Jumeau numérique des véhicules : quand les maquettes physiques et numériques se rejoignent
La digitalisation de Renault Group n’est pas nouvelle mais elle s’intensifie à mesure que l’entreprise se transforme en « Tech Company ». Une orientation indispensable pour faire face à la complexité technologique grandissante des véhicules, aux toujours plus nombreuses exigences techniques et réglementaires et à l’amélioration continue des véhicules existants et futurs évoluant désormais dans un univers connecté. Depuis quelques années, les outils à disposition du Design et de l’Ingénierie sont si évolués que la réalité virtuelle devance celle physique. Le jumeau numérique existe avant le véhicule lui-même. Explications.
Le jumeau numérique : qu’est-ce que c’est ?
Dans le dictionnaire, un jumeau numérique est la réplique numérique d’un objet, d’un processus ou d’un système. Dans l’automobile, les premiers jumeaux numériques étaient créés par numérisation ou copiage virtuel de véhicules réels. Pièce par pièce jusqu’au plus petit boulon. D’où le terme jumeau. Avec le progrès technologique, le jumeau numérique est désormais créé avant sa version physique. Son appellation est trompeuse car, dans les faits, le jumeau numérique est constitué de toutes les maquettes numériques et les maquettes physiques du futur objet physique. C’est de leur maturité que naitra ce dernier.
Le jumeau numérique, l’industrie automobile ne peut plus s’en passer. Il a révolutionné les méthodes de travail des acteurs de la conception, de la fabrication et de la réparation d’un véhicule. Le Design, l’Ingénierie, le Manufacturing et l’Après-vente améliorent leurs réalisations, peuvent « dialoguer » entre eux sur le cloud en temps réel et partager une base de données exhaustive et à jour pendant toute la durée de vie du véhicule. Et ça change vraiment tout !
De la naissance du jumeau numérique
Lors de la création d’un véhicule, le Design est responsable de la création de la forme et de l’aspect (peau, couleurs et matières d’un véhicule) en conciliant l’esthétisme, la fonction et les contraintes physiques. Il est le premier métier à concevoir un « morceau » du jumeau numérique en élaborant des maquettes virtuelles de l’extérieur et de l’intérieur du futur modèle. L’objectif de ces multiples maquettes « test » est d’atteindre les meilleures présentations et finitions possibles.
Les outils numériques de rendu réaliste utilisés sont si pointus que les designers peuvent juger de l’aspect et de la qualité perçue d’une carrosserie ou d’un habitacle créés virtuellement. Ils peuvent gérer les textures des pièces, leur ajustement et même les reflets des parties brillantes ou vitrées de la voiture. On s’y croirait !
Le Design transmet ensuite à l’Ingénierie leurs propositions d’intérieur et d’extérieur du futur véhicule sous formes de données numériques via le cloud.
À la naissance du jumeau physique
L’Ingénierie prend le relais du Design et conçoit techniquement la voiture. Sur la base des maquettes numériques disponibles sur le cloud, elle crée virtuellement pas à pas un véhicule complet en 3D. Carrosserie, le châssis, l’architecture électrique et électronique, le moteur… rien ne manque ou presque !
Grâce à leurs outils de simulation numérique tri-dimensionnelle, les ingénieurs sont capables d'installer très tôt un occupant virtuel à bord d’un futur véhicule, comme il le serait dans une voiture physique. Par ces tests, les contraintes de positionnement (ergonomie) et d’IHM (interface homme-machine) sont notamment validées.
L’Ingénierie est garante de la conformité de toutes les pièces mais aussi des systèmes (aides à la conduite, capteurs, etc.). Grâce au jumeau numérique, elle crée et teste autant que nécessaire et sans limite physique chaque élément et équipement de la voiture pour vérifier leur fonctionnement système et inter-système. Absolument rien n’est laissé au hasard : fabricabilité, montabilité, compatibilité, durabilité, etc.
Durant cette phase, les ingénieurs utilisent le jumeau numérique entier en simulation 3D et immersive pour tester par exemple l’aérodynamisme de la carrosserie, les performances du moteur, la gestion de la transmission ou encore l’efficacité de la climatisation par simulation virtuelle. Tout est passé au crible !
Les maquettes numériques vont aussi subir des crash-tests virtuels, des scenarii de conduite sur routes virtuelles, des passages en soufflerie « digitale », etc. Toutes ces simulations sont réalisées bien plus rapidement et en bien plus grand nombre que ne pourraient l’être des essais physiques. Avec la digitalisation complète de la création et de la conception d’un véhicule, les tests virtuels sont réalisés jusqu’à deux ans avant les tests réels. On comprend alors le progrès que représente la technologie du jumeau numérique.
Lors de la phase de tests, chaque choix technique concluant est consolidé dans une maquette numérique « optimale ». Cette dernière, lorsqu’elle est complète, constitue le jumeau numérique utilisé pour concevoir la première maquette physique. On va passer de la théorie à la pratique !
Enfin jumeaux !
Après les tests virtuels, place aux tests physiques avec des prototypes réels. Malgré la digitalisation, ils restent incontournables car ils seront toujours les seuls à permettre d’obtenir des preuves objectivées, les seules « preuves clients recevables ». Extrêmement coûteux à produire, ces prototypes sont fabriqués à la main, à l’unité uniquement pour être maltraités ! Ils subissent une multitude de tests notamment dynamiques sur les pistes d’essais du centre technique Renault d’Aubevoye. Cette phase de test est désormais l’ultime étape où tout est validé définitivement avant le lancement de la production à l’usine.
Chaque jumeau existe alors : le numérique et le physique. Ils vont désormais se suivre toute leur vie.
Et après ?
Enrichi de tous les tests réels menés sur les prototypes, le jumeau numérique final va être exploité par le Manufacturing pour la production du futur véhicule de série. Les fournisseurs vont utiliser le clone virtuel de chaque pièce pour fabriquer la pièce physique. De son côté, l’usine va utiliser le jumeau numérique entier pour élaborer virtuellement la future chaîne de montage, le futur paramétrage de ses machines-outils ou encore mesurer les futurs flux (déplacements des opérateurs, cheminement des pièces, etc.). Le jumeau numérique est une mine d’informations pour tout le monde !
Les jumeaux se suivent pendant toute leur existence mais mènent une vie séparée. Avant la fabrication du véhicule, le jumeau numérique « alimente » celui physique. Sortie de l’usine, c’est l’inverse. Les métiers du Commerce (la logistique, la vente et l’après-vente) alimentent le jumeau numérique des retours clients, du suivi de la qualité, des mises à jour de l’utilisation des « vraies » voitures au cours de leur « vie série ».
Avec la virtualisation, la durée totale nécessaire à la conception d’un nouveau véhicule a été réduite d’un quart. Soit un an de gagné. Un progrès extraordinaire considérant la complexité technologique grandissante des automobiles !
Si l’apprentissage empirique ne disparaitra pas (tout de suite), l’avenir de l’intelligence artificielle étendra de manière exponentielle le champ d’application et les performances de l’apprentissage numérique. Le jumeau numérique est une technologie majeure et même incontournable pour Renault Group. Dans la conception et la fabrication des véhicules, mais pas seulement. Il permet l’amélioration continue des véhicules de Renault Group. Pour plus de sécurité, de confort et de plaisir des propriétaires. Alors, merci qui ?
