24 juin 2022

Révolution dans la production de l’Audi e-tron GT – Réalité virtuelle et scans 3D

Révolution dans la production de l’Audi e-tron GT – Réalité virtuelle et scans 3D

L’Audi e-tron GT est le premier modèle de la marque aux quatre anneaux dont la production a été entièrement prévue sans prototypes physiques. De multiples innovations techniques ont rendu cela possible, notamment des scans de bâtiments en trois dimensions, des processus d’apprentissage automatique et l’utilisation de la réalité virtuelle. Tous les processus d’assemblage, tels que les procédures et les actions des employés, ont été testés et optimisés dans des espaces virtuels qui modélisent leurs homologues du monde réel jusque dans les moindres détails. La planification virtuelle est désormais utilisée au-delà des limites du site, permettant un travail numérique et connecté sans voyages d’affaires ni affectations à l’étranger – et pas seulement pendant la pandémie de coronavirus. Les scans 3D et la planification dans les espaces virtuels rendent les processus plus efficaces et durables.

Où la planification virtuelle est-elle utilisée et pourquoi les scans 3D sont-ils si importants pour cela?
Une variété de prototypes sont utilisés dans le processus de planification conventionnel pour la production d’un nouveau modèle Audi. Les prototypes de véhicules sont fabriqués au cours de la phase de planification initiale en tant que modèles uniques avec des pièces fabriquées à la main. Cela prend du temps et est coûteux. La planification de l’assemblage utilise ces prototypes pour définir et optimiser les processus de production ultérieurs. Quelles sont les tâches de l’employé? Où une pièce doit-elle être située pour que l’employé y ait un accès optimal? L’employé peut-il tenir et installer la pièce par lui-même? Comment doit-elle bouger pour le faire? Y a-t-il d’autres parties sur le parcours? De quels outils a-t-il besoin? Lors de la planification de la production de l’Audi e-tron GT, ces questions ont été dérivées et répondues entièrement dans le monde virtuel. Chaque étape et chaque action a été testée dans l’espace numérique en utilisant la réalité virtuelle. Le but de la planification virtuelle est de garantir que lors de la production ultérieure du véhicule, tous les processus sont parfaitement maillés et que les cycles le long de la ligne sont parfaitement coordonnés. Cela nécessite que chaque détail du hall de production soit modélisé avec précision et à l’échelle. C’est là que les scans 3D entrent en jeu. À l’aide de matériel et de logiciels spéciaux, ils créent une reproduction virtuelle de l’installation de production physique, y compris tous les équipements, outils et étagères.

L’Audi Böllinger Höfe sur le site de Neckarsulm, où l’Audi e-tron GT est construite, existe donc également dans le monde numérique. Et grâce à de nouvelles méthodes de planification numérique, la production de demain peut être planifiée pratiquement des années à l’avance sur la base de ce modèle.

Comment fonctionnent les scans 3D et quel rôle joue l’intelligence artificielle?
Un scanner est essentiel pour générer les données correspondantes. Il mesure environ deux mètres de haut et est monté sur quatre roues afin qu’un employé puisse le déplacer dans les espaces. Au sommet se trouve une unité LiDAR (Light Detection and Ranging) et trois scanners laser supplémentaires ainsi qu’une caméra. Deux processus sont menés simultanément lors du balayage d’un espacev: la caméra grand angle prend une photo de l’espace tandis que les lasers le mesurent précisément et génèrent un nuage de points en trois dimensions de l’environnement. 250 000 mètres carrés d’espace de production sur le seul site de Neckarsulm ont déjà été scannés à l’aide de cette technologie. Mais c’est l’interaction entre le matériel et le logiciel qui prend les points, les images et les ensembles de données générés et les transforme en une image globale utilisable qui peut être utilisée avec les systèmes de planification existants. Le logiciel utilisé ici est un développement Audi interne basé sur l’intelligence artificielle et l’apprentissage automatique. Le nuage de points et les photographies sont combinés pour produire un espace photoréaliste en trois dimensions similaire à ce que l’on voit dans Google Street View. Les proportions et les tailles sont conformes à l’échelle et correspondent à la réalité. Le logiciel reconnaît également automatiquement tous les objets, tels que les machines, les étagères et les systèmes dans l’espace.

Il apprend également automatiquement à chaque scan pour reconnaître, distinguer et classer les objets avec encore plus de précision. Par exemple, le système fait la distinction entre une étagère et une poutre en acier. La position de l’étagère peut être modifiée ultérieurement dans le programme et déplacée dans l’espace virtuel. Celui de la poutre d’acier ne le peut pas. Ces données permettent une visite virtuelle de l’installation de production numérisée à partir de n’importe quel point de départ et peuvent être utilisées directement dans les processus de planification.

Où la planification virtuelle avec réalité virtuelle est-elle déjà utilisée et quels avantages offre-t-elle?
L’Audi e-tron GT est le premier véhicule de la marque pour lequel les procédures d’assemblage et les processus logistiques associés ont été testés exclusivement virtuellement et sans prototypes physiques.

Pour ce faire, un modèle virtuel holistique de l’assemblage prévu avec les données du véhicule, la manutention, l’équipement, les outils et les processus planifiés est préparé sous la forme d’un modèle dit numérique. Les scans 3D en sont un élément. La maquette numérique est à la base de nouvelles innovations, comme l’explique Andrés Kohler, responsable de la planification de l’assemblage virtuel chez Audi : « Grâce à une solution VR développée ici chez Audi et à la maquette numérique, des collègues du monde entier peuvent désormais se rencontrer dans des espaces virtuels et se retrouver au milieu de l’usine de production de demain. Ils peuvent regarder par-dessus les épaules des travailleurs numériques pendant qu’ils exécutent les procédures planifiées. Ils peuvent également expérimenter et optimiser les processus planifiés pour toutes les variantes de pièces de notre application. » Les résultats peuvent ensuite être utilisés pour former les employés, également sur la base de l’application VR. Ces nouvelles possibilités sont désormais utilisées dans un nombre croissant de projets supplémentaires et sur plusieurs sites. Un atelier 3P (3P = Production Preparation Process), par exemple, s’est tenu sur le site Audi de San José Chiapa, au Mexique, et des membres de l’équipe projet d’Ingolstadt y ont également participé. En tant qu’avatars numériques et donc totalement virtuels, les experts ont discuté et planifié la production de l’Audi Q5 restylé et du nouveau Q5 Sportback en VR.

Toutes les procédures d’assemblage sont définies et testées conjointement en temps réel, tout comme les aspects ergonomiques ou la disposition exacte des machines, des étagères et des pièces le long de la ligne d’assemblage. Audi est le chef de file du groupe pour le développement de la solution VR complète, y compris la maquette numérique. Le projet se poursuit à travers les gammes de marques sous la direction des quatre anneaux en tant que projet du Groupe et est déployé sur de plus en plus de sites.

Plus que des bâtiments et des processus : comment fonctionne la planification de conteneurs virtuels?
La planification virtuelle ne se limite pas aux processus et aux procédures de travail. Des objets tels que des conteneurs pour le transport et le stockage de pièces sensibles, appelés conteneurs de chargement spéciaux, peuvent également être planifiés grâce à cette technologie. Ces conteneurs destinés à des pièces individuelles particulièrement sensibles de l’Audi e-tron GT, telles que des modules électriques ou des pièces intérieures, ont été planifiés en utilisant l’application de réalité virtuelle intersite et transversale d’Audi plutôt que d’utiliser plusieurs prototypes physiques de fer et d’acier. La planification de conteneurs virtuels fonctionne comme suit : comme il existe des ensembles de données pour toutes les pièces, celles-ci peuvent être chargées directement et à l’échelle dans l’application VR. Comme dans les ateliers 3P, plusieurs employés de différents sites se rencontrent dans un espace virtuel, où ils utilisent la pièce pour vérifier le porte-charge parfait et sur mesure. Les employés de la logistique, de la planification de l’assemblage, de la sécurité au travail, de l’assurance qualité, de la planification des flux de matériaux et des fournisseurs sont impliqués dans ce processus. Ils utilisent des stylos numériques pour marquer leurs modifications sur les conteneurs virtuels. Les conteneurs sont chargés et déchargés, déplacés et mesurés au cours de ce processus.

La sécurité optimale de la pièce pendant le transport est l’un des objectifs de cette planification. Mais les employés ou un robot doivent également pouvoir saisir facilement la pièce et la retirer du porte-charge. Une fois la conception virtuelle terminée, les données sont simplement exportées et le support de charge spécial fabriqué.

Qu’est-ce qui rend la planification virtuelle si durable et écologique?
Parfois, moins c’est plus. Il y a donc trois points qui rendent la planification virtuelle si durable :

Moins de ressources : la planification virtuelle de l’Audi e-tron GT sans prototypes physiques a permis non seulement de gagner du temps, mais aussi des matériaux et donc des ressources. C’est la même chose avec les porte-charges spéciaux et la planification virtuelle des conteneurs : la fabrication de prototypes de fer et d’acier nécessite des ressources et de l’énergie. La planification virtuelle rend cette étape superflue dans de nombreux cas.
Moins de déchets : plutôt que dans des porte-charges spéciaux, les pièces sensibles étaient souvent transportées dans des porte-charges universels avec une doublure de protection personnalisée. Cette doublure de protection est cependant toujours purement jetable et l’utilisation de contenants personnalisés la rend superflue. La planification virtuelle réduit ainsi directement les déchets.
Moins de voyages d’affaires : la durabilité et la protection de l’environnement sont l’objectif premier. Mais en période de pandémie de coronavirus, il y a aussi des raisons de santé pour réduire le plus possible le nombre de voyages d’affaires. La planification virtuelle est un contributeur majeur ici. Les processus qui nécessitaient autrefois une réunion physique sont désormais possibles dans un espace virtuel.

Quelles perspectives d’avenir la planification virtuelle ouvre-t-elle?
Le modèle numérique est la base de nouvelles possibilités dans l’espace virtuel. Si vous combinez les possibilités de la planification virtuelle incluant la maquette numérique, les scans 3D et l’application de réalité virtuelle avec celles de l’impression 3D, des ateliers 3P pourraient également être menés en réalité mixte à l’avenir. Les pièces individuelles seraient alors produites immédiatement via une imprimante 3D et seulement de faibles quantités de ressources. Cela permet de tester physiquement des éléments individuels dans l’espace virtuel, comme l’évaluation de l’haptique et du poids des pièces. Une étape clé combinant les avantages des deux mondes. Les réunions virtuelles et la collaboration via des avatars dans le monde virtuel pourraient remplacer de plus en plus les missions à l’étranger et les voyages d’affaires plus longs. Il est déjà possible aujourd’hui d’utiliser les espaces créés par le scanner 3D pour la navigation numérique intérieure. Et le positionnement des machines et équipements dans l’espace peut être planifié au centimètre près grâce à la réalité augmentée.

Photos – Vidéo : Audi

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