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Fives Cail conçoit ses sucreries en 3D avec Inventor

Industrie et  Technologies
Direction le Nord cette semaine pour voir pourquoi le leader mondial de l'ingénierie sucrière est passé à la 3D. Il réduit ainsi son cycle de développement, augmente sa valeur ajoutée et relocalise une partie de ses études.


Le groupe Fives-Lille, 4 600 collaborateurs, est spécialisé dans l'ingénierie, c'est à dire, qu'à travers ses multiples entités, qu'il conçoit et supervise la réalisation ou la remise à niveau d'équipements industriels et d'usines aux quatre coins de la planète dans de multiples domaines : automobile ; aluminium ; sidérurgie ; verre ; ciment ; énergie ; sucre. Il travaille dans la plupart des cas sur des installations où il apporte une très forte valeur ajoutée grâce à l'utilisation de processus propriétaires.

C'est Fives Cail, entité de 250 personnes présidée par Michel Dancette, qui traite les activités dans le domaine de l'industrie sucrière. « Cette industrie est l'une des plus équitablement répartie au monde. En effet, en fonction des zones géographiques la matière première est la betterave ou la canne à sucre. Cette répartition équitable favorise la multiplicité des sucreries, qui sont souvent détenues par des groupes familiaux possédant seulement deux ou trois installations. Mais on y rencontre aussi des groupes nationalisés et de multiples coopératives. Le premier producteur mondial est le Brésil suivi de l'Inde », précise Michel Dancette.

Les principaux points mis en avant lors du lancement d'un projet sont la productivité de l'installation, la consommation énergétique (environ 250 kW par tonne de matière première traitée) et de plus en plus les problèmes dus aux rejets. Parmi les autres points, on retrouve bien évidemment le prix, mais surtout les délais de réalisation, car les installations doivent être opérationnelles avant le début des campagnes agricoles.

Des usines à vocation multiple

« Le renchérissement durable de l'énergie rend nos clients très regardants sur la consommation énergétique des installations que nous leur proposons. C'est pourquoi nous concevons de plus en plus souvent des installations travaillant en cogénération, c'est à dire capables de traiter la canne à sucre, mais aussi les rejets, dans ce cas la bagasse, en alimentant les chaudières produisant l'énergie nécessaire à l'usine, voire même plus. Ainsi, certains de nos clients font maintenant plus de chiffre d'affaires en vendant leurs surplus d'énergie qu'avec leur activité sucrière originale », constate Michel Dancette.

Les capacités de traitement vont de 5 à 20 000 T/jour pendant 90 à 120 jours pour les usines traitant la betterave dont on extrait 15 % de sucre, alors qu'elles vont de 2 à 30 000 T/jour pendant 180 à 300 jours pour les usines traitant la canne dont on extrait 10 à 12 % de sucre. Les performances des installations sont évaluées en fonction du taux d'extraction par rapport au potentiel, qui varie de 55 à 86 %, et de la qualité du sucre produit, que l'on juge en fonction de sa blancheur et du taux de cendre résiduel. « La montée des préoccupations écologiques conduit nombre de producteurs de sucre à envisager aussi la production de bio-éthanol, car toute la partie amont du process, broyage et extraction, est commune. Ensuite pour produire du sucre vous épurez, concentrez, cristallisez, centrifugez et séchez le produit, alors que pour produire du bio-éthanol vous laissez fermenter puis vous distillez. Nous allons donc être de plus en plus souvent amenés à développer des usines à vocation triple, le sucre, le bio-éthanol et l'énergie ».

 

Plan réalisé automatiquement à partie de la maquette numérique 3D d'un équipement


Suivant la matière première utilisée, le processus de traitement est toujours très similaire, par contre la taille des installations et les souhaits d'implantation des utilisateurs font que chaque projet de nouvelle installation est différent, notamment au niveau de tous les réseaux reliant les équipements lourds. Le projet de la très grosse usine de Bogazliyan réalisée récemment en Turquie pour Kayseri Seker (10 000 tonnes de betteraves/jour), où Fives Cail fourni tous les équipements, de l'épuration jusqu'aux conditionnement et stockage du sucre, a ainsi nécessité 100 000 heures d'études. Il s'agit de l'usine la plus moderne et la plus automatisée dans le monde, mettant en Å“uvre de nouvelles technologies développées par Fives Cail. Un projet livré clés en main en 18 mois.

3 mois pour répondre à l'appel d'offre, 18 pour livrer

« Pour chacun des projets sur lesquels nous décidons de faire une offre, après avoir évalué la motivation des industriels et investisseurs, nous nommons un binôme composé d'un chef de projet et d'un commercial. Ils ont pour mission de proposer une réponse technique chiffrée qui servira de base au contrat. Cela se traduit au minimum par un plan général d'implantation et un P&ID, véritable schématique du process mis en Å“uvre sur laquelle sont définis tous les équipements et réseaux, ainsi que l'instrumentation servant à leur pilotage. Une telle étude demande de 2 à 3 mois de travail avec une équipe variant de 3 à 10 personnes en fonction des besoins. Elle fait notamment appel aux différents experts process de la maison. Si nous remportons l'appel d'offre, nous lançons ensuite les études détaillées, l'achat des composants standard (moteurs, pompes, vannes, filtres...) et la fabrication des équipements lourds. Une fabrication qui est quant à elle sous-traitée à 90 %, pour moitié auprès d'industriels du pays où se fera l'installation et pour le reste auprès des implantations internationales du groupe Fives-Lille (Brésil, Chine, Inde) ».



Dilueur


Le bureau d'études de Fives Cail est un client historique d'Autodesk utilisant largement les outils 2D tel Autocad et Mechanical Desktop. Dès 2002, Fives Cail a entrevu les potentialités du passage à des outils 3D et a donc commencé à regarder l'offre disponible sur le marché. « Le 2D répondait à nos besoins, cela faisait des décennies que nous concevions des usines en 2D qui répondaient aux attentes de nos clients. Pourtant nous avions le sentiment que le 3D nous permettrait d'aller plus loin », explique Alain Fruchart, responsable des processus et systèmes d'information de Five Cail. « Après avoir regardé des outils comme Pro/Engineer, utilisé dans la division ciment du groupe Fives-Lille, ou SolidWorks, nous avons finalement opté en 2003 pour Inventor d'Autodesk. Il était dans la continuité de ce que nous avions fait avec Autocad et disposait d'une très bonne interface avec SmartPlant Enterprise d'Intergraph que nous utilisons pour la schématique de process et la définition des lignes de tuyauterie. De plus, son potentiel d'évolution et sa complémentarité avec les autres outils d'architecture et d'infrastructure d'Autodesk nous semblaient prometteurs. Enfin, le support du distributeur, Visiograph, et de l'éditeur ont été déterminants ».

Anticiper les problèmes très en amont

Le passage à la 3D est très structurant, ce qui n'a pas été sans entraîner des réticences dans les équipes lors de sa mise en place. Mais les avantages ont vite séduit les plus septiques. En effet, la 3D permet à Fives Cail de valider très en amont l'implantation, l'accessibilité et l'ergonomie des équipements. De même, l'utilisation d'une maquette numérique des installations, remise en permanence à jour, permet d'anticiper tous les problèmes d'interférences, notamment des tuyauteries avec les structures métalliques et les équipements. « Sur le projet de l'usine turque de Bogazliyan, nous avions 800 lignes de tuyauterie représentées par 1 600 isométriques. Nous n'avons rencontré que 10 problèmes mineurs lors de la construction », constate Alain Fruchart.

 

Cuite continue, en réel et en 3D


Le passage à la 3D permet aussi de réutiliser ou d'adapter rapidement certaines études d'équipements pour de nouveaux projets. Mais attention prévient Alain Fruchart : « il ne faut pas aborder le passage à la 3D avec des objectifs trop ambitieux. Ainsi, il faut à mon sens bien s'approprier l'outil 3D avant de songer à faire des modèles paramétriques que l'on peut modifier automatiquement en changeant quelques valeurs ». Enfin, la 3D permet de créer à l'aide d'outils comme 3DSmax des animations explicitant aux clients certains points spécifiques des process mis en Å“uvre. Un plus au niveau marketing qui facilite la tâche des commerciaux, mais qui peut aussi être utilisé pour la formation des opérateurs ou des techniciens de maintenance. Globalement le passage à la 3D a permis à Fives Cail de réduire de 30 % ses délais d'études, tout en fournissant un travail de meilleure qualité, nécessitant moins de correction sur le terrain.

Les 5 clés d'une transition 2D/3D réussie

« Mais attention, le passage à la 3D ne se fait pas en tournant un simple bouton », prévient Michel Dancette. « Il s'agit de faire monter tout le monde dans un train qui avance sans laisser personne sur le quai. Pour cela, il faut une volonté forte de la part de la direction et croyez-moi l'équipe a compris que je l'avais, car je me suis fortement impliqué dans cette transition. D'autre part, il faut mettre en place des équipes motivées. Cela passe par la formation de projeteurs ayant la volonté de passer à la 3D et un administrateur CAO qui, par sa connaissance des outils, pousse à la demande. Il faut aussi des ingénieurs d'études, qui tout en restant les garants de la bonne utilisation de nos méthodes de conception, soient capables de structurer les études 3D afin d'en garantir la qualité. Enfin, il faut un chef de projet inébranlable, capable d'imposer et de gérer la mise en place de la 3D comme étant le nouveau processus d'études de l'entreprise ».

 

Ensemble de suspension


Et de la volonté il en a fallu à l'équipe. « Le chef du premier projet que nous avons traité en 3D etait angoissé, car il voyait le temps passer sans obtenir les traditionnels jeux de plans intermédiaires servant à montrer l'avancement des études à son client. Mais il a retrouvé un large sourire lorsque à la fin des études, nous avons lancé l'impression de tous les plans et l'extraction des nomenclatures en mode automatique. La mise en place d'une charte graphique faisant appel à la couleur et aux ombrages, rendait le tout beaucoup plus attrayant et plus facilement exploitable, sans parler de la parfaite cohérence avec la maquette numérique 3D de l'installation », se souvient Alain Fruchart.

Le passage à la 3D a aussi été l'occasion de relocaliser certaines études. « Nous avons essayé de sous-traiter des études 2D dans des pays à bas coût de main d'Å“uvre, mais nous avons été confronté à des problèmes de qualité des livrables. Le passage à la 3D et aux outils de mise en plans automatiques nous ont permis de rapatrier cette sous-traitance chez nous. Par contre, il nous arrive de confier certaines parties d'études en 3D à des prestataires français avec lesquels nous avons l'habitude de travailler », constate Alain Fruchart.

Améliorer le confort des projeteurs

Les projeteurs trouvent aussi leur compte dans le passage à la 3D. « Je suis sûr que toutes les modifications que je peux apporter à l'équipement que je conçois en 3D seront automatiquement reportées sur les plans qui seront utilisés lors de la fabrication et de la mise en place sur site. De plus, l'accès à la maquette numérique de l'ensemble de l'usine me permet de vérifier rapidement l'interfaçage de mon équipement avec le reste des installations, ainsi que sa montabilité et ses possibilités de maintenance. Enfin, je dispose d'utilitaires me permettant de calculer instantanément sa masse, la position de son centre de gravité et les efforts résultants sur les appuis, ce qui fait gagner beaucoup de temps », constate Jean-François Bonvin.

Et Alain Fruchart de résumer les avantages du passage à la 3D pour Fives Cail : « nous avons pu déjà constater une réduction significative des erreurs à corriger sur site, grâce à la cohérence de l'information tout au long du processus de conception, qui améliore la qualité, notamment en vérifiant les interférences lors des modifications. Cela nous permet aussi d'augmenter les compétences de nos équipes et la valeur ajoutée que nous proposons à nos clients. Enfin, la constitution d'une base de données 3D de tous les équipements que nous concevons permet de capitaliser peu à peu notre savoir-faire et facilitera sa réutilisation. Il nous reste maintenant à nous pencher sur la gestion des données techniques et l'amélioration de la communication avec l'outil d'ERP qui est SAP. Ce sont nos axes de progrès pour 2007 ».

Enfin, alors que je m'interrogeais sur la dominance d'un camaïeu de verts dans la représentation des maquettes numériques, je me suis entendu répondre malicieusement par Alain Fruchart : « cela fait partie de la charte graphique que nous avons mise en place lors du passage à la 3D, disons que cela symbolise le côté développement durable de nos installations ».

A la semaine prochaine.

Pour en savoir plus : http://www.fivescail.com

Jean-François Prevéraud, journaliste à Industrie & Technologies et l'Usine Nouvelle, suit depuis plus de 25 ans l'informatique industrielle et plus particulièrement les applications destinées au monde de la conception (CFAO, GDT, Calcul/Simulation, PLM...). Il a été à l'origine de la lettre bimensuelle Systèmes d'Informations Technologiques, qui a été intégrée à cette lettre Web hebdomadaire, dont il est maintenant le rédacteur en chef.


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