A*STAR a construit un banc d'essai pour les jumeaux numériques, les contreparties virtuelles d'équipements de fabrication réels. Ces innovations d'usine pourraient aider les entreprises à économiser énormément de temps et d'argent en prédisant et en ajustant l'état de la machine de leur partenaire lors de leurs déplacements.

Imaginez qu'un géant de la fabrication ait une machine sur l'un de ses étages d'usine dans laquelle une broche est sur le point de se casser. Dans une usine conventionnelle, la machine à vriller ne donnera aucun avertissement de son dysfonctionnement imminent, et son échec viendra à un moment aléatoire. Le diagnostic et la réparation seront relativement lents, contraintes par la collecte des données et l'organisation des ressources humaines et matérielles. Pour une entreprise de biens de grande consommation (FMCG), le décalage peut être coûteux. "En raison du volume élevé, nous parlons de millions de dollars de pertes pour chaque heure d'arrêt, " dit Stuart Wong, le chef de groupe senior au Advanced Remanufacturing and Technology Centre (ARTC) à Singapour, où un certain nombre d'entreprises collaborent avec des chercheurs A*STAR sur l'avancement de la technologie de fabrication, y compris rendre très intelligent, machines sensorielles.

Les jumeaux numériques rendront les usines plus intelligentes

Avec l'aide de l'usine intelligente modèle d'ARTC, un banc d'essai de technologie de fabrication qui a ouvert ses portes en août, Kinks pourrait être navigué à l'aide d'un concept connu sous le nom de « jumeau numérique ». L'idée est que les machines seront sensoriées, de sorte que la broche dans la machine est surveillée en permanence et ses données de performance envoyées à une salle de contrôle centrale. Là, les données sont introduites dans un ordinateur qui agit comme un jumeau numérique de la machine - une copie virtuelle qui reflète avec précision l'état de fonctionnement actuel de la machine sur la base des données des capteurs en temps réel et de la modélisation physique. Le jumeau numérique, détecter une légère oscillation dans la broche, pourrait ajuster les paramètres de fonctionnement de son homologue physique pour corriger l'oscillation. Ou, si l'oscillation ne peut pas être corrigée, il peut avertir d'un dysfonctionnement imminent.

Dans la salle de contrôle, un opérateur serait alors prévenu, et cette personne peut alors déclencher une réponse standardisée. "Le jumeau numérique peut alors créer un ordre de travail de maintenance, déterminer si vous pouvez réacheminer la production afin que la livraison ne soit pas impactée, trouver le personnel de maintenance approprié, et dis-leur où aller, " dit Anikath Murali Das, l'un des directeurs de programme de l'ARTC. Ce personnel de maintenance pourrait rapidement réparer ou remplacer la machine défectueuse, guidé, soit par une tablette affichant un flux de données personnalisé sur la machine impactée, ou par une paire de lunettes de réalité augmentée. Pour les sociétés FMCG telles que Nestlé, travailler avec ARTC sur des technologies comme celle-ci leur permet de minimiser les temps d'arrêt et d'améliorer les performances et l'efficacité du capital dans leurs usines.

Beaucoup de ces avancées peuvent ressembler un peu à de la science-fiction, mais toutes les technologies nécessaires sont en développement à l'ARTC. Par exemple, ARTC développe des capacités de réalité augmentée à l'aide de HoloLens de Microsoft, un type de lunettes qui mélange des visuels du monde réel avec des superpositions améliorées numériquement. A côté de cela, Les chercheurs de l'ARTC créent une suite d'applications Web qui permettront aux travailleurs itinérants d'accéder à des tableaux de bord de données importantes sur leurs téléphones et tablettes, ainsi que les moyens de se connecter à l'aide virtuelle si nécessaire. « Si une tâche d'entretien ou de réparation dépasse la portée d'un travailleur, [à l'aide de nos outils] un collègue ailleurs pourrait voir exactement ce que voit le travailleur debout devant la machine et le guider sur ce qu'il faut faire, " explique Das.

Pour alimenter ces applications en informations, le groupe étudie activement comment ajouter des capteurs aux machines de partenaires industriels. "Nous avons une machine prêtée par une entreprise que nous avons nous-mêmes sensoriée, " dit Das. " Nous avons installé 43 capteurs pour observer les vibrations, Température, et les émissions acoustiques."

L'ARTC a également développé un jumeau numérique d'un co-bot, un robot conçu pour assister physiquement un opérateur humain dans des tâches telles que le déplacement d'objets chauds ou lourds. À l'heure actuelle, l'information ne circule que du co-bot physique vers sa copie numérique, mais Wong dit que les jumeaux numériques d'ARTC seront finalement bidirectionnels, ainsi la version numérique peut ajuster le fonctionnement de son jumeau physique en temps réel, réagir instantanément aux informations qu'il reçoit.

Il y a des implications de sécurité des données circulant depuis des salles de contrôle intelligentes contrôlant directement des millions de dollars de coûteux, équipements de haute précision auxquels l'ARTC s'adresse. "La sécurité des données est la seule chose qui préoccupe tout le monde, ", explique Das. En plus des questions de sécurité soulevées par le fait d'avoir une salle de contrôle centralisée, il y a des préoccupations généralisées concernant le fait d'avoir infiniment plus de données. Mais ces données peuvent être très utiles pour retracer d'anciennes pannes. Par exemple, lorsque les entreprises entendent de leurs clients que leurs produits ont des problèmes de qualité. Typiquement, au moment où un client fournit des commentaires comme celui-ci, il peut être difficile de diagnostiquer ce qui a pu causer le problème. Donc, Das explique, l'usine de modèles de jumeaux numériques ARTC souhaite conserver toutes les données pertinentes. "Nous pouvons revenir à un jour particulier, regarde tous les tableaux de bord, approfondir, diagnostiquer et résoudre le problème." Mais en concevant ces systèmes, Wong dit qu'il est extrêmement important de se concentrer sur la conception d'une architecture logicielle très sécurisée, ainsi que évolutif, fiable, et sans décalage.

Les machines parleront aux machines

A court terme, Les développements d'usines intelligentes à l'ARTC se concentreront sur l'aide au personnel d'usine existant. "Le but est d'aider les humains en agrégeant et en digérant des données, puis créer des idées à partir de celui-ci, " dit Wong. " La salle de contrôle fournira des informations et des prédictions, mais l'humain doit prendre la décision." Finalement, bien que, Wong s'attend à ce que l'intelligence artificielle (IA) assume une plus grande part du fardeau de la prise de décision. « Alors que les systèmes deviennent plus intelligents, nous pouvons passer à une automatisation complète par l'IA. Cela peut soulager les humains de se concentrer sur des choses que l'IA ne peut pas faire :les relations, des problèmes de chaîne d'approvisionnement ou de clients, et la gestion des travailleurs.

Et les données ne circuleront pas seulement à l'intérieur des usines intelligentes individuelles, Das dit, mais aussi entre eux. "Les machines pourront parler directement aux machines, " elle explique, et cela inclut les machines situées à l'extérieur de l'usine. Les machines en réseau travailleront ensemble pour prédire les pannes, et d'y répondre. Par exemple, "la machine de mon usine pourrait dire à une machine d'une usine hors site" s'arrêter, Je ne veux pas de la partie que tu fais', " dit Das.

Des jumeaux numériques sophistiqués sont déjà utilisés de certaines de ces manières à la NASA, qui suit les engins spatiaux à l'aide de jumeaux numériques, et aussi dans une certaine mesure chez General Electric, qui crée des jumeaux numériques de certaines de ses éoliennes et moteurs à réaction pour suivre leurs performances et effectuer une maintenance préventive. Cependant, de nombreuses autres versions sur mesure doivent être créées pour exploiter cette technologie pour la fabrication.

Malheureusement, corporations are sometimes reluctant to test the technology on their own because they didn't want to disrupt their own facilities. It's also just difficult, says Wong, to bring together experts in manufacturing with the wide range of analytical scientists that could provide useful input.

That's why Wong, Das and their colleagues want to provide the means for companies to do proof of concept testing, so that they can make the case to extend their Industry 4.0 investments to their boards and shareholders. "There is so much potential, " Wong explains of the motivation for the project. "But there was no showcase or test data that proved that this new technology can really be used to optimize smart factories."

The model factory sandbox built by ARTC provides industry with the freedom to experiment and build, then to take back new technologies and best practices to their factory lines. In addition to FMCG companies like Nestlé, these collaborations have already attracted significant interest from aerospace and heavy industry corporations, entre autres. "We are bridging the gap between pure research and product development, " Das explains. As of today, 69 industries have joined ARTC in doing just that.

Industry 4.0 – Singapore's smart factory advantage

It is an era that is less than 10 years old, but Industry 4.0 ambitiously imagines a new kind of factory that merges the cyber world – with its rich information flows, data visualization, and artificial intelligence – and the physical world, with its spindles, machines and presses.

In January, a World Economic Forum analysis of 100 countries placed Singapore at the forefront of this changing landscape, listing it among the 25 countries best positioned to benefit from Industry 4.0. In their discussion, its authors pointed to Singapore's strong competencies in research and development, economic complexity, and openness to trade as major factors.

Media analyses have noted a push by the Singapore government to bolster this enviable position, noting a carrot and stick approach with grants and levies being bestowed on manufacturers, and strong financial backing for a series of support systems that including A*STAR's two model factories initiatives. Singapore has also recently launched of the Singapore Smart Industry Readiness Index, a tool to help industrial companies measure their progress towards Industry 4.0 standards.

A*star's model factory initiative

A*STAR's Model Factory Initiative aims to bridge technological gaps so businesses can reinvent themselves through technology co-innovation and adoption. There are two locations – one in A*STAR's Advanced Remanufacturing and Technology Centre (ARTC) and the other in A*STAR's Singapore Institute of Manufacturing Technology (SIMTech). The two play complementary roles to demonstrate the efficacy of advanced manufacturing technologies and guide companies on different legs of their technology adoption journey.

Core technologies in development at ARTC include:

• Connected sensors inside machines;
• A central control room in which factory-wide information is collected and visually represented;
• Digital replicas or 'twins' of physical machines that can predict and control machine behavior;
• Software that can model and respond to production failures and delays;
• Mobile data displays and augmented reality technology to assist maintenance and repair staff.

Underlying all of these technologies is a scalable, secure and lag-free data architecture.