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Un jumeau numérique pour l’usine

Le jumeau numérique est une nouvelle plateforme d’intégration qui relie la technologie et les opérateurs d’une manière unique, car il offre une vue d’ensemble du réseau de distribution d’eau du service public et permet une prise de décision fondée sur les données.

Nous avons tous rêvé à un moment ou un autre d’avoir un jumeau qui pourrait nous remplacer en cours ou effectuer notre travail à notre place, un jumeau qui serait plus efficace et qui réussirait à remplir tous les objectifs que nous peinons à atteindre. Et si ce jumeau était en fait un double numérique, exactement comme nous, capable d’essayer et de tester tout ce que nous ne pouvons pas faire ? 

Le concept a été développé par la NASA : les modèles à grande échelle des premières capsules spatiales, utilisés au sol pour reproduire et diagnostiquer les problèmes en orbite, ont finalement été remplacés par des simulations entièrement numériques lors des missions Apollo. Aujourd’hui, des jumeaux numériques sont utilisés dans tous les secteurs d’activité et les analystes de MarketsAndMarkets indiquent que le marché devrait passer de 3,8 milliards de dollars en 2019 à 35,8 milliards de dollars en 2025.

Les jumeaux numériques ont déjà commencé à jouer un rôle dans la gestion des infrastructures des eaux usées. En termes simples, ils sont une représentation digitale d’une infrastructure physique et de son fonctionnement interne, qui fournit une description de l’état actuel du système ainsi qu’une analyse prédictive de son évolution future à partir de données obtenues en temps réel. 

Il s’agit de nous permettre de voir ce qui pourrait se passer si nous faisions certains ajustements dans la vie réelle. Ces ajustements peuvent être testés sur le jumeau numérique sans avoir à tester des changements potentiellement coûteux ou risqués sur l’homologue réel.

S’ils sont mis en œuvre correctement, les jumeaux numériques peuvent influencer la conception, la construction et l’exploitation du système tout au long de son cycle de vie. Compte tenu de sa vaste expertise en tant qu’exploitant et fournisseur de technologie, Veolia est particulièrement bien placée pour proposer l’outil numérique le plus puissant pour optimiser l’exploitation (grâce à des informations fondées) en fonction des objectifs d’économies, de performance ou de capacité qui ont été fixés lors de sa mise en œuvre. 

Le module Plant de Hubgrade Performance est un jumeau numérique en ligne de l’usine de traitement des eaux usées. Il crée une représentation numérique des systèmes du client à l’aide de l’analyse prédictive en temps réel pour fournir des valeurs de consigne optimisées à l’API et des informations aux opérateurs, aux ingénieurs de procédés et à la direction. 

Les algorithmes robustes utilisés permettent de surmonter des difficultés telles que la gestion des augmentations de charge, le respect des exigences de conformité et la réduction des coûts d’exploitation. Le concept est simple : faire plus avec moins. 

Tout part des données 

Les jumeaux numériques sont continuellement mis à jour avec des données historiques et actuelles provenant de systèmes SCADA, de capteurs, de compteurs et d’autres indicateurs afin de générer une représentation à jour dès que de nouvelles informations sont disponibles. Cette représentation permet aux services publics de distribution d’eau et d’assainissement de mieux comprendre les performances passées et actuelles de leur usine de traitement des eaux usées tout en les aidant à prévoir les performances futures et à simuler l’impact des changements potentiels dans le monde virtuel avant de prendre des mesures ou d’engager des fonds. Les données historiques permettent essentiellement de prévoir l’avenir. 

La fiabilité des algorithmes du module Plant de Hubgrade Performance, qui s’appuie sur les données de plus de 100 usines en fonctionnement, dont certaines depuis plus de 25 ans, pour un nombre total cumulé d’années d’expérience opérationnelle supérieur à 800, rend le module Plant véritablement unique en son genre. 

Par le biais du système, l’opérateur peut décider de récupérer des instructions depuis le cloud, de régler le module Plant de Hubgrade Performance en mode optimisation ou d’utiliser les valeurs de consigne d’API existantes. Le système présente l’avantage d’augmenter la disponibilité des machines et de réduire les coûts de maintenance, la priorité étant donnée à la réalisation d’économies, à l’augmentation de la capacité ou à l’optimisation des garanties de performance. 

Lorsque le jumeau numérique est utilisé pour prédire l’avenir, et que les prédictions sont utilisées pour optimiser et trouver les meilleures mesures de contrôle, on parle de commande prédictive (Model Predictive Control ou MPC). Il s’agit simplement d’imaginer tous les résultats possibles, puis de choisir le meilleur. La MPC permet de connaître les conséquences des modifications apportées aux processus sans perturber les opérations du client. Elle permet également de renforcer le contrôle, car, si des données manquent pendant un certain temps, le jumeau numérique utilise sa représentation virtuelle pour reconstruire le processus. Enfin, la MPC peut avoir un impact positif sur l’environnement en identifiant le « meilleur » contrôle, réduisant ainsi les émissions de gaz à effet de serre.

 

Le jumeau numérique en action

Le jumeau numérique peut être mis à la disposition des équipes d’opérateurs pour tester des scénarios de crise ou des paramètres spécifiques avant de les mettre en œuvre. En outre, le jumeau numérique permet aux équipes de planification de tester les nouveaux travaux à réaliser ou des situations temporaires (pendant la phase de travaux sur certaines parties du réseau, par exemple). 

Le contrôle automatisé de la qualité des données et les stratégies de repli associées garantissent la meilleure optimisation possible à tout moment, en tenant compte des limites fixes de l’API existant, de sorte que l’ensemble du fonctionnement de l’usine ne peut jamais être inférieur ou supérieur à ce que l’opérateur a défini et que les performances de sortie ne peuvent jamais être inférieures à ce que prévoit l’API, même en cas de défaillance du système numérique, si cela devait se produire.

Hubgrade s’inspire des objectifs de développement durable et aide les municipalités et les industries à améliorer leur empreinte environnementale et à réduire leurs émissions de CO2