Les technologies clés

Energie

Maintenance des grands systèmes

Fiche Technologie-clé n : 98

VERSION 3

• Présentation de la technologie
• Objectifs de la technologie
• Environnement technologique

Comprendre la technologie

Définition

La maintenance d'un système industriel peut être envisagée selon trois possibilités :

• Maintenance curative : méthode qui consiste à attendre l'apparition d'une panne invalidante sur un système pour effectuer la maintenance nécessaire après diagnostic.

• Maintenance préventive : méthode basée sur la connaissance que l'on a du temps de fonctionnement moyen (sans panne) d'une pièce. Chaque fois que ce délai est dépassé, on change la pièce, qu'elle soit détériorée ou non.
• Maintenance prédictive : cette méthode consiste à surveiller et à analyser en temps réel l'état d'une pièce et à avertir un responsable de la maintenance si une dégradation apparaît, afin qu'il prenne la décision la plus appropriée. Cette dernière, fiable mais coûteuse, est essentiellement utilisée sur les grands systèmes.

Dans tous les cas, les informations relatives aux différentes interventions effectuées et à la fréquence de ces interventions devraient être archivées dans une base de données spécialisée, le cas échéant dans un système de Gestion de la Maintenance Assistée par Ordinateur (G.M.A.O.). Ce type de procédure tend à se développer de plus en plus, à mesure qu'apparaissent des systèmes de G.M.A.O. très performants.

Techniques mises en oeuvre

La mise en oeuvre de ces technologie diffère selon le type de maintenance effectué. Une maintenance curative ne nécessite aucune structure spécifique, alors qu'une maintenance préventive nécessite au minimum la mise en place d'une base de données contenant les temps de fonctionnement moyens de chaque pièce incluse dans le programme de maintenance.

Dans le cadre d'une maintenance prédictive, plusieurs étapes sont nécessaires. Il faut dans un premier temps analyser de façon approfondie la structure du système, afin d'optimiser le nombre et le positionnement des capteurs requis. Cette phase demande des connaissances techniques et théoriques très spécifiques, et le plus souvent l'intervention d'un laboratoire de recherche spécialisé dans ce domaine. Puis, les capteurs adaptés aux pièces à surveiller (capteurs de température, de courant, de vibrations, de son, etc...) doivent être montés sur l'installation et reliés à un système informatique de supervision, système adapté aux caractéristiques de chaque capteur présent sur le réseau ainsi formé. Ce système joue le rôle d'interface entre les résultats de la surveillance effectuée et un opérateur de maintenance. Il doit également être capable d'auto-décision dans certains cas (arrêt d'urgence du système), lorsqu'une intervention humaine risque d'être trop lente pour assurer une sécurité minimale.

Objectifs de la technologie

Contexte concurrentiel et économique

La maintenance des systèmes industriels est devenue un point essentiel lors de leur conception et de leur exploitation, tant pour des questions de sécurité et de sûreté de fonctionnement, que pour des questions de rentabilité. Par exemple, un arrêt de production pour maintenance sur les chaînes de montage de chez Peugeot peut coûter jusqu'à un million de francs par jour. Une maintenance mal adaptée à un système peut également conduire à une situation critique, dangereuse aussi bien pour les personnes que pour le matériel ou l'environnement.

Ceci explique que tous les grands systèmes utilisent les technologies de la maintenance, sous les formes les plus diverses. Jusqu'à une date récente, les techniques de maintenance curative ou de maintenance préventive (aussi appelées maintenance systématique) étaient les seules pratiquées. La première n'est toutefois applicable qu'à des systèmes ne présentant pas de risques physiques en cas de dysfonctionnement, tandis que la seconde entraîne un surcoût d'exploitation non négligeable pour l'entreprise qui la pratique.

En réponse à ce problème est apparu un type de maintenance dite prédictive, ou encore conditionnelle. Ce principe consiste à mesurer simultanément plusieurs paramètres du système à surveiller, à analyser ces données pour détecter l'apparition d'une défaillance potentielle, et à réagir de la façon la plus appropriée et la plus rapide possible en cas de problème, (ceci va de la simple signalisation d'une pièce devant être changée dans la semaine qui vient à l'arrêt brutal du système de la façon la plus sûre qu'il soit). Il est à noter qu'actuellement près de 50% des mesures ainsi effectuées sont des mesures de type vibratoire (vibrations acoustiques, mécaniques, etc...). Cette situation justifie une intense activité de recherche au niveau des capteurs adaptés à ces types de signaux, car les débouchés industriels correspondants représentent un vaste marché.

La mise en place d'un véritable système de maintenance prédictive étant très coûteuse (réalisation d'un modèle mathématique du système pour caractériser l'endommagement des pièces, réseau de capteurs pour mesure les paramètres nécessaires, calculateur dédié pour traiter les données ainsi récupérées, système de supervision effectuant l'interface avec un opérateur humain ou au pire prenant les mesures nécessaires pour arrêter le système), elle n'est utilisée que sur les grands systèmes. Néanmoins, l'émergence de nouvelles techniques de surveillance et de caractérisation de l'endommagement ainsi que de supervision, moins onéreuses et moins contraignantes, devrait permettre à terme la diffusion de cette technologie vers de très nombreuses applications industrielles (en milieu PME-PMI notamment).

Fonctions remplies :

Toutes fonctions de surveillance, de réparation ou de remplacement des éléments constitutifs d'un système industriel. Toute fonction d'aide à la décision pour les cas de problème pouvant conduire à un situation dangereuse, afin de préserver dans l'ordre des priorités : la sécurité des personnes et de l'environnement, la sécurité des installations et la continuité de la production.

Environnement technologique

Technologies concurrentes :

Il n'existe pas de technologies concurrentes à la maintenance des grands systèmes. Même avec une qualité accrue des composants utilisés, l'usure des pièces est inévitable et le recours à une technique de maintenance reste incontournable.

Evolutions technologiques :

Les orientations technologiques visent actuellement à pouvoir continuer à faire fonctionner correctement un système industriel affecté d'une ou de plusieurs pannes non critiques, jusqu'à ce que la maintenance ou le remplacement des pièces incriminées puisse être effectué. Ceci générera des gains de productivité ainsi qu'une sécurité accrue dans un grand nombre de secteurs industriels.

Les évolutions futures visent également la mise au point de capteurs plus génériques et plus précis que ceux existant actuellement, afin de faciliter leur implantation et leur gestion. L'amélioration de la capacité de réaction et de synthèse des systèmes de supervision est également à l'étude, notamment par l'emploi de systèmes experts de plus en plus évolués exploitant des bases de données relationnelles.

Ces orientations visent également à rendre accessible aux P.M.E. / P.M.I. la technologie actuelle de maintenance prédictive, car sa mise en oeuvre étant longue (de 1 à 4 ans) et spécifique à chaque système, elle reste très onéreuse. Dans l'optique de réduire ses coûts d'implantation sur un système, le but visé à long terme est le développement de cette technologie sous la forme d'une "boite à outils " directement utilisable par un simple paramétrage de ses composants.

Programmes de recherche :

Plusieurs programmes de recherche sont en cours dans ce domaine et portent essentiellement sur les points suivants :

• amélioration de la fiabilité des algorithmes d'analyse et de décision utilisés par les systèmes de supervision.
• recherche de nouveaux indicateurs de l'endommagement d'une pièce, (vibrations acoustiques, Vibrations mécaniques, déformations, rayonnement thermique, etc...)
• utilisation de nouvelles technologies informatiques d'aide à la décision : Logique floue, réseaux de neurones, réseaux neuro-flous. Ces technologies sont utilisées pour la résolution de cas incertains, lorsque l'existence d'une panne est probable mais pas certaine. Au lieu de générer une décision binaire du type " Pièce N 1 dégradée / Pièce N 1 opérationnelle ", on génère une information du type " Pièce N 1 est à 63% de son état optimal. ".
• reconfiguration en temps réel des paramètres d'un système de supervision, dans le but de maintenir un fonctionnement correct d'une installation, malgré la présence d'une ou de pannes mineures.

  Le programme MAINE-DIALOGS (Eurêka) consiste à cet égard en la mise au point d'un système générique de supervision, pouvant se greffer sur n'importe quel type de système, évitant ainsi le coût de développement d'un système de supervision dédié à chaque nouvelle installation. Les partenaires industriels et universitaires impliqués dans ce projet sont : F.M.A., Siemens, Macq Electronique, A.E.A. Technology, l'Université Libre de Bruxelles, le C.N.R.S. (C.R.A.N., Université de Nancy) et l'Université de Duisburg.

• recherche sur les évolutions possibles des capteurs actuels vers des capteurs sans fils ou des capteurs dits " intelligents ", destinés à fiabiliser et à faciliter l'installation d'un réseau de capteurs.
• Enfin, dans le cadre de BRITE-EURAM II, de nombreux projets de recherche ont été lancés avec le soutien de la Commission Européenne, portant principalement sur l'amélioration des outils de mesure, le développement de systèmes de diagnostic basés sur l'intelligence artificielle, l'utilisation de la fibre optique...