Internet Industriel des Objets IIOT : Quelles futures tendances pour le marché des logiciels de simulation numérique ?

Comment le marché de la simulation va-t-il évoluer dans les prochaines années et quelles sont les futures tendances qui vont rythmer cette évolution ?

Gage d’innovation et d’économies, la simulation numérique est devenue incontournable dans l’automobile, l’aéronautique et l’électronique. Les logiciels ne cessent d’être perfectionnés pour s’adapter à davantage de secteurs. Un mouvement qui devrait s’accélérer jusqu’en 2025, porté par les progrès de l’IA et du calcul haute performance.

1. L’évangélisation de l’IA et du machine learning

L’intelligence artificielle (IA) et l’apprentissage automatique (machine learning) joueront un rôle crucial dans le développement des logiciels de simulation de nouvelle génération. Ces technologies sont une formidable opportunité de simplifier l’utilisation des logiciels et permettre aux ingénieurs de gagner un temps précieux. Par exemple, l’apprentissage automatique permet de recueillir des données sur la manière dont les ingénieurs expérimentés utilisent le logiciel de simulation et de recréer leurs paramètres à l’identique pour des utilisateurs plus novices. L’IA et le machine learning sont donc des alliés de taille pour lever les freins liés à la complexité technique des logiciels et la formation des collaborateurs, et rendre ainsi la simulation plus accessible aux entreprises.
Grâce à cette évolution, 20 % des employés du secteur aérospatial pourraient être en mesure d’utiliser ces outils dans les prochaines années, contre 5 % actuellement.

2. L’optimisation de la
simulation multiphysiques

Le concept de multiphysiques, qui permet de réaliser des simulations en tenant compte des interactions entre les différentes physiques, fut un enjeu crucial pour le marché. Si les technologies de simulation couplant les physiques sont désormais matures, l’un des principaux défis réside aujourd’hui dans l’interconnexion entre ces différents outils. Traditionnellement, les ingénieurs s’appuient sur plusieurs logiciels isolément pour couvrir tous les aspects de la conception d’un produit. Ils procèdent ainsi étape par étape, en s’appuyant sur les résultats d’une simulation physique pour alimenter les calculs de la suivante et ainsi de suite. Un processus complexe et chronophage, c’est pourquoi ils ont besoin de solutions fiables et performantes pour effectuer ces tâches simultanément et optimiser la combinaison des données. Pour y parvenir, des innovations significatives verront le jour en 2020, permettant de simuler davantage de concepts dans un temps record, d’améliorer les performances des produits et d’accélérer leur mise sur le marché.

3. Le développement des
micro-services

Dans les prochaines, années, la plupart des logiciels de simulation adopteront une architecture de micro-services qui permettra d’optimiser leur utilisation et leurs performances. Contrairement à une architecture monolithique, les micro-services séquencent le logiciel en une suite de services modulables qui exécutent un processus unique (géométrie, maillage, solveur, post traitement, etc.) et sont connectés entre eux par le biais d’interfaces de programmation d’applications (API) compatible Cloud. Chaque service peut ainsi être développé et modifié indépendamment par une équipe dédiée, sans perturber le fonctionnement des autres services et de l’application. Cette méthode offrira davantage de dynamisme et de flexibilité aux ingénieurs pour gérer les différentes tâches.
Les API permettront également de connecter plus facilement les logiciels avec d’autres plateformes, outils et périphériques.

4. La simulation à
(très) grande échelle

Les besoins des utilisateurs de logiciels en matière de vitesse d’exécution et de puissance de calcul vont continuer à croître. Pour y répondre, les éditeurs recourront de plus en plus au calcul parallèle, qui permet de créer des architectures informatiques capables de traiter plusieurs informations simultanément et d’effectuer plus d’opérations dans un temps réduit. Au fil des années, différentes méthodes ont pris formes telles que le calcul à mémoire partagée (SMP), l’utilisation de protocoles tels que l’interface de passage de message (MPI), ou encore le calcul parallèle sur le GPU. Pour calculer à grande échelle, il suffira d’utiliser toutes les formes d’algorithmes (SMP, MPI, GPU) avec des supercalculateurs de classe exascale. Le premier du genre devrait être opérationnel en 2021 et pourra effectuer près d’un milliard de milliards d’opérations par seconde.
Les ingénieurs pourront ainsi réaliser en quelques minutes, voire quelques secondes, des simulations à très grande échelle qui nécessitent des centaines ou milliers d’heures aujourd’hui. Un long chemin reste à parcourir avant d’atteindre un tel niveau, mais les rapides progrès technologiques permettront d’accomplir cet objectif dans moins de dix ans.

5. L’optimisation de la
conception robuste par la simulation

Afin d’optimiser leurs coûts et rester compétitives, les entreprises cherchent à éliminer la sur-ingénierie dans la conception de leurs produits et services. Pour la construction d’une autoroute, par exemple, cela implique de prédire le juste volume de goudron nécessaire, ni plus ni moins, afin de garantir des performances et une sûreté parfaites. Cependant, des variations physiques se produisent dans tous les matériaux (dispersions dues à la fabrication, au vieillissement, à l’environnement, etc.) et les réponses du produit peuvent évoluer d’un projet à l’autre. La conception robuste consiste à minimiser l’impact de cette variabilité sur les résultats finaux. Dans les mois à venir, les ingénieurs s’appuieront de plus en plus sur la simulation pour l’optimisation de la conception robuste (RDO) et la quantification des incertitudes (UQ).
L’accroissement de la puissance de calcul permettra de prédire le comportement des matériaux avec une meilleure acuité et déterminer les meilleurs facteurs d’efficacité et de sécurité.

6. La simulation toujours plus
proche du réel

Si la simulation intervient principalement pendant la phase de conception, elle englobe de plus en plus le monde physique notamment grâce au développement des jumeaux numériques.
Une réplique numérique basée sur la simulation permet de modéliser un produit ou système afin de surveiller et analyser son fonctionnement en temps réel. Les ingénieurs peuvent ainsi réaliser une maintenance prédictive afin de pallier les problèmes avant qu’ils ne surviennent et donc réduire les temps d’arrêt et les coûts associés. Grâce à l’avènement de l’internet des objets (IoT) associé au développement des machines connectées et à la prolifération des capteurs, la technologie a atteint sa maturité et devrait connaître une croissance exponentielle dans les prochains mois.
La simulation bénéficiera aussi des progrès de la réalité virtuelle (RV) et la réalité augmentée (RA). Actuellement, les ingénieurs visualisent encore leurs conceptions sur des écrans en 2D mais ils pourront bientôt le faire dans un environnement en 3D grâce à des casques de RV ou AR. Les données seront plus faciles à évaluer et les conceptions plus simples à comprendre, éditer et tester, ce qui permettra d’obtenir un processus plus efficace et léger.

7. La simulation au service du
vivant

En 2020, les éditeurs de logiciels continueront de repousser les limites de la simulation multiphysique afin d’étendre son usage à davantage de domaines, notamment la santé et la recherche où le potentiel est immense. Explorer des hypothèses par simulation avant des essais cliniques ou une intervention chirurgicale, par exemple, permet d’identifier en amont les risques d’échec et optimiser leur succès.
Grâce aux progrès de la modélisation du vivant, la plupart des essais cliniques pourraient être menés uniquement à travers des tests in silico et, ainsi, de se passer totalement des essais sur l’homme et les animaux.

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