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La semaine de Jean-François Prevéraud

Industrie et Technologies
Direction l’Allemagne cette semaine puisque j’ai été assister à la session européenne du club des utilisateurs de Delmia à côté de Stuttgart. J'y ai rencontré du beau monde et de très intéressa

Pour la session européenne du club des utilisateurs de Delmia qui a regroupé environ 300 personnes venant des principaux pays industrialisés européens, le panel industriel était très varié, même si l’automobile et l’aéronautique représentaient la plus forte portion de l’auditoire.

Afin de faire face à ses nouveaux défis, l’industrie doit savoir-faire évoluer ses moyens de production et tirer parti des outils numériques, afin de les valider au plus tôt dans le cycle de développement.

Comme le résumait Bernard Charlès, président de Dassault Systèmes, maison-mère de Delmia : 'une chose est certaine, les choses bougent rapidement dans le domaine de la production. C’est le début d’une nouvelle ère pour la production, qui est à l’aube d’une révolution similaire à celle qu’à connu le monde de la conception avec l’arrivée de la CAO 3D. Ce phénomène, qui a notamment débuté chez les constructeurs automobiles et aéronautiques, s’étend maintenant à leurs équipementiers de premier niveau, mais il devrait faire rapidement tâche d’huile vers les PME'.

Pour lui, 'l’utilisation d’une chaîne numérique de développement permet de valider toutes les opérations de production dans le monde virtuel, dès les phases amont des études, puis de les optimiser tout au long du cycle de développement. Ces outils permettent à l’ensemble des acteurs du cycle de développement produit de collaborer, de voir, de comprendre et de valider l’ensemble de la production, alors même que le produit n’est pas encore fini de développer. Il devient ainsi beaucoup plus facile de tenir compte d’impératifs de production ou de maintenance dans la conception du produit. Ainsi, outre une réduction significative des coûts de production, la validation numérique des processus de production permet aussi d’apporter plus de valeur ajoutée au produit lui-même. '

Une théorie que plusieurs industriels sont venus illustrer à l’aide d’exemples concrets tirés de ce qu’ils font dans leurs entreprises.

Même si ceux-ci se sont malheureusement cantonnés à donner des chiffres généraux et à éviter soigneusement de parler de gains financiers, tous se sont accordés sur la nécessité de recourir à de tels outils afin de réduire les cycles de développement et d’améliorer la qualité de leurs produits.

1. Audi : regrouper dans un système cohérent des points de vue différents

Pour Frank Dreves, responsable de la planification chez Audi : 'la mise en place d’une approche usine numérique est indispensable pour faire face aux nouveaux défis auxquels nous sommes confrontés'.

En effet, d’une gamme de trois modèles de voitures au début des années 80, Audi en est actuellement à une douzaine de modèles et 6 nouveaux modèles devraient voir le jour en 2004. Si l’on ajoute à cela une réduction du cycle de développement, une augmentation de la cadence de production, une croissance de la complexité et des variantes de véhicule, ainsi qu’une évolution vers la qualité totale, il est devenu impératif pour Audi de s’assurer le plus tôt possible dans le cycle de développement d’un modèle que sa fabrication se fera sans anicroches.

'L’adoption de cette approche usine numérique nous permet de regrouper dans un système cohérent des points de vue différents, qu’il s’agisse de l’implantation des moyens de production, du véhicule lui-même, des processus de production ou de la logistique d’approvisionnement sur chaîne à mettre en œuvre.'

'Plutôt que d’interfacer des outils différents, nous avons choisi de faire travailler nos différents experts métiers autour d’un outil commun, Delmia, même si celui-ci n’est pour le moment pas complet. D’ailleurs pourra-t-il l’être un jour, tant le spectre des activités qu’il couvre est en perpétuelle évolution ? Ne vaudrait-il pas mieux qu’il adopte une réelle philosophie d’ouverture, lui permettant de travailler facilement avec des logiciels complémentaires, voire dans certain cas concurrents ? '

Même si des progrès semblent à faire au niveau de l’interface homme-machine de Delmia, afin que les experts des processus puissent s’affranchir d’un recours systématique à des spécialistes du logiciel avant toute utilisation, force est de constater que l’approche usine numérique fait rapidement son chemin chez Audi, puisque Frank Dreves parle de 1 200 utilisateurs.

Reste maintenant à savoir qu’elle est la rentabilité réelle de cette approche.

'Les éditeurs nous promettent toujours un retour sur investissement rapide avec ce genre d’application. C’est oublier tous les efforts qu’il est indispensable de faire en interne si l’on veut déployer correctement cette approche. En effet, cela remet complètement en cause la philosophie industrielle de l’entreprise et bouscule des dizaines d’années d’habitude. Cette évolution a un coût qui est bien souvent prépondérant face aux investissements faits dans le logiciel lui-même.

'Mais, soyons clair : même si le retour sur investissement n’est peut être pas aussi rapide que ce que nous espérions, nous sommes sur la bonne voie avec Delmia et nous poursuivons à la fois le déploiement et les développements'.

Et de conclure avec une dernière petite pique 'D’ailleurs, à ce propos, est-il normal que l’on nous fasse payer si cher des licences de logiciels que nous contribuons largement à faire progresser en mettant notre expérience d’industriel à la disposition des développeurs ? '

2. Rober Bosch : valider dans le virtuel pour dépenser moins dans le réel

C’est Thomas Wagner, Executive Vice President en charge de la R&D, qui est venu présenter l'approche usine numérique du groupe qui réalise les 2/3 de ses 35 milliards d’euros de chiffre d’affaires en tant qu‘équipementier automobile.

Durant la dernière décennie, la valeur ajoutée propre aux constructeurs automobiles est passée de 60 à 46 % du prix d’un véhicule. Dans le même temps, le chiffre d’affaires global des équipementiers a cru de 43 %. Une tendance qui devrait se poursuivre dans les années à venir. Il est donc crucial pour nous de mettre en place les moyens nous permettant de faire face à cette évolution.'

'Cela passe par une redéfinition complète des nos processus de développement et de fabrication, afin d’être beaucoup plus réactif aux demandes des constructeurs. Ainsi, pour certain de nos produits, nous avons réussi à réduire d’un facteur sept les cycles de développement produit entre 1999 et 2003, alors que les études, l’industrialisation et la production se font maintenant sur trois sites différents situés dans deux pays. Dans ce contexte, la mise en place d’une approche usine numérique est pour nous primordiale'.

'Au-delà des animations de chaînes de production, toujours très médiatiques, c’est pour nous un moyen commun de représentation de multiples outils d’amélioration de la planification de la production. En effet, plus nous voulons entrer dans le détail des multiples opérations de production, plus nous sommes obligés d’utiliser des logiciels différents. Et cela devient vite ingérable, car ceux-ci travaillent de manière non synchronisée. Outre une perte de temps, il est aussi nécessaire de ressaisir de multiples fois la même information, avec tous les risques que cela comporte. Enfin, au-delà des réelles possibilités d’amélioration des flux que représente l’utilisation de Delmia, c’est aussi pour nous un formidable moyen d’information et de formation de nos personnels, ainsi que de nos sous-traitants '.

Et de conclure ainsi sa présentation : ' nous devons faire le maximum d’effort de validation dans le monde virtuel, afin de réduire les coûts dans le monde réel '.

3. DaimlerChrysler : standardiser les outillages et les processus tout en améliorant la conception

Emmerich Schiller, Senior Manager Digital Production Planning de DaimlerChrysler, adepte de longue date de l’approche usine numérique, a établi un premier bilan critique de son expérience dans le domaine. Le constat de base est similaire à celui des orateurs précédents.

'Le rythme de lancement de nouveaux modèles s’accélère malgré une augmentation de leur complexité, de leurs variantes et de leur qualité perçue par le client, alors que dans le même temps les équipes de développement restent stables et que le coût de développement doit être réduit de 20 % à chaque nouvelle génération de véhicule. Dans ce contexte, toutes les nouvelles approches et méthodes permettant de concilier ses éléments antinomiques sont les bienvenues. Et l’usine numérique est au premier rang.'

'L’utilisation de l’approche usine numérique nous a notamment permis de nous affranchir de la création de lignes de production pilotes afin de valider sur des préséries la faisabilité de nos véhicules. Outre un coût énorme, cette approche de validation physique imposait des délais importants, car il fallait disposer des outillages initiaux puis les modifier afin d’atteindre les objectifs souhaités. Cela ajoutait en moyenne un an au cycle de développement. Une approche qui devient impensable avec un cycle de développement qui est passé de 60 à 36 mois et qui tend rapidement vers 24 mois.'

'L’utilisation des logiciels de Delmia, nous a aussi permis de standardiser nos outillages, nous sommes ainsi passé de 170 pinces de soudage différentes à seulement 10 pinces standard. De même, nous avons à la fois pu améliorer nos processus de fabrication et la conception de nos véhicules. Nous avons par exemple pu mettre en évidence que sur les 2 000 points de soudures nécessaires sur le soubassement de l’un de nos véhicules, 170 étaient difficilement exécutables. Nous avons alors modifié nos processus opératoires et, pour certains points, demandé au bureau d’études d’en modifier l’implantation ou la forme de pièces gênant l’accès des pinces. De telles validations sont vitales pour nous car elles sont synonymes d’une production bonne du premier coup.'

'Autre exemple, l’implantation du calculateur central embarqué à bord d’un véhicule devait se faire dans le plafond du coffre arrière. Cela obligeait l’ouvrier à s’asseoir dans le coffre et à se contorsionner pour aller le fixer et le raccorder. Autant de problème mis en évidence à l’aide du module Ergo de Delmia. Nous avons alors trouvé une autre solution d’implantation avec le bureau d’études. Le calculateur a été scindé en deux unités qui trouvent leur place dans les cotés du coffre. Leur montage se fait alors sans peine.'

'Globalement nous estimons avoir pu déjà gagner 23 % sur nos temps de cycle de montage, grâce à la validation à l’aide des outils numériques. Mais, si la validation numérique est indispensable, cela ne fait pas tout. C’est pourquoi nous travaillons aussi avec des psychologues afin de mieux comprendre et de mieux motiver nos opérateurs sur chaîne.'

Chez DaimlerChrysler le planning est un moyen commun à toutes les disciplines travaillant dans l’usine. Jusqu’à la logistique demandée aux équipementiers, afin qu’ils livrent sur chaîne des pièces dans un conditionnement simplifiant leur montage. C’est d’ailleurs pour des raisons d’optimisation des flux logistiques que DaimlerChrysler lie les modèles numériques de ses lignes d’assemblage au modèle numérique de la structure des bâtiments de l’usine réalisée sous MicroStation de Bentley Systems, afin notamment de vérifier toutes les possibilités d’accès autour d’une chaîne, pour optimiser les aires de stockage des pièces en attente de montage. De telles revues de projet se font dans une salle de réalité virtuelle dotée d’un grand écran plat, car le nombre d’intervenants est important.

Et Emmerich Schiller, paraphrasant l’écrivain Hermann Hesse, de conclure : ' les questions que nous nous posons actuellement quant à la validation numérique de nos processus n’étaient même pas envisagées il y a quelques années lorsque nous avons commencé à travailler avec Delmia. C’est à force d’essayer de faire des choses impossibles que nous avons réussi à les rendre possibles '.

4. Airbus : optimiser les outils et les moyens de production

Dans le domaine aéronautique, Sabine Klauke est venue présenter l’intégration du concept de l’usine numérique dans ACE, l’environnement de conception du groupe Airbus.

'Nos contraintes sont totalement différentes de celles de l’industrie automobile. Nos produits ont une durée de vie se comptant en décennies et peuvent comporter jusqu’à 150 000 pièces, par contre nos cadences sont faibles. De plus, nous travaillons en mode distribué dans quatre pays tant pour les études que pour la production. C’est d’ailleurs ce qui a été à la base de l’idée d’ACE (Airbus Concurent Enginerring), qui visait à structurer et intégrer nos processus autour d’un certain nombre d’outils : Catia V5 pour la définition des produits et Windchill pour les aspects gestion. Chacun des partenaires principaux du groupe évolue vers cette solution à son rythme.'

'L’adoption de l’approche usine numérique autour des outils de Delmia va, elle aussi, dans ce sens. Elle nous permet de prendre en compte le plus tôt possible les informations produits disponibles afin de dimensionner au mieux les outillages et les moyens de production. Puis de réagir très rapidement aux modifications intervenant en cours du développement. Nous simulons ainsi toutes les opérations d’assemblage, ainsi que les opérations de manutention des différents éléments constituant un avion.'

'Nous avons ainsi déjà pu optimiser les futures chaînes d’assemblage de l’A380 et de l’A400M en définissant au mieux les outillages et en adaptant les capacités des moyens de manutention. Des gains qui se chiffrent en dizaine de millions d’euros, soit de 8 à 10 fois plus que l’investissement nécessaire autour des outils de Delmia.'

'Ces outils nous ont aussi permis de mieux mettre au point des machines novatrices comme celle qui assure le rivetage automatique de tronçons de carlingue. Nous avons pu en moins de temps développer une machine qui a fonctionné correctement du premier coup et standardiser ce processus dans plusieurs de nos usines.'

"Notre objectif est maintenant est de véritablement intégrer cette approche dans notre processus de développement, alors qu’elle était faite jusqu’à maintenant en stand-alone en parallèle du développement du produit. Le déploiement global étant prévu pour 2005 .'

5. Renault : aller vers un montage numérique de tout le véhicule

Retour à l’automobile pour la dernière intervention de la journée, avec Thierry Gaucheron, responsable technique des moyens numériques de validation des processus d’assemblage chez Renault.

'Nous utilisons différents outils de validation numérique de la production. Nous avons retenu ceux de Delmia pour tout ce qui a trait à l’assemblage final des véhicules. Ce sont la qualité de l’interface homme/machine et la puissance du module ergonomie qui ont emporté notre décision.'

'Plutôt que de simuler, c’est à dire reproduire à l’identique la réalité, nous nous contentons de valider la faisabilité de toutes les opérations de montage manuel effectuées sur chaîne, afin d’améliorer l’ergonomie de nos postes de travail et la qualité même des opérations. L’objectif est montrer qu’il existe au moins une cinématique de montage possible, qu’il est possible pour l’opérateur d’accéder avec ses moyens de serrage tels les visseuses, tout en garantissant que l’opération se fera dans son champ de vision, sans être gêné par des éléments du véhicule, afin d’en garantir la qualité.'

'Cette validation numérique a pour objectif d’éviter les problèmes sur chaîne ou d’être obligé de construire des prototypes pour valider physiquement la faisabilité des opérations de montage. Cela a imposé de standardiser les opérations de montage et de numériser tous les outils utilisés. Mais c’est rapidement payant. Ainsi nous avons mis en évidence que le positionnement prévu pour une caisse sur sa balancelle de manutention ne permettait pas le montage des roues avant à cause d’une interférence.'

'Mais attention à ne pas confondre ces validations avec la maquette numérique exacte. Elles nous servent à valider des processus de montage. Nous allons par exemple ainsi valider le montage d’un mastervac d’assistance de freinage sur une maquette de la caisse dans l’état où elle doit se trouver à ce stade de l’assemblage, c’est à dire par sans le bloc motopropulseur. Cette trajectoire sera donc forcément différente de celle utilisé par un garagiste lors d’une réparation ultérieure. Nous travaillons toujours avec la contrainte juste nécessaire au moment où doit être fait le montage sur chaîne.'

'Les problèmes des services après vente sont différents, même si nos travaux commencent à les intéresser. Nous avons ainsi pu mettre en évidence que pour démonter le réservoir à carburant d’un véhicule en cours d’études, il aurait fallu d’abord démonter tout le train arrière, à cause d’interférences entre la goulotte de remplissage et la caisse. Un problème qui a pu être évité par des modifications mineures au niveau de la goulotte. N’oublions pas que nous cherchons à augmenter l’habitabilité de nos véhicules. Nous sommes donc en permanence à la recherche de millimètres et la validation numérique des opérations de montage nous permet de savoir jusqu’ou aller.'

De telles validations permettent aussi d’améliorer le confort de travail des opérateurs. Ainsi la validation d’une opération de fixation d’un support de bouclier avant sur une caisse a montré que l’opérateur travaillait en aveugle, si la caisse était placée à 400 mm du sol. Un problème qui disparaissait si l’on positionnait cette opération quand la caisse se trouvait encore à 1 200 mm du sol.

'Globalement nous classons les opérations de montage suivant deux axes perpendiculaires. Celui des abscisses va de l’impossible au possible, alors que celui des ordonnées va de l’inconnu au connu.'

'Le premier quadrant correspond aux opérations que l’on sait pouvoir valider en trouvant, si elle existe, au moins une solution. Se sont par exemple les trajectoires de pièces ou de passage d’outillages. Le second quadrant dans le sens trigonométrique correspond aux opérations que l’on sait ne pas pouvoir valider, comme par exemple le montage des pièces vivantes (faisceaux électriques souples, moquettes, joints…) ou celles demandant un retour d’effort (clipsage…). Troisième quadrant celui où l’on ne sait pas que l’on ne saura pas valider. On y retrouve tous les problèmes non détectés apparus réellement sur chaîne, qui imposent bien souvent la réalisation de prototypes physiques. Enfin dernier quadrant, celui où l’on ne sait pas que l’on peut valider l’opération. Nous avons ainsi découvert que Igrip/Ergo5 disposait d’un module d’éclairage permettant de recréer les conditions réelles d’éclairage régnant au fond du véhicule sur chaîne lors de l’opération de raccordement de la colonne de direction.'

Comme on le voit, la validation de l’ensemble de ces opérations de montage demande d’être à la fois expert du montage automobile et des logiciels utilisés, chose rare car dépendant de la sensibilité des individus. C’est pourquoi plutôt que d’imposer des formations dans l’un ou l’autre domaine, Renault a préféré miser sur le reverse coaching où les experts des deux bords travaillent côte à côte et s’auto-forment mutuellement, ce qui est meilleur pour la transmission des savoir-faire.

'Après avoir travaillé sur les opérations que nous savions être les plus délicates, nous nous dirigeons vers le remontage numérique complet de l’ensemble de nos véhicules, afin de valider toutes les opérations de montage. Mais nous savons qu’il nous faudra être très vigilants et surtout systématiques, car on ne voit dans ce genre de validation que ce que l’on regarde', conclu Thierry Gaucheron.

A la semaine prochaine

Jean-François Prevéraud, journaliste à Industrie & Technologies, suit depuis 22 ans l’informatique industrielle et plus particulièrement les applications destinées au monde de la conception (CFAO, GDT, Calcul/Simulation, PLM…). Il était jusqu’à une date récente rédacteur en chef de la lettre bimensuelle Systèmes d’Informations Technologiques, qui a été intégrée à cette lettre Web hebdomadaire.

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