Pré-Publication, Document De Travail Année : 2025

Addressing Data Confidentiality and Interconnectivity in Digital Twins: A Case Study on the Hot Water Cycle of a Heat Pump Test Bench

Aborder la confidentialité des données et l'interconnectivité dans les jumeaux numériques : une étude de cas sur le cycle d'eau chaude d'un banc d'essai de pompe à chaleur

Résumé

Context: The concept of Industry 4.0 is increasingly significant in today's industrial landscape. There are numerous emerging technologies associated with Industry 4.0, including Digital Twin (DT). However, the adoption of DT faces several research challenges that hinder its seamless integration into industrial environments. These challenges include ensuring the security of data exchanged and improving the interconnectivity among industrial assets within DT systems. Tackling these issues is crucial to enhance the benefits of DT in the context of Industry 4.0. Objective: This paper proposes and evaluates a DT prototype that ensures encryption of data at rest and in transit during transmission over the Internet. Additionally, the design of this prototype facilitates signal exchange between heterogeneous physical equipment and software. Method: Established on the Six-Step DT Design Framework outlined in the literature and aligned with the International Organization for Standardization (ISO) on DT, this paper presents, a Digital Twin prototype of the heat pump test bench's hot water cycle (DT-HP-HWPrototype) using the Node-RED platform as a case study. Results: This study introduces a novel deployment diagram of a data-driven DT hosted on a remote cloud server accessible regardless of the DT Users'

Contexte : Le concept d’Industrie 4.0 prend une importance croissante dans le paysage industriel actuel. De nombreuses technologies émergentes y sont associées, dont le jumeau numérique (JN). Cependant, l’adoption du JN se heurte à plusieurs défis de recherche qui entravent son intégration transparente dans les environnements industriels. Ces défis incluent la sécurité des données échangées et l’amélioration de l’interconnectivité entre les actifs industriels au sein des systèmes JN. La résolution de ces problèmes est cruciale pour optimiser les avantages du JN dans le contexte de l’Industrie 4.0. Objectif : Cet article propose et évalue un prototype JN qui assure le chiffrement des données au repos et en transit lors de leur transmission sur Internet. De plus, la conception de ce prototype facilite l’échange de signaux entre des équipements physiques et logiciels hétérogènes. Méthode : Établi selon le cadre de conception JN en six étapes décrit dans la littérature et conforme aux normes de l’Organisation internationale de normalisation (ISO) sur le JN, cet article présente un prototype JN du cycle d’eau chaude sanitaire du banc d’essai de pompe à chaleur (Prototype JN-HP-HW) en utilisant la plateforme Node-RED comme étude de cas. Résultats : Cette étude présente un nouveau schéma de déploiement d'une DT pilotée par les données, hébergée sur un serveur cloud distant, accessible quel que soit l'emplacement des utilisateurs. Le temps aller-retour moyen mesuré est de 851 ms pour l'envoi des commandes de contrôle de la DT sur un réseau Internet 4G. Conclusion : L'étude de cas souligne qu'une DT temps réel souple peut être efficacement mise en œuvre, notamment pour la surveillance des actifs industriels, tout en préservant la confidentialité des données. Néanmoins, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour définir les besoins en réseaux informatiques du composant DT et pour améliorer la granularité de la représentation des processus industriels au sein du prototype DT-HP-HW.

Fichier principal
Vignette du fichier
DTHPHW.pdf (2.38 Mo) Télécharger le fichier
Origine Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
Licence

Dates et versions

hal-05211167 , version 1 (15-08-2025)

Licence

Identifiants

  • HAL Id : hal-05211167 , version 1

Citer

Harimanga-Yannick Rakotonirina, Bassel Chokr, Abderafi Charki, David Espes, Antonio Costanzo. Addressing Data Confidentiality and Interconnectivity in Digital Twins: A Case Study on the Hot Water Cycle of a Heat Pump Test Bench. 2025. ⟨hal-05211167⟩
418 Consultations
161 Téléchargements

Partager

  • More