Cohérence des jumeaux numériques pour l’industrie du futur : Modélisation, visualisation et interaction de maquettes numériques 4D interfacées aux systèmes physiques – COHERENCE4D

Le projet COHERENCE4D se décompose en 5 principaux Work Packages (WP) qui s’articulent autour de l’objectif principal de maintien de la cohérence 4D. Le projet aboutira à des briques fonctionnelles et à un démonstrateur permettant de valider, via des preuves de concept (POCs), les modèles, méthodes et outils développés selon l’approche suivante :
- WP1 – Jumeau numérique et cohérence 4D : Définition du jumeau numérique à géométrie et topologie variables dans le temps et opérateurs de manipulation associés. Les informations relatives au système physique seront issues du WP3 qui aura prétraité les données de sortie de WP2. Les maquettes numériques ainsi produites devront pouvoir s’interfacer avec les outils de RA/RV tels que testés dans le WP4 ;
- WP2 – Acquisition de données multimodales : Méthodologie de spécification et d’intégration des interfaces d’acquisition (e.g. scanners, caméras, trackers, capteurs) et interfaces avec les API des systèmes physiques et plateformes IIoT. Les données acquises (e.g. nuages de points, images) seront exploitées par l’outil d’aide à la décision du WP3 ainsi que par le module de maintien de la cohérence du WP1 ;
- WP3 – Pilotage et aide à la décision : Développement d’algorithmes de comparaison réel/virtuel sur des données multimodales issues de WP1 et WP2, spécification et expérimentation d’outils d’apprentissage machine pour l’identification de règles de mise-à-jour du jumeau numérique en fonction des évolutions du jumeau physique, définition d’estimateurs (e.g. estimation du temps de mise-en-cohérence). Ces algorithmes seront intégrés au module d’aide à la décision pour permettre la mise-à-jour automatique ou via les interfaces du WP4 ;
- WP4 – Métaphores de visualisation et d’interaction : Méthodologie de spécification et d’intégration d’interfaces de visualisation et d’interaction pour une expérience utilisateur accrue, et une prise de décision améliorée. Les interactions devront être naturelles que ce soit sur le terrain lors des adaptations du jumeau physique, ou à distance lors de l’exploitation du jumeau numérique. Il s’agira également de définir de nouvelles métaphores pour le suivi des évolutions temporelles associées aux maquettes numériques 4D provenant du WP1, et pour la prise de décision dans le cadre du WP3 ;
- WP5 – Intégration et validation : Il s’agira ici d’intégrer dans un démonstrateur les briques fonctionnelles développées dans les WP1 à WP4. Ce démonstrateur sera ensuite testé via des preuves de concept (POCs) qui permettront de valider l’approche COHERENCE4D sur chacun des trois scénarios identifiés. Les scénarios s’appuieront sur des cas d’étude et données issus de travaux antérieurs des membres du consortium.

Les résultats se déclinent en 4 niveaux qui suivent le découpage des WPs :
- Jumeau numérique et mécanisme de maintien de la cohérence : la possibilité de disposer d’un jumeau numérique maintenu à jour vis-à-vis des évolutions de son jumeau physique aura un impact majeur pour de nombreux processus industriels. Ces avancées permettront d’utiliser toute la puissance du numérique pour réaliser des simulations, des optimisations, et prendre des décisions rapidement pour être plus agile, plus précis et plus autonome. Les résultats obtenus permettront très clairement de gagner en compétitivité pour répondre aux enjeux de l’industrie du futur ;
- Acquisition de données et instrumentation du jumeau physique : la méthodologie développée pour l’instrumentation du jumeau physique sera une réelle avancée permettant un accompagnement des entreprises dans la mise en œuvre pratique du jumeau numérique pour une plus grande digitalisation des organisations. Ces résultats permettront de définir des packs répondant à certaines typologies de jumeaux numériques et permettant la digitalisation plus rapide des processus industriels ;
- Aide à la décision et capitalisation de connaissance : les mécanismes et algorithmes qui seront développés auront un impact sur l’automatisation de la chaine décisionnelle. Ces briques fonctionnelles (e.g. estimateurs de temps de mise en cohérence à base d’IA) pourront par la suite être exploités dans de nombreux autres processus de prise de décision ;
- Visualisation et interaction avancées : les métaphores de visualisation et d’interaction, ainsi que les outils de synchronisation réel/virtuel, mis en place dans le cadre de ce projet pourront par la suite être étendues et/ou adaptées à d’autres domaines comme le médical, la surveillance d’installations industrielles, la finance et plus généralement à tous les domaines où ce type de perfectionnement peut permettre de changer la façon d’aborder un problème, une situation, une prise de décision pour in fine améliorer la réalisation des tâches associées.

Les retombées se feront à plusieurs niveaux. En premier lieu, les résultats du projet COHERENCE4D intéresseront très fortement l’industrie manufacturière et les entreprises motivées par le déploiement de l’Industrie et de l’Usine du Futur via notamment la digitalisation de leurs systèmes et processus. Les scénarios spécifiés et validés dans le cadre du WP5 serviront de tremplin pour une mise en œuvre directe et rapide dans des entreprises avec lesquelles les membres du consortium sont en contacts étroits.

Toutes ces perspectives démontrent l’impact que les résultats du projet COHERENCE4D peuvent avoir à différents niveaux de l’industrie, du grand groupe jusqu’à la PME. Le consortium ainsi mobilisé sera aux avant-postes pour le développement et la mise en œuvre concrète de l’Industrie et de l’Usine du Futur.

Les résultats obtenus seront diffusés au travers de différents canaux (publications scientifiques, journaux spécialisés, salons industriels, site web et réseaux sociaux, etc.). La dissémination des résultats scientifiques se fera dans des revues internationales (Computer-Aided Design, Computers in Industry, Engineering with Computers, Virtual Reality, Artificial Intelligence for Engineering Design Analysis and Manufacturing, etc.), des journaux spécialisés (Arts et Métiers Magazine, Usine Nouvelle, etc.), ainsi que par des communications dans des conférences et workshops à dimension nationale (Colloque National S.mart, Journées du Groupe de Travail en Modélisation Géométrique des GDR IM et IG-RV, Journées thématiques du GdR IG-RV, etc.) et internationale (Solid and Physical Modelling – SPM, International Joint Conference on Mechanics, Design Engineering and Advanced Manufacturing – JCM, Computer-Aided Design and Applications – CAD, etc.). Les publications seront également mises sur l’archive ouverte pluridisciplinaire HAL.

Le projet COHERENCE4D vise à développer un nouveau paradigme de modélisation, de visualisation, d’interaction, et de maintien de la cohérence jumeaux numériques 4D interfacés aux systèmes physiques qui évoluent dans le temps. Les travaux porteront sur la définition d’un modèle à géométrie et à topologie variables dans le temps, sur le développement de mécanismes de maintien de la cohérence entre le jumeau numérique et le jumeau physique, sur la définition d’une méthodologie de spécification et d’intégration des interfaces d’acquisition, sur le développement d’un système d’aide à la décision exploitant une IA capable d’analyser les écarts réel/virtuel pour décider des mises à jour à effectuer, sur la spécification et l’expérimentation de nouvelles métaphores de visualisation et d’interaction avec le jumeau numérique au travers de périphériques de RA/RV. Les briques fonctionnelles seront intégrées dans un démonstrateur et l’approche sera validée au travers de preuves de concept (POCs) sur des cas d’études et scénarios liés à la maintenance de produits manufacturés, à la reconfiguration de systèmes de production, et au contrôle qualité sur chaine de fabrication.