Nouvelles approches pour la surveillance de l'état dans les industries de fabrication de procédés

Par Robert Schmaus

Dans la fabrication de processus, garantir des interruptions minimales de la production est essentiel au succès global d'une usine.

Presque toutes les machines de production sont conçues pour fonctionner 24h/7 et XNUMXj/XNUMX sans interruption. Du moins en théorie. En réalité, des arrêts imprévus peuvent survenir, et les équipes opérationnelles s'efforcent de les limiter au maximum. Différentes approches et stratégies de maintenance existent pour prévenir et atténuer les temps d'arrêt imprévus, mais elles ne sont pas toutes applicables à toutes les machines, ni totalement efficaces pour garantir la disponibilité.

Certaines des équipes les plus performantes utilisent maintenance conditionnelle Analyser en continu une combinaison de paramètres de santé des machines à des moments critiques du processus de production. Cette stratégie implique la collecte de données considérables, allant des types de machines et de leurs modes de défaillance aux retours d'expérience sur le fonctionnement des équipements, en passant par les ressources humaines requises selon un certain niveau de compétence, etc. Parmi les différentes machines en fonctionnement, certaines sont essentielles à la production, d'autres moins. Cependant, chaque machine nécessite une intervention à un moment ou un autre, car l'usure et l'usure finissent par entraîner des pannes.

De nombreuses plantes utilisent une combinaison de stratégies de maintenance sur l'ensemble de leur parc d'actifs. Ils le font pour équilibrer l'intensité de la surveillance et des mesures avec la criticité de la machine et du processus correspondant. Voici une analyse de quatre stratégies courantes, suivie d'un aperçu détaillé de la stratégie de surveillance d'état en ligne.

Quatre stratégies de maintenance déployées aujourd'hui

1. Dépannage. Cette stratégie simple suit le principe « utiliser la machine jusqu'à sa panne sans intervention ». Le seul avantage de cette stratégie de maintenance est qu'aucun investissement n'est requis pour prolonger sa durée de vie. Les inconvénients sont les pannes imprévues, les coûts de ressources et de main-d'œuvre liés au modèle 24h/7 et XNUMXj/XNUMX, les stocks importants de pièces détachées et les interruptions prolongées des processus de production pour enquêter sur les incidents. Il est intéressant de noter que la maintenance préventive peut être maintenue à l'avantage du site pour les machines « remplaçables » si la machine est surveillée et si une panne imminente est détectée à temps pour planifier son remplacement.
2. Maintenance préventive. Également connu sous le nom de maintenance basée sur le temps, maintenance préventive La maintenance planifiée inclut des arrêts programmés et promet moins de pannes de machines. Cependant, les inconvénients persistent : trop de réparations évitables sont effectuées et les pièces sont remplacées avant leur fin de vie réelle, ce qui augmente les coûts. Des pannes importantes peuvent néanmoins survenir avec une stratégie de maintenance planifiée, soit parce que les intervalles d'entretien ne sont pas correctement calibrés en fonction du cycle de vie des machines, soit parce qu'il est impossible de détecter un problème à évolution rapide ou un événement aléatoire inévitable.
3. Maintenance prédictive. Cette stratégie consiste à programmer les arrêts de maintenance en fonction de l'état de la machine et non par une intervention programmée ou périodique. La maintenance prédictive permet à l'équipe d'utiliser toute la durée de vie des composants de la machine et réduit inventaire de pièces de rechange, car la majorité des réparations sont planifiées. Grâce à la détection avancée des pannes, les réparations sont effectuées avant que des dommages plus importants ne surviennent, et les temps d'arrêt imprévus sont beaucoup moins fréquents. Le seul véritable inconvénient de cette stratégie de maintenance réside dans l'expérience et le temps nécessaires à l'inspection des machines et à l'interprétation des résultats.
4. Surveillance de l'état. Dans le cadre d'une stratégie de surveillance de l'état, l'équipe surveille divers paramètres ou indicateurs de santé des machines critiques et observe l'évolution des tendances. Si les valeurs de vibration, par exemple, sont stables, l'état de la machine est probablement stable et aucune autre action n'est nécessaire. En revanche, si les niveaux de vibration augmentent et que les valeurs mesurées dépassent les limites ou seuils d'alarme, l'équipe doit intervenir par une inspection et une analyse plus poussées afin d'en déterminer la cause profonde. Après un diagnostic du problème, l'équipe peut surveiller la machine de plus près en attendant qu'une réparation soit programmée pour éviter tout dommage. Également appelé r (RCM), cette stratégie englobe la maintenance prédictive et les actions nécessaires pour effectuer des corrections sur les machines, telles que l'équilibrage et l'alignement des machines.

Collecte des mesures de surveillance de l'état

Le spectre complet de maintenance centrée sur la fiabilité Utilise au moins cinq modalités de mesure pour évaluer l'état des machines : analyse d'huile, ultrasons, vibrations, thermographie et tests moteurs. Le personnel de l'usine peut collecter les données manuellement à l'aide d'outils d'inspection portables, ou automatiser certaines parties de la collecte en ligne. De nombreuses usines combinent ces deux pratiques.

Les systèmes de surveillance d'état en ligne comprennent généralement des capteurs montés sur les machines, une connexion (filaire ou sans fil) et un logiciel d'analyse des données. Les capteurs collectent les données d'état des machines, et le logiciel fournit différents niveaux d'alarmes, de tendances et d'images pour faciliter les investigations. Certains systèmes recommandent même les étapes suivantes. Différents niveaux de systèmes de surveillance d'état en ligne peuvent convenir à différents types de machines, selon les exigences de leur état. Une pompe ou un ventilateur peuvent être surveillés par un système de surveillance d'état en ligne simple, tandis que des machines plus complexes à vitesses et charges variables, par exemple, nécessitent une surveillance plus sophistiquée.

Pourquoi des systèmes de surveillance d'état en ligne ?

Les machines critiques pour la production nécessitent souvent une surveillance spécialisée. L'un des principaux avantages d'un système de gestion de configuration en ligne est qu'il collecte continuellement des données et recherche les changements. Un système de gestion de configuration en ligne peut rapidement détecter les petites variations et, en cas de dépassement des limites, avertir l'équipe. Si la situation de défaillance évolue rapidement et qu'un dommage est potentiellement imminent, un système de gestion de configuration en ligne qui échantillonne les indicateurs de santé en quelques minutes ou heures sera bien plus efficace qu'une surveillance physique de la machine. De même, le suivi de l'accessibilité des points de mesure ou des variations du processus est bien plus facile pour les équipes utilisant un système de gestion de configuration en ligne que les méthodes de mesure manuelles.

Exemple de machine critique : broyeurs à rouleaux verticaux

Les broyeurs verticaux à rouleaux (MRV) sont un exemple classique de machine critique pour la production. Si cette machine cesse de fonctionner sans avertissement, elle perturbe le reste du processus de production. Si l'un des deux broyeurs verticaux disponibles dans une usine cesse de fonctionner, la productivité est divisée par deux. De plus, de nombreuses industries ont tendance à se tourner vers des machines moins nombreuses et plus grandes.

L'industrie du ciment, par exemple, utilise désormais souvent un seul grand broyeur au lieu de deux VRM fonctionnant en parallèle. Les problèmes courants liés aux VRM incluent des pannes de boîte de vitesses, telles que des problèmes d'engrènement, des dents cassées et des problèmes de roulements. Si ces problèmes sont détectés à temps, des pièces peuvent être commandées. Certaines pièces de rechange peuvent être conservées en stock, mais pas la boîte de vitesses ; elle est trop coûteuse. En cas de panne de la boîte de vitesses, toute la production est arrêtée et la livraison d'une pièce de rechange peut prendre six mois.

En résumé : vous avez besoin d'un système de gestion de configuration en ligne conçu pour identifier les modes de défaillance spécifiques de la machine. Il collectera des données VRM sur les signaux de processus, les vibrations thermiques et, potentiellement, les mesures de couple.

Compléter les spécialistes des machines avec la surveillance des données

La surveillance à distance et l'entreposage de données ajoutent de la valeur aux spécialistes des machines internes, qui sont probablement à court de ressources et portent la responsabilité d'une disponibilité 24h/7 et XNUMXj/XNUMX.

Certaines installations manquent de personnel pour maintenir un programme prédictif robuste. D'autres souffrent d'un manque temporaire de compétences lorsque leur responsable quitte l'équipe de maintenance prédictive ou l'entreprise. Dans les deux cas, la surveillance à distance pourrait constituer une solution, même si les mesures en ligne du système de gestion de maintenance ne suffisent pas à répondre à 100 % des besoins.

Des services de surveillance en ligne sont également disponibles, avec des experts externes qui surveillent les données et fournissent des conseils, des formations et des rapports.

Architecture de flux de données intelligente

Un système de surveillance de l'état comporte deux flux de données : les données acquises à partir de capteurs et d'autres entrées du système, et la communication entre le système et ses utilisateurs, via des notifications, des e-mails et d'autres connexions.

Un système CM filaire en ligne possède sa propre adresse IP configurable, ce qui le transforme en un élément réseau configurable au sein de l'usine via Ethernet et l'utilisateur. Les systèmes sans fil se connectent généralement sur site ou via le cloud public.

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Une fois le système de surveillance d'état configuré, il fonctionnera de manière autonome comme un « robot » de diagnostic automatisé. Le système collecte et envoie les données de mesure via Ethernet ou sans fil à la plateforme logicielle, qui les ajoute à la base de données de mesures. Les données des systèmes SCADA ou les paramètres reçus d'un automate programmable peuvent souvent être intégrés à l'architecture du système de surveillance d'état. Dans un scénario multi-sites, les données de mesure peuvent être acheminées vers une base de données distante (et centralisée) qui reconnaît automatiquement l'expéditeur et trie les mesures en fonction de l'emplacement et de la tâche de mesure appropriés.

Plusieurs utilisateurs peuvent accéder à cette base de données pour consulter les résultats de mesure, analyser les données, compiler des rapports, etc. Certaines équipes peuvent également choisir de partager les données et les rapports d'état des machines avec le fabricant d'origine, notamment pendant la période de garantie.

Conclusion

Pour les machines critiques pour la production, les raisons abondent pour ajouter la surveillance de l'état en ligne à la stratégie globale de maintenance de la fiabilité.

Certains aspects d'un système de gestion de configuration en ligne peuvent même s'avérer plus simples que le lancement d'un programme de maintenance prédictive classique, puisque la gestion des données y est déjà intégrée. Cela dit, rien ne remplace l'expertise des spécialistes machines et leur connaissance des modes de défaillance.

Le retour sur investissement (ROI) d'un système CM en ligne est généralement atteint la première fois qu'il détecte un indicateur de défaillance, qui aurait autrement nécessité plus d'heures pour être identifié ou, s'il n'était pas détecté, aurait entraîné une intervention de maintenance imprévue et une perte de production.

Les systèmes CM en ligne sont des outils rentables et fiables pour surveiller la santé des actifs critiques de production et augmenter la disponibilité de la production dans les usines.