Thesis start: 2023
Thesis end: September 2026
Expected defense date: –
Abstract
Today, there are many solutions for long- and medium-term factory management (in other words, strategic and tactical: overall factory sizing, site selection, internal and external logistics choices, etc.) based on detailed models that are lengthy and complex to build due to the large number of inputs, management rules, and so on. These digital twin models generally rely on flow simulation techniques and cover only aspects related to production systems. They therefore do not provide a comprehensive predictive view of energy consumption and CO2 emissions—topics that are now priorities across all industrial groups. For reference, in a typical automotive plant, 50% of consumption is linked to production systems and 50% to buildings, heating and comfort systems, etc. It should also be noted that these models generally do not support companies in short-term or even real-time decision-making. The models take too long to create or too long to run.
The purpose of this thesis is therefore to propose solutions to:
(1) Integrate energy aspects in order to build a holistic digital twin of a factory that extends flow simulation approaches with predictive models related to buildings and heating and ventilation systems.
(2) Make the construction and use of simulation models (Digital Twins) fast and appropriate, in particular to take energy aspects into account—whether CO2 consumption aspects or energy cost aspects—while complying with the 3 “S” rule: Simplicity of design, Simplicity of maintenance, and Simplicity of use.
Building on the work carried out in the host laboratory on Digital Twins, and leveraging the platforms available at Mines Saint-Étienne (DIWII, IT’mFactory), several avenues can be explored and combined to address these challenges. For example:
- Automatic or semi-automatic model generation,
- Connecting the various information systems and taking data ontologies into account,
- Reducing computation times by implementing an appropriate information architecture,
- Meta-modelling (building simulation models through learning),
The methodology adopted to carry out this doctoral work is as follows:
- Conduct a review of the academic and industrial literature on the various relevant topics,
- Map, type, and label the data required to create the Digital Twin (DT),
- Develop and provide tooling for the DT construction and execution method(s),
- Develop and provide tooling for the means and techniques for implementing the DT,
- Technically integrate the tools and resources developed above to produce a proof of concept (PoC) in collaboration with the Chair’s end-user partners, and validate the PoC in a broader context of operational decision support
- Engage in a publication and dissemination campaign to academic and industrial communities.
Keywords
Modelling, Digital Twins, flows, energy consumption.
Partners and/or Funders
“Digital Twin for Industrial System” Chair
Relevant Sustainable Development Goals
Publications
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News
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