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«Des décisions quantitativement étayées»

Rapide interview de Sören Hohmann, Institut de technologie de Karlsruhe (KIT)

Interview d'expert avec M. Sören Hohmann, Institut de technologie de Karlsruhe (KIT), directeur de l'Institut des systèmes de régulation et de commande, et directeur du centre de recherche en informatique (FZI)

Quel rôle jouent les simulations dans la production et l’automatisation aujourd’hui?

Les simulations sont devenues indispensables dans l’automatisation et la production. La plupart des entreprises de pointe s’appuient sur des techniques virtuelles et des simulations pour leur développement. Elles sont donc incontournables dans le processus moderne de développement de produits. Elles font non seulement partie du développement, mais désormais aussi de la production, par exemple pour réaliser des prévisions sur l’état des installations ou pour faire fonctionner l’installation de manière optimale.

Quelles tâches les simulations peuvent-elles particulièrement bien remplir?

Les simulations permettent de concevoir des équipements d’automatisation, des installations et des produits plus rapidement et de manière plus reproductible, systématique et précise. Laissez-moi vous expliquer cela à l’aide d’un exemple. Un nouveau produit d’automatisation doit être testé avant son déploiement. Le réaliser aujourd’hui de manière virtuelle plutôt qu’avec un prototype réel permet d’économiser du temps et de l’argent. Dans de nombreux cas, la construction de prototypes n’est plus nécessaire. De surcroît, les risques peuvent être éliminés du processus de développement très tôt: une analyse de scénario ciblée peut en effet être effectuée pour examiner les variantes dès la phase de conception. Les décisions en matière de conception sont ainsi plus solides car quantitativement étayées par des simulations.

Dans quelle mesure les jumeaux numériques apportent-ils une valeur ajoutée aux simulations?

L’idée d’un jumeau numérique n’a rien de nouveau. Des modèles de description de sous-systèmes sont d’ores déjà utilisés aujourd’hui, y compris pour la simulation.

Cependant, les solutions de simulation se sont jusqu’à présent dispersées dans les différentes disciplines. Les méthodes et les outils utilisés sont hétérogènes, n’interagissent pas et dans certains cas sont incomplets. Une perspective globale est rarement disponible. Les jumeaux numériques sont donc pour moi l’opportunité de corriger les faiblesses de la mise en réseau. Ils permettront de répondre aux questions relatives au système dans son ensemble. Il sera par exemple possible de réaliser des prévisions cohérentes pour un processus de production, notamment sur son fonctionnement, sa construction et aussi ses caractéristiques de performance.

Du fait de la mise en réseau toujours croissante des produits via Internet ou de l’augmentation des capteurs utilisés dans les installations, les systèmes auparavant développés séparément fusionnent en un gigantesque système global. Sans un jumeau numérique, le développement de ces systèmes de l’industrie 4.0 ne sera possible qu’avec beaucoup de temps et d’argent, voire sera impossible en raison de sa complexité.

Quelles sont les principales difficultés rencontrées dans l’utilisation de simulations?

Ces difficultés peuvent être réparties dans trois groupes: organisation, modélisation, complexité.

Réaliser des simulations implique d’intégrer un prototype virtuel ou un jumeau numérique de manière cohérente pendant le développement. Cela signifie que l’image numérique doit être développée et maintenue cohérente. Cela nécessite beaucoup de ressources et du temps. Cela signifie aussi que les voies de développement classiques ne fonctionnent plus comme d’habitude. Des changements dans le mode de réflexion sont également nécessaires au sein de l’équipe de développement.

De plus, toutes les installations techniques ne peuvent pas être transposées facilement et à moindres frais dans un modèle simulable. Parfois, elles ne peuvent même pas l’être. Si l’on étudie par exemple les cascades de réacteurs pour la production de méthane synthétique, produit à partir de sources d’énergie renouvelables, les processus d’ingénierie technique et chimique sont très complexes et donc difficiles à formuler mathématiquement pour la création d’un jumeau numérique.

Par ailleurs, certains problèmes de simulation sont si complexes qu’ils amènent régulièrement à se questionner sur ce qui est faisable avec des simulateurs informatiques. C’est notamment le cas de la simulation détaillée du réseau d’électricité européen jusqu’à la plus moindre rue, ou des simulations de nouveaux matériaux à l’échelle atomique.

Concernant l’avenir: Quelles solutions de simulation viendront soutenir les processus de production dans 20 ans?

Je suppose que nous disposerons d’une représentation numérique complète et cohérente des processus de production. J’espère qu’il sera possible d’examiner la simulation à différents degrés d’abstraction. Il n’est pas toujours utile de simuler chaque détail. Globalement, cela permettra d’améliorer la qualité des prévisions dans le développement d’installations très complexes et fortement interconnectées, tant sur le plan qualitatif que quantitatif. J’imagine aussi que les simulations ne se contenteront pas d’accompagner le développement. Elles soutiendront l’ensemble du cycle de vie d’un produit et permettront ainsi de s’appuyer sur des perspectives globales à long terme. C’est indispensable pour une économie durable.