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Cet article de blog est la première partie d'une série de blogs visant à relever vos défis en matière de développement durable avec un jumeau numérique multi-physique. Des applications supplémentaires sont couvertes dans la partie 2 avec une vue plus étendue de toutes les capacités dont vous pouvez bénéficier pour atteindre vos objectifs de développement durable dans votre entreprise.
Le réchauffement climatique et le changement climatique ont un impact direct sur la façon dont nous exerçons nos activités aujourd'hui. La transition énergétique et la durabilité sont des tendances qui ont un impact à la fois sur les consommateurs et sur l’industrie.
Pour l’industrie, les chiffres sont assez élevés puisqu’elle représente directement 1/3 de l’énergie consommée & 20% des émissions carbone. Le reste est lié à d’autres activités comme l’agriculture, la construction ou les services commerciaux, etc.
Le développement de produits et de processus durables dans tous les secteurs introduit de nouveaux défis pour les fabricants, en plus des demandes traditionnelles de produits de haute qualité, abordables, personnalisés et individualisés, aggravés par une pression croissante sur les coûts et des perturbations dans les chaînes d'approvisionnement. Les entreprises se rendent notamment compte qu'une part significative de 80 % de l'impact durable d'un produit est déterminée au cours de la phase de conception initiale. Pour résoudre ce problème, il devient impératif de tirer parti d’un jumeau numérique basé sur la physique. Cet outil d'ingénierie offre une représentation virtuelle qui simule avec précision la physique et le comportement du monde réel, fournissant ainsi un aperçu des interdépendances complexes entre les attributs non linéaires.
À mesure que les fabricants font évoluer leurs critères commerciaux et leurs processus décisionnels pour s’engager dans une perspective durable. C'est vraiment une nouvelle opportunité.
La durabilité devient une licence d’exploitation
Nous allons au-delà du point où l'accent mis sur la durabilité était presque un simple magazine sur papier glacé accompagnant le rapport annuel. C'est le droit d'interagir avec des prospects et des clients, avec de nombreuses opportunités de conclure de nouvelles affaires.
La durabilité est passée d’un choix ou d’une stratégie marketing à une exigence fondamentale pour les entreprises. Le changement de durabilité est là MAINTENANT. Les clients, les investisseurs et les régulateurs exigent de la transparence et de la responsabilité des entreprises en ce qui concerne leur impact environnemental. Un rapide coup d'œil sur le programme du gouvernement et sur le site Web des entreprises Fortune 500 révèle l'importance du programme de développement durable : « les engagements nets zéro », le « flux de capitaux », la « rareté des ressources » et « l'économie circulaire ».
Dans le monde de l'ingénierie, on se rend de plus en plus compte qu'une part importante de l'impact durable du produit est façonnée au cours de la phase de conceptualisation initiale. L'équilibre entre performance et durabilité est un problème multi-physique et nous montrerons à travers diverses applications comment Simulation du système Simcenter peut aider à la transition vers ces nouvelles exigences dans divers secteurs industriels.
Nous pouvons observer l’évolution de la simulation système au fil du temps en 3 étapes principales.
01.- La simulation système a commencé il y a longtemps avec les « Performances ».
02.- puis il y a quelques années, il s'est étendu aux « Contrôles ».
03.- le passage est désormais à la « Durabilité », qui est effective dès aujourd'hui
Si nous affinons certains des défis qui peuvent être résolus avec la simulation de systèmes en matière de durabilité, nous pourrions énumérer ces neuf défis.
Comprendre et optimiser l’efficacité du système est crucial pour réduire la consommation et les pertes d’énergie. Éviter ou minimiser les déchets et garantir que les produits sont recyclés et réutilisés favorise la durabilité. Cela implique non seulement de minimiser les déchets matériels, mais également de se concentrer sur l’utilisation efficace et le recyclage de l’énergie.
Tout en relevant le défi de la durabilité, les entreprises peuvent adopter des matériaux alternatifs ou bioécologiques (celui que j'aime) pour éviter les décharges. La simulation peut aider à comprendre et à étudier l’impact du changement de matériau sur le processus existant.
Ensuite, tout en optimisant le réseau d'infrastructures ou l'utilisation des énergies renouvelables et la neutralité des ressources, c'est-à-dire des bâtiments, des centres de données et des usines plus écologiques ainsi que pour la gestion des ressources en eau, énergie, fluides, pétrole,… la simulation de réduction des émissions et des polluants fournit des informations précoces et envisage l'optimisation en fonction des besoins individuels. exigences.
En fait, l’utilisation du jumeau numérique pour atteindre un objectif durable n’est pas nouvelle. Chez Siemens, nous avons commencé en 2009-2011, peut-être un peu trop tôt à l'époque, avec PICANOL pour projet d'économie d'énergie des machines à tisser, fondée par la Communauté européenne. Ça s'appelait ESTOMAD signifiant « Outils logiciels énergétiques pour la conception de machines durables ».
Ce projet réussi a permis PICANOL va concevoir les « métiers à tisser les plus économes en énergie du marché »»
Nous avons ensuite déployé cette approche dans de nombreux autres secteurs. N’oubliez pas que la simulation système est bien adaptée pour relever les défis de développement durable de l’industrie. Surtout avec Simcenter Amesim puisqu'il inclut par défaut les échanges puissance/énergie pour tous les composants des jumeaux numériques.
Nous avons identifié ces cinq segments qui correspondent aux industries habituelles que nous connaissons. Avec un accent particulier sur les usines industrielles thermiques ou à haute énergie, car nous constatons de nombreuses demandes de plus de durabilité de la part de ces entreprises.
Passons aux cas d'utilisation pratiques réels des industries pour comprendre de quoi il s'agit.
Nous présenterons rapidement deux exemples avec des clients :
- Le matériau bio/écologique pour les machines d'emballage. Il s'agit d'emballages en plastique d'origine biologique.
- La gestion des ressources avec les Datacenters. Il s'agit d'économies d'énergie pour les infrastructures de refroidissement.
🏭 📦🥡 Le changement de matières plastiques pour utiliser à la place des biomatériaux a un impact direct sur les machines de conditionnement, il ne doit pas réduire ou arrêter la production. D’où la nécessité de vérifier que ces machines d’emballage se comportent toujours correctement avec leurs jumeaux numériques, et sinon, la nécessité d’adaptations avec calibrage du modèle pour garantir la performance du produit.
♻️⚡️🌡 Introduisons maintenant un autre cas de durabilité avec un Infrastructure de refroidissement du centre de données sur 3 étages. Le jumeau numérique permet de répondre aux exigences, et la simulation virtuelle du système réel permet de valider le développement logiciel (contrôleur). Ainsi, au final, l'énergie peut être considérablement réduite, ainsi que les essais à sec du liquide de refroidissement. Voici un webinaire où nous approfondissons comment la simulation peut améliorer le refroidissement du centre de données.
Bravo, nous pouvons mieux comprendre la durabilité avec ces 2 exemples sur l'impact des matériaux bio/écologiques et les économies d'énergie dans les centres de données. Passons maintenant au sujet de l'efficacité.
L'ambition ici est d'avoir une vision claire des mesures d'efficacité pour tous les sous-systèmes des usines ou des machines industrielles, comme ce qui est disponible aujourd'hui pour les appareils électroménagers avec les écolabels (classes A à G, vue colorée). En fait, c'est quelque chose qui peut déjà être fait dès aujourd'hui dans Simcenter Amesim.
🏭♻️🎯💧 Nous pouvons extraire toutes les informations au niveau du système, des sous-systèmes ou des composants. Nous pouvons ainsi optimiser les machines de production pour augmenter leur efficacité. Par exemple avec le presse hydraulique où certaines variantes de conceptionl'introduction d'un moteur à vitesse variable ou d'un accumulateur hydraulique permet d'importantes économies d'énergie.
Jusqu'aux contrôles, par exemple, les réglages du PID peuvent être optimisés pour éviter les oscillations, donc de petites consommations d'énergie en mode veille, qui se transforment en pertes d'énergie importantes au fil du temps. Elle présente un réel intérêt dans un contexte d'économie d'énergie, mais aussi d'augmentation du prix de l'énergie qui impacte les OPEX (dépenses d'exploitation) vs CAPEX (dépenses d'investissement).
L'autre exemple ci-dessous est l'efficacité énergétique du processus de vulcanisation d'un pneu de vélo. C'est un exemple intéressant puisque tout le monde possède un vélo, ou pourrait imaginer que c'est un objet de transport écologique.
🏭🌱🚴 Mais savez-vous que l'efficacité du processus n'est que de 1%, avec beaucoup d'énergie qui vient d'être perdue. En fait, il y a de la vapeur qui gonfle le pneu pour la vulcanisation, mais c'est vraiment inefficace. Les auteurs recommandent de passer à l’électrification, ce qui nécessiterait des simulations et des analyses pour garantir que les adaptations sont toujours correctes pour les nouvelles machines de production électrifiées.
Terminons maintenant avec ce dernier exemple de four à céramique – Installation de 80 mètres de long (43 modules de 2,1 m chacun). Il est bien connu qu’il s’agit d’un processus intense en énergie.
🏭 🌡️🔥 Grâce à Simcenter Amesim, le client a pu prédire avec précision la répartition de la température sur les modules dont le brûleur à gaz thermique pour fournir la puissance thermique. Ils ont finalement réussi à réaliser un gain de 10% en économie de combustible, idem pour le CO2, grâce à un nouveau brûleur à récupération de chaleur où l'air chaud est réinjecté à l'entrée du brûleur. C'est impressionnant, n'est-ce pas ?
En résumé, adopter la durabilité dans le développement et la fabrication de produits nécessite une approche stratégique, des considérations précoces et des outils avancés tels que des jumeaux numériques basés sur la physique pour naviguer dans les complexités et tirer parti de la durabilité comme avantage concurrentiel.
Idéalement, les cas d'utilisation d'applications réelles abordés dans le blog donnent un bon aperçu de la façon dont les solutions système Simcenter peuvent vous aider à réussir lorsque vous atteignez vos objectifs de développement durable. Lisons maintenant la partie 2 de cette série de blogs pour obtenir des informations plus détaillées sur d'autres applications, depuis les composants durables/électrifiés jusqu'à la simulation en fonctionnement. Cela ouvre de nouvelles voies d’innovation dans le domaine de la durabilité.
Et rappelez-vous cette définition fondamentale : « Le développement durable est un développement qui répond aux besoins du présent sans compromettre la capacité des générations futures à répondre aux leurs », quelle grande ambition !
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