Série de systèmes de surveillance d’état sans fil.

Cet article est le premier d’une série de trois articles dans lesquels nous explorons et clarifions les défis auxquels sont confrontés les professionnels de la maintenance et de la fiabilité qui envisagent d’intégrer des systèmes de surveillance d’état sans fil à leurs opérations. Nous examinerons le cadre de la maintenance d’état comme base d’adoption de toute nouvelle technologie ou de tout nouveau service, en abordant des sujets tels que la difficulté d’évaluer le retour sur investissement d’un programme, les raisons des résultats décevants et l’intégration de la surveillance d’état à un programme existant.

Première partie – Pourquoi devrions-nous envisager de déployer un système de surveillance continue sans fil ?

Une application judicieuse de la surveillance de l’état des équipements est essentielle à un programme de maintenance prédictive robuste. L’un des défis consiste à quantifier les avantages financiers afin de justifier un investissement important. De nombreux promoteurs, consultants et fournisseurs prévoient des économies substantielles grâce à une surveillance accrue de l’état des équipements. Cependant, ces affirmations sont discutables lorsque les projections manquent d’informations suffisantes sur l’historique d’exploitation ou de maintenance, ou sont basées sur des secteurs non comparables.

Les aspirations de l’industrie en matière de maintenance prédictive ne se limitent pas aux coûts. Lors de son enquête annuelle sur les programmes de maintenance prédictive (PdM), Plant Services a inclus une question sur la satisfaction globale à l’égard des programmes. Les réponses ont indiqué que 51 % des programmes étaient jugés inefficaces ou nécessitaient des améliorations. La question est de savoir pourquoi nos programmes rencontrent des difficultés en termes de satisfaction globale. Il est essentiel de comprendre les raisons sous-jacentes et, surtout, de les résoudre pour garantir que nos programmes reposent sur des bases solides et dépassent les attentes des parties prenantes. Cela ouvrira la voie à leur expansion et à un financement continu.

Pourquoi la déconnexion ?

D’après notre expérience, nous pensons que de nombreuses organisations ont du mal à projeter les avantages financiers d’un programme de PdM, notamment :

Gérer efficacement l’échec sans éliminer les schémas récurrents.

Ne pas s’attaquer à la cause profonde signifie probablement que le problème reviendra

Évitement des coûts contre économies de coûts : les dirigeants peuvent s’attendre à des économies substantielles

L’avantage typique de la maintenance prédictive découle de l’évitement des coûts plutôt que de leur réduction.

Alignement des indicateurs du programme et des objectifs commerciaux du site

Assurez-vous que vos objectifs de PdM ont une « ligne de mire » (impact) sur les mêmes objectifs par rapport auxquels le leadership est mesuré.

La direction suit les indicateurs de résultats opérationnels. Les responsables de la maintenance rendent compte de critères tels que le coût de la main-d’œuvre, le coût des pièces, les effectifs et le MTBF. La combinaison de ces indicateurs entraîne un manque de cohérence. En cas de discordance, les investissements dans les systèmes, l’amélioration des processus et les ressources nécessaires aux initiatives d’amélioration continue sont généralement inférieurs aux besoins, voire inadéquats. Sans financement adéquat, nous obtenons de mauvais résultats, qui sont ensuite invoqués pour justifier la non-augmentation des investissements au cycle suivant : un cercle vicieux…  Client Corporate Reliability, industrie agroalimentaire.

Transformation culturelle du réactif au proactif

Les programmes de maintenance préventive sont généralement voués à l’échec dans une organisation réactive. Une stratégie structurée de transformation culturelle est essentielle pour obtenir des résultats.

Un autre facteur d’insatisfaction lié au programme peut être le manque de préparation du site pour mettre en œuvre efficacement un flux de travail proactif nécessaire à la surveillance de l’état. Le programme de maintenance prédictive (PdM) en lui-même ne constitue pas une solution miracle. Chaque élément d’un PdM nécessite des instruments, des modifications de processus et de la formation. Un personnel adéquat est nécessaire non seulement pour la mise en œuvre du PdM, mais aussi pour la maintenance afin de résoudre les problèmes détectés. À l’échelle macroéconomique, les clients de Corporate Reliability nous indiquent qu’un investissement équilibré dans les processus, les systèmes et les ressources est essentiel à la réussite.

Obtenir une meilleure productivité à partir des effectifs ; pas assez de personnel pour gérer le programme ou agir sur les résultats, inexactitudes d’analyse, empilement de PdM sur PM existant.

La réduction de l’occurrence des pannes sur les actifs surveillés tout en raccourcissant le délai de réparation (MTTR) augmente la disponibilité et la productivité de la maintenance.

Ne pas superposer les nouvelles activités de maintenance prédictive aux tâches de maintenance préventive existantes constitue un autre moyen de gagner en productivité. En résumé, la mise en œuvre de la maintenance prédictive permet de passer d’une approche de maintenance préventive à planning fixe à une stratégie davantage basée sur l’état, ce qui entraîne une réduction des tâches de maintenance préventive désormais inutiles.

Prochaines étapes du voyage

Si l’organisation parvient à surmonter l’obstacle de la justification, ouvrant ainsi la voie à une stratégie de maintenance conditionnelle (CbM), l’étape suivante consiste à déterminer la technologie à adopter pour la couverture des défauts requise. Les choix technologiques sont aussi variés que les défauts et nécessitent une formation spécifique pour une mise en œuvre efficace. L’infrarouge, les ultrasons , les tests moteurs, l’analyse d’huile et la surveillance des vibrations offrent tous des propositions de valeur uniques ciblant différents défauts répartis le long de la courbe PF. Les avancées technologiques et la détection sans fil pour certaines de ces techniques de surveillance conditionnelle se sont développées et améliorées au cours des deux dernières décennies. Compte tenu de la complexité des nouvelles technologies, une formation sera nécessaire.

De nombreuses entreprises établies, envisageant d’utiliser ces technologies, ont sollicité des conseils pour comprendre leurs propres besoins, se former à leur utilisation et à leurs limites, et comparer les options afin de contacter les fournisseurs en toute confiance. Avant de contacter un fournisseur, il est conseillé aux équipes de fiabilité ou de maintenance de procéder à une auto-évaluation approfondie du rôle que joueront les nouveaux instruments dans leur programme global et de la manière dont ils renforceront les ressources et les compétences existantes. Des questions telles que le type d’instruments nécessaires, l’utilisation des données supplémentaires, leur emplacement, la personne chargée de l’analyse et la manière dont les résultats orienteront les actions doivent être prises en compte.

La surveillance des vibrations est sans doute la mesure la plus courante pour la surveillance de l’état général des actifs, offrant la couverture de défauts la plus large pour les équipements rotatifs. Les capteurs de vibrations sans fil sont une nouvelle technologie qui a apporté des changements subtils aux techniques de mesure, à la fidélité et aux fonctionnalités. C’est pourquoi cet article se concentre sur le rôle potentiel des capteurs de vibrations sans fil dans la boîte à outils de maintenance.

Les principales promesses de la surveillance des vibrations pour les équipements rotatifs sont depuis longtemps les suivantes :

• Déterminer l’état de santé et la durée de vie globale des actifs : le contrôle de l’usure permet de prendre des mesures correctives en temps opportun, prolongeant ainsi la durée de vie des équipements critiques.
• Sécurité de maintenance accrue : l’identification des pannes potentielles avant qu’elles ne surviennent limite les risques potentiels pour la sécurité associés aux pannes soudaines des équipements.
• Augmentation de la productivité de la maintenance/optimisation de la planification de la maintenance : aide à gérer ou à hiérarchiser les ressources, à se procurer des pièces et à planifier les actions du personnel en détectant les besoins de maintenance spécifiques plutôt qu’en adoptant une approche exploratoire.
• Identification des défauts récurrents pour déterminer les causes profondes : les données historiques peuvent être analysées pour montrer les modèles de défaillance courants pour les initiatives d’élimination des défaillances.
• Coûts de maintenance réduits : une détection précoce permet d’effectuer des actions de réparation contrôlées nécessaires pour résoudre le problème identifié, ce qui permet d’économiser sur les coûts de main-d’œuvre, de pièces et de matériel associés aux pannes majeures et imprévues.
• Efficacité opérationnelle améliorée : le contrôle des temps d’arrêt imprévus soutient l’assurance de la production tout en maximisant la production.

Mon rôle consiste à utiliser les résultats de la Maintenance Centrée sur la Fiabilité (RCM) pour déterminer les mesures à prendre pour étendre la couverture des pannes, l’instrumentation nécessaire et son utilisation pour prédire les pannes. J’examine les MP, les listes de tâches et j’évalue la combinaison optimale de compétences et de systèmes. Nos petites usines ne disposent pas des ressources nécessaires pour effectuer ces tâches. Je configure donc le programme, je mets en place le système d’identification des pannes au bon endroit sur la courbe PF et je forme les ressources à son utilisation. Je soutiens la mise en œuvre, mais je ne suis pas le garant de la fiabilité. » – Client Corporate Reliability, secteur manufacturier.

Quantifiant les affirmations ci-dessus, le graphique de la figure 1 présente une répartition des problèmes détectés lors de la surveillance des vibrations. Les observations du secteur suggèrent les observations suivantes.

• Surveillance périodique des vibrations – Détecte environ 70 % des défaillances potentielles.
• Surveillance en ligne continue – Détecte jusqu’à 90 % des pannes, en particulier des actifs critiques.
• Maintenance réactive (sans surveillance) – Entraîne généralement des temps d’arrêt imprévus et des pannes catastrophiques dans plus de 50 % des cas.

Il est essentiel de définir et d’articuler clairement les problèmes, puis de définir les attentes concernant la solution que représentent les nouveaux systèmes.

• Définir des attentes réalistes parmi les parties prenantes quant à la manière dont un système de surveillance des vibrations en ligne s’intégrera et ajoutera de la valeur à l’exploitation existante
• Définir des objectifs, des buts et des mesures clairs pour aider à quantifier les améliorations
• Effectuer une évaluation honnête du programme actuel, des ressources et des capacités, et identifier les éléments du programme qui apportent de la valeur et ceux qui sont insuffisants.
• Identifier les actifs qui nécessitent une surveillance de l’état améliorée ou étendue , et comment la technologie peut renforcer le modèle actuel de surveillance de l’état (y compris potentiellement les défauts nécessitant des capteurs non vibratoires [1] )
• Un plan à long terme d’amélioration continue, intégrant à la fois de nouveaux outils et des formations pour améliorer l’efficience et l’efficience des ressources existantes

Comment ces systèmes contribuent-ils à des opérations plus fiables ?

La surveillance des vibrations des équipements rotatifs permet de détecter précocement les problèmes potentiels d’origine mécanique, électrique ou de performance. L’objectif est d’analyser les indicateurs d’état, de définir des plages normales, d’alerter en cas de dépassement de la norme et d’identifier le ou les défauts grâce à une analyse détaillée (humaine, IA, ML ou une combinaison des deux). La détection, dès le début du cycle de défaillance, permet aux propriétaires d’équipements d’assurer la maintenance proactive de l’équipement grâce à des actions planifiées. La maintenance proactive permet de contrôler les temps d’arrêt imprévus, de prolonger la durée de vie des équipements, de réduire les dommages collatéraux et, in fine, de réduire les coûts de réparation et de remplacement en prévenant les pannes catastrophiques avant qu’elles ne surviennent.

Si nous sommes convaincus de l’utilité de ces systèmes, comment allons-nous les utiliser le plus efficacement possible ?

Pour sélectionner correctement les techniques de surveillance d’état et de maintenance prédictive les plus appropriées , il est important de comprendre le niveau de maturité de votre programme de fiabilité et de maintenance, autrement dit, de « préparer votre organisation ». Un élément essentiel de la préparation organisationnelle doit être de déterminer comment utiliser et intégrer efficacement les informations fournies par le programme.

La figure ci-dessus illustre les étapes de maturité en matière de maintenance et de fiabilité. Réaliser ou faire réaliser une auto-évaluation constitue un bon point de repère pour l’organisation et les axes d’amélioration ou d’optimisation.

Par exemple, une organisation réactive peut ne pas être en mesure d’exploiter efficacement les informations d’alerte précoce. Elle sera peut-être plus encline à se demander combien de temps encore puis-je continuer à fonctionner, plutôt que de planifier proactivement les interventions plus tôt dans le cycle de défaillance. Certains programmes hésitent même à identifier un défaut en développement dans les roulements à éléments roulants, de crainte que, lors du démontage et de l’inspection, des résistances ou des désaccords sur l’état du roulement ne se manifestent.

Il est également important de comprendre que l’augmentation des vibrations endommage la machine et/ou ses composants. Si la prédiction d’un début de panne est avérée, celle du délai avant défaillance fonctionnelle est moins précise (courbe PF). La gravité des dommages au fil du temps dépend de facteurs tels que l’utilisation, la vitesse, la charge et le type de panne. Les réparations programmées trop près du point de défaillance fonctionnelle augmentent généralement les coûts en raison des dommages collatéraux.

Maintenir le cap de la courbe de performance est un objectif courant pour la plupart des organisations. Cependant, certaines préfèrent ne pas traiter les résultats de maintenance prédictive aussi tôt. Les équipes de maintenance les plus expérimentées peuvent gérer les données de panne et les réparations ultérieures plus tard dans le cycle de panne, le calendrier réel de chaque réparation prenant en compte les exigences de production et l’utilisation plus large des paires d’actifs AB (primaire – de secours).

Pour gérer efficacement les défaillances identifiées par la maintenance prédictive, les équipes de maintenance progressive mettent en œuvre un processus rigoureux de gestion des travaux (planification et ordonnancement). Ce processus est conçu pour affecter les ressources adéquates, au bon moment, avec des mesures correctives proportionnelles à la gravité de l’actif. Cette gestion du flux de travail est optimisée par un système avancé de surveillance des vibrations et d’analyse. Les actifs moins critiques peuvent se contenter de fonctionnalités de surveillance plus basiques et d’un ensemble limité d’outils d’analyse.

Vous trouverez ci-dessous un tableau qui tente de différencier les programmes de surveillance des vibrations avancés et de base en fonction des principaux facteurs de prise de décision :Figure 4

Catégorie	Surveillance de base des vibrations	Surveillance avancée des vibrations
Quel est le défaut principal ?	Détermine si la machine est en bon ou en mauvais état.	Identifie les modes de défaillance spécifiques (par exemple, déséquilibre, désalignement, usure des roulements, dommages aux engrenages, résonance, problèmes électriques).
Quelle est la gravité du défaut ?	Évaluation de base réussite/échec : fonctionne-t-elle de manière acceptable ?	Fournit une évaluation de la gravité (mineure, modérée, grave, critique).
Quelle action faut-il entreprendre ?	Décide si la machine peut continuer à fonctionner ou si elle doit être arrêtée.	Recommande des actions correctives ou préventives (alignement, lubrification, remplacement de pièces, équilibrage).
Conséquences de l’action ?	Risque de défaillance imprévue mais avec des détails prédictifs minimes.	Prédit les risques de défaillance de l’équipement, les temps d’arrêt de la production, les risques pour la sécurité et l’augmentation des coûts de maintenance.
Outils, compétences, pièces spéciales ?	Habituellement, cela ne précise pas ; cela dépend des décisions de maintenance de base.	Détermine si des outils spécialisés (par exemple, alignement laser, analyseurs de vibrations), du personnel qualifié ou des pièces de rechange sont nécessaires.
Quand faut-il agir ?	Détermine si un arrêt immédiat ou une révision programmée est nécessaire.	Fournit une chronologie basée sur la progression des pannes (maintenance immédiate, planifiée, observation future).

Quels actifs surveiller

Il existe principalement deux méthodes pour déterminer la couverture de maintenance préventive des vibrations. La première, plus traditionnelle, examine les actifs en rotation en général ou ceux qui ont historiquement posé problème en termes de maintenance. La seconde, considérée comme une bonne pratique, consiste à évaluer la criticité des actifs, en classant les actifs les plus importants de l’installation par ordre d’importance. Une fois la liste des actifs établie, il est possible de comprendre les modes de défaillance typiques de chacun et d’estimer le délai de défaillance qui en résulte. La meilleure façon de déterminer les modes de défaillance et le délai de défaillance est de s’appuyer sur l’expérience ou l’historique des interventions. Cependant, en l’absence d’historique fiable des défaillances, une estimation peut être effectuée en fonction de la classe d’actifs, du type de roulements, de la vitesse de fonctionnement et de la charge.

Grâce à la liste des actifs classés, l’équipe peut déterminer en toute confiance les actifs à inclure en priorité dans le programme de maintenance préventive du site. Ensuite, il sera déterminé, pour chaque actif, si la surveillance des vibrations constitue un moyen rentable de surveiller les principaux modes de défaillance. À ce stade, la liste des actifs et le périmètre de la surveillance des vibrations ont été établis.  

Quelles sont les meilleures techniques pour une surveillance efficace

La surveillance des vibrations peut être mise en œuvre avec un système de collecte manuel ou un système de collecte automatisée fixe. La fréquence de collecte des données pour un système manuel est généralement bimensuelle, mensuelle, bimestrielle ou trimestrielle. Pour les actifs non critiques, un bilan de santé mensuel effectué par un professionnel qualifié peut constituer l’option la plus économique par mesure. Pour la collecte automatisée, la collecte des données peut être continue, avec des intervalles configurables allant généralement d’une fois par jour à quelques secondes d’intervalle.

Par le passé, les coûts d’installation impliquaient le tirage de câbles, de conduits et l’alimentation des dispositifs d’acquisition de données. Les systèmes de surveillance continue étaient donc principalement utilisés pour protéger les actifs critiques et les turbomachines. Cependant, avec le développement des protocoles IoT à haut débit et de la technologie radio transmettant les données mesurées par des accéléromètres à faible coût et à faible consommation, la surveillance continue s’est démocratisée et n’est plus réservée aux systèmes de sécurité coûteux. Soucieux de maîtriser les coûts liés aux effectifs nécessaires à la mise en œuvre d’un programme de collecte manuelle, certains responsables de programmes ont opté pour une combinaison de surveillance continue et de capteurs sans fil afin d’accroître la productivité des ressources existantes.

Utilisation stratégique de la collecte automatisée de mesures de vibrations et d’outils manuels portables.

Pour la plupart des installations, l’utilisation d’une combinaison d’outils de surveillance des vibrations portables et de capteurs de vibrations montés sur la machine constitue un moyen rentable de capturer les données sur l’état et les performances des machines.

Pour certains actifs, un outil portable de surveillance des vibrations et des inspections itinérantes peuvent suffire, si les ressources sont disponibles. Si un changement ou une anomalie est détecté avec un outil portable, des inspections et des mesures supplémentaires peuvent être planifiées. Les outils portables de mesure des vibrations peuvent également être utilisés efficacement en conjonction avec des capteurs de vibrations sans fil pour la détection initiale des problèmes, comme un « témoin de contrôle moteur », déclenchant une alarme pour signaler un problème potentiel à la maintenance. Un technicien peut alors utiliser un collecteur de données portable ou un autre instrument pour collecter des données supplémentaires sur l’actif.

Dans une enquête récente menée auprès de professionnels de la maintenance et de la fiabilité, les personnes interrogées ont été interrogées sur les capteurs sans fil, tels que l’intérêt suscité par ces systèmes, les problèmes qu’elles espéraient résoudre, les personnes qui les influencent et les fonctionnalités qui seraient considérées comme prioritaires.

Par exemple, les personnes interrogées voient un intérêt à déployer des capteurs sans fil lorsque la sécurité est une préoccupation (actifs difficiles ou dangereux à atteindre), pour améliorer la productivité des ressources existantes ou pour surveiller de manière sélective les actifs critiques ou les mauvais acteurs de plus près avec des mesures plus fréquentes.

L’accent mis sur la productivité des ressources est une préoccupation à l’échelle de l’industrie, alors que les praticiens expérimentés approchent de la retraite et que les pressions sur les coûts limitent les investissements.

L’avantage de cette tendance est qu’une partie de l’expérience en matière de diagnostic est conservée pour la postérité, car les CAT 3/4 recrutés par les fournisseurs de solutions sans fil entraînent les algorithmes d’IA intégrés aux diagnostics des systèmes sans fil, selon une approche d’apprentissage automatique quasi supervisé. Ce partenariat homme-machine est censé améliorer la précision du diagnostic pour de nombreux actifs. Plus important encore, les diagnostics automatisés permettent aux fournisseurs et aux utilisateurs finaux d’étendre la couverture de surveillance de leurs actifs grâce à des capteurs sans fil, libérant ainsi des ressources qualifiées pour se concentrer sur les problèmes importants et l’amélioration des processus. Cette capacité pourrait devenir indispensable, car la surveillance des vibrations sans fil peut générer un volume important de données, rendant contre-productive la collecte de données à intervalles fréquents pour tous les actifs, surchargeant ainsi les ressources fixes d’ordres de travail. Tous les actifs d’une installation ne nécessitent pas de données de surveillance constantes pour être efficaces, ni une surveillance à intervalles courts pendant toutes les phases de fonctionnement. Les fonctionnalités des systèmes sans fil, telles que la reconfigurabilité à distance des intervalles de mesure, renforcent leur utilité. Cela dit, certains fournisseurs qui défendent cette capacité de diagnostic automatisé semblent ressentir le besoin de rassurer l’utilisateur sur le fait que l’expertise manuelle touche toujours chaque rapport de maintenance ou d’anomalie généré.

Pour mieux comprendre le rôle de la technologie dans le domaine de la maintenance, il peut être intéressant de prendre l’exemple des hôpitaux des grandes villes. Un système IoT devrait-il servir au triage lors d’un week-end chargé, permettant ainsi une prise en charge plus rapide et plus précise des cas urgents ? Le système devrait-il accroître la capacité de diagnostic des résidents surmenés ? Comment le système améliore-t-il les indicateurs des opérations existantes compte tenu des effectifs et des rôles actuels du personnel hospitalier, notamment les infirmières qui assurent à la fois les opérations et la maintenance ? Dans un contexte de coûts fixes, quel est le ratio optimal systèmes/personnel ?

Certes, le rôle important des médecins et des infirmières ne disparaît pas, mais une utilisation judicieuse de la technologie peut redéfinir leurs priorités, leur permettant ainsi de se concentrer sur une vision plus globale de l’amélioration des opérations hospitalières tout en apportant de la valeur ajoutée au bien-être général des patients. Pour en revenir aux applications industrielles, une équipe de maintenance confrontée à des difficultés quotidiennes pour éteindre des incendies pourrait ne pas être intéressée par la génération d’ordres de travail par le système, sauf si ces derniers sont priorisés et programmés à la toute dernière minute. Les équipes opérationnelles pourraient davantage s’intéresser à une estimation de la durée d’exploitation restante de l’actif, privilégiant les capacités prédictives. Ces deux priorités dépendront de la précision des diagnostics du système, compte tenu des coûts opérationnels liés à une réponse erronée. L’ingénierie de la fiabilité a la lourde tâche d’organiser tous ces facteurs au sein d’un programme de maintenance prédictive (PdM) qui offre de meilleurs résultats avec des investissements limités, tant en personnel qu’en systèmes.

Les systèmes de surveillance d’état sans fil révolutionnent-ils l’exploitation des usines, comme le prétendent parfois les fournisseurs ? Pour l’instant, nous pouvons conclure que les systèmes de capteurs sans fil offrent une flexibilité considérable aux opérations de maintenance. Un déploiement judicieux de capteurs fixes, dotés de fonctionnalités telles que des intervalles de mesure ajustables d’un simple clic, permettra de gagner du temps pour les ressources qualifiées. L’analyse efficace et efficiente des données, accessible à tout analyste ayant accès au tableau de bord, permet de réduire les déplacements, voire le recours à des experts externes. À en juger par l’intérêt que nous constatons pour l’écosystème de fiabilité, il semble que ces systèmes soient appelés à jouer un rôle important dans les programmes de maintenance prédictive actuels.

Nous approfondirons un peu plus les spécifications et les fonctionnalités spécifiques aux capteurs sans fil dans la deuxième partie de cette série, en soulignant les différences à prendre en compte par rapport aux capteurs hérités et aux systèmes de collecte de données utilisés depuis longtemps pour les mesures basées sur les itinéraires.

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[1] Les approches basées sur les données (« IA ») ont été utilisées avec succès pour étendre la couverture des pannes lorsque les approches traditionnelles s’avèrent peu pratiques, inefficaces ou inexistantes. La collaboration entre l’ingénieur de données et l’expert en maintenance peut aboutir à des modèles d’« indicateurs de santé » dérivés uniquement des données de contrôle des processus.

Source et article d’origine : reliableplant, Lire la suite.

de John Pucillo ;
Ed Spence