Un jumeau numérique pour simuler une forge
Forge, un jumeau numérique développé pour le campus de Metz de l'école des Arts et Métiers, a été testé auprès d'environ 200 étudiants. Cet outil créé dans le cadre du projet JINEE permet de simuler les différentes fonctions d'une forge industrielle et de faciliter la compréhension de ses mécanismes dans un cadre pédagogique.
«Le projet de jumeau numérique de forge a démarré il y a près de 20 ans. Il s'appelait alors XRemote, raconte Régis Bigot, enseignant de l'École des Arts et Métiers de Metz. Mais à l'époque, nous nous sommes heurtés à deux problèmes principaux : la connectivité du jumeau, et le rendu réaliste.» Le projet JENII, coordonné par l'École Nationale Supérieure d'Arts et Métiers, réunit le CESI, le CNAM et le CEA. Récemment clôturé, il avait pour objet la création de jumeaux numériques pédagogiques. C'est dans ce cadre que le jumeau «Forge» a pu aboutir, notamment grâce à la collaboration d'enseignants, d'étudiants et d'ingénieurs. «Cela a représenté plus de 10 000 heures de travail», souligne Régis Bigot.
Ce jumeau numérique réplique en 3D l'outil, son environnement, mais également la physique de son fonctionnement. Grâce aux progrès de la modélisation 3D, l'équipe du projet est parvenue à atteindre un rendu très réaliste, affirme l'enseignant. «Nous avons fait tester ce jumeau à des industriels à travers un casque de VR. Ils nous ont dit que c'était "c'est comme si on y était"». Au-delà de l'aspect, ce sont les interactions possibles et la réplique du fonctionnement physique qui sont recherchées. «L'enjeu pour nous, scientifiques, était de réussir à intégrer dans ce jumeau de la physique en temps réel. Prendre en compte la température, les tailles de grains, la déformation…»
Des "modèles réduits"
Pour ce faire, et afin de réduire la puissance de calcul nécessaire, l'équipe a fait appel à des modèles dits «réduits», qui ont été intégrés dans la 3D. Les scientifiques ont d'abord mis en place des modèles issus de simulations numériques, puis des modèles alimentés par des données expérimentales. Grâce à cette seconde méthode, une forte interactivité est possible : «l'opérateur choisit les dimensions de son lopin, la température, l'énergie, et fait comme s'il y était pour obtenir un résultat très proche de la réalité. On est à moins de 3% d'erreur», s'enthousiasme l'enseignant. Si le problème initial de rendu réaliste a été résolu, ce n'est pas tout à fait le cas de la connectivité. L'équipe n'est pour le moment pas parvenue à obtenir un jumeau numérique connecté en temps réel à son jumeau physique. «Nous avons un jumeau numérique "réduit" qui collecte en asynchrone des données expérimentales», détaille Régis Bigot. L'équipe travaille encore sur le rendu de la partie thermique de la simulation, qui devrait être intégrée en plus des déplacements et des efforts.
Plus de 200 étudiants ont eu l'occasion d'utiliser Forge. La création de ce jumeau répondait à différents objectifs. En premier lieu, il permet aux élèves d'autres campus d'expérimenter l'utilisation de cet équipement à distance. Différents scénarios ont été créés pour entraîner les élèves aux gestes de forge : découverte d'un procédé, analyse des flux d'énergie dans un procédé, et sécurité au poste de travail. En outre, le jumeau apporte une meilleure compréhension des fonctionnements non visibles des machines, tels que la cinématique d'une presse mécanique, ou d'une presse à vis. «Cela ne remplace pas le réel, pour nous, c'est complémentaire, affirme l'enseignant. Nous utilisons souvent le jumeau en préambule à des séquences pédagogiques in situ.»
https://dp-www.s3.ensam.eu/public/2024-10/24-09_Cluny_JN_Forge.pdf
