Les 10 bonnes pratiques pour les jumeaux numériques dans le secteur de l'énergie

Unity et Capgemini

Un partenariat international afin de permettre aux entreprises d'exploiter la valeur commerciale des expériences immersives et dans le métavers. Ensemble, nous tenons un rôle principal dans la conception et l'adaptation de solutions dans le métavers et de jumeaux numériques pour nos clients, afin de favoriser la convergence des mondes physique et numérique.

Les leaders du secteur énergétique ont partagé leurs bonnes pratiques à Houston, au cours de l'Energy Day, organisé par Unity.

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Résumé analytique

L'événement, organisé par Unity et Capgemini, a été le parfait exemple de collaboration et de partage d'idées sur des programmes d'experts en jumeaux numériques du secteur énergétique.

Des intervenants, membres d'entreprises telles que SLB, bp, Exxon et tant d'autres, se sont réunis pour discuter des problèmes rencontrés et pour partager 10 bonnes pratiques sur une configuration efficace des jumeaux numériques, afin d'encourager la transition énergétique.

Les bonnes pratiques évoquées au cours de cet événement s'étendent sur trois domaines principaux :

• L'importance d'une étude de cas complète des jumeaux numériques liée aux besoins des utilisateurs finaux
  Les participants ont discuté de l'étape essentielle qui consiste à garantir qu'un projet de jumeau numérique est élaboré à partir de la résolution d'un problème déjà existant pour un groupe d'utilisateurs. En outre, ils ont insisté sur le fait d'avoir soigneusement pris en compte des objectifs liés à des indicateurs de réussite, tels que le RSI (retour sur investissement), les critères ESG (environnementaux, sociaux et de gouvernance), etc.
• L'application de méthodes d'optimisation cohérentes et reproduisibles pour les données complexes
  Nos intervenants ont souligné la complexité de rassembler des données de différentes sources, et notamment les données CAO, BIM, de l'IdO et 2D, ainsi que de sources autres que numériques. Toutes ces éléments sont indispensables pour créer un jumeau numérique informatif et efficace. Le groupe a également parlé de la nécessité de préparer les données, afin de les optimiser pour leur application à un jumeau numérique.
• La garantie d'un développement et d'une évolutivité futurs des jumeaux numériques
  Ils se sont également penchés sur la difficulté de garder une « boîte noire » et d'élaborer un jumeau numérique en pensant au futur, pour avoir la certitude qu'il puisse interagir avec d'autres systèmes ou d'autres jumeaux, mais également qu'il puisse être entretenu et adapté.

Puisque les entreprises se concentrent sur leurs futurs objectifs de développement durable, d'augmentation de productivité et d'efficacité opérationnelle, leurs dépenses numériques (dont une majorité sur les jumeaux numériques) sont supposées doubler dans les cinq prochaines années. Selon ce rapport McKinsey, 80 à 90 % de l'énergie générée au niveau mondial sera renouvelable d'ici 2050. De nombreuses entreprises comptent sur la technologie des jumeaux numériques pour améliorer la collaboration et les prises de décision au cours de cette transition énergétique.

Le secteur de l'énergie se trouve en première ligne du passage aux jumeaux numériques, avec des pionniers dans ce domaine tels que SLB, bp, Enbridge et Exxon ouvrant la voie. Du jumeau virtuel d'une usine de traitement du gaz de SLB, en passant par le jumeau numérique d'optimisation de production par bp, le programme d'optimisation des systèmes par Enbridge, jusqu'au programme de formation en réalité étendue d'Exxon, les jumeaux numériques semblent être déjà très performants pour de nombreux cas d'usage. Les prochaines étapes à suivre seront élaborées en trouvant des solutions aux problèmes soulevés durant cet événement, afin de proposer un programme de jumeau numérique connecté et global. Il est également important de garder en tête l'intégration de nouvelles technologies telles que l'IA. Comme l'un des intervenant l'a justement souligné : « Nous pouvons soit aller vite individuellement, soit aller loin ensemble. » Dans ce domaine à développement rapide, la collaboration est la solution.

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Rubrique n°1 : étude de cas

« Le métavers industriel est l'endroit où vous pouvez obtenir toutes vos données IdO, celles de vos systèmes à partir d'ERP, de SAP et tous les différents éléments, réunis à la même place. Vous pouvez mettre tout ceci dans un format de visualisation, que ce soit en 3D ou en 2D. Ce qui est important, c'est de rassembler toutes vos données et de se concentrer sur l'aspect collaboratif. »

Les entreprises se précipitent souvent sur les nouvelles technologies, telles que les jumeaux numériques, sans pourtant avoir une stratégie bien définie. Ce qui peut engendrer rapidement des situations problématiques, telles des jumeaux numériques « boite noire » cloisonnés qui ne sont pas compatibles à d'autres systèmes, un manque de clarté au niveau des objectifs et/ou des solutions qui ne proposent pas vraiment d'améliorations réelles.

Nos intervenants ont fait part de leurs conseils à ce sujet :

Conseil n°1 : priorité à l'utilisateur
Le jumeau numérique doit être destiné à l'utilisateur. Commencez avec un petit groupe en ligne de mire (par exemple, une équipe sur site), comprenez leurs difficultés et élaborez une solution qui fonctionne pour eux. Lors du développement ultérieur du jumeau numérique, revenez toujours à ce principe initial pour vous éviter de tomber dans le piège d'investir dans un programme de jumeau numérique qui sera peu utilisé, car il ne « répondra pas aux besoins » des utilisateurs finaux.

Conseil n°2 : fixer des attentes réalistes
Une question revient fréquemment, et notamment de la part des cadres supérieurs, à propos du retour sur investissement (RSI) des jumeaux numériques. Dès le départ, soyez très clair sur vos objectifs souhaités et sur la façon dont vous allez vérifier qu'ils ont été atteints. Les membres de notre groupe ont partagé leurs difficultés à ce sujet, avec une discussion traitant spécifiquement de la réduction des coûts comme indicateur de mesure.

« Si l'une de vos pièces d'équipement lâche et que cela cause une explosion catastrophique, une fuite de pétrole ou même quelque chose d'aussi simple qu'une fuite de biocarburant ou autre, comment allez-vous mesurer cela ? Cela vous coûtera des centaines de milliers, voir de millions, de dollars pour la réparation, le nettoyage et tout le reste, alors qu'un simple entretien préventif ne vous en coûte que quelques centaines. »

En général, le fait de souligner un gain financier potentiel aura plus de chance de l'emporter auprès des décisionnaires.

Par exemple, une surveillance préventive et des alertes pour l'entretien peuvent réduire les temps d'arrêt en fournissant des données spécifiques aux employés sur un problème potentiel, sur des composants nécessitant une attention particulière, etc. Ces points peuvent être présentés aux décisionnaires, à l'aide des montants du coût journalier, en comparant le coût total du délai d'un temps d'arrêt antérieur pour une ressource spécifique, par rapport au scénario d'un jumeau numérique, proposant des instructions préventives précises en temps réel, pour réduire, voir même éliminer, les temps d'arrêt.

Conseil n°3 : déterminer les objectifs ESG (environnementaux, sociaux et de gouvernance)
De même, la solution est d'avoir des attentes claires en ce qui concerne le jumeau numérique. Par exemple, de quelle façon estimez-vous que cela aura une influence sur votre empreinte carbone et comment allez-vous mesurer ceci ?

Conseil n°4 : pensez aux renforcement des compétences de votre personnel et à l'acquisition de talents intersectorielle
Prévoyez d'élaborer, d'entretenir et de faire évoluer votre jumeau numérique en veillant à avoir les compétences adéquates au sein de votre entreprise. Vous voudrez certainement éviter les coûts supplémentaires de faire appel à des fournisseurs tiers à chaque fois que vous souhaitez effectuer des changements, régler des problèmes ou améliorer votre jumeau numérique.

Si vous avez besoin de recruter des ressources supplémentaires, ne négligez pas la possibilité de rechercher en dehors de votre vivier de talents habituel. Les développeurs travaillant dans des secteurs différents du vôtre, tels que le gaming, peuvent adapter facilement leurs compétences existantes.

« Les chances pour qu'une seule personne dispose de toutes les compétences nécessaires pour être cette unique source de connaissances sur les jumeaux numériques, sont très minces. Donc, quand vous étudiez les qualités des membres de l'équipe principale en charge des jumeaux numériques, ce sont vraiment des intégrateurs. Ils sont ceux qui vont parvenir à rassembler des personnes complètement différentes. Ils n'ont pas besoin de savoir comment toutes les pièces du puzzle fonctionnent, mais ils doivent savoir parler aux différentes parties pour pouvoir les rassembler. »

Conseil n°5 : former les personnes aux différents degrés de maturité des jumeaux numériques
Indiquer aux parties concernées les différents degrés de maturité des jumeaux numériques (voir le diagramme) vous permet d'avoir la certitude que les attentes sont claires vis-à-vis de ce que peut ou ne peut pas réaliser l'application.

La plupart du temps, la mise en place correspond au niveau 1 du jumeau virtuel et est décrit comme étant une représentation numérique en 3D physiquement précise et consciente au niveau spatial, d'une ressource ou d'une installation. À ce niveau, les jumeaux sont principalement une visualisation de données complexes (telles que des données BIM, CAO ou SIG) et sont particulièrement bien adaptés à la collaboration entre les équipes interfonctionnelles.

Les niveaux vont de 1 à 5, avec de nouvelles capacités au fur et à mesure de l'évolution, et notamment en ce qui concerne la fonctionnalité, l'intelligence et l'interconnectivité.

Le modèle de maturité d'un jumeau numérique décrit les différents degrés de complexité qu'un jumeau numérique peut atteindre.

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Rubrique n°2 : préparation des données

« Dans chaque aspect du jumeau numérique, que ce soit la simulation, les données, le regroupement ou la visualisation, nous devons obtenir la parfaite collaboration de tous ces éléments, afin de pouvoir créer des jumeaux numériques évolutifs et de les conserver tout au long du cycle de vie. Et tout commence avec les données. Chaque fragment de l'ensemble est une donnée. »

Chaque membre du groupe a reconnu de manière générale que la manipulation des données était un vrai casse-tête et que sans cette étape essentielle, la création d'un jumeau numérique était impossible. Quels sont donc les problèmes spécifiques rencontrés par nos participants ?

Conseil n°6 : préparation des sources de données pour les jumeaux numériques
Il existe énormément de différences entre les jeux de données : entre des dessins d'étude vieux de plusieurs dizaines d'années, en passant par différents types de fichiers CAO à la complexité diverse, jusqu'à l'absence totale de données dans certains cas. Dans le dernier exemple, les données sont créées grâce à des méthodes de numérisation telles que le Lidar ou la photogrammétrie.

Le défi consiste à rassembler toutes ces données diverses et à veiller à ce qu'elles soient compatibles non seulement avec la plateforme de jumeau numérique que vous avez choisie, mais aussi entre elles.

C'est à ce moment qu'intervient un outil de préparation et d'optimisation des données tel que Unity Pixyz. Le fait d'utiliser l'outil adéquat à cette étape permet de garantir l'optimisation de vos données pour votre jumeau numérique. Cela vous donne la possibilité de supprimer l'obstacle courant qui est le ralentissement du déploiement et, au final, de la performance de votre jumeau numérique, à cause de la disparité des données complexes.

Conseil n°7 : exploiter au mieux vos ressources existantes
Veillez à avoir à votre disposition toutes vos données déjà existantes et à en faire le meilleur usage. Par exemple, si vous avez accès à des données BIM pour une installation, utilisez-les dans votre jumeau numérique. Il existe une approche plus efficace que les recherches qui vont vous faire redoubler d'efforts. Vous pouvez par exemple lancer une étude de photogrammétrie pour capter toutes les informations relatives à une même installation.

Une des fonctions d'un jumeau numérique opérationnel est de surveiller l'état de votre équipement et de vous alerter lorsqu'un entretien est nécessaire.

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Rubrique n°3 : interopérabilité et évolutivité

« Nous nous sommes concentrés sur les composants, pour nous assurer de rassembler toutes les pièces du puzzle afin de créer un jumeau numérique. Ainsi, par exemple, si vous souhaitez un jumeau numérique pour votre squelette ou votre raffineur, vous pouvez regrouper les parties X, Y et Z. »

Conseil n°8 : éviter les solutions boîtes noires. Les problèmes des solutions « boîtes noires » ont été abordés. Dans cette situation spécifique, un jumeau numérique a été créé, souvent par un tiers externe, à l'aide d'un logiciel aux capacités de personnalisation limitées, et livré à l'entreprise. Il fonctionne plutôt bien normalement. Cependant, cela pose de nombreux problèmes, et notamment un manque d'accessibilité à la plateforme principale pour effectuer des modifications et des mises à jour. La nature même des solutions boîtes noires rend difficiles les interactions entre les jumeaux numériques au sein-même de l'entreprise, car il est possible qu'ils n'aient pas une structure similaire et qu'ils ne puissent pas se connecter facilement à d'autres sources de données.

Conseil n°9 : comment évoluer de manière efficace
En ce qui concerne l'interopérabilité, il est essentiel de garder un œil sur l'avenir. Les membres du groupe se sont tous accordés à dire que tous les programmes de jumeau numérique devraient offrir une possibilité d'évolution dans le futur, même si rien de pareil n'est prévu pour le moment à l'avenir. Cela peut signifier, par exemple, d'actualiser un jumeau existant pour le faire passer au degré de maturité supérieur, ou bien le développer davantage pour intégrer d'autres sources de données ou le connecter à d'autres jumeaux numériques. Pour que l'évolution soit efficace et performante, cette dernière devrait être prise en compte dès le début du programme, afin d'éviter tout problème ou coût supplémentaire.

Conseil n°10 : partager sa vision avec ses partenaires de programme
Pour garantir que votre programme de jumeau numérique dispose de l'évolutivité nécessaire dès le premier jour, il est conseillé de partager votre vision à long terme avec vos partenaires tiers. Quand toute les parties concernées sont au courant des objectifs de votre programme à court et à long terme, vous avez donc la possibilité de développer des jumeaux numériques qui sont véritablement interopérables et de ce fait, d'éviter les solutions boîtes noires sans possibilité d'évolution.

Un jumeau numérique est une représentation précise d'un site physique, afin de pouvoir l'analyser à l'aide de données exactes et actualisées.

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Prochaines étapes

« Ce dont il s'agit véritablement, c'est d'élaborer de vastes ensembles de données pour donner la possibilité aux machines de comprendre ce qu'elles observent. Il s'agit de relier les technologies. »

Technologies du futur

→ Intelligence artificielle (IA) et jumeaux numériques
Grâce au développement rapide de l'IA, il existe clairement des applications pour les jumeaux numériques. Comme observé dans le Modèle de maturité, l'IA et l'apprentissage automatique jouent un rôle de plus en plus important à partir du niveau 2 et au-delà.

Dans le contexte des jumeaux numériques, l'IA est incroyablement performante quand il s'agit de créer, d'analyser et d'interpréter d'énormes jeux de données. Les outils IA analysent un nombre impressionnant de données, récolté par les jumeaux numériques et sont capables de générer des prévisions sur les performances futures. Ces analyses permettent d'identifier les domaines où des améliorations sont nécessaires, de suggérer d'autres stratégies ou de donner des recommandations sur la façon de gérer au mieux différents scénarios.

Pour les jumeaux numériques les plus avancés, les outils IA et l'apprentissage automatique permettront de corriger des mesures préventives à appliquer, sans aucune intervention humaine et en réduisant ainsi les erreurs, en rationalisant les coûts et en optimisant la productivité.

En fin de compte, plus vous fournissez de données à un jumeau numérique de niveau 2 ou plus, plus il est autonome en matière de prise de décisions basées sur les données. Un jumeau numérique reposant que l'IA et disposant de données suffisantes, peut être formé à comprendre des résultats souhaités. Il s'agit de la base pour rendre autonome un jumeau numérique (de niveau 5 sur l'échelle de maturité), qui est capable de prévoir et d'intervenir sur des décisions plus efficaces.

Nos intervenants sont déjà en train d'étudier cette technologie :

« Dans l'avenir, nous pensons intégrer notre système géospatial, pour que les jumeaux, ce système et la géolocalisation puissent converger au même endroit. Cela revient au fait qu'un principe entier de données correspond à une intégration, à un système de systèmes et de s'assurer que nos systèmes représentent tout un paysage. »

« Nous étions en train d'essayer de trouver des solutions sans code ou avec peu de code. Comment pouvons-nous assembler les pièces d'un jumeau numérique avec un degré de personnalisation minimal ? Nous n'avons pas envie de créer une nouvelle solution pour chaque ressource. Nous voulons avoir la possibilité de la personnaliser et de la modifier. Nous souhaitons créer l'évolutivité, la modulabilité et la personnalisation de demain. »

« Si vos métadonnées sont correctes, vous pouvez classer vos éléments correctement. Si vous voyez un pylône et que vous avez également des escaliers, une allée ou des échafaudages, tous ces éléments n'ont pas besoin de s'entrecouper. Le modèle devrait avoir ces informations. Si vous disposez de métadonnées dans le jumeau numérique, vous pouvez le connecter à de l'IA. Si vous ajoutez des connaissances techniques, le jumeau numérique sera capable de déterminer ces éléments en sachant comment les différents éléments interagissent et de déduire le résultat. »

Le jumeau numérique d'un site opérationnel peut avoir plusieurs fonctions, telles que la formation à distance, l'entretien prévisionnel, la surveillance et les rapports.

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