites entreprises se penchent également sur la technologie du jumeau numérique. Cela ne peut pas se faire sans investissement, sans bénéfice immédiat. Il s'agit toutefois d'un investissement important pour l'avenir afin de garantir la compétitivité de l'entreprise.
Bibliographie
[1] M. Grieves, "Digital Twin : Manufacturing Excellence through Virtual Factory Replication", mars 2015.
[2] Siemens, SIMATIC Industrie-PC SIMATIC IPC427E Manuel d'utilisation. 2021. [En ligne]. Disponible sur : cache.industry.siemens.com/dl/files/190/109742190/att_898591/v1/ipc427e_operating_instructions_deDE_de-DE.pdf
[3] AEW Energie AG, "Electricité pour clients privés et commerciaux avec consommateurs pilotables". Juillet 2023. [En ligne]. Disponible sur : www.aew.ch/sites/default/files/2023-08/AEW_Comfort_2024.pdf
[4] D. Mourtzis, E. Vlachou, N. Milas, et N. Xanthopoulos, "A Cloud-based Approach for Maintenance of Machine Tools and Equipment Based on Shop-floor Monitoring", Procedia CIRP, vol. 41, p. 655-660, janv. 2016, doi : 10.1016/j.procir.2015.12.069.
À propos de l'auteur
Le professeur Markus C. Krack est responsable du domaine de recherche Smart Factory à l'Institut für Business Engineering de la Fachhochschule Nordwestschweiz à Brugg-Windisch. L'accent est mis sur le jumeau numérique. Parallèlement à ses activités de recherche, il dirige la spécialisation "Supply Chain & Production Management" dans la filière d'ingénierie économique et est responsable de la formation continue "CAS Digital Industry".
Prof. Markus C. Krack
Haute école spécialisée du Nord-Ouest de la Suisse
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