Les interactions vocales révèlent l’expertise humaine dans les jumeaux virtuels

Les jumeaux numériques et virtuels sont prêts à fonctionner dès aujourd’hui. Malgré leur vocation première, leur utilisation est le plus souvent limitée aux bureaux d’études et de méthodes des entreprises industrielles. Nous étudierons les avantages attendus des jumeaux virtuels pour les industries manufacturières et nous nous concentrerons sur leur utilisation dans l’atelier. Nous nous rendrons compte des avantages que les industriels peuvent tirer de la diffusion de l’utilisation de jumeaux virtuels parmi les travailleurs sur le terrain.

Parallèlement, le constat est clair : les données des jumeaux virtuels sont encore trop complexes pour être exploitées telles quelles dans les ateliers par des travailleurs sur le terrain. D’autres interfaces sont nécessaires pour faciliter les interactions avec les données du jumeau virtuel dans l’atelier. Des interactions faciles et sûres sont également nécessaires pour alimenter les jumeaux virtuels avec davantage de données provenant de l’atelier.

SPIX industry explique comment les interactions vocales peuvent fournir à l’employé d’atelier un moyen sûr et facile de travailler avec des données de jumeaux virtuels et de renvoyer son expérience de l’atelier.

Introduction aux jumeaux numériques

Le concept de jumeau numérique vient de la NASA pour améliorer la simulation de modèles physiques de vaisseaux spatiaux en 2010. Les jumeaux numériques sont le résultat d’une amélioration continue des activités de conception et d’ingénierie des produits. Le jumeau numérique existe souvent avant qu’il n’y ait une entité physique de l’objet modélisé.

Un jumeau numérique est une représentation mathématique d’un objet ou d’un système réel. Il peut être utilisé à différentes fins : industrie, éducation, soins de santé, … Pour l’industrie manufacturière, il établit une représentation numérique d’un composant du monde réel, d’un produit et de son cycle de vie, ou d’un processus d’atelier.

Les jumeaux numériques sont des modèles axés sur les données qui s’inspirent du monde réel, ce qui permet de prévoir, d’optimiser ou d’étudier un processus. Il sert de contrepartie numérique effectivement indiscernable à des fins pratiques, telles que la simulation, l’intégration, le test, le contrôle et la maintenance. Le retour d’information constant en provenance du terrain ou des produits déployés crée un cycle constant d’amélioration.

Le jumeau numérique intègre l’intelligence artificielle, les algorithmes d’apprentissage profond et l’analyse des big data. Ces données permettent de créer un modèle simulé, capable de changer et de s’actualiser en fonction de l’évolution de son homologue réel. Un jumeau numérique « apprend » à partir des données réelles provenant de la vie réelle du modèle numérique. Les évolutions du modèle peuvent être effectuées en temps réel ou quasi réel afin de se rapprocher le plus possible du processus physique ou du cycle de vie du produit.

Depuis quelques années, les leaders de l’industrie reconnaissent le pouvoir du jumeau numérique pour faire avancer l’effort de numérisation de la production et libérer l’introduction d’innovations.

« De cette introduction, nous pouvons facilement conclure que le concept de jumeau numérique est très orienté vers l’ingénierie, les études et l’optimisation. Rien dans ce premier niveau de définition ne vise le travailleur en atelier. Il faut quelque chose de plus… »

Un jumeau virtuel pour susciter l’intérêt de l’atelier

Si les jumeaux numériques apportent une valeur considérable au secteur manufacturier, le jumeau virtuel pourrait combler le fossé entre l’ingénierie et l’atelier.

Un jumeau virtuel ne se limite pas à un modèle mathématique d’un objet ou d’un système (comme dans la définition du jumeau numérique), mais prend en compte les systèmes dans lesquels l’objet est impliqué. Le jumeau virtuel comprend l’environnement dans lequel l’objet physique existe. Il est ainsi possible de simuler dans les mondes virtuels les conséquences de chaque modification ou optimisation d’un produit individuel au niveau global et dans l’ensemble du modèle de système.

Les solutions de jumeaux virtuels (comme celle de Dassault Systèmes) combinent la représentation scientifique d’un produit, d’une usine ou d’une entreprise par la modélisation et la simulation avec le pouvoir de prédiction apporté par l’incorporation de données réelles. Cette convergence des mondes virtuel et réel et le cycle continu d’informations entre les deux créent une capacité en boucle fermée qui permet une optimisation dans pratiquement n’importe quel scénario.

« Avec cette première approche du jumeau virtuel en tant qu’extension d’un jumeau numérique, il n’est pas certain que la manière dont il peut combler le fossé avec l’atelier soit claire… Voyons où les travailleurs de l’atelier jouent un rôle clé.

Les jumeaux virtuels apprennent à partir de différentes sources de données, d’abord générées par l’ingénierie, puis progressivement collectées dans le monde réel. En conséquence, les résultats des calculs et des simulations des jumeaux virtuels peuvent être mis à la disposition de l’atelier au moyen de données 3D. Nous en sommes là : les jumeaux virtuels ont besoin des données de l’atelier pour être efficaces et, en retour, ils peuvent aider les travailleurs de l’atelier en leur fournissant des données pertinentes ».

La source des données utilisées pour alimenter le jumeau virtuel peut être décrite comme suit, avec un passage progressif des données d’ingénierie aux données de terrain et du monde réel.

Dans un premier temps, des données techniques sont nécessaires.
Des ingénieurs et des experts en modélisation, ayant une connaissance approfondie des processus industriels, de la stratégie de modélisation et du traitement des données, créent la première version d’un jumeau virtuel. Cette version existe la plupart du temps avant même que l’objet réel n’apparaisse. Un modèle 3D de l’objet est utilisé pour communiquer avec les clients potentiels dès le début du processus de développement, et principalement avec les opérations chargées de la production, de l’entretien et du recyclage.

Données sur le cycle de vie recueillies sur le terrain.
Des données de terrain provenant de capteurs IoT sont collectées pour refléter les différents états de l’équipement ou du processus surveillé et alimenter les modèles de jumeaux virtuels. Comme le jumeau virtuel prend également en compte l’environnement de l’objet ou du produit étudié, des données connexes sont nécessaires. Ces données peuvent provenir de nombreuses sources différentes, y compris de l’expertise humaine.

En résumé, le jumeau virtuel suscite l’intérêt des opérations de l’atelier, car il peut fournir des informations efficaces sous la forme de modèles 3D ou de représentations de données 3D. De même, il a besoin de la participation des travailleurs de l’atelier pour collecter les données réelles nécessaires à son amélioration, à sa précision et à sa pertinence.

« Le moment est venu pour un travailleur de terrain de s’asseoir dans l’atelier et de demander : comment sommes-nous censés utiliser des données 3D et donner notre avis à un jumeau virtuel avec nos gants et nos casques, sans tomber en regardant une tablette, et sans être des experts en solutions numériques ? En fait, il n’a pas tort… »

Les interactions vocales pour combler le fossé avec les humains…

Pour obtenir le retour sur investissement escompté, le jumeau virtuel doit trouver un moyen d’apporter ses avantages aussi bien à l’ingénierie qu’aux opérations dans l’atelier. Les industriels s’accordent à dire que les travailleurs perdent jusqu’à 25 % de leur temps à rechercher les informations nécessaires à l’accomplissement de leurs tâches ou à rendre compte de leurs actions dans un système numérique. Les ingénieurs peuvent consacrer du temps aux systèmes numériques. Leur influence sera peut-être réduite un jour par des technologies telles que ChatGPT(oupsy !), mais les opérateurs de terrain ne peuvent pas le faire. Ils ont des actions à effectuer dans le monde réel, parfois dans des conditions difficiles ou dangereuses : les solutions numériques doivent être à leur service et non l’inverse.

« Permettez-moi de vous présenter l’utilisation des technologies vocales et des interactions vocales pour transformer l’expérience numérique des travailleurs de terrain comme une réussite, une action à valeur ajoutée et une assistance efficace pour leur travail. »

Les avantages des jumeaux virtuels sont généralement classés en sept catégories différentes pour l’industrie manufacturière. Pour tous les critères, le rôle des interactions vocales dans l’augmentation des avantages attendus des jumeaux virtuels sera décrit.

Simulation illimitée.
La simulation est une bonne pratique pour étudier les situations de type « what if« . Les jumeaux virtuels sont parfaitement adaptés à cette tâche, et la 3D est un très bon moyen de communiquer les résultats de la simulation. Du point de vue de l’atelier, l’accès au contenu 3D est beaucoup plus complexe. Sur une tablette avec des gants, la manipulation des informations 3D n’est pas facile.
Les interactions vocales(tournez à droite s’il vous plaît, zoomez sur l’endroit XYZ, sélectionnez les nouveaux articles, montrez-moi l’écart entre les passages 1 et 2) facilitent l’accès aux résultats de la simulation au niveau de l’atelier.

Amélioration continue.
L’amélioration du jumeau virtuel provient de la qualité des modèles, d’une part, et du retour d’information sur le monde réel, d’autre part. Plus les données de l’atelier seront précises et en temps réel, plus les modèles de jumeaux virtuels seront efficaces. Les travailleurs doivent donc être aidés et motivés pour alimenter le jumeau virtuel avec des données du monde réel.
La voix est un moyen facile d’aider les travailleurs à signaler l’état de leur équipement(la machine XYZ est restée en panne pendant 3 minutes en raison de la cause 4, le défaut de la machine 1 est de catégorie critique) et de fournir au jumeau virtuel des données précieuses.

Amélioration des facteurs humains.
La représentation en 3D de l’usine de production est un moyen idéal pour trouver le meilleur compromis entre les objectifs de productivité et la sécurité et le confort des travailleurs. Néanmoins, le comportement humain est très difficile à modéliser à partir du département d’ingénierie. L’expérience des travailleurs est le seul atout qui peut être utilisé pour modéliser correctement une usine de production qui répond aux attentes et aux contraintes des travailleurs.
La voix est un bon moyen de les aider à exprimer leur avis sur l’une ou l’autre conception, sur la base d’informations en 3D ou d’une plante réelle. D’autres moyens de donner un retour d’information sont rarement utilisés, car les travailleurs peuvent avoir du mal à écrire, craindre de mal orthographier les mots ou de faire des erreurs. La voix éradique ces barrières et libère l’essor des commentaires et des retours d’expérience.

Agilité accrue.
La conception et l’adaptation agiles de la production sont possibles si l’information circule entre les parties impliquées dans le processus. Lorsque le jumeau virtuel est correctement utilisé, il permet cette circulation aisée de l’information. Malheureusement, au niveau de l’atelier, ce n’est pas aussi facile. Les travailleurs ont peu de temps à consacrer aux solutions numériques pour trouver des informations ou alimenter des données.
Les interactions vocales sont un moyen innovant d’aider et de motiver les travailleurs de terrain à accéder à des informations complexes. L’utilisation de la voix dans l’atelier peut être un moyen de faciliter la circulation des informations du jumeau virtuel, y compris au niveau des opérations.

Collaboration mondiale.
Le jumeau virtuel permet d’impliquer et de motiver les travailleurs sur le terrain dans la conception et l’amélioration des processus de production. L’utilisation de données 3D dans l’atelier, avant la création d’une nouvelle usine de production, aide les travailleurs à se projeter dans leur futur travail.
La simplification de la manipulation des données 3D par la voix dans l’atelier(montrez-moi la carte thermique, sélectionnez uniquement les tuyaux à haute pression, coupez au niveau de la quatrième marche) favorise la coopération entre le niveau de l’ouvrier et celui de l’ingénieur.

Intégration de l’IIoT.
Les données de l’IIoT revêtent une importance obligatoire pour la surveillance des actifs industriels. Pour être pertinentes pour l’analyse des jumeaux virtuels, certaines données de l’IIoT doivent être complétées par le contexte de leur collecte. Le contexte est donné par l’expertise des hommes et des femmes travaillant dans l’atelier, proches des machines et connaissant leurs atouts.
S’ils peuvent générer facilement le contexte par la voix(l’huile a été remplacée hier, l’humidité n’est pas comme d’habitude, l’équipe de nuit a signalé le même problème), les données de l’IIoT seront contextualisées et le modèle de jumeau virtuel sera plus précis.

Rétention des connaissances.
Cette« rétention des connaissances » n’est pas le bon terme pour présenter la capture et la transmission des connaissances… La motivation des outils numériques concernant les connaissances ne doit pas être de les conserver, mais plutôt de les partager et de les diffuser. Le jumelage virtuel, lorsqu’il est correctement présenté et utilisé, est un bon moyen de partager l’expérience accumulée dans l’atelier.
Là encore, l’interface vocale offre aux travailleurs un moyen facile de générer un retour d’expertise et de réagir à des situations opérationnelles. L’accès à ces données de connaissance par la voix de l’atelier est également un moyen de contribuer à la formation continue des travailleurs sur le terrain.

Sur la base des critères d’évaluation des avantages du jumeau virtuel, le rôle clé des interactions vocales a été mis en lumière.

« À ce stade, il convient de dire un mot sur les dispositifs de réalité augmentée et les lunettes intelligentes. Ces dispositifs ont trouvé leur place au niveau de l’ingénierie pour améliorer la coopération au sein de l’équipe et à des fins de formation. La formation des travailleurs qualifiés à des tâches complexes est obligatoire. Les jumeaux virtuels et les lunettes intelligentes sont parfaitement adaptés à cette tâche. Le problème qui se pose dans les ateliers est l’augmentation spectaculaire du nombre de chutes totales, observée lors de l’introduction de solutions numériques basées sur des interfaces visuelles. Les travailleurs, comme les consommateurs dans la rue sur leur smartphone, se concentrent sur l’écran ou sur la vision intelligente, et créent des blessures dues à des accidents par chute complète. L’utilisation de la voix permet d’éviter ce genre de situation, en aidant les travailleurs à se concentrer sur leur travail, tout en gardant les mains et les yeux libres. Ils peuvent ranger leur tablette ou leur smartphone dans leur poche et se concentrer sur l’environnement, leurs collègues et les biens qui les entourent.

Conclusion

Les applications potentielles du jumeau virtuel, en tant qu’amélioration du jumeau numérique, au profit de l’industrie sont très prometteuses. Les limites de son utilisation et de sa précision lorsqu’il est appliqué à l’atelier, compte tenu du rôle clé des personnes au travail, sont désormais clairement identifiées.

Des interactions vocales sont proposées pour surmonter les difficultés des travailleurs de terrain à accéder aux informations des jumeaux virtuels. De même, l’utilisation de la voix est expliquée pour aider les travailleurs à générer un retour d’expertise afin d’améliorer les modèles de jumeaux virtuels avec des données du monde réel.

En fin de compte, la diffusion des technologies de jumeaux virtuels dans les ateliers sera liée à leur évaluation par les travailleurs : le jumeau virtuel est-il utile, utilisable et acceptable? Chez SPIX industry, nous pensons que les interactions vocales aideront les travailleurs à mieux évaluer le jumeau virtuel dans l’atelier, ce qui les aidera à le rendre efficace pour leur travail.

Parler à un expert

Références

(1) – Dassault Systèmes : un premier regard sur Virtual Twin

(2) – Expérience Delmia 3D : utilisation des données 3D dans l’atelier

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