Une usine Porsche adopte la planification numérique pour ses voitures électriques

• Pour concevoir ses voitures électriques, Porsche a utilisé la planification d'usine numérique à Stuttgart.
• Porsche est ainsi l'un des premiers constructeurs automobiles au monde à avoir introduit des systèmes de transport sans conducteur en série dans la production en flux.
• L'usine est aussi une « usine zéro impact ». 

Porsche a ouvert une usine complexe en septembre 2019 pour la fabrication de sa première voiture de sport entièrement électrique, la Taycan. Dans la ville natale de l'entreprise, Stuttgart, en Allemagne, Porsche a utilisé la planification d'usine numérique pour créer une installation zéro impact où les systèmes de transport sans conducteur aident à maximiser la flexibilité. 

Les défis de la planification de l'usine ont commencé par le site lui-même, qui se trouve dans une zone urbaine vallonnée bordée de vergers. Ces derniers sont « protégés », explique Till Moczarski, chef de projet de Porsche pour la planification numérique. « Ils se situent sur une arête qui traverse Stuttgart et sur laquelle on ne peut pas construire plus haut que les collines elles-mêmes, sous peine de perturber la circulation de l'air dans le bassin. » 

Ces contraintes de construction naturelles ont obligé M. Moczarski et son équipe à faire preuve de créativité lors de la planification du nouveau site d'assemblage dans le quartier de Zuffenhausen à Stuttgart. La nouvelle installation devait comprendre trois étages et le sous-sol, où se trouvaient tous les systèmes technologiques du bâtiment.

« Pour respecter les coûts et le calendrier, nous avons fini par surélever le bâtiment ainsi que les systèmes de ventilation, de chauffage, d'électricité et d'arrosage, et même les systèmes d'assemblage des véhicules », explique M. Moczarski, qui précise que les charpentiers métalliques étaient sur place le lendemain de l'installation des plaques chauffantes. « Nous avons dû tout prévoir, où, quoi, quand, à l'avance. Cela n'aurait pas été possible sans la protection numérique : le contrôle préalable des collisions sur ordinateur est indispensable. »

Il n'y a pas une poubelle ou un robot dans l'usine qui n'ait pas été approuvé au préalable sur l'écran de Moczarski. Chaque détail figure dans le modèle de planification intégrée Autodesk Navisworks, que Moczarski a créé bien avant la pose de la première pierre de l'usine. Son modèle se base sur une scène Autodesk Revit, créée par la société d'ingénierie architecturale RSE, montrant le bâtiment et ses systèmes technologiques.

« Dans le modèle, tous les concepteurs, planificateurs et fournisseurs parlent le même langage. C'est une sorte de symphonie où les personnes se rencontrent et où tout s'harmonise », explique M. Moczarski, que l'on pourrait décrire autant comme le compositeur que le chef d'orchestre. Il apprécie l'attention portée aux détails et décrit le modèle de coordination comme étant « exactement comme dans la réalité ».

Par exemple, les fournisseurs réalisent des dessins pour certains éléments, tels que les dispositifs de manutention dans Autodesk Inventor. Ils doivent correspondre à 100 % au bâtiment du modèle créé dans Autodesk Revit et AutoCAD. Pour ce faire, les entrepreneurs utilisent la modélisation numérique. Pour éviter les collisions avec le véhicule réel sur la chaîne de montage et les différentes machines de l'usine, Moczarski conçoit même les plus petits composants dans le modèle. Les détails peuvent toujours être supprimés s'ils ne sont pas nécessaires, mais il est difficile de les ajouter par la suite. « 90 % des erreurs se produisent lors de la planification, elles doivent donc être éliminées à ce stade », explique-t-il.

Moczarski travaille systématiquement en 3D à l'aide des solutions Autodesk depuis 1997. À l'époque, il transférait les dessins à l'encre qu'il recevait des concepteurs dans un dessin en 3D sur un ordinateur. Lorsqu'on lui demande s'il a appris à utiliser le logiciel à l'université, il répond par un clin d'œil : « c'est moi qui leur ai appris ».

Le plus grand projet de construction de Porsche

L’usine Taycan fut l’un des plus grands projets de construction depuis l’ouverture du siège Porsche à Stuttgart il y a 70 ans. Il s'agit d'une « usine dans l'usine » construite en quelques mois seulement. Le sol de l'usine d'assemblage peut supporter près de 279 kg par mètre  carré et le plafond s'élève à près de huit mètres de haut. Les piliers mesurent près d'un mètre de large et l'air est renouvelé quatre fois par heure dans l'ensemble du bâtiment.

« J'ai 30 ans d'expérience dans le secteur automobile et j'ai eu l'occasion de maîtriser beaucoup d’éléments », déclare Albrecht Reimold, directeur de la production et de la logistique de Porsche. « Mais l'intégration de nouvelles technologies et de nouveaux processus dans une nouvelle usine pour un rendement maximal a été le plus grand défi auquel j'ai été confronté. »

Concernant les processus, l'usine adopte les méthodes de fabrication agiles. Les nouvelles technologies font principalement référence aux systèmes de transport sans conducteur qui déplacent les voitures dans l'usine et qui déplacent les outils et les équipements d'un point A à un point B. Les chaînes d'assemblage traditionnelles n'existent pas dans l'usine Taycan. La production a lieu sur des « flexi-lines », qui peuvent être déplacées dans toute l'usine. Elles sont dirigées par des QR codes sur le sol et des miroirs sur les piliers et les murs, ce qui accroît la flexibilité de la production et de l'architecture de l'usine.

Porsche est ainsi l'un des premiers constructeurs automobiles au monde à avoir introduit des systèmes de transport sans conducteur en série dans la production en flux, ce qui permet de réaliser des économies. « C'est un véritable pas en avant », déclare M. Moczarski. Grâce à la technologie des convoyeurs, le flux de production n'est plus rigide et peut réagir aux exigences des ressources d'exploitation. M. Moczarski décrit l'interaction des systèmes de transport sans conducteur comme une « salle de danse ». Les nouveaux processus sont testés en réalité virtuelle, grâce à Autodesk VRED.

Usine 4.0 : Durable, flexible et intelligente

L'usine est aussi une « usine zéro impact », ce dont Porsche est particulièrement fier. Il ne s'agit pas seulement du bilan des émissions de dioxyde de carbone, mais d'une approche holistique des aspects environnementaux qui inclut la consommation des ressources, les déchets et la mobilité pour l'ensemble du site. Par ailleurs, l'usine dispose d'un toit vert et est équipée de systèmes photovoltaïques. L'énergie électrique provient de sources renouvelables, et les centrales de production combinée de chaleur et d'électricité alimentées au biogaz sur le site fournissent à l'usine de la chaleur et de l'électricité supplémentaires.

Moczarski aime faire visiter l'usine. À la fin de sa visite, un robot transportant du matériel s'arrête et klaxonne. Moczarski écarte le groupe de visiteurs et le robot poursuit sa route. Le hall d'assemblage continue de fonctionner, comme prévu. « Beaucoup de personnes sous-estiment la compatibilité avec l'avenir du modèle de coordination numérique », explique-t-il. « Il ne s'agit pas uniquement d'une base de planification, elle nous accompagnera pendant toute la durée de vie du bâtiment. »