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Wen Lisheng, Professeur à L'Université Donghua: Le Jumeau Numérique Est La Base De La Fabrication Intelligente De Vêtements

2022/5/10 15:01:00 0

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Digital Intelligent Manufacturing Wen Lisheng

China Garment intelligent Manufacturing Alliance

Deputy leader of the Expert Group

Prof. Wen Lisheng, Donghua University

I. le jumelage numérique que nous approuvons

Dans les années 1960, la NASA a mis en ?uvre le Programme Apollo, qui vise à effectuer des vols habités sur la Lune et des visites sur le terrain.La NASA a publié une feuille de route technologique pour la zone 11 en 2010 après la réussite du Programme ApolloLe concept de jumelage numérique est proposé pour la première fois.- Oui.Il est défini comme suit:Un jumeau numérique est une simulation intégrée d'un véhicule ou d'un système à plusieurs échelles physiques et spatiales, qui utilise le Modèle physique le plus efficace, la mise à jour des données des capteurs, l'historique du vol, etc., pour refléter l'état de vie de l'objet jumeau dans le vol correspondant.- Oui.

En 2002, le professeur Michael grieves, de l'Université du Michigan, aux états - Unis, a présenté une présentation à l'industrie pour la création du Centre PLM (Product Lifecycle Management).Le modèle conceptuel PLM est proposé pour la première fois.L'espace réel, l'espace virtuel, le flux de données de l'espace réel à l'espace virtuel, le flux d'information de l'espace virtuel à l'espace réel et la représentation du sous - espace virtuel apparaissent dans le modèle, comme le montre la figure 1.

Figure 1 modèle conceptuel initial de jumelage numérique et sa terminologie

Gartner, la société de recherche et de conseil en ti la plus faisant autorité au monde, a fait du jumelage numérique l'une des dix tendances stratégiques de la technologie en 2019. Sa description du jumelage numérique est que le jumelage numérique est l'incarnation numérique d'une entité ou d'un système dans le monde réel.

La définition recommandée par cimdata est la suivante: le double numérique (c. - à - D. le clonage numérique) est une description du système basée sur l'entité physique, qui peut créer, gérer et appliquer des données, des modèles et de l'information provenant de sources fiables tout au long du cycle de vie du système.

La définition du professeur Tao Fei de Beihang en Chine est la suivante: en tant que moyen clé de réaliser la cartographie bidirectionnelle, l'interaction dynamique et la connexion en temps réel entre la réalité virtuelle, le jumelage numérique peut cartographier les attributs, la structure, l'état, la performance, la fonction et le comportement de l'entité physique et du système au monde virtuel pour former un modèle dynamique multidimensionnel / Multi - échelle / Multi - quantité physique de haute fidélité afin d'observer le monde physique,La connaissance du monde physique, la compréhension du monde physique, le contr?le du monde physique et la transformation du monde physique constituent un moyen efficace.

Dans le livre blanc sur la technologie des jumeaux numériques (2019) publié en Chine en 2019, les jumeaux numériques sont définis comme suit: les jumeaux numériques sont des modèles numériques d'objets physiques existants ou futurs, qui peuvent détecter, diagnostiquer et prédire l'état des objets physiques en temps réel par des mesures, des simulations et des Analyses de données.Grace à l'optimisation de la performance et de l'état et à l'envoi d'instructions, le comportement des objets physiques est régulé, et l'apprentissage mutuel entre les modèles numériques pertinents est utilisé pour se développer, et la prise de décisions des parties prenantes dans le cycle de vie des objets physiques est améliorée.

La définition du Livre blanc sur l'application du jumelage numérique publié par l'Institut de normalisation du Ministère de l'industrie et des technologies de l'information en 2020 est la suivante: le jumelage numérique est un moyen technique de créer numériquement des entités physiques virtuelles, de simuler, de vérifier, de prévoir et de contr?ler l'ensemble du cycle de vie des entités physiques à l'aide de données historiques, de données en temps réel et de modèles d'algorithmes.

On peut voir qu'il existe de nombreux types de connaissances et de compréhension différentes sur le jumelage numérique ci - dessus, et qu'il n'y a pas encore de définition consensuelle unifiée, mais à partir de ces définitions, nous sommes plus d'accord avec la définition donnée par l'Institut de normalisation du Ministère chinois de l'industrie et des technologies de l'information, qui est plus précise, complète et facile à comprendre.

Structure et composition du système de jumelage numérique

Le cadre général du système de jumelage numérique est illustré à la figure 2, qui est donnée par l'Institut de normalisation du Ministère chinois de l'industrie et des technologies de l'information en 2020 et peut guider la construction et la mise en ?uvre du système de jumelage numérique.

Figure II???Architecture générale du système de jumelage numérique

Comme le montre la figure 2, l'architecture globale comprend deux parties: le cadre du système de jumelage numérique et l'objet physique. La partie supérieure est le cadre du système de jumelage numérique et la partie inférieure est l'objet physique.Les objets physiques sont utilisés dans ce diagramme pour exprimer la relation entre le monde jumeau numérique et le monde physique. Il ne s'agit pas d'un élément du cadre jumeau numérique- Oui.L'architecture numérique jumelle comprend les éléments suivants: modélisation numérique, mesure et contr?le, simulation analogique, analyse des données, actifs numériques et interaction homme - ordinateur.

En tant qu'industrie manufacturière, voir la figure 3 pour une meilleure compréhension de l'architecture des systèmes numériques jumeaux.L'objet physique de la figure 2 est ce que nous appelons habituellement le monde réel ou le monde physique (ou l'espace physique). Dans l'industrie manufacturière, il peut être compris comme le monde physique de l'entreprise composé de produits, d'équipements, de lignes de production, de matériaux, de personnes et d'autres éléments, et la partie cadre du système numérique jumeau peut être résolue par la modélisation, la simulation,L'analyse des données et d'autres technologies construisent le double monde virtuel numérique (ou cyberespace physique).Les deux mondes sont connectés par le Réseau pour cartographier les données en temps réel et contr?ler la rétroaction afin d'optimiser la production des entreprises du monde réel.

Source: industrie manufacturière de pointe???Figure IIIComposition du système de jumelage numérique

Principales techniques et caractéristiques du jumelage numérique

Technologie clé du jumelage numérique

Les technologies clés du jumelage numérique axé sur la fabrication comprennent la modélisation, la simulation, l'Internet des objets, le Big Data, l'intelligence artificielle, l'informatique en nuage, l'indice numérique, l'informatique de bord, la réalité virtuelle (VR / AR / Mr), le mes, le SIG, la Cao, La CAE, la Cam, le contr?le industriel, la cha?ne de blocs, etc., comme le montre la figure 4.

Figure IVTechnologie clé du jumelage numérique

De ces technologies, la plupart des technologies clés du jumelage numérique sont liées aux nouvelles technologies de l'information (nouvelles technologies de l'information), comme le montre la figure V.Newit a joué un r?le important dans la mise en ?uvre du jumelage numérique et l'application au sol- Oui.Par exemple, l'Internet des objets peut aider à transmettre des données jumelles en temps réel, de fa?on fiable et efficace par l'intermédiaire d'un réseau filaire ou sans fil.La technologie VR utilise l'infographie, le rendu des détails, la modélisation dynamique de l'environnement, etc., pour réaliser l'affichage visuel et dynamique du modèle virtuel sur les attributs, les comportements et les règles des entités physiques.La technologie ar et Mr utilise l'acquisition de données en temps réel, la capture de scène, le suivi et l'enregistrement en temps réel pour réaliser la synchronisation et la fusion du modèle virtuel et de l'entité physique dans l'espace - temps, et améliore la fonction de détection, de vérification et de guidage de l'entité physique par le complément du modèle virtuel.La technologie Edge Computing Peut filtrer, normaliser et traiter en temps réel certaines données recueillies dans le monde physique du c?té Edge, ce qui permet aux utilisateurs de prendre des décisions en temps réel, de réagir rapidement et d'exécuter en temps opportun.Le jumelage numérique au niveau du système et au niveau du système complexe exige une plus grande capacité de calcul et de stockage. L'informatique en nuage peut utiliser le mode de partage distribué à la demande, ce qui permet au jumelage numérique de répondre dynamiquement aux différentes exigences de calcul, de stockage et d'exploitation du jumelage numérique lorsqu'il utilise d'énormes ressources d'informatique en nuage et des centres de données.Les mégadonnées peuvent extraire plus d'informations précieuses des données massives générées par le jumelage numérique à grande vitesse afin d'interpréter et de prévoir les résultats et les processus des événements réels.Blockchain peut fournir une garantie fiable pour la sécurité du jumelage numérique, et peut assurer que les données jumelées ne peuvent pas être altérées, laisser des traces dans l'ensemble du processus, être tra?ables, etc.;Grace à l'algorithme optimal d'appariement intelligent, l'intelligence artificielle peut automatiquement effectuer la préparation, l'analyse et la fusion des données sans la participation d'experts en données, effectuer l'exploration approfondie des connaissances sur les données jumelles, et générer divers types de services.

Source: Alliance des services de fusion à deux niveaux figure 5 relation entre le jumelage numérique et newit

La prémisse de l'application de jumelage numérique est le modèle de chaque lien et une grande quantité de données. Comment générer, échanger et transférer des données similaires à la conception, la fabrication, l'exploitation et l'entretien du produit?Comment assurer un flux continu de données entre des systèmes relativement indépendants?Ce sont les problèmes que les indices numériques doivent résoudre.Par conséquent, la technologie de l'indice numérique est également l'une des technologies clés du jumelage numérique.Les indices numériques sont parfois appelés fils numériques, liens numériques, lignes principales numériques, etc.Cimdata a défini les indices numériques comme suit: les indices numériques se réfèrent à un cadre d'interaction de l'information qui permet de percer des points de vue commerciaux à puits multiples originaux et de relier les flux de données interconnectés et les vues intégrées des données du cycle de vie complet de l'équipement.- Oui.Par conséquent, l'indice numérique est un pont entre le monde physique réel et le monde virtuel numérique, comme le montre la figure 6.

Source: indice numérique de la figure VI de l'industrie manufacturière de pointe

Caractéristiques typiques et idéales du jumelage numérique

Le jumelage numérique présente les caractéristiques typiques suivantes:

InteropérabilitéLes objets physiques et l'espace numérique dans le jumelage numérique peuvent être cartographiés bidirectionnellement, interactifs dynamiquement et connectés en temps réel, de sorte que le jumelage numérique a la capacité de cartographier les entités physiques avec divers modèles numériques, et a l'équivalence de transformer, fusionner et construire des représentations entre différents modèles numériques;

ExtensibilitéLa technologie de jumelage numérique a la capacité d'intégrer, d'ajouter et de remplacer des modèles numériques et peut être étendue au contenu de modèles à plusieurs échelles, à plusieurs niveaux physiques et à plusieurs niveaux;

Temps réelLa technologie du jumelage numérique exige la numérisation, c'est - à - dire la gestion des données d'une manière qui peut être reconnue et traitée par ordinateur pour caractériser les entités physiques qui changent avec l'axe temporel.Les objets représentés comprennent l'apparence, l'état, l'attribut, le mécanisme interne et la cartographie numérique du corps virtuel qui forme l'état en temps réel de l'entité physique.

FidélitéLa fidélité du jumeau numérique fait référence à la description de la proximité entre le modèle de corps virtuel numérique et l'entité physique.Le corps virtuel et l'entité doivent non seulement maintenir la simulation de hauteur de la structure géométrique, mais aussi simuler l'état, la phase et le temps.

Boucle ferméeLe corps virtuel numérique dans le jumeau numérique est utilisé pour décrire le modèle visuel et le mécanisme interne de l'entité physique, afin de faciliter la surveillance des données d'état de l'entité physique, l'analyse et le raisonnement, l'optimisation des paramètres de processus et de fonctionnement, et la mise en ?uvre de la fonction de décision, c'est - à - dire donner un cerveau au corps virtuel numérique et à l'entité physique.

La connaissance et la pratique du jumelage numérique ne peuvent être séparées de l'objet spécifique, de l'application spécifique et de la demande spécifique, comme un produit, un équipement, une ligne de production, un atelier, etc.Ils présentent des caractéristiques différentes à différents stades, ce qui nous oblige à partir de l'application et de la résolution de problèmes pratiques, le processus d'application n'exige pas nécessairement que le ? jumelage numérique ? établi ait toutes les ? caractéristiques idéales ?, tant que les besoins des utilisateurs peuvent être satisfaits.Le tableau 1 présente les caractéristiques idéales du jumelage numérique sous différents angles, ce qui mérite d'être mentionné dans l'application.

Tableau 1 caractéristiques idéales des jumeaux numériques basées sur différentes perceptions

Le jumeau numérique est la base de la fabrication intelligente

La technologie de jumelage numérique appliquée dans le domaine de la fabrication intelligente, dont la technologie de base est le système de production de fusion physique de l'information (CPPS), est illustrée à la figure 7.Le système de production de fusion de la physique de l'information est l'application du système de physique de l'information (CPS) dans le domaine de la production. Il s'agit d'un système technologique intelligent multidimensionnel.Basé sur le Big Data, l'intelligence artificielle, le réseau et l'informatique en nuage, le système de production de fusion de la physique de l'information intègre et coopère organiquement l'informatique, la communication et le contr?le par des moyens techniques tels que la perception intelligente, l'analyse, la prévision, l'optimisation et la coopération.L'information obtenue est combinée à la performance physique de l'objet pour former une fusion profonde, une interaction en temps réel, un couplage mutuel et une mise à jour en temps opportun de l'espace virtuel et de l'espace physique, et pour construire un miroir virtuel de l'entité dans l'espace réseau.Grace au fonctionnement et à l'analyse de l'auto - perception, de l'auto - mémoire, de l'auto - reconnaissance, de l'auto - prise de décisions et de l'auto - reconstruction, le système de production peut être numérisé, intelligent et en réseau.

Source: fabrication intelligente im figure 7 jumelage numérique et fabrication intelligente

Le système de fabrication intelligent basé sur le jumelage numérique est un système de fabrication intelligent prédictif.Comme vous le savez, le problème de la fabrication intelligente est la défaillance de l'équipement et de l'appareil. Au fil du temps, l'équipement s'usera et les performances diminueront, ce qui finira par causer des pannes et des arrêts.La fabrication intelligente prédictive peut réduire les co?ts d'entretien et de production en saisissant l'état réel de l'équipement, non pas en effectuant des réparations d'urgence après une défaillance, ou en rempla?ant prématurément les pièces réutilisables inutilement, mais en adoptant des réparations planifiées.Savoir quand l'équipement peut échouer permet d'organiser raisonnablement le plan d'entretien, de réaliser l'entretien ? à temps ?, de maximiser la disponibilité de l'équipement et de prolonger son temps de fonctionnement normal, et d'améliorer l'efficacité de l'exploitation de l'usine.En combinant le mode de désintégration de l'équipement et l'évaluation de l'état en temps réel avec le contr?le du processus de traitement, nous pouvons assurer la stabilité de la qualité du produit et passer à une fabrication intelligente sans inquiétude lorsque la performance de l'équipement ou du système change avec le temps.

La Chine s'attend à ce que la fabrication intelligente soit réalisée par l'intégration de la physique de l'information, de ? l'industrialisation conduit à l'industrialisation et l'industrialisation favorise l'informatisation ?, à l'intégration et à l'intégration profonde de ? l'intégration et l'évolution ? de ? made in China 2025 ?.Le jumelage numérique n'est pas seulement la base de la construction du système CPS, mais aussi une technologie habilitante de fabrication intelligente.On peut dire qu'il n'y a pas de jumelage numérique, pas de CPS, pas de fabrication intelligente.Le jumelage numérique est la ? base ? de la fabrication intelligente à l'avenir, et il sera très prometteur dans la pratique de la fabrication intelligente.

La double approche numérique de la fabrication intelligente de vêtements

Gartner a publié un livre blanc sur l'industrie de l'Internet, How to help Enterprises Create Value with Digital Twins (ci - après dénommé ? Livre blanc?), qui prévoit que le jumelage numérique sera un moteur important de la transformation des entreprises et de la création de valeur à l'avenir.D'ici 2021, la moitié des grandes entreprises manufacturières utiliseront le jumelage numérique, ce qui augmentera leur efficacité de 10%.D'ici 2024, plus de 25% des nouveaux jumeaux numériques seront adoptés en tant que fonctionnalité pour les nouvelles applications commerciales lot.

La technologie du jumelage numérique a attiré notre attention parce qu'elle peut être utilisée directement dans les usines de fabrication intelligentes de vêtements.La technologie du jumelage numérique est également un élément important de la pratique des usines intelligentes de vêtements.La fa?on dont nous utilisons la technologie du jumelage numérique pour réaliser la fabrication intelligente de vêtements est la suivante: à partir de la virtualisation numérique (c. - à - D. la construction d'un modèle de simulation) de l'équipement physique de traitement de vêtements (c. - à - D. l'entité de l'équipement), avec le développement et l'application continus de nouvelles technologies de l'information, telles que l'intelligence artificielle, les mégadonnées et l'informatique en nuage, le jumelage numérique passera progressivement de la virtualisation numérique de l'équipement à la virtualisation numérique de la ligneDéveloppement de la virtualisation numérique des ateliers et de la virtualisation numérique des usines.Dans le processus de virtualisation numérique de ces entités physiques, il est nécessaire de réaliser progressivement l'auto - adaptation et l'auto - décision du jumelage numérique à l'équipement physique et au processus de ligne de production par le calcul analogique répété, la production indépendante de la base de données et l'utilisation de technologies d'intelligence artificielle telles que L'apprentissage profond.Lorsque de nouveaux changements se produisent dans les exigences de production et les scénarios d'affaires, la cartographie virtuelle et réelle et l'interconnexion des entités physiques par le jumelage numérique (se référant au téléchargement et à la diffusion d'informations de données en temps réel), comme le montre la figure 8, le processus de production peut compléter l'ajustement intelligent adaptatif, puis réaliser l'usine intelligente de vêtements dans le vrai sens.

Figure 8 Planification conceptuelle de la fabrication intelligente pour la technologie de jumelage numérique

L'équipement physique (monde physique) de la figure 8 peut être une variété d'équipements, de lignes de production, d'ateliers et d'usines pour le traitement de nos vêtements, tandis que le modèle de simulation (monde virtuel numérique) est un corps virtuel numérique 3D pour l'équipement, les lignes de production, les ateliers et Les usines;La figure 9 est un système de jumelage numérique pour la fabrication intelligente d'équipements robotiques couramment utilisés dans la fabrication de vêtements. Ce système est utilisé pour l'entretien prédictif de la santé des équipements robotiques. Son principe est illustré à la figure 10;Qu'il s'agisse de l'équipement, de la ligne de production ou de l'usine, leur principe d'application de la technologie numérique jumelle est le même, sauf qu'il y a des différences de niveau et de valeur, de sorte qu'il n'y a pas de répétition ici.Le mécanisme de fonctionnement de l'atelier de vêtements jumeaux numériques est illustré à la figure 11.Voir la figure 12 pour le modèle conceptuel de jumelage numérique de l'usine de vêtements;Voir la figure 13 pour l'entrep?t tridimensionnel de vêtements jumeaux numériques.

Source: Engineering 2021 figure 9 Robot Digital Twin System

Source: industrie manufacturière de pointe

Source: zhizhouyuan figure 11 mécanisme de fonctionnement de l'atelier de vêtements jumeaux numériques

Figure 12 concept de jumelage numérique dans une usine de vêtements

Source: zhizhouyuan fig. 13 Digital Twin Clothing Stereo Warehouse

Une étude de marché réalisée par la China Society of Mechanical Engineering en 2020 a montré que:

à mesure que les entreprises apprendront à utiliser le jumelage numérique pour accro?tre la productivité et réduire les co?ts, le jumelage numérique deviendra de plus en plus populaire à l'avenir.D'ici 2025, jusqu'à 89% des plateformes IOT comprendront un jumelage numérique;D'ici 2027, le jumelage numérique deviendra la fonction standard de la plateforme IOT;Près de 36% des cadres supérieurs de toutes les industries comprendront la technologie du jumelage numérique, dont 50% utiliseront le jumelage numérique dans leurs activités d'entreprise d'ici 2028.Nous fabriquons des vêtements, bien s?r.Non, pas du tout.Derrière.