Prototype John Deere : au coeur de la série T

Prototype John Deere : au coeur de la série T

Il aura fallu cinq ans, de longues journées de travail et un lourd investissement pour que les hommes du bureau d'études de l'usine John Deere de Zweibrücken, en Allemagne, mènent à terme le projet de renouvellement des moissonneuses-batteuses de la série T. La rédaction de Matériel Agricole a eu l'opportunité de visiter en exclusivité ce site de production et vous emmène ici en voyage au coeur des prototypes et du travail d'une équipe d'ingénieurs et de techniciens de près de 200 personnes.

Demandez à Dirk Weichholdt, le responsable d'équipe design moissonneuses-batteuses et coupes au sein du bureau d'études de l'usine John Deere de Zweibrücken, à quoi ressemblera la machine de demain. Il vous répond sans hésitation : « Deux options s'avèrent possibles. La première est une moissonneuse-batteuse plus imposante et plus performante dans un gabarit suffisamment raisonnable pour respecter les contraintes d'homologation. La deuxième option est une machine autonome en termes de conduite, soit au sein d'une flotte de véhicules, soit par le biais de systèmes maîtres-esclaves. » Pour cet ingénieur qui, quotidiennement, se projette dix ans plus tard, se remémorer le travail qu'il a réalisé depuis cinq ans demande, en revanche, un peu de gymnastique intellectuelle. La tâche est d'autant plus compliquée qu'il est tenu par le secret professionnel. Qu'importe, le temps de ma visite au sein du bureau d'études, le centre mondial de recherche et de développement pour les moissonneuses - batteuses John Deere, je lui impose un petit retour en arrière. En 2010, le constructeur décide de renouveler ses moissonneuses-batteuses de la série T dévoilées l'été dernier. Pour ce projet de 100 M€, un long processus démarre avec la création d'un cahier des charges par le service marketing de la marque. La nouvelle moissonneuse-batteuse sera plus productive avec, notamment, un débit plus important (+15 % pour la plus grosse T670), un débit de vidange supérieur (jusqu'à 125 L/s en option) et un changement rapide de culture. Elle devra conserver une bonne qualité de paille, un commerce estimé par la marque à près de 13 Mt, soit environ 1 Md€ de chiffre d'affaires en France. Elle sera capable d'évoluer sur la route à une allure maximale de 40 km/h dans les pays où la législation le permet et pourra recevoir des chenilles. Elle accueillera également un moteur conforme à la dernière norme antipollution Stage IV. « Le développement d'une moissonneuse -batteuse se déroule en quatre principales étapes : le pré-développement, la faisabilité, la validation puis l'industrialisation, explique Cyrille Vittet, le responsable projet W et T. Il s'agit d'abord de rassembler les opportunités, c'està- dire ce qui est déjà développé, les nouvelles idées, la volonté du client... » La première phase consiste à définir les solutions techniques et technologiques en traduisant le cahier des charges. La définition du projet correspond à une liste de travail. Pour les moissonneuses-batteuses John Deere, le design extérieur est confié à un bureau d'études indépendant situé aux États-Unis. Il y a dix ans, cette équipe de designers donnait notamment le premier coup de crayon des nouvelles cabines inaugurées sur les machines de précédente génération. La deuxième étape, celle de la faisabilité, débute avec le développement des premières pièces et des premiers modules comme le convoyeur, le système de séparation... « Cette partie fait appel à diverses techniques de simulation et de modélisation virtuelles. John Deere utilise notamment l'analyse par élément discret qui consiste à étudier les particules et la dynamique des fluides. En observant la fluidité du grain dans une vis, par exemple, cette méthode permet de faire varier virtuellement son pas ou son diamètre. Elle a notamment servi à valider le passage du débit de vidange de 88 à 125 L/s désormais en option sur la nouvelle série T », note Dirk Weichholdt.  

Du virtuel au proto

  Un autre banc d'essai, conçu en partenariat avec l'université de Dresde (Allemagne), permet le test en conditions pseudo-réelles des organes de battage et de séparation, ainsi que les secoueurs de cette nouvelle machine. Il autorise notamment différents réglages de la position des quatre tambours et de leurs contre-rotors. En faisant passer de la récolte à l'intérieur, il permet, à l'aide de caméras à haute vitesse enregistrant des milliers d'images par seconde, d'observer le comportement et d'optimiser le flux de matière dans ses organes. « Ce banc a notamment permis de valider l'augmentation de la vitesse du convoyeur de 30 %, de la surface du contre-batteur ainsi que du diamètre du séparateur tangentiel passé de 660 à 800 mm. Il a aussi pour objectif de définir la position optimale des organes afin de limiter le besoin de réglages en fonction des récoltes et simplifier l'utilisation par le client final », argumente Xavier Terrier, le responsable d'équipe design séparation, nettoyage et intégration. Un autre équipement visualisant, à l'aide de lunettes, les différents organes de la machine dans les trois dimensions permet notamment des tests virtuels d'accessibilité pour la maintenance. Les ingénieurs John Deere ont, par exemple, travaillé sur le pack de refroidissement, le filtre à air, les espacements des entretiens ou la réduction du nombre de graisseurs. La phase de faisabilité doit permettre de peaufiner le design avant la construction du premier prototype qui marque le début de la troisième étape : la validation. Cette machine de test sert aux tout premiers essais en conditions réelles, majoritairement réalisés en Allemagne. Dans une parcelle homogène, le prototype est suivi au travail par une deuxième moissonneuse-batteuse récupérant tous ces résidus, par le biais d'un tapis roulant. « Ce mulet, en triant et en pesant tous les débris, mesure les performances de battage, de séparation et des secoueurs du prototype. Elle quantifie également la paille et les menues-pailles », décrit Xavier Terrier. Ce test, réalisé aussi avec des machines de marques concurrentes, demande une logistique importante et mobilise dix personnes. Mais il est primordial pour valider les solutions techniques et technologiques, ainsi que les performances de la future machine. Il a notamment confirmé l'efficacité des secoueurs et du caisson de nettoyage redessinés. Ce dernier possède en effet un châssis et des entraînements remodelés, ainsi que des vis de plus grand diamètre et une grille inférieure plus longue pour limiter le volume d'ôtons.  

7 000 heures de test

  En même temps, l'équipe du bureau d'études continue de développer des modules et travaille sur les interfaces entre ses sous-ensembles (moteur et séparateur rotatif, par exemple). Le constructeur réalise également des Customer Focus Groups. Il invite des clients de toutes marques, dans un endroit neutre, à donner leur avis sur la machine. Puis, pendant une saison, des essais en conditions réelles et dans différents types de cultures sont réalisés à travers toute l'Europe, ainsi qu'en Russie, au Canada et en Nouvelle-Zélande. L'étape de validation se poursuit avec des tests de fiabilité en virtuel et en pratique. Les ingénieurs simulent notamment par ordinateur le véhicule sur une piste et définissent sa fiabilité théorique à l'aide d'un logiciel d'analyse par élément fini. En pratique, la moissonneuse -batteuse, équipée d'une barre de coupe et bardée de capteurs, évolue sur un terrain chaotique afin d'enregistrer les efforts sur les différents organes et de déceler d'éventuelles failles. Aux États-Unis, un banc muni de quatre hydropulseurs, de gros vérins hydrauliques, soumet la même machine, coupe attelée, trémie et réservoirs pleins, à des cycles répétés de chaos pour un test comparable mais, cette fois-ci, sous conditions contrôlées. Cent heures sur ce banc correspondent à 500 heures en conditions réelles d'utilisation. « Tous ces tests ont notamment permis de valider la construction de nouveaux composants à l'instar du châssis, de la hotte, de l'essieu arrière, du dispositif antipatinage ainsi que l'adaptation de chenilles ou d'une transmission à 40 km/h », explique Dirk Weichholdt. La machine, après 6 000 à 7 000 heures de test, est ensuite désossée pour être examinée dans les moindres détails. Un prototype réalise en moyenne de 500 à 700 heures de battage par saison, pour une machine commençant la moisson en Espagne et la terminant en Suède. Il est piloté par des techniciens internes à John Deere ainsi que par des clients sélectionnés, chaque prototype étant suivi par un ingénieur et un technicien de la firme. La quatrième et dernière étape est celle de l'industrialisation. Elle marque la fabrication des préséries. Les techniciens du service après-vente ainsi que les concessionnaires sont impliqués. D'éventuels derniers ajustements techniques ont lieu si besoin. Les nouvelles moissonneuses-batteuses de la série T sont aujourd'hui au catalogue, mais elles ne sont pas, en revanche, encore entrées en phase de fabrication en grande série. Cette ultime étape est cependant imminente. L'usine de Zweibrücken a en effet programmé de stopper sa production, du 10 mars au 5 avril, afin de réorganiser ses chaînes d'assemblage pour accueillir cette dernière génération de machines.  

5 000 machines produites par an à Zweibrücken (Allemagne)

  L'usine John Deere de Zweibrücken, en Allemagne, emploie 1 150 personnes et produit au total près de 5 000 machines par an, dont environ 2 000 moissonneuses-batteuses. Elle développe et assemble les modèles des séries W et T. Depuis 2012, elle accueille également la production des machines de la série S destinées au marché européen qu'elle partage avec l'usine américaine de Moline. En revanche, elle est la seule unité de fabrication d'ensileuses de la firme. Cette usine utilise les principes de production en cellules. Les techniciens travaillent de façon autonome au sein d'une équipe pour fabriquer des composants et des modules. Ils sont formés pour intervenir sur tous les postes d'une même cellule. L'unité de Zweibrücken se distingue également par sa capacité en mécanosoudure lui permettant de réaliser, elle-même, de 80 à 85 % des pièces utilisées pour assembler ses automotrices de récolte. Elle est installée sur un terrain de 40 ha qui accueille plusieurs bâtiments d'une surface totale de 11 ha. Le plus imposant est affecté à la mécanosoudure et au montage des sous-ensembles. Il fonctionne en 3 x 8 ou 2 x 8 heures selon les modules. Il intègre principalement des machines à commande numérique, à l'instar des deux poinçonneuses, du scanner, des six tables de découpe laser ou des plieuses. Cinquante ingénieurs production y travaillent quotidiennement pour optimiser les flux des pièces, la chaîne d'assemblage, l'agencement... Ils ont notamment mis en place la méthode d'assemblage japonaise, de type poka-yoke, pour éviter les erreurs de montage ou de branchement à l'aide de détrompeurs. Depuis que John Deere fabrique des barres de coupe jusqu'à 12 m de large, il a investi en mars 2015 dans une chaîne d'assemblage ultramoderne pour ces têtes de récolte. Dans cette unité à deux étages, avec un cadencement entièrement automatisé, il fabrique les coupes 600 R et 600 X à tablier standard ou télescopique. En fin de chaîne d'assemblage, un banc réalise les tests et les calibrages de chacune de leurs fonctions. L'unité de peinture des sous-ensembles, de son côté, utilise le procédé par cataphorèse. Elle fonctionne à l'aide de bains d'immersion pour le dégraissage, le nettoyage, la phosphatation, la peinture... Toutes les pièces passent ensuite dans un four à 130 °C. Le constructeur annonce n'utiliser que 80 L de peinture, en moyenne, pour fabriquer une machine et ne rejeter aucun produit dans l'environnement. La chaîne principale d'assemblage, pour sa part, forme un « U » et s'alimente par des lignes secondaires situées perpendiculairement. Cette unité fonctionne de 7 à 10 heures par jour selon la saison. Elle est divisée en 14 postes nécessitant chacun entre 30 et 40 minutes de main-d'oeuvre. Toutes les machines entrant en production ici sont déjà commandées. Les modèles des séries W, T et S se succèdent sur la même ligne, tandis que l'assemblage des ensileuses a lieu sur une seconde chaîne. En raison de la complexité et des différents choix d'équipements d'une moissonneuse-batteuse, la même machine est reproduite une ou deux fois seulement par an. À la fin de ce processus de fabrication, chaque automotrice subit un contrôle et, toutes les semaines, une équipe dédiée réalise l'audit d'une moissonneuse-batteuse et d'une ensileuse. Le fabricant estime à 12 jours le temps nécessaire pour produire une moissonneuse-batteuse contre 10 jours pour assembler une ensileuse.    

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