L'arrêt d'une machine causé par une défaillance ou par une opération de maintenance coûte cher, non seulement en raison du coût des réparations et des pièces détachées, mais aussi et surtout du fait des pertes de revenus qu'entraîne un arrêt d'exploitation. Investir dans un système de maintenance prédictive permettant une détection précoce des défauts s'avère donc payant. De plus, la maintenance prédictive étend la durée de vie des machines et ouvre la voie à de nouveaux business models.

La maintenance prédictive donne une image complète de l'état de santé d'une machine et évalue la probabilité de défaillance d'un composant. Les défauts sont ainsi identifiés avant qu'ils ne deviennent critiques.

Dans les machines à laize comme celles qu'utilisent, par exemple, les industries de l'emballage et de l'impression, le matériau à traiter parcourt un chemin complexe via d'innombrables cylindres. Un balourd ou un frottement de roulement excessif peut entraîner des oscillations incontrôlées perturbant la tension de la laize, entraînant ainsi une dégradation de la qualité des produits voire un arrêt machine. Les systèmes de maintenance prédictive permettent de se prémunir de cela en détectant les défauts avant qu'ils n'aient des conséquences dommageables. Les balourds ou les roulements usés sont ainsi identifiés à temps, et les réparations planifiées suffisamment tôt.

Éviter les arrêts machine

Toute solution de maintenance prédictive repose sur la collecte et l'évaluation de données machine. L'acquisition, l'analyse et l'évaluation des données s'effectue dans le cadre d'un processus de surveillance continue appelé Condition Monitoring. Une fois les données évaluées, le système de maintenance prédictif calcule la probabilité d'occurrence de certains événements. "La maintenance prédictive permet non seulement de réduire les coûts, mais aussi de gagner en productivité car les composants défectueux sont remplacés avant qu'ils n'impactent la performance de la machine," explique Martin Staudecker, expert en développement de logiciels de régulation chez B&R.

La maintenance prédictive peut néanmoins faire bien d'autres choses que la simple surveillance d'un cylindre. Elle fournit aussi une image complète de l'état de santé de la machine et prédit la probabilité de défaillance de ses composants. Les vitesses des moteurs, les niveaux de bruit et les températures sont ainsi enregistrés, et les vibrations inhabituelles détectées à un stade précoce. Il est également possible d'analyser de manière détaillée les vibrations des composants sujets à l'usure.

Algorithmes d'analyse intelligents

Pour obtenir des informations fiables sur l'état d'une machine, il faut d'abord collecter le plus de données possible, puis évaluer ces données via des algorithmes d'analyse intelligents. Plus le système dispose de données, plus il sera en mesure de détecter des défauts avant que ces derniers n'aient des conséquences dommageables. "Ceci suppose néanmoins que le système soit en mesure de stocker et analyser d'énormes quantités de données." En plus des données relatives à l'état de la machine, la maintenance prédictive peut aussi utiliser des données relatives à l'environnement de la machine comme la température et l'humidité ambiantes. Le système doit aussi intégrer ces données dans son processus d'analyse pour maximiser la fiabilité de ses prédictions.

La solution de B&R pour la maintenance prédictive utilise des modules d'E/S spécialisés pour le condition monitoring et des algorithmes d'analyse inclus dans le framework mapp. Les modules de condition monitoring se configurent facilement et permettent une détection précise des défauts nécessitant une intervention de maintenance. Ils présentent la particularité de traiter localement les données collectées et de délivrer ainsi des données digitales directement exploitables pour l'optimisation des process existants. De plus, tous ces modules font partie de la gamme de modules d'E/S X20. Ils peuvent donc être utilisés dans n'importe quelle architecture de contrôle.

Traitement de données orienté résultats

Les données collectées sont évaluées à l'aide des algorithmes d'analyse évolués du package logiciel mapp Control. "Pour que l'analyse soit efficace, il faut que le traitement des données soit performant et tourné vers l'obtention de résultats," indique M. Staudecker. "Et c'est exactement ce que permet mapp Control." Une grande partie de l'analyse peut être effectuée directement sur le contrôleur.

Prédiction par auto-réglage

Une autre manière de détecter des défauts précocement consiste à utiliser des procédures de réglage. "mapp Control inclut des méthodes de réglage qui modélisent le comportement du système et créent ainsi un régulateur approprié," explique M. Staudecker. Lorsque la procédure de réglage est répétée à intervalles réguliers, les paramètres du régulateur sont constamment réactualisés. Tout changement dans le comportement du système est alors mis en lumière. Les écarts constatés dans les propriétés statiques ou dynamiques du système ou la fréquence de résonance permettent de tirer des conclusions sur le process et sur d'éventuels problèmes de fuites ou d'usure.

Détection d'usure

La maintenance prédictive permet de déterminer le moment le plus judicieux pour remplacer des composants usés, et donc d'optimiser la planification des interventions en fonction de la production. L'usure mécanique affectant certains composants comme les vannes hydrauliques produit ses effets progressivement et finit par avoir des répercussions négatives sur l'asservissement des axes. Le package logiciel mapp Hydraulics inclut un composant logiciel spécialisé dans la détection précoce de ce type d'usure. "Le composant mesure automatiquement la courbe caractéristique de la vanne, déterminant ainsi la relation entre l'ouverture de vanne et le débit d'huile," explique M. Staudecker. "Ceci permet non seulement de localiser les zones usées, mais aussi d'optimiser la régulation", explique M. Staudecker.

Surveillance du courant de chauffe

Dans le cas de machines complexes comme celles qu'utilise, par exemple, l'industrie du plastique, la qualité des produits finis dépend de la qualité d'exécution de chaque process. Un des process typiquement utilisés pour la fabrication de produits en matière plastique est l'extrusion. Un élément de chauffe défectueux dans une extrudeuse peut entraîner l'arrêt de toute une ligne de production, et donc générer d'importants surcoûts.

"L'utilisation de la maintenance prédictive et des composants logiciels B&R correspondants permet de maintenir la machine et ses composants dans un état optimal, et donc de maximiser la productivité de tout le système de fabrication sur le long terme," affirme M. Staudecker. Pour la surveillance des éléments de chauffe, le package mapp Temperature de B&R compare les courants de chauffe par rapport à des valeurs de référence et selon des cycles librement configurables. Il est ainsi facile de détecter des changements dans le circuit de chauffe et de prédire d'éventuels dommages sur des éléments de chauffe ou des relais.

Nouveaux modèles économiques

La maintenance prédictive ouvre également la voie vers de nouveaux business models et de nouveaux types de services. Ainsi, par exemple, l'utilisation de données machine collectées sur une longue période permet d'optimiser la planification des intervalles de maintenance. Les fabricants de machines peuvent alors proposer à leurs clients un service de maintenance sur mesure et assurer ainsi que leur base installée reste toujours dans un état optimal. "Ces données peuvent être aussi utilisées pour optimiser la conception même de la machine," indique M. Staudecker. Avec la maintenance prédictive, les fabricants de machines peuvent non seulement proposer à leurs clients un package de services complet, mais aussi apporter des améliorations ciblées sur leurs machines.

Auteure : Carola Schwankner, Corporate Communications Editor, B&R

La technologie mapp de B&R révolutionne la manière de créer des applications logicielles pour les machines et les équipements industriels. Les composants mapp sont aussi simples d'utilisation qu'une application de smartphone. Les automaticiens développant des programmes machine n'ont ainsi plus besoin d'écrire des lignes et des lignes de code pour réaliser un système de gestion d'utilisateurs, un système d'alarmes, ou une séquence de de mouvements. Il leur suffit désormais de configurer en quelques clics des composants mapp. Les algorithmes complexes sont ainsi simples à gérer, et les programmeurs peuvent se focaliser entièrement sur leur process machine.

Une régulation avancée facilement maîtrisée

Avec mapp Control, toutes les fonctions de régulation, du régulateur PID classique aux régulations complexes pour contrôler des systèmes hydrauliques ou des grues, sont disponibles via une interface uniforme et simple d'utilisation. Les fonctionnalités technologiques employées comme les régulateurs adaptatifs, l'auto-réglage et les capteurs virtuels facilitent l'optimisation des paramètres de régulation ainsi que leur adaptation en cours d'exploitation.

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