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1DIAGNOSTIC AUTOMATIQUE

DIAGNOSTIC AUTOMATIQUEGuide pour responsables de maintenance et ingénieurs fiabilité

Amélioration de l’efficacité d’un programme de maintenance conditionnelle grâce à un système expert avec indicateur de confiance.


A propos des auteurs .................................................................................................................31. L’analyse vibratoire: un métier exigeant ................................................................................ 42. Guide pour responsables de maintenance et ingénieurs fiabilité ......................................5 A - Un objectif commun: améliorer la fiabilité avec des moyens limités ................ 5 B - Que dit la norme ISO10816? ..................................................................................6 C - Que dit l’expert en analyse vibratoire? .................................................................7 D - Qu’est-ce qu’un système expert? .........................................................................8 E - Solutions pour améliorer l’efficacité d’un programme de maintenance conditionnelle ......................................................................................................... 9

1 - Indicateur de risque: concentrez-vous sur les machines critiques2 - Indicateur de confiance: A convertir en action, ou simple assistance au diagnostic?3 - Responsabiliser les équipes de maintenance avec des résultats automatiques et instantanés4 - Configuration facile et fiable

F - Synthèse ................................................................................................................ 14

SOMMAIRE


A PROPOS DES AUTEURS

Brian SHANOVICH

Brian est impliqué dans les technologies liées à la fiabilité depuis plus de 25 ans. En tant que responsable de la ligne de produits Vibralign et initialement responsable commercial, Brian parcourt les Etats-Unis pour transmettre les valeurs de l’alignement de précision. Brian est maintenant en charge de la gamme de solutions innovantes pour la maintenance conditionnelle ONEPROD sur le marché américain, et assure activement la promotion des produits HAWK, FALCON, EAGLE et MVX.

Patrick LABEYRIE

Patrick est en charge de la gamme de solutions ONEPROD, marque d’ACOEM dédiée à la maintenance conditionnelle. Responsable des équipes produits et services depuis 2012, Patrick a commencé sa carrière il y a plus de 30 ans en tant qu’ingénieur vibration dans la discrétion acoustique de sous-marins. Il a ensuite dédié sa carrière à la surveillance et au diagnostic de machines tournantes dans un large panel d’industries, au travers de l’évolution de la société ACOEM. En 2007, Patrick est reconnu en tant qu’expert de l’industrie nucléaire française au sein du groupe AREVA en mécanique, mécanique des fluides, dynamique (ex : vibrations, bruits, sismique…), système d’Asset Management, instrumentation, et systèmes d’instrumentation et de contrôle de l’état de santé d’équipements industriels

Patrick est aussi l’auteur de plusieurs brevets à application directe sur le suivi et diagnostic de machines tournantes : US 6,705,168 B2 Process and device for processing of vibra-tions measurements of a rotating machine rotor; Publication USPTO n° 20160041068 Wireless Collection and Analysis of Machine Data (brevet en cours); Publication USPTO n° 20160041070 Automatic Rotating-Machine Fault Diagnosis With Confidence Level Indica-tion (brevet en cours).


1. L’ANALYSE VIBRATOIRE: un métier exigeant

Tout programme de maintenance conditionnelle débute par une classification des équipements afin de déterminer quelles machines doivent faire partie du programme et comment elles doivent être suivies. La classification se base sur différents critères, tels que: • Quelle est la criticité de la machine dans le

process (quelle est la dépendance du process à cette machine)?

• De quels défauts souhaite-t’on se prémunir, comment peuvent-ils être détectés, et à quel moment (précocité) peut-on les détecter?

• Quelle est la durée de réparation requise pour ce type de défaut/machine

• Y a-t-il des contraintes de maintenance associées à la réparation? (gestion des pièces de rechanges, opération de maintenance nécessitant des outils particuliers telles que des grues…)

Une fois la machine incluse dans le programme, il sera donc nécessaire de la surveiller afin d’éviter ces pannes imprévues. Cela implique que même des machines en parfait état de santé seront sous haute surveillance.

Parmi les différentes techniques de maintenance conditionnelle existantes aujourd’hui, l’analyse vibratoire est sans aucun doute la plus utilisée. Elle inclue différentes étapes, telles que la config-uration, la mesure, et l’analyse à proprement parler. Une approche traditionnelle des données vibratoires implique la revue systématique de chaque machine faisant partie du programme. Au-delà du temps investi, cela résulte souvent en une analyse non priorisée. Dans la plupart des cas, de 70 à 80% des machines faisant partie du programme sont en bonne santé à un instant donné.

Et s’il existait une solution permettant de se concentrer uniquement sur les cas critiques?


A Un objectif commun: améliorer la fiabilité avec des moyens limités

Une fois un programme de maintenance conditionnelle établi, les capacités d’amélioration résident souvent en un changement de stratégie de mesure. Cela résulte le plus souvent dans l’investissement de systèmes supplémentaires (ex : ajout de systèmes de suivi en continu), et/ou en renforçant les équipes pour assurer un suivi rapproché (augmentation de la cadence de mesure et d’analyse).

Tout programme de maintenance conditionnelle est limité par les moyens difficilement extensibles, en matériel ou en personnel. Ce livre blanc va présenter comment améliorer l’efficacité d’un programme de maintenance conditionnelle sans ressource supplémentaire.

2. GUIDE POUR RESPONSABLES DE MAINTENANCE ET INGÉNIEURS FIABILITÉ


B Que dit la norme ISO10816?

Dans le monde de l’analyse vibratoire, l’un des éléments n’étant jamais remis en cause est la norme ISO10816 portant sur “l’Evaluation des vibrations des machines par mesurages sur les parties non tournantes”. La norme donne des instructions précises sur les mesures vibratoires à réaliser et les seuils d’alarme à appliquer en fonction de la classe de la machine (puissance, vitesse, type de montage…). Un grand nombre de fabricants d’équipements industriels utilisent d’ailleurs cette norme dans leurs procédures et recommandations de maintenance.

La norme ISO10816 ne donne pas d’indications sur l’identification du défaut et l’établisse-ment du diagnostic, mais fournit une recommandation par rapport à l’état de santé global de la machine: en se basant sur la mesure de vélocité vibratoire, il est possible d’évaluer le risque de panne en fonction de la classification de la machine.

Niveau global de vitesse vibratoire tel que préconisé par la norme ISO pour ce type de machine sur le palier côté opposé accouplement de la pompe


C Que dit l’expert en analyse vibratoire?

L’analyste devra aller jusqu’à l’identification des défauts afin de fournir les recommandations de maintenance permettant de planifier au mieux et d’orienter les actions de réparation. Tout expert en vibration s’accordera à dire que : si les niveaux vibratoires sont conformes à la norme ISO10816 et que la machine ne présente pas de chocs, alors celle-ci est en bonne santé.

Si cette condition n’est pas valide, alors il devra réaliser une analyse approfondie des données vibratoires, à la recherche de symptômes permettant d’identifier les défauts présents sur la machine. Il donnera ensuite une recommandation de maintenance basée sur son évaluation du risque, de la même façon qu’un docteur prescrirait le meilleur remède à un patient après avoir identifié la maladie dont il souffrait et sa sévérité.

En fonction de la situation et durant l’analyse des données, même le meilleur analyste du monde pourrait hésiter entre plusieurs causes possibles expliquant un comportement vibratoire donné. Il est tout à fait possible d’être en présence de plusieurs défauts sur une machine, dont certains peuvent en fait être la conséquence des autres. Un expert va toujours pondérer son diagnostic, en présentant dans ses rapports les problèmes ayant la plus forte probabilité, et en guidant les équipes de maintenance sur « où commencer » pour corriger ces problèmes.


D Qu’est-ce qu’un système expert?

« En intelligence artificielle, un système expert est un ordinateur capable de repro-duire la capacité de prise de décision d’un expert humain. Les systèmes experts sont conçus pour résoudre des problèmes complexes par un raisonnement fondé sur une base de connaissances, représentée principalement sous forme de règles plutôt que sous forme de code de programme informatique conventionnel. » (source Wikipedia)

Appliqué à notre domaine, un système expert serait un système doté d’une intelligence artificielle capable d’établir un diagnostic automatique de machines tournantes. Le système expert analyserait automatique-ment chaque spectre et signal temporel vibratoire afin d’identifier et qualifier les défauts présents et leur sévérité.

Il les présenterait de façon priorisée selon la confiance donnée à chaque défaut, de façon à ce que l’ordre de réalisation des actions de maintenance soit lui aussi priorisé. De plus, au même titre que l’expert, il ne se contenterait pas seulement de présenter les défauts identifiés, mais donnerait aussi une évaluation globale du risque de panne pour indiquer à l’utilisateur si des actions doivent être menées de façon immédiate.


E Solutions pour améliorer l’efficacité d’un programme de maintenance conditionnelle à ressources constantes

Il est aujourd’hui possible d’aider les utilisateurs experts à se concentrer sur les machines critiques grâce à l’utilisation d’un système expert adapté. Pour ce faire, le système expert doit fournir les informations suivantes:

[1] Indicateur de risque : concentrez-vous sur les machines critiques

En présentant l’état de santé globale d’une machine de façon simple, tel qu’un indicateur d’évaluation du risque VERT JAUNE ROUGE, le système expert peut aider l’expert en vibration à prioriser son analyse:

• Inutile de vérifier les machines affichées en VERT• Commencer l’analyse par les machines en ROUGE• Passer en revue les machines en JAUNE dans un second temps.

La meilleure solution possible s’appuie sur un système capable de prendre en compte:

• La norme ISO10816.• La présence de chocs• Et comme un expert, d’évaluer le risque de panne à partir des défauts et symptômes

détectés.

A titre d’exemples:

• Un défaut de balourd peut être diagnostiqué avec niveau vibratoire important, mais en fonction de la machine, ne pas nécessiter une action immédiate.

• D’un autre côté, l’accumulation de multiples défauts sur une machine donnée, et ce même si chaque défaut individuellement n’a pas atteint sa sévérité maximale, peut représenter un risque important pour une machine donnée et requérir une attention immédiate.


[2] Indicateur de confiance: A convertir en action, ou simple assistance au diagnostic?

Afficher un résultat automatiquement est une bonne chose, mais si un défaut détecté avec certitude est représenté de la même façon qu’un défaut détecté avec un faible niveau de confiance, le système risque de perdre la confiance de l’utilisateur, et le forcer à vérifier systématiquement chaque résultat automatique. Un système expert sans niveau de confiance n’aiderait en rien à l’amélioration de l’efficacité d’un programme de maintenance conditionnelle.

La meilleure solution pour atteindre cet objectif est d’utiliser un système ayant une approche par symptômes (tout comme un expert), qui soit capable de caractériser la probabilité de présence du défaut à partir des symptômes détectés. La technologie d’intelligence artificielle la plus adaptée à ce jour étant l’utilisation d’un réseau Bayésien, permettant de prendre en compte la pondération des résultats et d’utiliser au mieux l’expérience accumulée dans le domaine d’application concerné.

“Bayésien”, tel que défini par le dictionnaire en ligne Merriam-webster, c’est: “être, lié à, ou impliquant des méthodes statistiques qui attribuent des probabilités et distributions à des évènements (ex : la pluie demain) ou paramètres (ex : une population moyenne), à partir d’une expérience acquise ou des meilleures estimations avant collecte de données, et qui applique le théorème de Bayes afin d’actualiser les probabilités et distributions après obtention de données expérimentales.”

Chaque défaut peut être caractérisé par des symptômes. Un symptôme pouvant être par exemple:

• Un niveau global de vélocité vibratoire élevé

• La présence de chocs• Une température roulement

anormalement élevée• Une évolution importante

comparée à la mesure précédente

Tout comme l’expert en vibration, le système expert va recherch-er ces symptômes et estimer la probabilité de présence de chaque défaut, à partir de la probabilité associée à chaque symptôme.


Ci-dessous un exemple illustrant un défaut de balourd. Le balourd est reconnu au travers de plusieurs symptômes qui peuvent être identifiés sur les signaux vibratoires, certains symptômes ayant des poids plus importants que d’autres pour l’établissement du diagnostic. La direction de mesure dans laquelle les symptômes sont détectés peut elle aussi avoir un impact sur la proba-bilité de présence du défaut.

De plus, la probabilité de présence de chaque symptôme peut être estimée au travers d’un algorithme de pondération, comme par exemple une sigmoïde illustrée ci-après, afin de fiabiliser le résultat.

Par exemple, lorsque la valeur d’un indicateur X est < “S1”, celle-ci, projetée sur la sigmoïde, résulte dans la probabilité de présence du symptôme (valeur entre 0 et 1) bien en deçà de 0.6. D’un autre côté, pour une valeur X > S2 projetée sur la sigmoïde, la probabilité restera toujours proche de 0.9. Cette approche permet d’éviter les limitations basiques de l’application de seuils d’alarme absolus. En d’autres termes, est-il vraiment dangereux d’être à 1,01 pour in indicateur si 0,99 était une valeur acceptable?

En s’appuyant sur cette méthodologie, un niveau de confiance peut être évalué et associé à chaque défaut détecté, de façon à être affiché avec la plus grande précision. L’utilisateur peut ainsi facilement déterminer si le résultat automatique peut être immédiatement converti en action ou s’il ne doit être utilisé qu’en tant assistance au diagnostic.

UNBALANCE

Location 1

UnbalanceRadial

Location n

UnbalanceAxial

MACHINE HEALTH

LOCATION HEALTH

SYMPTOMS

DIRECTIONS(XYZ Consolidation)

Higher Weight

Main ContributingSymptoms

ISO 10816 Velocity

HIGH

Low Freq.ACCHIGH

1XPreponder

ant

1X HIGH

2X HIGH

3X HIGH

Ku LOW

Shocks NO


[3] Responsabiliser les équipes de maintenance avec des résultats automatiques et instantanés

Un autre moyen d’améliorer l’efficacité d’un programme de maintenance conditionnelle est décrit ci-après. Avec un système expert simple à utiliser et capable de donner un résultat instantané devant la machine:

• Gain de temps puisque le système peut être interactif et éviter des allers-retours ou procédures d’intervention inutiles. Par exemple, si un problème de roulement ou de lubrifiant est détecté, la recomman-dation automatique pourrait être : « lubrifier le composant et vérifier à nouveau, si le comportement n’est pas amélioré, prévoir le remplace-ment du roulement »

• Des contrôles supplémentaires peuvent être réalisés par d’autres personnes, ne faisant pas nécessairement partie de l’équipe de maintenance conditionnelle. Si la machine présente un comportement anormal ou suspect (bruit, tempéra-ture palier…), il est facilement possible de réaliser un contrôle supplémentaire et de n’appeler l’expert que si c’est nécessaire.

• Des contrôles peuvent être réalisés sur des machines ne faisant pas partie du programme de maintenance conditionnelle: avec un résultat automatique et instantané avec bon niveau de confiance, il est possible de prendre des décisions sans appeler l’expert qui se concentre sur les machines faisant partie du programme de maintenance conditionnelle.


[4] Configuration facile et fiable

Enfin, un prérequis pour qu’une telle solution soit vraiment efficace réside dans la simplic-ité de configuration. Un bon nombre de systèmes experts ont échoué par le passé, non pas en raison de leur pertinence, mais à cause de leur complexité de mise en oeuvre.

Quel est l’intérêt d’avoir un système expert si seulement un expert du système expert lui-même est capable de l’utiliser, et de l’adapter en fonction du type de machine?

Le système expert doit être capable de déterminer par lui-même quelles doivent être les mesures à réaliser en fonction du type de machine (type de composant, vitesse de rotation, puissance, type de montage, etc.) afin de toujours fournir le résultat le plus précis et le plus fiable possible, et le tout en quelques minutes. Il n’est pas possible d’y passer plus de temps si l’on souhaite que n’importe quelle personne de l’équipe de maintenance soit capable de réaliser des contrôles simples sur des machines suspectes, ne faisant pas nécessairement partie du programme de maintenance conditionnelle.


F Synthèse

Un système expert capable de fournir un diagnostic automatique d’une machine tournante est un moyen simple et efficace d’améliorer l’efficacité d’un programme de maintenance conditionnelle, à ressources constantes. Les prérequis du système pour atteindre cet objec-tif sont:

• De fournir une information simple et fiable pour paramétrer le système expert, de façon à ce que cela soit réalisable en quelques minutes par tout niveau de personnel

• De fournir un indicateur d’évaluation du risque, de façon à ce que l’expert puisse prioris-er son analyse et se concentrer sur les machines les plus critiques

• De fournir un indicateur de confiance associé à chaque défaut détecté, de façon à ce que le résultat puisse être soit converti immédiatement en action, soit utilisé en tant qu’assistance au diagnostic

• De fournir un résultat instantané de façon à ce que des actions puissent être réalisées immédiatement sur une machine faisant partie du programme de maintenance condi-tionnelle, sans que l’intervention d’un expert ne soit requise

• De fournir un résultat instantané de façon à ce que n’importe quelle personne de l’équipe de maintenance puisse réaliser simplement des contrôles de façon autonome, sur des machines ne faisant pas nécessairement partie du programme de maintenance condi-tionnelle

En améliorant l’efficacité de votre programme de maintenance conditionnelle, des heures de production supplémentaires peuvent être économisées et les coûts de maintenance continuellement optimisés.

© 2016 ONEPROD www.ONEPROD.com

SOURCES

• ISO 10816-3:2009 Vibrations mécaniques - Evaluation des vibrations des machines par mesurages sur les parties non tournantes -- Partie 3: Machines industrielles de puis-sance nominale supérieure à 15 kW et de vitesse nominale de fonctionnement entre 120 r/min et 15 000 r/min, lorsqu’elles sont mesurées in situ

• Bureau de dépôt des brevets américains (USPTO): Publication de brevet n° 20160041070• Wikipedia• Dictionnaire en ligne Merriam-Webster

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