Kit média
Par Cliff Ortmeyer, Global Head of Technical Marketing chez Farnell
De nombreuses industries dépendent du fonctionnement continu d’actifs critiques tels que les moteurs et les pompes. Ces dispositifs doivent fonctionner pour s’assurer que les clients obtiennent les produits alimentaires ou les services d’approvisionnement en eau dont ils ont besoin. Ne pas fournir ces produits ou services peut entraîner des sanctions financières importantes pour les entreprises, voire des sanctions judiciaires.
Les entreprises se tournent de plus en plus vers des programmes de maintenance prédictive qui cherchent à éviter ces conséquences en éliminant les pannes inattendues et donc les temps d’arrêt imprévus. De tels programmes surveillent l’état et les performances des machines pour déterminer quels modèles sont les plus susceptibles de tomber en panne et à quel moment. Avec ces informations, le personnel de maintenance peut enquêter plus efficacement sur l’état de la machine, programmer les tâches de maintenance pour se conformer aux calendriers de production et effectuer les réparations avant qu’une machine ne tombe en panne.
Travailler de cette manière peut produire des avantages significatifs, notamment :
- Coûts de maintenance – en baisse de 50 %
- Pannes inattendues – réduction de 55 %
- Temps de réparation et de révision – en baisse de 60 %
- Inventaire de pièces de rechange – réduction de 30 %
- Temps moyen entre les pannes – en hausse de 30 %
- Disponibilité – en hausse de 30 %
Selon le livre Plant Engineer’s Handbook (2001), une réduction de 10 % des coûts de maintenance peut produire le même avantage financier qu’une augmentation de 40 % des ventes pour une usine de fabrication typique.
Analyse des vibrations : un outil vital pour la maintenance prédictive
L’un des principaux outils permettant d’obtenir des données pour un programme de maintenance prédictive est l’analyse des vibrations. Mesurer les vibrations peut permettre aux ingénieurs de réagir en temps réel aux changements d’état d’un composant et permet de surveiller l’état à distance.
Le type de capteurs de vibrations le plus courant est les accéléromètres qui doivent être en contact direct avec la machine ou le composant mesuré. Les accéléromètres piézoélectriques sont le type le plus largement utilisé. Ils sont populaires, car ils produisent un signal puissant et net à la plupart des fréquences, bien que les accéléromètres piézorésistifs, qui produisent des changements de résistance, deviennent également de plus en plus courants.
Les capteurs à microphone sont également populaires. Ils peuvent détecter les changements au niveau des sons à haute fréquence et constituent un moyen rentable d’obtenir des informations de base. Ils sont souvent utilisés avec des accéléromètres.
Les jauges de contrainte fonctionnent à travers une grille électriquement conductrice qui se déforme lorsqu’un composant subit des vibrations. Ces déformations modifient la résistance électrique de la grille et, en lisant le temps mis par un courant électrique pour la traverser, la vibration de l’objet peut être évaluée.
Des techniques sans contact telles que les courants de Foucault et le déplacement laser peuvent également être utilisées. Comme ils n’ont pas besoin d’entrer en contact avec l’actif, ils sont idéaux pour une utilisation avec des actifs délicats.
Il existe également des techniques d’analyse des vibrations solidement implantées qui peuvent être utilisées dans la maintenance prédictive, telles que l’analyse de l’accélération maximale, l’analyse de la fréquence et les techniques d’intelligence artificielle. Certains fournisseurs mettent à disposition des équipements d’analyse des vibrations compacts qui peuvent fournir des indications sur les problèmes de vibrations dans les moteurs, les composants hydrauliques et d’autres machines utilisées dans la production.
L’IIoT favorise l’adoption de l’analyse des vibrations
L’adoption continue de l’Internet industriel des objets (IIoT) est l’un des principaux facteurs à l’origine de la mise en œuvre de capteurs et de techniques d’analyse des vibrations. À mesure que les entreprises de fabrication adoptent une connectivité à l’échelle de l’usine pour partager les données des capteurs et des instruments interconnectés, il devient plus facile d’accéder et d’analyser les données et de les intégrer aux programmes de maintenance prédictive. Cela facilite plus que jamais l’intégration des capteurs de vibrations dans un programme de surveillance et de maintenance, et conduira sans aucun doute à un plus grand choix et à une adoption plus étendue de ces appareils.
Les réductions de coûts que l’analyse des vibrations peut apporter signifient que les utilisateurs de machines de production, en particulier les appareils rotatifs tels que les moteurs, les pompes, les compresseurs et les turbines, peuvent bénéficier financièrement de la mise en œuvre de cette technologie.
Idées reçues sur l’analyse des vibrations
Il existe un certain nombre d’idées reçues et de malentendus sur l’analyse des vibrations et sur le besoin de l’introduire en tant que pilier majeur d’un programme de maintenance prédictive. On trouve notamment :
« Nos machines ne vibrent pas, nous ne nous attendons donc pas à ce qu’elles tombent en panne de sitôt. »
Toutes les machines vibrent et bien qu’il soit normal que les moteurs génèrent de petites vibrations, de fortes vibrations ou tout changement dans le comportement vibratoire du moteur pourraient indiquer des problèmes. L’ensemble des vibrations subies par un moteur peuvent être dues à de nombreux éléments. Savoir quelles peuvent être ces causes possibles permet d’obtenir un meilleur diagnostic du moteur.
L’une des premières causes de vibrations est un déséquilibre du moteur, soit un point où un poids déséquilibré se déplace autour de l’axe de la machine, provoquant la vibration des composants rotatifs. Ces types de déséquilibres peuvent être causés par des défauts de moulage, des erreurs d’usinage ou même des problèmes de maintenance, tels que des pales de ventilateur sales.
Les roulements peuvent aussi être une autre cause importante de vibrations, des roulements desserrés pouvant entraîner des vibrations qui se propagent à d’autres composants. Un manque de lubrification, une mauvaise isolation ou une contamination peuvent rapidement user les composants des roulements, tandis qu’un chemin de roulement à rouleaux avec des tracés peut créer un mouvement chaque fois qu’un roulement se déplace sur la zone endommagée.
Les engrenages sont également une source potentielle de vibrations s’ils sont mal alignés. Des dents d’engrenage usées ou cassées peuvent choquer les unes contre les autres, provoquant une vibration potentiellement dangereuse.
« Nous n’avons pas besoin de l’analyse des vibrations : si nos machines chauffent ou font des bruits inhabituels, nous pouvons alors les étudier. »
Attendre qu’il y ait des signes facilement détectables de panne imminente est une fausse économie. À ce moment, une panne catastrophique pourrait se produire sous quelques jours ou sous quelques heures. En revanche, un programme d’analyse des vibrations correctement exécuté pourrait détecter une panne possible plusieurs mois avant qu’elle ne se produise.
La figure 1 montre les indications détectables de pannes au niveau d’un composant et les échelles de temps au cours desquelles ces signes deviennent apparents. Des indicateurs facilement détectables, tels que du bruit et de la chaleur excessive, qui peuvent être détectés par les humains, sont des signes de panne imminente. Cependant, au moment où ils sont détectés, il est parfois trop tard pour intervenir, et les interruptions de production ou les dommages catastrophiques sont de réelles possibilités.
En revanche, les modifications du profil vibratoire d’un composant ou d’une machine peuvent être détectées plusieurs mois avant qu’une panne ne se produise.
De nombreux services de maintenance d’usine fonctionnent selon une philosophie impliquant une utilisation jusqu’à la panne où aucune mesure n’est prise tant que la machine ne tombe pas réellement en panne. Les coûts de maintenance et les pertes de production sont donc élevés. En revanche, les avantages de la détection précoce des vibrations incluent la prévisibilité, la sécurité, des coûts réduits et une meilleure fiabilité.
« L’analyse des vibrations est trop difficile et coûteuse. »
L’analyse des données vibratoires nécessite des logiciels, du matériel, une formation, une importante infrastructure d’informations sur les actifs et un calendrier rigoureux. Bien qu’il soit préférable de confier l’analyse la plus complexe des vibrations aux causes multiples à des analystes spécialisés en vibrations, on peut faire beaucoup pour détecter les problèmes de base avec un équipement relativement peu coûteux.
Prenons par exemple le compteur de vibrations 805 de Fluke, un instrument facile à utiliser qui fournit des lectures précises et reproductibles. Ce compteur dispose d’une échelle à quatre niveaux pour déterminer la gravité et d’un processeur intégré qui calcule l’état des roulements et les vibrations globales à l’aide d’alertes textuelles tout aussi faciles à comprendre.
Ses capteurs peuvent lire une large gamme de fréquences, de 10 Hz à 20 000 Hz, suffisamment étendue pour couvrir les profils de vibration de la plupart des machines et composants. Le modèle 805 dispose d’une interface utilisateur simple à travers laquelle l’utilisateur doit simplement saisir la plage de régime et le type d’équipement. Fluke propose également le testeur de vibrations 810, un instrument plus avancé avec un moteur de diagnostics qui utilise une base de données comprenant des informations de vibrations réelles.
Bien que la mise en place d’un programme d’analyse des vibrations entraîne certaines dépenses, les coûts liés à l’absence d’analyse des vibrations peuvent être considérablement plus élevés. Par exemple, une analyse d’ABB Motors a souligné les coûts potentiels pouvant survenir en cas de panne d’un moteur. L’analyse a pris le cas d’un moteur de 315 kW avec un rendement de 95,5 % utilisé dans un processus continu. Avec un coût énergétique de 12 centimes/kWh et avec un moteur fonctionnant pendant 8 400 heures par an, le coût de fonctionnement du moteur sur une durée de vie de 20 ans serait de 7 096 176 €. Ce coût est extrêmement élevé par rapport au coût d’achat typique de 20 957 €.
Pourtant, le coût qui découle d’un arrêt du moteur est tout aussi important. L’analyse cite l’exemple d’un moteur utilisé dans l’industrie pétrolière et gazière, dont une panne pourrait entraîner des pertes de 256 145 € par heure. Une seule panne de dix heures sur la durée de vie de 20 ans du moteur entraînerait ainsi des pertes de 2 561 425 €.
De même, des pertes importantes sont également possibles dans des industries telles que l’automobile, la fonderie de métaux ou encore l’alimentation et les boissons. Les pertes potentielles dues à des temps d’arrêt imprévus ont conduit plus de 70 % des utilisateurs de moteurs à citer la fiabilité comme étant la priorité numéro un de leurs programmes de maintenance de moteurs, selon Reliable Plant.
« Nous ne disposons pas du personnel nécessaire pour effectuer une analyse des vibrations. »
Si une organisation est suffisamment grande pour disposer d’une équipe dédiée à la fiabilité, alors, la surveillance et l’analyse des vibrations doivent faire partie des responsabilités de cette équipe. Les techniciens de maintenance peuvent être formés à la norme ISO 18436 via des cours en ligne pour seulement quelques centaines d’euros. L’un des avantages de maintenir un programme interne d’analyse des vibrations est la possibilité d’évaluer les tendances des machines. Le personnel interne connaît les machines, les processus, les conditions et l’historique, et peut utiliser ces connaissances pour compléter les informations reçues de leurs outils de surveillance.
Avec une certaine formation et un équipement de surveillance peu coûteux, des données pouvant indiquer une panne peuvent être recueillies. Si une analyse sophistiquée est nécessaire, des consultants spécialisés peuvent être appelés pour utiliser des techniques plus avancées afin d’analyser les problèmes difficiles.
« S’approvisionner en équipements d’analyse des vibrations prend trop de temps et est difficile. »
Un nombre croissant de fournisseurs proposent des équipements de surveillance et d’analyse spécialisés, ce qui facilite la démocratisation de l’analyse des vibrations en mettant l’accent sur ses avantages. Farnell fournit des solutions provenant d’une gamme étendue de fournisseurs, notamment Fluke, Kemet, Omron, Murata, Amphenol Wilcoxon, TE Connectivity et Rohm. Plusieurs de ces fournisseurs mettent également à disposition des ressources en ligne qui justifient l’analyse des vibrations et son application pratique.
« Dans notre usine, il existe des conditions difficiles qui empêchent l’utilisation de capteurs de vibrations délicats. »
Les secteurs aux environnements difficiles, tels que l’industrie, l’automobile et l’aérospatiale, utilisent déjà largement les capteurs de vibrations. Bien qu’il s’agisse d’industries difficiles, un examen attentif des problèmes tels que la structure du boîtier/connecteur, le matériau des éléments de détection, le conditionnement du signal et le câblage a montré que ces défis ne sont pas insurmontables. Des fabricants réputés peuvent vous conseiller sur des solutions adaptées à la majorité des applications. D’ailleurs, la demande de capteurs sophistiqués qui résistent également aux conditions météorologiques extrêmes, tels que les capteurs MEMS, à ultrasons, sans fil et à fibre optique, est en augmentation.
Conclusion
Aujourd’hui, de plus en plus d’entreprises réalisent qu’il est nécessaire de mettre en place un programme de maintenance prédictive, en particulier pour les actifs de production critiques. L’analyse des vibrations est un élément essentiel pour réussir cette étape. De nombreux fabricants et distributeurs de composants électroniques proposent des capteurs, des équipements et des logiciels d’analyse, un support technique professionnel et des formations pour aider les clients à n’importe quelle étape du développement.
En prenant des mesures pour mettre en œuvre un programme de surveillance et d’analyse des vibrations dans le cadre d’un régime de maintenance prédictive à l’échelle de l’entreprise, les responsables d’usine peuvent mettre en place un système qui apportera des avantages immenses et durables, tels que des temps d’arrêt évitables, des réductions de coûts, le maintien de l’état des actifs, une amélioration de la productivité et l’obtention d’une réputation de fournisseur fiable.
