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Digital Twin ou le nouveau monde de la construction de voies

Le tournant numérique à l’ère du 4.0 place aussi le transport ferroviaire face à de grands défis (du côté de l’utilisateur par la modification des besoins en mobilité, du côté de l’exploitant par les nouvelles possibilités d’exploitation). La révolution numérique modifie l’ordre des choses et rend nécessaires une nouvelle approche et un nouveau travail.



À l’avenir, l'attention sera portée sur une observation multidimensionnelle de la voie ferrée, les données de conception, les résultats de mesure, les modèles de données et bien d’autres choses encore telles que les données temporelles et de coûts. Nous montrons la voie pour passer du modèle divisé selon les tâches (divided concept) à l’approche intégrée, globale (integrated concept). Par l’interconnexion entre les données relatives aux infrastructures et les informations remontées par la flotte de machines, il est ensuite possible d’apporter une grande valeur ajoutée à la maintenance de la voie ferrée.

Le DIGITAL TWIN en tant que base pour une optimisation durable de la voie ferrée

  • La voie ferrée physique est entièrement enregistrée par des systèmes de mesure et tous les attributs importants sont transposés dans un monde virtuel (« jumeau numérique »).
  • Sur la voie ferrée virtuelle, ce sont des analyses systémiques et complètes qui sont réalisées et des possibilités d’optimisation qui sont élaborées. Il est donc possible de déduire avec précision les effets des actions de maintenance sur le cycle de vie des installations. Les résultats constituent une aide dans le cadre des décisions managériales.
  • Une comparaison permanente théorie/réel entre la voie réelle et la voie virtuelle est la base pour la mise en pratique des actions d’optimisation dans le monde réel.

Un jumeau virtuel de la voie ferrée

Tous les attributs importants de la voie ferrée réelle sont reflétés dans le monde virtuel, le digital twin. Il en résulte un modèle de voie ferrée cohérent, assisté par une base de données, qui contient une grande quantité d’informations ainsi que leurs interdépendances. Le digital twin constitue un fondement de données de haute qualité pour une planification conforme au BIM (building information modeling). De cela découle un niveau d’observation unifié pour les différents domaines concernés.

À l’avenir, l’utilisation des données servira plus intensément à l’optimisation durable et complète de la gestion des biens et du cycle de vie des infrastructures. La planification d’une exploitation durable des infrastructures se basera sur des informations correctes et complètes.

Qu’est-ce que le BIM (Building Information Modeling) ?

Building Information Modeling (BIM) simplifie les aspects complexes de la planification, de la construction et de l'exploitation d’un ouvrage de construction, réduit la survenue d’erreurs, rend les coûts transparents, augmente la vitesse des processus et renforce la coopération entre tous les participants au projet. Le BIM n’est pas qu’un simple modèle virtuel de bâtiment ou un pack de logiciel tel que la CAO. En réalité, il s'agit d’une technique de travail pour piloter le projet dans les phases de planification, de construction et d’exploitation. Un modèle BIM pluridimensionnel devient de cette manière un système de Building Lifecycle Management (BLM) et devient réalité par l’interconnexion entre les différentes dimensions :

  • Le modèle en réseau 3D comprenant la description des objets : La description du réseau ferré se base sur un modèle des nœuds et arêtes tel que le RailTopoModel de l’UIC. Le maillage du réseau est très fin et permet d’intégrer des objets individuels tels que les traverses ; tous les objets sont géoréférencés.
  • La dimension temporelle : Toutes les informations sont enregistrées au moins au jour le jour dans une base de données. À partir des données historiques, il est possible de déduire une tendance différenciée.
  • La dimension des coûts : Le terme coûts est à prendre au sens large. Cela comprend les coûts de construction, les coûts d’exploitation ainsi que la valeur comptable de l’installation. Ceux-ci sont intégrés aux processus d'entretien.
  • La dimension de la durabilité : Toutes les informations nécessaires pour créer des voies ferrées durables y sont enregistrées. Les preuves de la qualité lors de la construction et la mise en place des composants sont également prises en compte.
  • La dimension de la gestion du cycle de vie : Une documentation complète des processus d’entretien et de maintenance comprend la surveillance en fonctionnement, l’entretien courant, la maintenance, la régénération et le renouvellement des voies ferrées. Pour une gestion efficace du cycle de vie, la description exacte du niveau de qualité des installations est essentielle. Les services d’entretien hivernal et de la végétation font partie intégrante de cette observation globale.
  • La dimension d’exploitation : Cette dimension comprend tous les paramètres importants de l’état d’usure des voies ferrées, par ex. le type de train, le nombre de trains, les contraintes exercées sur les voies et la superstructure, ainsi que sur la caténaire. Les dispositifs de mesure fixes jouent un rôle particulièrement important dans cette dimension.

Nous travaillons déjà intensément à l’établissement d’un jumeau virtuel de la voie ferrée, le « digital twin ». Nous ouvrons ainsi de nouvelles voies de collaboration entre la machine de maintenance et l’infrastructure.

BIM (Building Information Modeling) dans la construction de voies

La transformation numérique, comme nous la vivons actuellement et telle qu’elle est arrivée dans le secteur de la construction avec le BIM, modifie significativement la planification, la construction et l’exploitation d’ouvrages de construction. Au-delà de la planification et de la qualité de l’exécution, le BIM améliore également l’efficacité de l’exploitation. L’utilisation de cette méthode dans le domaine des ouvrages de construction linéaire, tels que les voies ferrées, est aujourd’hui mise en avant : les spécifications correspondantes sont en cours d’élaboration.

L’avenir : « Le système intégré de gestion des chemins de fer en ligne »

À l’avenir, l’utilisation des données servira plus intensément à l’optimisation durable et complète de la gestion des biens et du cycle de vie des infrastructures. La planification d’une exploitation durable des infrastructures se basera sur des informations correctes et complètes. Les données et les informations auront à l'avenir une plus grande influence sur les processus liés aux infrastructures et au développement des structures organisationnelles.

Une tâche à effectuer à l’avenir sera d’accélérer la modélisation des réseaux en intégrant le « BLM for rail infrastructure » (BLM = building life-cycle-management). Ainsi, la coopération dans tous les secteurs, à savoir la planification, la construction et l’exploitation du chemin de fer, sera soutenue. Un système intégré de gestion en ligne des chemins de fer, complété par toutes les données générées au fil du cycle de vie, répond à l’ensemble des demandes des gestionnaires d’infrastructure afin de pouvoir agir de manière durable.

Nous développons les outils pour la récupération des données

Le besoin en systèmes de détection des objets pour l’enregistrement automatisé et l’intégration des composants dans le modèle s’intensifiera dans un avenir proche. Notre modèle du « digital twin » et les outils que nous développons pour la saisie automatique et la mise en place du modèle de données, en sont des étapes essentielles. La mesure complète des données physiques de la voie sera ainsi réalité. Dans le cadre de la reconnaissance des objets, l’utilisation de l’intelligence artificielle est désormais incontournable.

Parfaitement adapté au Cloud

En termes de technologie logicielle, le Digital Twin est, tout comme le BIM, généralement prédestiné au cloud computing. Seul le cloud permet à tous les participants d’un projet de consulter les données actuelles nécessaires ou bien de suivre ou d'apporter des modifications en direct sur le modèle. Une approche unifiée pour l’échange de données et des solutions logicielles compatibles les unes aux autres, c’est-à-dire une plateforme d’infrastructure ouverte, est de ce fait encore plus importante.

PlasserSmartMaintenance

Avec PlasserSmartMaintenance, nous nous préparons à entrer dans une nouvelle ère de la construction de voie. L’ « Internet des machines » fournit un nouvel accès aux machines de construction de voie pour les opérateurs et les décideurs. Avec l’aide de capteurs modernes et de groupes d’utilisateurs-tests, nous développons de nouvelles interfaces de communication, des mécanismes d’évaluation et des outils numériques pour un déploiement optimal des performances.

La voie vers la Machine Intelligente : l’initiative PlasserSmartMaintenance

Si le Digital Twin est prêt et équipé des données adaptées, plus rien ne peut alors faire obstacle au jeu d’équipe avec la bourreuse. Les applications de notre initiative PlasserSmartMaintenance sont constamment étendues. La plateforme centrale comprend des applications concrètes qui sont connectées à des solutions dans le Cloud et à des services en ligne. L’idée centrale est d’avoir un accès simple aux données importantes de chaque machine, de la flotte et de l’infrastructure.

La machine devient ainsi de plus en plus intelligente, elle devient une « smart machine ». Nous utilisons les possibilités qu’offre la numérisation afin d’augmenter la qualité et la fiabilité, et de satisfaire le souhait du client d'avoir plus d’automatisation et de transparence.

Le « digital twin » offre de nouveaux moyens pour une collaboration entre la machine de maintenance et l’infrastructure. Les preuves de qualité des prestations fournies sont visibles directement par le donneur d’ordre. Moins de personnes sont ainsi présentes dans les zones de dangers, les travaux de contrôle pouvant être délocalisés vers des bureaux sûrs. L’observation des tendances combinée avec des méthodes d’analyse intelligentes permet d’effectuer des analyses et de soumettre des propositions d’actions sur la maintenance prédictive dans le domaine des voies ferrées.

Objectifs / Avantages

  • Assistance pour les responsables de lignes
    Pour la planification des travaux d’entretien et d’inspection, le responsable de l’installation a besoin d’une vue d’ensemble des portions de ligne qui lui ont été attribuées. Les nouveaux outils numériques établissent des recommandations d’actions et apportent ainsi leur assistance de la manière la plus simple qui soit. Les données mesurées sont visualisées et analysées : les travaux d'entretien à effectuer peuvent ainsi être planifiés (« work order ») et gérés.
  • Accès virtuel aux voies ferrées
    Le « digital twin » est la base du PlasserVirtualTrack (en cours de développement), une inspection virtuelle des voies ferrées, conformément aux consignes de l’exploitant de l’infrastructure, depuis son bureau. Se rendre sur les lieux n’est plus nécessaire, ce qui offre des potentiels d’économies tout en minimisant les risques pour les responsables de l’infrastructure.
  • Éditeur de géométrie de voie
    Toutes les données saisies et générées peuvent être reprises par d’autres systèmes. Le répertoire central des données de la géométrie échange les données de conception et de mesure avec les systèmes de topographie ainsi qu'avec les ordinateurs de bord des bourreuses. Et cela, aussi bien en valeurs absolues qu’en valeurs relatives.