Pour répondre au passage aux véhicules électrique, à l’augmentation de la demande de semiconducteurs, à l’onshoring de la fabrication et aux objectifs de développement durable, les fabricants investissent dans de nouvelles usines et réorganisent leurs installations existantes.
Ces projets dépassent souvent leur budget et leurs délais en raison des processus de planification complexes et manuels, des infrastructures technologiques héritées, ainsi que d’outils, de données et d’équipes déconnectés.
Face à ces défis, les fabricants optent pour les usines virtuelles et la numérisation. Une usine virtuelle qui repose sur des technologies comme les jumeaux numériques, l’écosystème Universal Scene Description (OpenUSD) et l’IA générative peut offrir de nouvelles possibilités, de la planification aux opérations.
Qu’est-ce qu’une usine virtuelle ?
Une usine virtuelle est la représentation précise d’une véritable usine. Ces jumeaux numériques d’usines permettent aux fabricants de modéliser, de simuler, d’analyser et d’optimiser leurs processus de production, leurs ressources et leurs opérations sans avoir besoin de prototypes physiques ou d’usine pilote.
Avantages des usines virtuelles
Les usines virtuelles offrent de nombreux avantages et possibilités aux fabricants, notamment :
- Communications simplifiées : au lieu des réunions en personne et des documents de planification statiques pour le suivi des projets, les usines virtuelles simplifient la communication et veillent à ce que les décisions critiques relatives à la conception et aux opérations soient alimentées par les données les plus récentes.
- Planification contextualisée : pendant la conception, la construction et la mise en service des installations, les usines virtuelles permettent aux parties prenantes du projet de visualiser les modèles au sein de l’ensemble de l’installation et du processus de production. Les équipes de planification et d’opérations peuvent comparer et vérifier en temps réel les structures construites par rapport aux modèles virtuels et réduire les coûts en identifiant les erreurs et en intégrant les retours dès le début du processus de révision.
- Conceptions d’usines optimisées : connecter des usines virtuelles à des simulations de processus et d’événements individuels permet aux équipes d’optimiser les installations pour la production, le flux de matériaux, l’ergonomie du travail, la sécurité et l’utilisation globale.
- Des opérations intelligentes et optimisées : les équipes d’exploitation peuvent intégrer leurs usines virtuelles avec des données de production utiles provenant de la technologie de l’Internet des objets à l’Edge et exploiter l’IA pour optimiser encore plus.
Usines virtuelles : un terrain d’essai pour l’IA et la robotique
Les développeurs en robotique utilisent de plus en plus les usines virtuelles pour former et tester l’IA et les systèmes autonomes qui fonctionnent dans des usines physiques. Par exemple, les usines virtuelles peuvent permettre aux développeurs et aux équipes de fabrication de simuler des travailleurs numériques et des robots mobiles autonomes (AMR), des agents d’IA de vision et des capteurs pour créer une carte centralisée de l’activité des travailleurs dans l’ensemble d’une installation. En fusionnant les données des caméras simulées avec le suivi de plusieurs caméras, les développeurs peuvent générer des cartes d’occupation qui indique sur les itinéraires optimaux des AMR.
Les développeurs peuvent également utiliser ces usines virtuelles précises pour former et tester des agents d’intelligence artificielle capables de gérer leurs flottes de robots, afin de s’assurer que les robots dotés d’une intelligence artificielle peuvent s’adapter à l’imprévisibilité du monde réel et pour identifier des configurations simplifiées pour la collaboration humain-robot.
Quelles sont les fondations d’une usine virtuelle ?
Pour créer des usines virtuelles précises à grande échelle capables d’offrir ces possibilités de transformation, il convient de réunir de nombreux outils, formats de données et technologies afin d’harmoniser la représentation du monde réel dans le monde numérique.
OpenUSD a d’abord été inventé par le studio d’animation Pixar. Il s’agit d’une collection d’outils et de capacités qui permettent l’interopérabilité des données dont les développeurs et les fabricants ont besoin pour atteindre leurs objectifs de numérisation.
Le principal avantage d’OpenUSD est sa souplesse de modélisation des données. Les données 3D peuvent être acceptées à partir d’applications sources et combinées à toute une variété d’autres données (logiciels de conception assistée par ordinateur, capteurs en direct, documentation et dossiers de maintenance) par le biais d’un pipeline unifié. OpenUSD permet aux développeurs de partager ces types de données entre différents outils de simulation et modèles d’IA pour fournir des informations à toutes les parties prenantes. Les données peuvent être synchronisées entre l’usine et le jumeau numérique pour donner accès aux responsables et aux équipes à des informations en temps réel.
En développant des solutions d’usine virtuelle sur OpenUSD, les développeurs peuvent améliorer la collaboration des équipes en leur permettant de revoir les plans, de discuter des opportunités d’optimisation et de prendre des décisions en temps réel.
Pour soutenir et accélérer le développement de l’écosystème OpenUSD, Pixar, Adobe, Apple, Autodesk et NVIDIA ont formé l’Alliance for OpenUSD, qui élabore des normes ouvertes pour l’USD en matière de spécifications de base, de matériaux, de géométrie, etc.
Cas d’utilisation industriels pour les usines virtuelles
Pour exploiter le potentiel des usines virtuelles, les leaders de l’industrie comme Autodesk, Continental, Pegatron, Rockwell Automation, Siemens et Wistron développent des solutions d’usine virtuelle qui interagissent avec OpenUSD et NVIDIA Omniverse, une plateforme d’interfaces de programmation d’applications (API) et de kits de développement de logiciels qui permettent aux développeurs de créer des applications pour des workflows complexes de numérisation industrielle et 3D basés sur OpenUSD.
FlexSim, une société Autodesk, utilise OpenUSD pour permettre aux équipes d’usine d’analyser, de visualiser et d’optimiser les processus du monde réel grâce à sa modélisation de systèmes et d’opérations complexes. Le logiciel de simulation d’événements individuels offre une interface intuitive de type « glisser-déposer » pour créer des modèles de simulation en 3D, tenir compte de la variabilité du monde réel, exécuter des scénarios de simulation et effectuer des analyses approfondies.
Les développeurs de Continental, l’une des principales sociétés allemandes de technologie automobile, ont mis au point ContiVerse sur OpenUSD et NVIDIA Omniverse, une application de planification d’usine et d’opérations de fabrication. Cette application permet à Continental d’optimiser l’implantation des usines et de planifier les processus de production de façon collaborative, ce qui devrait permettre de réduire de 13 % les délais de mise sur le marché.
En partenariat avec le fournisseur de services numériques et de conseil en informatique SoftServe, Continental a également développé Industrial Co-Pilot, qui associe des informations basées sur l’IA à une visualisation immersive pour fournir des conseils en temps réel et des analyses prédictives aux ingénieurs. De quoi réduire les efforts de maintenance et les temps d’arrêt de 10 %, selon les estimations.
Pegatron, l’un des plus grands fabricants de smartphones et d’électronique grand public, développe des solutions d’usine virtuelle sur OpenUSD pour accélérer le développement de nouvelles usines, minimiser les ordres de modification, optimiser les opérations et maximiser le débit de la chaîne de production dans les installations existantes.
Rockwell Automation intègre les API du Cloud NVIDIA Omniverse et OpenUSD à son logiciel de jumeau numérique Emulate3D pour offrir aux équipes de fabrication l’interopérabilité des données, la possibilité de collaborer en direct et la visualisation physique pour concevoir, construire et exploiter des jumeaux numériques de systèmes de production à l’échelle industrielle.
Siemens, une entreprise technologique majeure dans les domaines de l’automatisation, de la numérisation et du développement durable et membre de l’Alliance for OpenUSD, adopte les API Omniverse Cloud au sein de sa plateforme Siemens Xcelerator, en commençant par Teamcenter X, le logiciel de référence basé sur le cloud pour la gestion du cycle de vie des produits. De quoi aider les équipes à concevoir, construire et tester les produits, les processus de fabrication et les usines de nouvelle génération de manière virtuelle, avant qu’ils ne soient construits dans le monde physique.
Wistron, l’un des principaux fournisseurs mondiaux de services technologiques et un fabricant d’électronique, numérise les usines nouvelles et existantes avec OpenUSD. En développant des solutions d’usine virtuelle sur NVIDIA Omniverse, Wistron permet à ses équipes de collaborer à distance pour affiner les schémas d’implantation, optimiser la technologie de montage en surface et les lignes de test en circuit, et transformer les tests de produits à quai.
Grâce à ces solutions, Wistron a augmenté de 51 % l’efficacité de ses employés et réduit de 50 % la durée des processus de production. L’optimisation de l’implantation et la surveillance en temps réel ont permis de réduire les taux de rebuts de 40 %. En outre, le temps de construction de la nouvelle usine NVIDIA DGX de Wistron a été réduit de moitié, passant d’environ cinq mois à seulement deux mois et demi.
Pour en savoir plus sur le développement de solutions d’usines virtuelles avancées grâce à l’IA générative, consultez la page des cas d’utilisation relatifs aux usines virtuelles. Les développeurs peuvent commencer par une architecture de référence fournissant une vue d’ensemble des composants et des capacités à prendre en compte lors du développement de solutions d’usine virtuelle.
Commencez avec NVIDIA Omniverse en téléchargeant gratuitement la licence standard, accédez aux ressources OpenUSD et découvrez comment Omniverse Enterprise peut connecter votre équipe. Restez informé sur Instagram, Medium et X. Pour en savoir plus, rejoignez la communauté Omniverse sur les forums, le serveur Discord, les chaînes Twitch et YouTube.
Image diffusée avec l’autorisation de Siemens.