Condition Monitoring » Surveillance continue de l'état des machines et des installations
Punlié le : 17.01.2023 | Durée de lecture : 6 minutes
Qu'il s'agisse de grands groupes, de PME ou de petites entreprises, la fabrication de produits représente chaque jour un énorme défi pour les collaborateurs. En effet, en plus de l'estimation du marché réel et de la planification des ventes, la fabrication doit également fonctionner sans problème. Surtout lorsque la demande est élevée.
C'est pourquoi les temps d'arrêt imprévus en production sont un cauchemar absolu pour les personnes responsables. Il s'agit en effet de respecter les délais de livraison et de garantir les quantités promises. Même si de nombreuses entreprises disposent d'un planning de production complet, les brusques temps morts des machines et des installations de production ne sont définitivement pas calculables. Et si c'était le cas ?
Certes, on peut prévoir, lors de la planification, certains "temps de pause" entre les commandes pour une éventuelle maintenance. Mais l'efficacité et la rentabilité en pâtissent, ce qu'aucune entreprise ne peut finalement se permettre. Le Condition Monitoring (CM) serait alors une bien meilleure solution. Dans notre guide, nous vous expliquons ce qu'on entend par une solution de Condition Monitoring, comment elle fonctionne et quels sont ses avantages.
Un système d'entraînement, une machine de production ou une chaîne de production complète ont toujours une chose en commun, malgré leurs différentes fonctions : pour pouvoir remplir la tâche demandée, une multitude de composants différents doivent fonctionner ensemble sans problème. Et plus les processus de travail sont complexes, plus il est important que les opérateurs contrôlent en permanence leur bon fonctionnement. Dans ce contexte, les bonnes personnes entendent souvent au son des bruits de fonctionnement si la machine dont elles ont la charge fonctionne correctement ou si quelque chose ne va pas. Ils détectent déjà les moindres écarts et peuvent ainsi intervenir à temps pour éviter des dommages et des temps d'arrêt plus importants.
Mais cela nécessite des années d'expérience. De plus, tous les changements ne sont pas facilement perceptibles par les opérateurs de machines. Surtout lorsqu'il s'agit de paramètres électriques variables ou lorsqu'un changement ne se produit que très lentement. Dans ce cas, le Condition Monitoring, c'est-à-dire la surveillance électronique précise de l'état, est une aide précieuse.
Pour ce faire, les machines et les installations sont équipées des capteurs les plus divers, qui enregistrent en continu tous les paramètres importants pour le fonctionnement. Ces capteurs permettent de détecter à temps et sans équivoque des changements lents ou une augmentation imperceptible de la puissance absorbée par les machines et les installations..
Pour pouvoir réaliser une bonne surveillance conditionnelle, certains points sont à clarifier afin que la mise en œuvre s'effectue rapidement.
Domaines d'application et grandeurs de mesure
La surveillance de l'état des machines et des installations nécessite une certaine planification préalable. En effet, une surveillance complète de toutes les machines et installations, y compris de la technique du bâtiment, est définitivement une affaire très coûteuse.
C'est pourquoi le Condition Monitoring devrait être effectué de préférence sur les systèmes qui jouent un rôle important pour la compétitivité de l'entreprise.
Ensuite, il faut définir précisément les rapports physiques importants et les grandeurs physiques ou les valeurs de mesure à enregistrer sur les machines concernées.
Influences extérieures
En outre, il faut également tenir compte des influences extérieures lors de la surveillance des machines. Car sinon, un chariot élévateur qui passe à proximité peut par exemple entraîner une mesure erronée d'un capteur de vibrations ou un dépassement des valeurs limites autorisées.
Installation de capteurs
Les capteurs appropriés doivent ensuite être choisis en fonction de ces spécifications.
La connexion des capteurs à l'unité d'analyse peut se faire soit par câble (API et connexion bus), soit sans fil (réseau radio, passerelle cloud, cloud ou IoT).
Toutefois, le choix et l'installation des capteurs doivent être bien réfléchis.
En effet, il n'est pas toujours possible de poser des câbles sans problème et des connexions radio fiables dans un environnement industriel peuvent devenir un véritable défi.
Présentation des valeurs de mesure
Les valeurs des capteurs collectées doivent ensuite être affichées clairement sur un tableau de bord afin que les personnes compétentes puissent les interpréter correctement.
Lorsque les paramètres de fonctionnement "normaux" ont été définis et que les limites autorisées ont été fixées avec précision, le logiciel peut se comporter comme une personne expérimentée dans l'utilisation de la machine ou de l'installation.
Même en cas d'écarts minimes par rapport aux valeurs standard, un message de retour est envoyé afin que d'autres mesures puissent être prises.
Évaluation de données
Dans l'idéal, le Condition Monitoring se fait en étroite collaboration avec le fabricant de l'installation de production. Cela lui permet, en cas de besoin, d'apporter son assistance lors de la mise en place et, plus tard, d'avoir accès aux données de fonctionnement actuelles du système lors de la maintenance à distance. Dans ce cas, il faut toutefois veiller à ce que la sécurité des données soit suffisante.
Outre la surveillance des données de fonctionnement actuelles, l'enregistrement des données permet également une observation à long terme des paramètres de la machine. Ainsi, les modifications lentes des paramètres, dues à l'usure de certains composants, peuvent être enregistrées de manière fiable et les travaux de révision nécessaires peuvent être engagés.
Récapitulatif des principaux groupes
Pour une meilleure vue d'ensemble, nous avons encore une fois brièvement résumé les principaux groupes CM :
Capteurs :
Les capteurs détectent certaines grandeurs de mesure et les convertissent en un signal électrique. Les capteurs possibles sont par exemple des capteurs de courant, des capteurs de tension, des capteurs de vibration, des capteurs de distance, des capteurs de régime, des capteurs de température, des capteurs de pression ainsi que des capteurs de niveau et des capteurs de proximité.
Réseau :
Les capteurs sont reliés au système de surveillance conditionnelle via le réseau industriel existant sur place. Le réseau peut être câblé ou sans fil, bien que les techniciens expérimentés préfèrent la version câblée pour des raisons de sécurité.
Condition Monitoring System :
Le système de surveillance d'état (CMS) est le centre qui se charge, en tant qu'unité d'évaluation physique, de la saisie exacte des données et de l'enregistrement des valeurs mesurées. De plus, le Condition Monitoring System permet une représentation pratique sur différents terminaux.
Logiciel de surveillance des conditions :
Programme spécial pour la représentation, l'analyse et le stockage des données des capteurs. Alors que l'on privilégiait autrefois les solutions internes (sur site) pour le stockage, les solutions IoT et cloud ainsi que la surveillance conditionnelle en ligne en réseau s'imposent de plus en plus. Tout à fait dans la tendance de l'industrie 4.0.
La comparaison permanente entre la valeur réelle et la valeur de consigne permet d'obtenir une information claire sur l'état actuel d'une machine de production, par exemple.
Le diagnostic précis des résultats de la comparaison d'état permet ensuite de formuler des recommandations pour les mesures de maintenance préventive. Ceci est d'autant plus important que de nombreuses machines sont utilisées quotidiennement à des niveaux proches de la limite de performance.
Souvent, les installations fonctionnent 24 h/24 pour assurer la production. Les temps d'arrêt imprévus entraînent alors très rapidement des complications majeures qui ne peuvent finalement être éliminées qu'au prix d'un surcroît de travail et de coûts.
Il serait préférable de pouvoir détecter les dommages à un stade précoce. Et c'est précisément les avantages du Condition Monitoring.
Avantages du Condition Monitoring
Surveillance compétente des machines
Grâce à l'affichage de tous les paramètres momentanés, les personnes responsables de l'exploitation ont toujours toutes les informations sur l'état actuel de l'installation concernée. Même sans connaissances techniques générales étendues, ces personnes peuvent désormais reconnaître immédiatement si une machine fonctionne sans problème ou si une action est nécessaire dans un domaine particulier.
Détection précoce d'erreurs
Même si une installation semble fonctionner sans défaut, une augmentation de la consommation électrique de l'entraînement peut indiquer une éventuelle difficulté de fonctionnement du mécanisme. Même les interruptions de courte durée sont décelées de façon fiable et consignées pour rechercher les erreurs plus tard. Les travaux de maintenance requis peuvent ainsi être effectués avant une panne totale.
Analyse précise des défauts
Souvent, la recherche d'une panne sur un système complexe est fastidieuse car il n'est pas toujours possible de déterminer clairement la cause de la panne. De plus, pour certaines pannes, il est difficile de savoir s'il s'agit d'une panne mécanique ou d'un problème électrique. Dans ce cas, les valeurs de mesure enregistrées sont une aide précieuse pour les techniciens de maintenance.
Optimisation des intervalles de maintenance
La surveillance en continu permet de savoir très rapidement où un système nécessite un entretien plus important et où les intervalles d'entretien ne sont pas aussi fréquents. Grâce à une maintenance adaptée individuellement au système, les travaux liés au service sont réduits au minimum nécessaire, sans que l'état général d'une installation n'en souffre.
Réduction des temps d'arrêt
Le Condition Monitoring permet une maintenance prédictive, ce qui réduit considérablement le nombre de pannes totales et les temps d'arrêt qui y sont liés. Cela conduit finalement à une meilleure utilisation de la production et à une plus grande valorisation de l'entreprise. L'investissement sera donc rapidement rentabilisé.
Même si les systèmes de surveillance conditionnelle (CMS) nécessitent un certain investissement et un certain savoir-faire, il n'y a pas d'autre solution à long terme. En effet, l'utilité économique de la surveillance continue de l'état en cours de fonctionnement et de la maintenance préventive qui en résulte est indiscutable. De plus, la surveillance sans faille de l'état permet de planifier la maintenance et donc d'en optimiser les coûts. Les travaux de maintenance à effectuer peuvent être planifiés concrètement à l'avance et réalisés pendant les temps d'arrêt réguliers.
C'est pourquoi les installations, machines et systèmes dernière génération sont déjà équipés en usine des capteurs ou des interfaces nécessaires.
Mais la modernisation postérieure (retrofit) d'installations existantes, également appelées installations brownfield, est également tout à fait rentable. En effet, une maintenance ou une réparation uniquement en fonction des besoins, qui n'est en outre pratiquée que lors d'arrêts imprévus, ne contribue pas vraiment à garantir la production.
Et une maintenance préventive selon un plan d'entretien, telle qu'elle était souvent pratiquée dans le passé, est également de moins en moins rentable, car des composants et des lubrifiants qui fonctionnent correctement pour la plupart sont remplacés inutilement.
Le thème du Condition Monitoring (CM) fait partie, avec la numérisation et la mise en réseau, des éléments clés de l'étape d'évolution de l'industrie 4.0. Comme les avantages déjà mentionnés plus haut parlent d'eux-mêmes, le CM est un thème absolument prioritaire en tant que technologie clé importante. Toutefois, il ne protège pas contre les événements soudains. Ceux-ci peuvent se produire lorsque, par exemple, une roue dentée d'un engrenage se casse brusquement en raison d'un défaut dans le matériau. En revanche, la fatigue des matériaux fait bien l'objet de CM grâce à l'enregistrement des valeurs de charge et des cycles de charge.
Des paramètres de fonctionnement correctement réglés et définis sont également importants. Il est crucial de régler les valeurs limites adéquates dans le cas d'installations "retrofit" où, en raison de l'absence d'indications du fabricant, il faut recourir à des valeurs empiriques ayant fait leurs preuves dans la pratique. Si les valeurs de tolérance sont réglées trop basses, les faux messages d'erreur inutiles ne font que perturber le déroulement de l'exploitation. Si les limites sont choisies trop généreusement, il se peut qu'un message d'alarme soit envoyé trop tard.
Un autre point important est la quantité non négligeable de données sensibles qui s'accumulent inévitablement. Lors de l'utilisation, des droits d'accès clairs doivent être attribués et lors du stockage, il faut s'assurer que les personnes non autorisées n'y ont pas accès. Surtout si des personnes quittent l'entreprise. Pour les transferts de données nécessaires, il est impératif d'utiliser et de surveiller les technologies de cryptage courantes.