En Allemagne, la Smart Factory de Viessmann fait monter la température
- Avec un marché en plein essor, les fabricants allemands de pompes à chaleur investissent dans des sites de production automatisés.
- Viessmann utilise les technologies numériques pour optimiser les processus de fabrication dans sa nouvelle usine intelligente polonaise, qui débutera la production de pompes à chaleur à l'automne 2023.
- La planification numérique du projet de Smart Factory de Viessmann servira de modèle pour la construction des futures installations de production.
Les ventes de pompes à chaleur ont explosé ces dernières années. Le quotidien économique allemand Handelsblatt va même jusqu'à qualifier cette période de « décennie de la pompe à chaleur » et considère les fabricants de pompes à chaleur comme les champions de la transition vers les énergies renouvelables.
Ce boom technologique était prévu depuis longtemps. En 2021, 154 000 pompes à chaleur ont été installées en Allemagne ; à peine un an plus tard, elles atteignaient les 236 000 unités. Bien que le taux de croissance aux États-Unis soit inférieur à celui de l'Allemagne, les ventes ont dépassé pour la première fois les quatre millions d'unités en 2022, devançant ainsi les chaudières à gaz. Le Royaume-Uni a encore beaucoup de chemin à parcourir pour atteindre l'objectif gouvernemental de 600 000 installations de pompes à chaleur par an d'ici à 2028.
L'association allemande pour les pompes à chaleur, Bundesverband Wärmepumpe e.V., prévoit que 500 000 pompes à chaleur seront installées en Allemagne chaque année à partir de 2024, et que le nombre total de pompes à chaleur en utilisation passera de 1,4 million à 6 millions d'unités d'ici à 2030.
Le spécialiste international du chauffage et de la climatisation Viessmann, basé dans la ville allemande d'Allendorf, investira 1 milliard d'euros (1,08 milliard de dollars) dans les technologies vertes de chauffage au cours des trois prochaines années. Le fabricant consacrera 20 % de cette somme, soit 200 millions d'euros (216 millions de dollars), à la construction d'un nouveau site de production de 50 000 mètres carrés à Legnica en Pologne, une ville située à un peu plus de 80 km de la frontière. Viessmann entend soutenir l'indépendance géopolitique de l'Europe et jouer un rôle clé dans la lutte contre le changement climatique et la dépendance aux combustibles fossiles. En mai 2022, avant le début de la guerre en Ukraine, l'entreprise avait déjà signalé une augmentation de 41 % de la demande de pompes à chaleur, générant ainsi des ventes record en 2021.
La situation politique actuelle et les efforts du gouvernement allemand pour s'affranchir de l'approvisionnement en gaz russe stimuleront encore davantage les ventes. Viessmann se prépare à une demande croissante en augmentant massivement sa capacité de production de pompes à chaleur. L'année dernière, l'entreprise a doublé son nombre d'employés sur ce segment d’activité.
La production à Legnica débutera moins de deux ans après l'élaboration des plans initiaux et un peu plus d'un an après le début des travaux à l'été 2022. « Nous n’aurions pas réussi sans la planification numérique », explique Norbert Schmidt, ancien expert en usine numérique chez Viessmann. Bien qu'il ait pris sa retraite en 2021, le spécialiste continue de conseiller l'entreprise en matière d'ingénierie industrielle et de mettre à profit ses nombreuses années d'expérience.
La planification de l'usine numérique accélère la production
La conception de l'usine polonaise a débuté en septembre 2021, et la phase de conception détaillée un an plus tard. « Nous avons ensuite détaillé les tâches spécifiques à effectuer dans les différentes sections du bâtiment », poursuit Norbert Schmidt.
Toutes les tâches des différents métiers du bâtiment sont fusionnées dans un modèle de planification 3D complet, utilisant la solution Autodesk BIM 360 basée sur le cloud. Disposer d'une source unique de vérité améliore la coordination et garantit que toutes les personnes concernées peuvent accéder à des plans actualisés. Viessmann est le maître d'œuvre de l'usine, et la filiale polonaise de Bilfinger Tebodin en est le planificateur général. La coordination et la gestion BIM ont été confiées à E3D-Ingenieure, un bureau d'études basé à Aix-la-Chapelle, à l’ouest de l'Allemagne. Selon Norbert Schmidt, les responsabilités sont réparties de manière à ce que les tâches liées au BIM « puissent être effectuées séparément de celles qui relèvent des différents métiers du bâtiment ».
Autodesk Navisworks est utilisé pour vérifier le modèle et exécuter l'outil critique de détection de conflits afin de garantir le bon déroulement des travaux sur le chantier. « Les projets de construction traditionnels nécessitent de nombreux allers-retours avant de pouvoir déterminer ce qui ne va pas et comment y remédier », explique Norbert Schmidt. « Grâce à ces outils, nous avons été en mesure de réduire, et parfois même d'éviter, ces problèmes avant même le début des travaux sur site ».
Une partie des machines et des équipements est installée pendant la phase finale de construction, ce qui permettra à l'installation de commencer la production de pompes à chaleur dès la fin de la construction. Comme toutes les entreprises concernées ont accès en permanence à des plans actualisés, les partenaires du projet tels que Schnepf Planungsgruppe Energietechnik (qui fournit les services de construction MEP) et Jungheinrich (fournisseur de rayonnages à grande hauteur et de technologie de convoyage) peuvent en assurer la planification à un stade précoce et commencer à préfabriquer les composants et l'équipement de production.
Un plan d'action pour les usines du futur
Selon Norbert Schmidt, la planification numérique de l'usine de Legnica par Viessmann, utilisée de manière aussi exhaustive pour la première fois, pourrait servir de modèle pour la construction des usines du futur, un projet phare pour son application de multiples technologies numériques. L'utilisation de la technologie par Viessmann ne se limite pas au BIM : l'entreprise a utilisé à la fois Autodesk Revit et AutoCAD pour la planification architecturale, ainsi que d'autres technologies pour automatiser et améliorer les processus de production, d'assemblage et de logistique lors de la mise en service.
La production modulaire offre de la flexibilité, et le haut degré d'automatisation permet d'augmenter la production. La société Unity AG, basée à Hambourg, dans le nord de l'Allemagne, utilise Autodesk Inventor pour planifier tous les processus d’usine qui seront mis en œuvre une fois la construction terminée.
Un jumeau numérique joue également un rôle clé pour atteindre les objectifs de durabilité et la neutralité carbone. Ce modèle numérique complet utilise les propriétés et les caractéristiques du bâtiment pour calculer à l'avance la consommation totale et les émissions de l'usine. « La législation polonaise stipule que ces valeurs doivent être établies avant la fin de la construction », explique Norbert Schmidt.
Transfert interne de connaissances numériques
Pour Norbert Schmidt, la construction joue un rôle important dans la diffusion et l'adoption des outils numériques. Avec sa grande expérience des possibilités offertes par les outils numériques, il se réjouit que la construction d'usines soit enfin passée au numérique.
« Les réalités augmentée, mixte et virtuelle sont des outils visionnaires », déclare-t-il. « Il en va de même pour la visualisation 3D et le balayage laser ». Pour lui, la réussite du projet repose en partie sur « l'engagement et à l'enthousiasme » du personnel de Viessmann quant à ces opportunités. Utiliser la modélisation numérique pour construire des installations de production, et la planification numérique d'usine pour ses besoins de fabrication garantit une coordination sans faille. Selon Norbert Schmidt, la nouvelle usine de Legnica est un projet exemplaire en termes de planification d'usine numérique, et la preuve que la convergence entre l'architecture et la fabrication est réellement en train de se produire.
Maintenir le jumeau numérique en vie
La planification numérique ne s'arrêtera pas une fois la production lancée. Viessmann prévoit de convertir le modèle de l'usine en un jumeau numérique qui sera utilisé pour la gestion assistée par ordinateur des installations, ce qui permettra d'effectuer des réparations de manière efficace. Ces données peuvent même indiquer à l'avance qu'une machine risque de tomber en panne et permettre de prendre des mesures préventives. « Nous continuerons à alimenter le jumeau numérique et à le maintenir en vie afin de continuer à en récolter les fruits pendant que l’usine est en activité », conclut Norbert Schmidt.