Partager

Le jumeau numérique au service des chaînes de production adaptables et dynamiques

#L’ingénierie systèmes et les jumeaux numériques #Papyrus
© PCharlot/CEA
Un défi de l’industrie est la production à la demande, qui lui permettrait de diminuer ses coûts et son empreinte environnementale. À l’aide de sa plateforme de modélisation Papyrus for Manufacturing, le CEA-List a conçu une nouvelle architecture logicielle pour relever ce défi de flexibilité et d’automatisation. Une expérimentation avec son partenaire APS a confirmé la pertinence de la solution.

Aujourd’hui, alors que nos regards se tournent vers l’Industrie 5.0, centrée sur l’humain, la durabilité et la résilience dans la production, de nombreux défis de l’Industrie 4.0 restent non résolus, comme la production pilotée par les commandes. Celle-ci exige des chaînes de production un haut niveau de flexibilité et d’automatisation afin de satisfaire des commandes de fabrication variées, que ce soit en quantité ou en type de produit.

Pour mettre en œuvre cette stratégie, le système de production doit être capable de : (1) suivre la disponibilité des équipements industriels, (2) assigner dynamiquement des opérations de production aux équipements et (3) permettre aux nouveaux équipements d’intégrer automatiquement le processus de production en cours.

Les standards et concepts existants répondent partiellement à ces trois exigences :

  • l’AAS (Asset Administration Shell) est un standard pour créer des jumeaux numériques d’équipements industriels avec une interface pour faciliter leur gestion et leur communication ;
  • CSS (Capability Skill Services) est un concept qui représente les équipements (robot, tapis roulant industriel, …) par leurs capacités – cela permet de sélectionner dynamiquement ceux qui sont les plus adaptés à une mission donnée ;
  • PnP (Plug-and-Produce) désigne la capacité d’un système industriel à être reconfiguré, en permettant à un nouvel équipement de rejoindre un processus de production et de collaborer automatiquement et dynamiquement avec les autres équipements.


 

Figure 1 : Architecture logicielle de la solution XAAS du CEA-List. Crédit CEA.


 

Cependant, certaines limites de l’AAS l’empêchent d’intégrer pleinement les concepts CSS et PnP, comme l’absence de détection de nouveaux équipements ou le manque de description détaillée des capacités d’un équipement…

Pour permettre la réalisation d’une chaîne de production adaptable et dynamique, le CEA-List a développé l’architecture logicielle XAAS (AAS Extensible) en utilisant Papyrus4Manufacturing, son outil de modélisation et de génération de jumeaux numériques au standard AAS (voir figure 1).

XAAS ajoute à l’AAS deux contributions majeures :

  • des paramètres pour la description des capacités d’un équipement,
  • quatre nouveaux services : détection d’équipement (Discovery), association capacités/mission (Matchmaking), Configuration de l’équipement et Intégration au processus en cours.

 


Figure 2 : le démonstrateur


 

Ces contributions permettent de réaliser pleinement le Plug-and-Produce.
Le CEA-List a implémenté l’architecture XAAS sur un cas d’usage jouet pour le remplissage de boîtes d’emballage. L’expérimentation a permis de valider le concept XAAS : les nouveaux équipements ont intégré automatiquement le processus de production en cours dès leur allumage et le système a choisi les robots adaptés à la réalisation d’une mission donnée.
Grâce à XAAS, il est ainsi possible de tester plusieurs configurations d’équipements pour remplir une mission et de choisir la meilleure selon des critères de sélection (temps de production, consommation d’énergie, …).

Notre plateforme de modélisation Papyrus for Manufacturing permet de répondre aux enjeux de flexibilité et d’automatisation de l’industrie du futur.

Rebecca Cabean

Quang-Duy Nguyen

Ingénieur-chercheur — CEA-List

Le projet INTEROP a confirmé le potentiel de notre architecture sur un cas d’usage représentatif. Sur cette base, APS a renouvelé son partenariat avec le CEA-List.

Rebecca Cabean

Maxime Morin

Responsable R&D — APS

En savoir plus

Prototype

  • « Plug&Produce dans une chaine de production » – TRL 5.

Projet industriel

  • APS-INTEROP, objectif : brique logicielle de « plug-and-play » dans une chaîne d’assemblage.

Partenaire

  • APS, basé à Béziers, développe une technologie qui permet une interopérabilité « plug-and-play » pour tous les composants des systèmes de production.

Publication majeure

  • « An AAS-based Architecture for Plug and Produce and Order-Driven Production ». Nguyen, Q.-D., Morin, M., Dhouib, S., & Navarro, N. (2025). IFAC-PapersOnLine, 59(10), 927–932.
    https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2025.09.157