Digitale et durable : la prochaine étape de la transformation de la construction navale

Certains des grands principes de la construction navale ont été adoptés au xviie siècle. Cependant, sous l'impulsion d'une concurrence intense et de l'impératif du durable, une vague d'innovation traverse actuellement cette industrie pour développer des approches transformatrices.

S'appuyant sur l'expérience éprouvée de Damen en matière de normalisation, l'une de ses divisions, Damen Shipyards Gorinchem, coordonne le programme New Advanced Value Added Innovative Ships (NAVAIS) en étroite coopération avec Netherlands Maritime Technology (NMT), Dassault Systèmes, Bureau Veritas, l’université technologique de Delft, MARIN (The Maritime Research Institute Netherlands) et 10 autres partenaires.

Cofinancé par Horizon 2020, le plus grand programme de recherche et d'innovation de l'UE à ce jour, NAVAIS vise à trouver de nouvelles méthodes de construction navale destinées à maintenir le leadership mondial de l'industrie européenne dans le domaine des navires complexes. En intégrant davantage le durable aux nouveaux projets, dès la conception.

Ce programme donne des orientations et des indicateurs de performance clés pour la conception et l'exploitation des navires à faible impact, en réduisant ou, de préférence, en éliminant les émissions (émissions d'échappement, pétrole, eau de ballast ainsi que les bruits aériens et sous-marins rayonnés) dans l'environnement. Afin d'augmenter l'efficacité de la conception des navires et la flexibilité des réseaux de production, NAVAIS explore des principes de conception et de production standards et modulaires.

Ainsi, en s'appuyant sur une approche MBSE (Model-Based Systems Engineering), NAVAIS développe une approche de famille de produits modulaires soutenue par la plateforme 3DEXPERIENCE, en se concentrant spécifiquement sur les ferries électroniques et les bateaux de travail (workboat). Le programme changera profondément la manière dont les nouveaux projets de construction navale sont abordés.

Traditionnellement, ces projets impliquent un modèle commercial d'ingénierie à la commande où les spécifications sont définies et les travaux de conception sont effectués en fonction des besoins du client et de la destination du navire. La nouvelle approche implique un modèle commercial d'assemblage à la commande, ce qui se traduit par des délais plus courts, une qualité constante, des coûts de conception et de production réduits et une meilleure intégration de la chaîne d'approvisionnement tout en garantissant une concentration continue sur les besoins spécifiques des clients.

Pour y parvenir, les utilisateurs définissent des groupes de produits connexes qui partagent des caractéristiques, des composants, des sous-systèmes, des interfaces et des processus de fabrication. Ces groupes répondent à un large éventail d'exigences clients et divers modules sont créés avec les attributs requis pour remplir les différentes fonctions de la structure d'un navire.

Il s'agit également de définir le processus de conception modulaire et la bibliothèque de modules réutilisables : les données de conception et de production, les règles métier, les documents et les informations spatiales sont stockés dans une bibliothèque, permettant aux utilisateurs de standardiser la production et de proposer des environnements multi-utilisateurs afin de créer des modèles, tester le comportement et centraliser les informations en utilisant une approche MBSE.

NAVAIS est en train de définir une procédure d'approbation de classe entièrement nouvelle dans laquelle des modules préconçus sont approuvés pour prendre en charge l'évolution vers un modèle commercial d'assemblage à la commande. Bureau Veritas simule également l’efficacité énergétique du navire au sein de la plateforme 3DEXPERIENCE. Le plan de fabrication peut être simulé pour chaque module de production, et les plans de processus pour divers modules peuvent être combinés pour créer le plan de  processus  principal  pour  la  cuve  dans  son  ensemble. NAVAIS devrait se terminer en juin 2022 et  démontrera la faisabilité de ces concepts pour la construction navale.

L'ingénierie de systèmes basée sur des modèles est indissociable de la sophistication sans cesse croissante des produits dans tous les secteurs. L'industrie Marine et offshore ne fait pas exception. Ses actifs sont des systèmes complexes qui impliquent des équipes multidisciplinaires traitant de la mécanique, de l'électronique, des logiciels, des télécommunications, des cyber-systèmes, de la chimie, des batteries, de l'hydro-dynamique, etc.

Des moyens d'échange d'informations entre ingénieurs, par opposition à des documents, sont progressivement adoptés dans les segments de la construction navale et commerciale pour en réduire la complexité.

CSSC Jiangnan Shipyard, l’une des plus grandes entreprises de construction navale de Chine, construit, répare et convertit des navires commerciaux. Fondée en 1865, elle jouit d'une solide réputation dans les navires complexes. Après des décennies de développement, l'entreprise souhaitait renforcer sa compétitivité, en se concentrant sur les navires de plus grande valeur tels que les transporteurs de gaz, les grands porte-conteneurs et les navires scientifiques tout en s'éloignant de la production en série de navires de faible valeur tels que les vraquiers. En 2015, Jiangnan Shipyard a choisi la plateforme 3DEXPERIENCE pour diriger la transformation numérique du groupe CSSC et amener l'industrie de la construction navale chinoise à un niveau technologique supérieur.

La transformation a consisté à passer d'une organisation de chantier naval traditionnelle basée sur des documents et des plans 2D, à un chantier naval sans papier plaçant le modèle 3D au centre de ses processus de conception et de production. Pour assurer la continuité numérique et disposer d'une solution basée sur des modèles 3D intégrant l'ensemble de ses processus de bout en bout, Dassault Systèmes a aidé Jiangnan Shipyard à définir, à partager et à suivre des indicateurs de performance clés basés sur des cas d'utilisation typiques.

Le premier navire jamais conçu et construit en utilisant cette approche basée sur un modèle 3D est le Haixun 160. Pas un seul morceau de papier n’a été utilisé pour sa conception ou sa construction. Il n'a fallu que trois mois aux ingénieurs et aux ouvriers pour construire les différentes parties du navire et les assembler. Sur place, les équipes n'ont plus à utiliser des plans 2D souvent complexes. Chaque détail du navire peut être examiné de près directement sur le modèle 3D ; un ordinateur portable ou une tablette suffit pour accéder à toutes ces informations détaillées.

Les principaux avantages sont :

• Évitez les interprétations sujettes aux erreurs lors de la fabrication grâce à l'utilisation directe de la 3D : il y a une correspondance parfaite entre monde réel et virtuel, avec un fil conducteur numérique fiable de bout en bout.
• En utilisant la technologie du jumeau virtuel avec la réalité virtuelle, la plateforme 3DEXPERIENCE peut simuler les actions de l'équipage à bord telles que la marche, les opérations et la maintenance, ce qui a aidé le chantier naval à détecter les problèmes au début de la phase de conception, à contrôler et gérer efficacement les coûts de construction, à raccourcir le temps de cycle et à améliorer la qualité de construction.
• L'utilisation de modèles 3D au lieu de dessins a permis de réduire les erreurs grâce à une compréhension plus fine.

Jiangnan Shipyard prévoit d’aller plus loin et de tirer parti du jumeau virtuel pour aider les armateurs à effectuer la maintenance des navires tout au long de leur cycle de vie.