Durabilité et disponibilité de gros gains pour les jumeaux numériques

L’armée américaine exploite la plus grande flotte d’avions au monde en pilotant plus de 13 000 avions, qui doivent tous être maintenus pour assurer la préparation à la mission. À mesure que la flotte vieillit, les taux élevés de disponibilité opérationnelle deviennent plus difficiles à atteindre et, récemment, les taux ont diminué. Cette situation est exacerbée par le nombre relativement faible d’avions de pointe dans la flotte dont l’état de préparation à la mission est parfois aussi faible que 50 %.

Cela a un impact significatif sur les combattants de deux manières critiques. Premièrement, avec plus d’avions en maintenance et plus de fonds consacrés au maintien en puissance, moins de capacités restent disponibles pour les combattants. En outre, moins de ressources sont consacrées aux efforts de modernisation, ce qui entrave la capacité des combattants à garder une longueur d’avance sur les menaces futures.

« Le défi de maximiser la disponibilité des actifs et d’optimiser les investissements de maintenance n’est pas unique aux militaires », note Robert Weiss, consultant Ansys et EVP & GM, Lockheed Martin Advanced Development Programs (Skunk Works) (Ret.). « Le secteur commercial, en particulier les industries de l’équipement industriel et de l’énergie, est également aux prises avec les meilleures pratiques pour maintenir des actifs opérationnels complexes de grande valeur qui peuvent être déployés pendant des décennies.

Une solution commune poursuivie par ces entreprises est les jumeaux numériques basés sur la physique, a expliqué Weiss. En fait, 50 % des grandes entreprises industrielles déclarent qu’elles prévoient d’utiliser des jumeaux numériques d’ici l’année prochaine. Par exemple, un leader mondial de l’équipement industriel utilise des jumeaux numériques pour effectuer la maintenance prédictive des machines, y compris des éoliennes. Cela aide les ingénieurs à décider s’il faut augmenter la puissance de la turbine ou la réduire pour éviter la surchauffe des moteurs.

Le secteur de l’aviation commerciale a signalé qu’un jumeau numérique pourrait améliorer les temps de cycle de maintenance, de réparation et de révision de 30 %. Une telle amélioration augmenterait certainement les statistiques de disponibilité opérationnelle et de préparation aux missions.

Sous une pression considérable pour améliorer les mesures de préparation et réduire les coûts de maintien en puissance – pouvant atteindre environ 70 % du coût global du cycle de vie d’un programme – 75 % d’une branche de cadres militaires américains seraient favorables aux jumeaux numériques.

Jumeaux numériques et durabilité

« En termes simples, les jumeaux numériques sont des répliques virtuelles des actifs physiques déployés », a déclaré Weiss. « Les deux sont connectés numériquement, ce qui permet aux données de performance et de santé de l’actif physique d’être connectées à son homologue virtuel, ce qui, à son tour, génère des informations prédictives et prêtes à la décision. Un jumeau numérique peut même être utilisé pour établir des « capteurs virtuels » dans les cas où les capteurs physiques d’un actif ne sont pas disponibles. Tout cela est utilisé pour réduire les incertitudes – et donc maintenir plus efficacement la flotte. »

Armés de ces informations, les responsables du maintien en puissance peuvent répondre à de nombreuses questions critiques : l’actif doit-il être amené pour la maintenance comme prévu ou peut-il être retardé en toute sécurité ? Un ajustement pourrait-il être fait sur le terrain pour garder la mission d’actif prête?

Peut-être que les dirigeants veulent un actif déployé pour effectuer une opération hors spécifications. Son jumeau numérique détermine rapidement la capacité de l’actif physique à effectuer la tâche, définit une enveloppe opérationnelle sûre et suggère les modifications requises.

Et si un actif doit rester sur le terrain pendant une période trop longue, son jumeau numérique prédit quand, comment et pourquoi l’actif devra être entretenu, évitant ainsi une planification temporelle potentiellement inutile.

« L’impact des jumeaux numériques va au-delà de l’actif et s’étend à la logistique », explique Weiss. » Cela a des implications importantes pour la préparation à la mission si un actif se déploie dans des endroits éloignés ou dangereux. En comprenant l’état d’un actif donné à un moment donné, les responsables du maintien en puissance peuvent anticiper les besoins de maintenance, en s’assurant que les bons composants et le bon personnel sont au bon endroit au bon moment, rendant réel le concept de maintenance basée sur l’état plus (CBM+). « 

CBM – parfois appelée maintenance prédictive (PdM) – est une méthodologie de maintenance qui utilise des capteurs pour évaluer la santé du système. Les informations sur la santé, en plus d’autres intrants, aident à piloter les activités de maintenance. Dans un environnement CBM, les plates-formes d’exploitation, les capteurs intégrés, les inspections et d’autres événements déclencheurs déterminent quand les tâches de maintenance réparatrice sont requises en fonction des preuves du besoin.

Combinés, ces avantages finaux conduisent à des opérations de maintien en puissance abordables et optimisées en termes de ressources et à des décisions éclairées par les données pour augmenter considérablement la disponibilité opérationnelle. Dans une évaluation de cas à usage unique de deux composants de moteur d’avion, une branche du service militaire américain a signalé des économies potentielles d’environ 42 millions de dollars par an en utilisant un jumeau numérique.

Pas n’importe quel jumeau numérique

La capacité prédictive et les avantages ultérieurs d’un jumeau numérique restent fondamentalement dépendants de la précision de ses fondements de modélisation et de simulation.

« Seules des simulations basées sur la physique peuvent obtenir la représentation la plus fidèle du comportement réel d’un actif », note Weiss.

Historiquement, les simulations détaillées basées sur la physique ont eu du mal à fournir les informations requises dans le délai exploitable requis par un actif opérationnel. La situation s’est grandement améliorée aujourd’hui. Les modèles d’ordre réduit basés sur la physique et le calcul haute performance permettent aux jumeaux numériques des organisations de fournir simultanément la fidélité et la vitesse requises, a observé Weiss.

« Le déploiement de jumeaux numériques à grande échelle n’a pas encore été réalisé, bien que les avantages pour les responsables du maintien en puissance, les opérations de maintenance et la préparation à la mission soient clairs », a déclaré Weiss. « Un jumeau numérique n’est aussi bon que les capacités de simulation sous-jacentes sur lesquelles il s’appuie. Les développements récents indiquent que l’ère du jumeau numérique basé sur la physique – offrant simultanément une fidélité et une vitesse extraordinaires – est à nos portes. »