Du modèle numérique au navire réel : la continuité numérique au service de la conception, de la construction et du cycle de vie
Résumé
La transformation numérique de l’industrie navale ne consiste pas simplement à automatiser certaines opérations de production. Elle conduit à une évolution plus profonde du chantier naval, fondée sur l’intégration des données, des processus et des technologies numériques tout au long du cycle de vie du navire.
Le concept de Shipyard 4.0 associe ainsi conception numérique, automatisation, robotique, Internet des objets, intelligence artificielle, réalité augmentée, fabrication additive et, surtout, jumeau numérique et fil numérique. L’objectif est de rapprocher en permanence le modèle virtuel du navire et son évolution dans le monde réel.
Cet article présente les principaux éléments de cette transformation et montre comment la continuité numérique peut contribuer à améliorer la conception, la production, la qualité, la maintenance et, finalement, la compétitivité du chantier naval.
Mots-clés : Industrie 4.0, Shipyard 4.0, chantier naval, jumeau numérique, fil numérique, digitalisation, construction navale, IoT, intelligence artificielle.
1. Le chantier naval face à une nouvelle révolution industrielle
Construire un navire constitue l’un des projets industriels les plus complexes. La construction mobilise simultanément architecture navale, structure, mécanique, électricité, automatisation, logistique et de nombreux fournisseurs.
À cette complexité s’ajoute une caractéristique essentielle : le navire est rarement un produit de série parfaitement identique à son prédécesseur. Chaque projet comporte des exigences, des équipements et des configurations spécifiques.
Dans ce contexte, la transformation numérique représente bien davantage que le remplacement du dessin papier par un modèle 3D.
Elle vise à créer une continuité de l’information entre la conception, l’ingénierie, la production, le contrôle, les essais et l’exploitation.
Le chantier évolue ainsi d’une succession de processus relativement indépendants vers un système intégré dans lequel le produit, les équipements, les opérateurs et les données sont connectés.
C’est l’ambition du Shipyard 4.0.
2. De l’Industrie 4.0 au Shipyard 4.0
L’Industrie 4.0 repose sur l’interconnexion entre le monde physique et le monde numérique.
Dans l’industrie navale, cette logique peut être appliquée à l’ensemble du cycle de vie du navire :
conception → ingénierie → planification → fabrication → assemblage → essais → exploitation → maintenance.
Les technologies mobilisées sont nombreuses : Internet industriel des objets, robotique, systèmes cyber-physiques, cloud computing, intelligence artificielle, Big Data, réalité virtuelle et augmentée, fabrication additive et jumeaux numériques.
Le travail consacré à l’évolution du secteur naval vers l’Industrie 4.0 montre notamment que les grands constructeurs internationaux développent déjà différentes applications autour de ces technologies. Le document analyse les expériences de DSME, Samsung Heavy Industries, Hyundai, Meyer Werft et Navantia, avec des approches différentes mais convergentes vers une production davantage automatisée, connectée et numérisée.
L’objectif n’est cependant pas de multiplier les technologies.
La véritable question est de savoir comment les intégrer dans un même système industriel.
[FIGURE 1 — LES PILIERS DU SHIPYARD 4.0]
.
Autour, cinq ou six piliers :
- Données
- Jumeau numérique
- Automatisation & robotique
- IoT & systèmes cyber-physiques
- IA & analyse
- Opérateur augmenté
La figure devra montrer que ces technologies ne sont pas indépendantes, mais constituent un écosystème.
3. Le Navire commence dans le monde numérique
L’une des transformations les plus importantes réside dans la possibilité de représenter le navire avant même sa construction.
Le modèle numérique contient la géométrie, mais peut également intégrer les caractéristiques des matériaux, les équipements, les nomenclatures, les données de production et la documentation technique.
Cette représentation constitue la base du jumeau numérique.
Il convient toutefois de distinguer le modèle 3D du jumeau numérique. Le premier décrit principalement le produit ; le second cherche à maintenir une représentation numérique du produit réel, alimentée par les informations provenant de sa construction et, à terme, de son exploitation.
Cette distinction est fondamentale.
Le modèle numérique permet de concevoir.
Le jumeau numérique permet progressivement de suivre, comprendre et optimiser.
Des travaux consacrés spécifiquement au Digital Twin dans la construction navale proposent ainsi d’intégrer le modèle numérique aux différentes étapes de conception, de planification, de production et de contrôle du navire.
4. Le fil numérique : conserver l’information tout au long du projet
Le jumeau numérique ne peut être efficace que si les informations qui lui sont associées restent cohérentes au cours du projet.
C’est ici qu’intervient le concept de Digital Thread, ou fil numérique.
Dans un chantier traditionnel, une même information peut être présente dans différents systèmes : CAO, PLM, ERP, systèmes de production, qualité ou maintenance.
Lorsque ces systèmes sont mal connectés, l’information peut être dupliquée, perdue ou utilisée dans une version obsolète.
Le fil numérique cherche au contraire à assurer une continuité :
une modification dans la conception doit pouvoir être identifiée et, lorsque cela est nécessaire, répercutée sur les processus concernés.
Le navire possède alors une véritable identité numérique, qui l’accompagne de la conception à l’exploitation.
[FIGURE 2 — LE CYCLE DE VIE NUMÉRIQUE DU NAVIRE]
5. L’atelier devient connecté
La transformation ne reste évidemment pas dans les bureaux d’études.
Elle atteint directement les ateliers.
La robotique constitue l’un des domaines les plus visibles de cette évolution. Le soudage automatisé, la manutention robotisée, les véhicules autonomes et les systèmes de contrôle peuvent être intégrés à un environnement numérique commun.
Mais la véritable rupture apparaît lorsque la machine devient une source de données.
Un équipement peut transmettre :
- Son état ;
- Ses paramètres de fonctionnement ;
- Sa productivité ;
- Ses défauts ;
- Ses besoins de maintenance.
Le système industriel peut alors comparer le travail prévu avec le travail réalisé.
Le chantier ne se contente plus d’automatiser une opération : il commence à observer son propre fonctionnement.
Cette évolution est déjà visible dans différents projets de chantier numérique. Le modèle Shipyard 4.0 étudié par Fraunhofer et Lürssen vise notamment à établir un flux numérique entre les systèmes de planification, PLM, CAO et la production.
5. Données, intelligence artificielle et maintenance prédictive
Une fois les données disponibles, une nouvelle possibilité apparaît : ne plus seulement constater ce qui s’est produit, mais anticiper ce qui pourrait se produire.
L’intelligence artificielle et les méthodes d’analyse de données peuvent être utilisées pour identifier des anomalies, optimiser les flux, améliorer la planification ou prévoir certaines défaillances.
La logique industrielle évolue alors :
mesurer → analyser → prévoir → décider.
Dans un chantier complexe, cette capacité peut avoir une valeur considérable.
Un retard détecté suffisamment tôt peut permettre de modifier la planification. Une anomalie de production peut être corrigée avant qu’elle ne se transforme en défaut majeur. Une machine peut être entretenue avant une panne.
La maintenance devient ainsi progressivement prédictive, et non uniquement corrective.
[FIGURE 3 — DE LA DONNÉE À LA DÉCISION]
6. La qualité passe du contrôle final à la prévention
Le numérique modifie également la manière de concevoir la qualité.
Dans un processus traditionnel, une pièce peut être contrôlée après sa fabrication.
Dans un environnement numérique, les informations peuvent être collectées pendant le processus et comparées aux données théoriques.
La logique devient :
modèle théorique ↔ fabrication réelle ↔ mesure ↔ correction.
La géométrie réelle d’un élément peut par exemple être comparée à son modèle numérique. Les écarts sont enregistrés et peuvent être associés à l’opération qui les a générés.
Le contrôle qualité devient ainsi progressivement une partie intégrée du processus de production.
Les travaux consacrés au Digital Twin of Shipbuilding Process s’intéressent précisément à cette intégration de la planification, du suivi de production et du contrôle dimensionnel.
7. L’opérateur au centre du chantier 4.0
L’automatisation ne signifie pas nécessairement la disparition de l’opérateur.
Au contraire, dans un environnement industriel complexe, l’opérateur reste indispensable pour les décisions, la supervision et les opérations qui nécessitent expérience et adaptation.
La technologie peut cependant lui fournir une nouvelle interface.
Avec la réalité augmentée, par exemple, les informations nécessaires peuvent être présentées directement sur le lieu de travail :
Identifier → Comprendre → Réaliser → Contrôler.
Le technicien peut accéder à une instruction, identifier une pièce ou visualiser une information sans interrompre son activité.
L’objectif est donc moins de remplacer l’homme que de créer un opérateur augmenté par la donnée.
[FIGURE 4 — L’ATELIER NAVAL 4.0]
8. Une nouvelle architecture industrielle
Le chantier 4.0 peut finalement être représenté comme une architecture à plusieurs niveaux :
Produit
↓
Processus
↓
Données
↓
Systèmes numériques
↓
Intelligence
↓
Décision
Le navire constitue le produit central.
Autour de lui gravitent les processus de conception, production, logistique, qualité et maintenance.
Les données assurent la continuité entre ces activités.
Le jumeau numérique fournit une représentation cohérente du produit et de son évolution.
L’intelligence artificielle et les outils d’analyse transforment les données en information utile à la décision.
[FIGURE 5 — L’ARCHITECTURE NUMÉRIQUE DU CHANTIER]
9. Vers le chantier naval intelligent
Le Shipyard 4.0 n’est donc pas simplement un chantier équipé de robots ou de logiciels modernes.
Il correspond à une nouvelle manière de concevoir l’entreprise industrielle.
Le véritable changement consiste à créer une boucle numérique continue entre le produit, les processus et les personnes.
Le navire est conçu dans un environnement numérique.
La production utilise les mêmes informations.
Le contrôle enrichit le modèle avec les données réelles.
L’exploitation fournit de nouvelles informations.
La maintenance exploite ces données.
Et le retour d’expérience peut finalement améliorer le projet suivant.
Le chantier devient ainsi progressivement capable de voir son propre fonctionnement, d’analyser ses performances et d’anticiper certaines décisions.
La transformation reste néanmoins complexe. Les technologies doivent être accompagnées d’une évolution des compétences, de l’organisation, de la gestion des données et de la cybersécurité. Le travail fourni sur le secteur naval souligne lui-même que la transformation vers l’Industrie 4.0 dépend de l’intégration de nombreuses technologies et de leur application cohérente aux différents processus du chantier.
Conclusion
L’Industrie navale 4.0 représente finalement une évolution du chantier physique vers un système industriel connecté au numérique.
La robotique automatise.
L’IoT mesure.
Le cloud connecte.
L’intelligence artificielle analyse.
La réalité augmentée assiste.
Le jumeau numérique représente.
Le fil numérique relie.
Mais leur véritable valeur apparaît lorsqu’ils fonctionnent ensemble.
Le chantier naval de demain ne sera donc pas nécessairement celui qui possède le plus de technologies. Il sera celui qui saura transformer ses données en connaissance, sa connaissance en décision et ses décisions en amélioration industrielle.
Le véritable enjeu du Shipyard 4.0 est ainsi moins de construire un navire plus rapidement que de construire un système industriel capable d’apprendre de chaque navire qu’il construit.
