Brevet FR2676556A1 — publié le 19921120

Système de surveillance prédictive d'un processus La présente invention concerne la surveillance d'un processus et plus spécifiquempent le cas où cette suveillance est à la fois automatique et prédictive. Le terme surveillance prédictive désigne ici aussi bien la prise de connaissance continue ou répétitive de l'état d'un processus que la prévision de son évolution future et plus particulièrement des incidents qui risquent de l'affecter. Quant au terme "processus" il désigne ici aussi bien le déroulement d'un phénomène plus ou moins naturel que le fonctionnement d'un appareil construit par l'homme. La présente invention s'applique avec avantage lorsque le processus à surveiller obéit à des lois partiellement connues tout en présentant une complexité telle que son état ne peut être suffisamment décrit par une simple collection de données recueillies par des capteurs de mesure. Une description directement utilisable ne peut alors être obtenue que par un traitement de telles données, ce traitement constituant un diagnostic. La présente invention tend à permettre un tel diagnostic. Elle tend aussi à permettre une maintenance prédictive. L'objet de cette dernière est d'indiquer d'une manière intelligente à quels moments il convient d'effectuer des opérations de maintenance d'un appareil, par exemple des opérations de nettoyage d'un filtre ou de remplacement d'une pièce dont la défaillance est vraisemblable dans un certain délai, ceci en recherchant à la fois une économie des moyens physiques à mettre en oeuvre et un degré de sécurité satisfaisant. Un système prévu pour assurer de manière automatique une telle surveillance utilise à la fois des traitements informatiques qui sont bornés dans le temps et des traitements non bornés. Les traitements bornés sont pour la plupart numériques. Les traitements non bornés présentent une complexité plus grande qui est liée à celle des intéractions physiques difficilement prévisibles à prendre en compte, et qui empêche de contenir ces traitements dans des bornes de durée prédéterminées. Or le système doit être capable de traiter les données et de réagir en temps réel, par un réajustement d'un diagnostic ou d'une prédiction antérieurs. Un tel système doit par ailleurs rester d'un coût et d'un encombrement limités. Un système connu de ce genre est appelé "Guardian". Il est décrit dans un article de B. Hayes-Roth : "Architectural Foundations or Real-Time Performance in Intelligent Agents" The Journal of Real-Time Systems, 2, 99-125, 1990. Il comporte divers éléments qui lui sont communs, quant à leurs fonctions indiquées ci-après, avec un système selon la présente invention. Ces éléments communs sont les suivants - Des capteurs de mesure pour fournir des données primaires représentant des grandeurs physiques évolutives d'un processus à surveiller. Ces grandeurs sont de natures diverses.Chacune de ces données représente une seule d'entre elles. - Et des moyens informatiques. Ces derniers comportent eux-mêmes les éléments suivants - Des moyens de prétraitement commandables pour fournir des données prétraitées de diverses natures. Ces données résultent de traitements bornés effectués sur les données primaires. Elles peuvent être modifiées dans leurs cadences et/ou leurs natures. - Et des moyens de raisonnement munis de connaissances préalables. Ces moyens reçoivent les données prétraitées et effectuent notamment des traitements non bornés sur ces dernières pour obtenir une connaissance de ce processus et pour fournir, à partir de cette connaissance, des diagnostics. Par ailleurs ces moyens utilisent leur connaissance du processus pour commander les moyens de prétraitement en fonction d'un centre d'intérêt. Cette commande modifie les natures et/ou cadences des données prétraitées. Dans ce système connu les moyens de prétraitement prennent la forme de plusieurs processeurs frontaux dont chacun est alimenté par un seul capteur de mesure ou par un groupe de tels capteurs mesurant tous une même grandeur physique telle qu'une pression, une température ou la concentration d'un élément chimique déterminé. Ces processeurs frontaux sont commandés par les moyens de raisonnement (cognition subsystem) en fonction d'un centre d'intérêt ("focus of attention") dépendant des circonstances. Cette commande consiste en une limitation sélective des flots de données parvenant des divers processeurs frontaux. Ces derniers comportent pour cela des filtres de données paramétrables, c'est-à-dire commandables quantitativement.Ce sont donc ces filtres qui sont commandés par les moyens de raisonnement de manière à ce que chacun de ces filtres envoie seulement à ces moyens les données que ces derniers peuvent utilement traiter. La présente invention a notamment pour buts d'améliorer l'efficacité et/ou de diminuer le coût d'un système de ce genre. Et dans ces buts, elle a pour objet un système comportant les éléments communs précédemment mentionnés, ce système étant caractérisé par le fait que les moyens de prétraitement sont réalisés de manière à fournir des indications composites présentant des valeurs sémantiquement renforcées. De telles indications peuvent notamment non seulement alimenter mais aussi guider les moyens de raisonnement. Par ailleurs ces derniers peuvent avec avantage réaliser une sélection parmi diverses configurations d'activation que peuvent présenter les moyens de prétraitement. On peut ainsi réaliser une commande mutuelle réciproque de plusieurs processeurs qui constituent les moyens de prétraitement et de raisonnement. A l'aide de la figure schématique ci-jointe, on va décrire plus particulièrement ci-après, à titre d'exemple non limitatif, comment la présente invention peut être mise en oeuvre. Cette figure représente un système selon cette invention. Conformément à cette figure, un appareil 2 est le siège d'un processus qui doit être surveillé dans le cadre d'une maintenance prédictive. Le système automatique utilisé pour cela comporte de nombreux capteurs de mesure. Des capteurs 4 et 6 mesurent deux grandeurs physiques d'une même nature, par exemple deux pressions, en deux endroits différents de l'appareil 2. D'autres capteurs 8 et 10 mesurent des grandeurs de natures différentes, par exemple une température et une concentration en un corps chimique. Ces capteurs fournissent des données brutes, globalement représentées par la référence 11, à des moyens informatiques qui comportent d'abord un organe d'acquisition de données 14.Après filtrage et stockage éventuels, cet organe transmet ces données sous la forme de données primaires 12 à des moyens de surveillance frontale qui remplacent les moyens de prétraitement connus précédemment mentionnés. Ces moyens de surveillance sont constitués par un premier processeur 16, par exemple constitué par un microprocesseur convenablement programmé. Ce processeur fonctionne en synchronisme avec l'organe 14. Ces moyens traitements bornés sur ces données primaires pour fournir des indications composites 12 qui présentent des valeurs sémantiquement fortes. Pour l'élaboration de chacune de ces indications, ils appliquent un algorithme de surveillance frontale combinant des données primaires représentatives de grandeurs physiques de natures diverses. Par ailleurs ils possédent plusieurs configurations d'activation dictinctes qu'ils peuvent prendre sur commande et de manière successive. Ces configurations sont respectivement associées à plusieurs plans de surveillance Al, A2, A3 constitués chacun par un ensemble d'algorithmes de surveillance frontale. Dans chacune de ces configurations ces moyens appliquent seulement les algorithmes du plan associé à cette configuration. Les données prétraitées 18 dépendent donc non seulement des données primaires 12 mais aussi du plan de surveillance qui leur est appliqué. Le passage d'un plan à un autre peut se traduire de diverses manières - modification de la fréquence d'activation d'un algorithme, - remplacement d'un algorithme par un autre de moindre coût et traitant le même problème, - remplacement d'un algorithme par un autre pour traiter un nouveau problème. Les indications composites sont fournies à des moyens de raisonnement constitués par un deuxième processeur 20. Les traitements "intelligents" effectués par ce deuxième processeur ne sont pas bornés dans le temps. Le deuxième processeur est activé de manière asynchrone lorsque la situation - déterminée par le premier processeur - l'exige. Plus spécifiquement, les indications composites fournies par le premier processeur comportent non seulement des paramètres plus ou moins élaborés représentatifs de l'état du processus, mais aussi des instructions guidant les moyens de raisonnement, notamment quant aux points suivants - choix du traitement à effectuer sur ces paramètres, - choix des connaissances préalables à utiliser pour effectuer ce traitement, - degré d'urgence de ce traitement, - temps autorisé pour effectuer ce traitement. Le deuxième processeur comporte différents niveaux de réactivité boucles réflexes, boucles de raisonnement plus élaborées. Son fonctionnement a notamment pour effet de sélectionner, par une voie symbolisée en 22, le plan de surveillance appliqué par le premier processeur 16. Il a aussi pour effet de fournir sur une autre voie des indications de sortie 24 qui sont reçues par exemple sur un terminal 26 et qui sont constituées notamment par des diagnostics ou des indications de maintenance prédictives. Le processeur 20 travaille non seulement sur les données fournies par le processeur 16 mais aussi sur des données historiques stockées sur un support physique 21 qui peut prendre la forme d'une base de données ou d'un fichier. Cette base de données est alimentée par des données fournies par les deux processeurs 16 et 20, et éventuellement par un opérateur humain. Ce dernier peut par exemple indiquer quelles opérations de maintenance ont été effectuées et à quelles dates. Cette base de données permet au processeur d'utiliser des données remontant à des temps relativement anciens, pour fournir des indications prédictives relativement fiables. Ces indications sont fournies en temps réel, c'est-à-dire à temps pour être utiles, malgré le fait que les traitements effectués par le deuxième processeur 20 ne soient pas bornés. Des algorithmes sont en effet programmés pour cela dans ce deuxième processeur et commandés par le premier processeur pour déclencher une action substitutive de prévention lorsqu'une situation telle que la suivante apparaît : - La connaissance du processus acquise par le deuxième processeur est provisoirement incomplète parce qu'un traitement en cours n'est pas achevé. - Cette connaissance incomplète n'exclut pas la possibilité d'un accident grave dans un délai nécessaire pour une action substitutive de prévention appropriée. - Il n'est pas certain que le traitement en cours sera achevé dans ce délai. REVENDICATIONS 1/ Système de surveillance prédictive d'un processus, ce système comportant - des capteurs de mesure (4, 6, 8, 10) pour fournir des données primaires (12) représentant des grandeurs physiques évolutives d'un processus à surveiller (2), chacune de ces données représentant une seule de ces grandeurs, ces grandeurs étant de natures diverses, - et des moyens informatiques comportant eux-mêmes - des moyens de prétraitement commandables pour fournir des données prétraitées de diverses natures qui résultent de traitements bornés dans le temps effectués sur ces données primaires et qui peuvent être modifiées dans leurs cadences et/ou leurs natures, - et des moyens de raisonnement munis de connaissances préalables, ces moyens recevant ces données prétraitées et effectuant notamment des traitements sur ces données pour obtenir une connaissance de ce processus, ces moyens utilisant cette connaissance pour agir sur ces moyens de prétraitement en fonction d'un centre d'intérêt en modifiant les natures et/ou cadences des données prétraitées de manière à utiliser au mieux des puissances de traitement limitées de ces moyens de prétraitement et de connaissance, ce système étant caractérisé par le fait que lesdits moyens de prétraitement sont réalisés sous la forme de moyens de surveillance frontale (16) munis d'algorithmes de surveillance frontale, ces algorithmes combinant des données primaires (12) représentatives de grandeurs physiques de natures diverses selon des modèles au moins partiels du processus à surveiller (2), ces moyens appliquant ces algorithmes pour fournir lesdites données prétraitées sous la forme d'indications composites (18) ayant des valeurs sémantiquement fortes. 2/ Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens de surveillance frontale (16) possédent plusieurs configurations d'activation distinctes qu'ils peuvent prendre sur commande et de manière successive et qui sont respectivement associées à plusieurs plans de surveillance (Al, A2, A3) constitués chacun par un ensemble de dits algorithmes de surveillance frontale, ces moyens appliquant seulement, dans chacune de ces configurations, les algorithmes du plan associé à cette configuration, les moyens de raisonnement (20) commandant les moyens de surveillance frontale pour sélectionner une configuration d'activation de ces derniers. 3/ Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les indications composites (18) fournies par les moyens de surveillance frontale (16) comportent non seulement des paramètres représentatifs de l'état du processus à surveiller (2) mais aussi des instructions guidant les moyens de raisonnement (20). 4/ Système selon la revendication 3, caractérisé par le fait que lesdites instructions guident les moyens de raisonnement (20) quant à l'un au moins des points suivants - choix du traitement à effectuer sur lesdits paramètres, - choix des connaissances préalables à utiliser pour effectuer ce traitement, - degré d'urgence de ce traitement, - temps autorisé pour effectuer ce traitement. 5/ Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens de raisonnement (20) ont accès à des moyens de stockage de données (21) sur supports physiques qui sont alimentés en données historiques par les moyens de surveillance frontale (16) et de raisonnement (20), ces moyens de raisonnement fournissant des indications au moins partiellemnt prédictives (24) qui sont relatives a un intervalle de temps plus grand que celui auquel se rapportent les indications composites (18). 6/ Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens de surveillance frontale (16) et de raisonnement (20) sont respectivement constitués par un premier et un deuxième processeurs ou groupes de processeurs. 7/ Système selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'il comporte un organe d'acquisition de données (14) fonctionnant à une cadence prédéterminée, ledit premier processeur (16) étant synchronisé sur cette cadence.