# Une approche itérative pour l'intégration de Jumeaux Numériques sur des systèmes manufacturiers existants

Dimitri Renard, Ramla Saddem, David Annebicque, Bernard Riera

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Dimitri Renard, Ramla Saddem, David Annebicque, Bernard Riera. Une approche itérative pour l'intégration de Jumeaux Numériques sur des systèmes manufacturiers existants. 3ème Congrès Annuel de la SAGIP, May 2025, Mulhouse, France. hal-05133155

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Submitted on 27 Jun 2025

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Société d'Automatique,
de Génie Industriel & de Productique

# Une approche itérative pour l'intégration de Jumeaux Numériques sur des systèmes manufacturiers existants

Dimitri Renard¹,², Ramla Saddem¹, David Annebicque¹, Bernard Riera¹

¹CReSTIC, Université de Reims Champagne-Ardenne, Reims, France
prenom.nom@univ-reims.fr

²ProSyst, Valenciennes, France
drenard@prosyst.fr

**Mots-clés** : Jumeau Numérique, Collecte de données, manufacturier.

## 1 Introduction

Le jumeau numérique est une représentation digital synchronisée avec les éléments observables de son pendant réel [1]. C'est un écosystème rapprochant un système réel de son pendant virtuel pour l'utilisation de services. Pour cela, le système réel est abstrait par des modèles et est alimenté par de la donnée collectée sur le système réel. Chaque service est conçu pour répondre à un besoin à partir des données et modèles disponibles dans le jumeau numérique. Un Framework de maturité est proposé dans [2] décomposant pas à pas les concepts du jumeaux numériques. Ces jumeaux offrent une ambition prometteuse pour améliorer la performance, la qualité et la maintenabilité des systèmes. L'industrie manufacturière tant à intégrer les jumeaux numériques dans sa transformation vers l'industrie 4.0. Cependant, leurs intégrations nécessitent une approche appropriée aux contraintes des équipements de production ainsi que des exigences en termes de cybersécurité. Cet article fait référence aux travaux réalisés et publiés [3] sur le jumeau numérique. Il propose une méthode itérative pour l'intégration de jumeaux numériques sur des systèmes manufacturiers existants.

## 2 Framework itératif

La particularité du jumeau numérique repose en partie sur la connexion entre le système réel et son pendant virtuel. Le déploiement d'un jumeau numérique passe par la mise en place d'une collecte de données et de rétroaction sur les systèmes industriels. L'architecture de déploiement a un fort impact sur les technologies et leur disposition dans le continuum Edge-Cloud [4]. Pour mettre en œuvre une connexion sur un ensemble d'usines, une collecte scalable et évolutive est nécessaire ainsi qu'une
rétroaction contrôlée. OPC-UA offre une modélisation de la data collectée au travers de son modèle d'informations ainsi que des mécanismes d'échanges sécurisées. Cette richesse de modélisation pour la collecte et la distribution de la donnée sous forme d'objet est une base profitable à l'intégration de services du jumeau numérique.

La Figure 1 montre une ligne de production avec une collecte de donnée standardisée sur deux robots, un convoyeur et un moteur. En fonction des marques, les valeurs remontés depuis les contrôleurs du robot peuvent avoir des unités ou des conventions différentes. La modélisation permet de standardiser l'exposition de la donnée pour tous les robots. Les services du jumeau numérique sont alors développés sur la base des données standardisées d'un ou plusieurs objets modélisés. Lors de l'ajout d'un nouveau capteur, l'intégration du modèle du capteur dans l'écosystème du jumeau numérique met à jour les services du jumeau numérique déjà existant et ajoute de nouveaux services standards.

<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>**Figure 1** : Itération par intégration d'un nouveau capteur sur le système</figcaption></figure>

Le développement de modèles standardisés de collecte de la donnée et de rétroaction permet un déploiement facilité sur l'ensemble d'un parc industriel. Elle permet aussi sa maintenance et son évolution au cours des cas d'usages développés. Par-dessus cette couche de collecte des services standards du jumeau numérique peuvent être conçus et déployés massivement sur l'ensemble d'une industrie. Ainsi, cette architecture du jumeau numérique itérative permet des investissements étalés pour déployer une collecte de données standardisée ainsi que des services basés sur ces données. En décomposant le déploiement du jumeau numérique, le risque de chaque sous projet de standardisation de la collecte de données ainsi que des services est réduit, et les gains sont plus rapides. De plus, par ce biais les compétences et problématiques propres à la transformation vers l'industrie 4.0 sont acquises par les équipes de l'entreprise.

La rétroaction d'un jumeau numérique sur un système manufacturier est techniquement possible. Cependant, les méthodologies de conception de la commande utilisées dans l'industrie n'ont pas encore pris en compte les spécificités d'intégration d'un jumeau numérique. De plus, l'intégration de rétroaction sans intervention humaine pose certaines réticences sur le terrain lorsque la ligne est déjà en production. La définition de nouvelles méthodologies de conception de la commande intégrant des interfaces sûres pour la rétroaction sont nécessaires pour intégrer le jumeau numérique dans ces formes de maturité les plus élevées.
L'écosystème du jumeau numérique peut être multi-acteurs (intégrateur, utilisateur, société de service...). Les problématiques de gouvernance de la donnée sont donc une problématique du jumeau numérique. Les espaces de données sont une réponse à ses problématiques en proposant une structure de partage de données régie par les lois et les règlements en vigueur ainsi que des règles propres à l'écosystème [5]. Les notions de droit d'usage et d'utilisation sont apportées pour régir les produits de données que les acteurs de l'écosystème proposent. Le groupe de travail ISO/IEC JTC 1/SC 41 « Internet of Things and Digital Twin » a pris ces aspects [6] dans les projets de normalisation.

## 3 Conclusions et perspectives

L'approche itérative proposée est une solution prometteuse pour l'intégration des jumeaux numériques dans les systèmes manufacturiers existants. En combinant la collecte standardisée de données contextualisées et de services répondant à des cas d'usage sur la base de la collecte, le déploiement à grand échelle est facilité, permettant ainsi de réduire les risques liés à l'intégration. Cette approche est donc adaptée aux systèmes existants mais aussi au nouveau projet de ligne de production où les problématiques de collecte de données doivent être intégrées à la source pour faciliter l'intégration de services de jumeau numérique. L'intégration des espaces de données, facilitera la mise en œuvre de jumeau numérique multi-acteurs par des échanges de données et de services encadrés.

## References

[1] International Organization for Standardization, ISO 23247-1:2021, Automation systems and integration — Digital twin framework for manufacturing — Part 1: Overview and general principles, Geneva, Switzerland., 2021. Consulté le: 27 février 2023. [En ligne]. Disponible sur: https://www.iso.org/obp/ui/#iso:std:iso:23247:-1:ed-1:v1:en

[2] S. Namaki-Araghi, Z. Liu, A. Sarkar, T. Louge, et M. H. Karray, « Digital Twin's Anatomy: A Cross-Sector Framework With Healthcare Validation », IEEE Access, vol. 13, p. 21306-21334, 2025, doi: 10.1109/ACCESS.2025.3528736.

[3] D. Renard, R. Saddem, D. Annebicque, et B. Riera, « From Sensors to Digital Twins toward an Iterative Approach for Existing Manufacturing Systems », Sensors, vol. 24, n° 5, p. 1434, févr. 2024, doi: 10.3390/s24051434.

[4] D. Renard, R. Saddem, D. Annebicque, et B. Riera, « Le Jumeau Numérique dans le monde manufacturier », présenté à 1er Congrès Annuel de la SAGIP, France, 2023.

[5] « Qu'est-ce qu'un espace de données ? - Commission européenne ». Consulté le: 3 mars 2025. [En ligne]. Disponible sur: https://language-data-space.ec.europa.eu/help/faq/what-data-space_fr

[6] Digital twin — Extraction and transactions of data components, ISO/IEC AWI 30151. Rédaction en cours. [En ligne]. Disponible sur: https://www.iso.org/standard/89834.html