Construction navale : L'essor de la conception assistée par ordinateur

Dossier(s) : PTC
Emboitant le pas aux industries aéronautique et automobile, c'est au début des années 80 que la construction navale voit naître les prémices de la conception assistée par ordinateur. Jusque là, ingénieurs et techniciens travaillaient sur des planches à dessins et des kilomètres de plans sur papier. Quant à la vérification des gabarits et de l'ergonomie des locaux, elle nécessitait la réalisation de maquettes, parfois à l'échelle réelle. « Nous avions à cette époque des plans de coordination. Nous n'utilisions que des plans en deux dimensions qui étaient des outils de conception et de restitution de l'information. La conception d'un objet donnait lieu à un dessin sur papier et il fallait ensuite expliquer aux gens en production comment utiliser ce que l'on avait dessiné pour fabriquer le bateau. Dans des entreprises comme DCNS, pour les zones trop compliquées, notamment sur les sous-marins, des maquettes étaient réalisées, souvent au 1/5ème, mais aussi à l'échelle 1. Ce fut notamment le cas avec les sous-marins nucléaire de nouvelle génération, où les compartiments les plus complexes, comme le PCNO, on nécessité la construction d'une maquette en bois à l'échelle réelle. Les marins et les compagnons venaient, ainsi, visiter le local et se rendaient compte par eux-mêmes de son ergonomie. Ces maquettes permettaient aussi de savoir, dans le cadre du processus de fabrication, si des équipements, comme des tuyaux, pouvaient être montés », raconte Philippe Barbarin. Ingénieur du génie maritime, ce dernier travaille en 1980 aux chantiers Normed, à Dunkerque, et est aujourd'hui responsable du développement commercial Aerospace & Defense chez PTC (Paramectric Technology Corp.), groupe américain leader du marché de la CAO.


Maquette virtuelle - ProductView® pour DCNS (© : PTC)

Gérer des centaines d'intervenants sur un même projet

Pour faciliter le développement de navires de plus en plus complexes, car intégrant des technologies en constante évolution, la CAO en trois dimensions vise à modéliser et à concevoir les projets sur ordinateur. Mais, au début, faute de moyens informatiques puissants, les systèmes sont assez rudimentaires. « A l'époque, on travaille dans l'espoir de pouvoir modéliser dans un ordinateur tous les composants. Mais les matériels informatiques ont de faibles performances et tout ce que l'on fabrique alors, c'est du fil de fer. Bien que cela soit assez illisible, nous parvenons quand même à progresser pour modéliser les coques, les circuits et sortir des plans règlementaires », explique Philippe Barbarin.
Il faudra finalement attendre le milieu des années 90 et les progrès de l'informatique pour voir apparaître des solutions permettant de gérer des modèles 3D. « On parvient alors à représenter la géométrie de ce que l'on conçoit, mais aussi toutes les données associées, par exemple l'épaisseur des tôles ». Or, dans un projet aussi complexe que la conception d'un navire, assemblage de nombreux éléments, les données sont particulièrement nombreuses et les intervenants sont légion. C'est pourquoi, à côté de la CAO 3D, le besoin d'un outil de Gestion de Données Techniques (GDT) devient fondamental pour contrôler l'avancée du travail de développement. « L'une des caractéristiques de la conception d'un bateau est qu'elle va faire intervenir 100, 200 ou 300 personnes et pas uniquement dans une même entreprise. Ainsi, sur un même projet, on peut trouver des personnels de DCNS, STX ou BAE Systems. Dans les années 90, le besoin de contrôler les ingénieurs concourant au projet, chacun dans sa spécialité, est devenu une nécessité. Tous les corps de métier doivent, en effet, travailler ensemble ». La CAO 3D a donc permis de contrôler le travail des personnes concourant à la conception, en permettant à chacun de travailler sur la bonne version du modèle et en mettant en place des processus de validation. Les maquettes en bois ont, ainsi, fait place aux maquettes virtuelles. L'aboutissement de ce principe, chez DCNS, a été le développement de salles de réalité virtuelles sur les sites de Lorient et Cherbourg. Munis d'un casque et d'une manette, ingénieurs et clients peuvent se déplacer virtuellement dans les différents locaux des navires. Ce procédé a, notamment, été utilisé lors de la conception des Bâtiments de Projection et de Commandement (BPC).


La réalité virtuelle (© : DCNS)

De la conception à la construction jusqu'à la maintenance et au démantèlement

Le développement de la Gestion des Données Techniques permet aux constructeurs de faciliter la conception des futurs bateaux, mais également de vérifier que les choix réalisés sont compatibles avec le fonctionnement opérationnel des matériels. La GTD est donc utilisée depuis la réflexion sur le projet jusqu'à la livraison et aux périodes de maintenance. « Par exemple, pour un système de moteurs diesels, on verra comment il sera utilisé pendant l'exploitation et, en cas de maintenance, le système permet de savoir comment cela va marcher. L'extension de la GTD aux besoins du client permet, in fine, de prouver que le produit livré est conforme aux exigences », note Philippe Barbarin. Le concept a ensuite évolué pour devenir global, c'est-à-dire de la conception au démantèlement. C'est le Product Lifecycle Management. « Le PLM embrasse la totalité de la gestion des données d'un produit, entre les premières idées, qui président à sa conception, jusqu'au démantèlement. Le PLM est une extension dans le temps de la GTD, la CAO étant une petite partie du PLM. Cette démarche se traduit par un outil unique dans lequel, que l'on soit au début ou à la fin, on dispose du même outil avec la même déclinaison pour gérer les données. Cela permet d'avoir une base de données centralisée où sont stockées toutes les informations ».


Maquette virtuelle - ProductView® pour DCNS (© : PTC)

Adapté au travail commun des différents corps de métiers

Grâce à ce logiciel, le client lui-même va pouvoir accéder à l'outil pour exprimer ses exigences ou valider des options de conception. Chez le constructeur et ses sous-traitants, suivant les corps de métier ou les services, le système sera utilisé et alimenté différemment. « L'acheteur va savoir quelles sont les prévisions de consommations de matière, par exemple le nombre de vannes en cupronickel nécessaires sur les deux prochaines années. Les concepteurs de schémas vont pouvoir aller chercher des informations dans le système ou l'enrichir sous forme de schémas complétés. Le préparateur en production, qui réfléchit à la manière dont on va construire le bateau, aura des informations sur le projet et pourra fixer des contraintes aux concepteurs, par exemple sur la capacité des moyens de levage ou plus simplement si les dessins sont réalisables. Le chef de projet pourra, quant à lui, consulter les statistiques d'avancement et de maturité, pour voir s'il est en ligne avec son planning Etc. » De même, le système permet de mieux appréhender les conséquences d'éventuelles modifications en cours de projet, changements dont le surcoût peut s'avérer très élevé. Le PLM est également très utile les grands carénages des navires, chantiers très lourds qui nécessitent de gérer une véritable montagne de données. Le quotidien des bateaux, et la nécessité pour l'équipage de connaître son matériel, ne sont pas oubliés. « C'est pourquoi nous proposons aujourd'hui de produire une documentation structurée pour exporter des éléments de la base de données du PLM à bord, afin que les marins puissent les utiliser ».


Les Sawari II, premiers bateaux européens conçus en 3D (© : PTC)

Frégates Sawari II : Premiers bateaux en Europe conçus totalement en 3D

Leader mondial des solutions de conception et fabrication assistées par ordinateur (CAO/FAO), PTC a développé une série de progiciels spécialisés dans la construction navale. Son fameux CADDS 5, outil de conception en trois dimensions fonctionnant dans l'environnement global du PLM, a été utilisé pour la première fois chez DCNS il y a 12 ans. Le groupe naval de défense, qui était encore à l'époque la Direction des Constructions Navales, devait mener à bien le programme Sawari II. Signé avec l'Arabie Saoudite, ce contrat portait sur la conception et la réalisation de trois frégates de 3000 tonnes dérivées des La Fayette françaises. Ces bâtiments étaient particulièrement ambitieux, car intégrant des équipements très pointus, comme le radar Arabel et des missiles à lancement vertical Aster15. Pour mener à bien le projet, le site de Lorient décide d'opter pour le CADDS de PTC. Mais, en avril 1996, personne n'est formé à cet outil. Malgré tout, les équipes morbihannaises s'approprient rapidement la conception virtuelle et, en janvier 1997, les premières tôles de la frégate Al Riyadh sont produites. « Ce fut le premier bateau en Europe à être conçu en 3D avec une maquette numérique complète. Il n'y a pas eu de maquettes physiques mais directement le modèle virtuel », se rappelle Philippe Barbarin. Après le succès de Sawari II, le groupe naval français bascule totalement sur la CAO/FAO. En étroite collaboration avec PTC, le système est développé et utilisé pour les frégates Delta (Singapour), Horizon puis FREMM, ainsi que pour les sous-marins du type Scorpène et Barracuda. DCNS adopte également la solution Windchill, PLM de PTC pour son activité services et, notamment, la gestion des Indisponibilités Périodiques pour Entretien et Réparations. C'est ainsi que l'IPER du sous-marin nucléaire lanceur d'engins Le Triomphant est réalisée en 2003. A l'étranger, CADDS 5 a notamment servi à la conception des destroyers américains de la classe Arleigh Burke, ou encore des sous-marins nucléaires d'attaque britanniques du programme Astute. Dans le civil, on le trouve bien évidemment chez les grands constructeurs, qu'ils soient européens ou asiatiques.


ProductView® pour Petrobas (© : PTC)

Gains de temps et de coûts spectaculaires

Les gains de temps et de coûts obtenus grâce aux modélisations numériques et à la gestion du cycle de vie via le concept PLM sont aujourd'hui reconnus unanimement et utilisés par tous les industriels. « L'objectif est de gagner du temps sur la conception et la construction, tout en anticipant les problèmes et en améliorant la qualité, en construisant bien et du premier coup, notamment sur les prototypes. Les progrès ont été significatifs dès le programme Sawari II. Par rapport aux bâtiments précédents, on a gagné 30% sur le câblage, 20% sur la fabrication de la coque et 90% sur les reprises de tuyaux. Et depuis, cela s'est encore considérablement amélioré », confie Philippe Barbarin.
Au fil des années, de l'évolution des technologies et des exigences de ses clients, PTC a fait évoluer ses outils de CAO/FAO. Aujourd'hui, CADDS 5 en est à sa version 15 (sortie début 2008) et permet à des équipes importantes et géographiquement dispersées de créer des assemblages hautement complexes, dans des délais très courts.


CADDS® 5 : Coque virtuelle et réelle (© : PTC)

Faciliter les grands programmes en coopération

Cette capacité est notamment fondamentale dans les grands programmes en coopération, faisant intervenir plusieurs groupes et une multitude d'équipementiers. L'informatisation de la conception permet, aussi, de mutualiser les besoins spécifiques de différents clients, en adaptant par exemple une plateforme commune à plusieurs missions. C'est le cas, par exemple, pour le programme des Frégates Européennes Multi-Missions (FREMM).


FREMM italienne (© : MARINA MILITARE)

FREMM française (© : DCNS)

Bien que les bâtiments français et italiens soient en partie différents, notamment au niveau des équipements, la base reste commune et le gros du navire est mutualisé pour réduire les coûts. « Cela permet d'aboutir à un environnement de collaboration unique au sein d'alliances où les industriels ont besoin de collaborer efficacement dans un environnement sécurisé ». Pour y parvenir, le système de PLM Windchill, basé sur les standards du web, a été conçu à la fin des années 90. Cette solution de PTC répond « à tous les besoins et contraintes de la construction navale depuis la gestion de la maquette numérique, la gestion de la configuration et du changement, en passant par la gestion documentaire jusqu'aux fonctionnalités de collaboration. L'ensemble des processus de développements sont suivis via des cycles de workflows (flux d'informations au sein d'une organisation, ndlr) performants ». La dernière version du logiciel de collaboration visuelle Windchill ProductView 9.1 propose une interface utilisateur intuitive pour ses fonctionnalités de collaboration en CAO mécanique et électronique.


L'A380 (© : AIRBUS)

Des sous-marins nucléaires à l'A380 en passant par la fusée Ariane

Outre la navale, les solutions de PTC sont utilisées chez la plupart des grands industriels, notamment dans l'aéronautique. Ainsi, CADDS 5 et/ou Windchill ont servi à concevoir l'A380 d'Airbus ou encore la fusée Ariane 5. Lockheed Martin, Thales, EADS, BAE Systems... Les vingt plus grosses entreprises mondiales de l'aéronautique et de la défense ont choisi les outils du groupe américain, qui emploie pas moins de 2000 développeurs et ingénieurs pour mettre au point ses logiciels. Les produits de PTC sont présents dans l'automobile, comme chez Volkswagen ou Toyota, ou encore dans de nombreux projets terrestres, à l'image des réacteurs d'Areva. On les trouve aussi chez DEL ou Hewlett Packard, qui s'en servent pour concevoir leurs ordinateurs, et même dans des secteurs plus insolites. Ainsi, des marques comme Décathlon utilisent désormais les modèles de PLM pour gérer leurs gammes et collections saisonnières. Basé à Boston, PTC emploie 5500 personnes dans le monde. En France, PTC compte 250 collaborateurs, dont la moitié travaille pour le compte d'EADS.