Brevet FR2878031A1 — publié le 20060519

L'invention concerne un procédé pour le diagnostic et l'état du fonctionnement d'au moins un organe d'une installation, notamment en vue d'une opération de maintenance, comportant les étapes suivantes: - on relève au travers d'au moins un capteur vibratoire, à un instant T et un instant T' ultérieur, le comportement vibratoire dudit organe; - on enregistre chacun des relevés correspondant aux temps T et T'; l0 - on compare, selon des paramètres de comparaison déterminés, les données relevées au temps T' par rapport à celles relevées au temps T, considérées comme étant des données de référence. La présente invention concerne encore un dispositif pour la 15 mise en oeuvre de ce procédé. L'invention a trait au domaine de la surveillance, en vue de la maintenance, d'installations industrielles comportant des machines d'une certaine complexité. Dans de nombreux sites de production industrielle, il est nécessaire de maintenir sous surveillance quasi permanente chacun des organes de cette installation en vue d'assurer une maintenance par prévention de manière à éviter l'arrêt de ces installations en pleine production. Se pose, toutefois, le problème de cette maintenance, qui 25 doit être réalisée à juste titre, donc à bon escient, à la base de diagnostics les plus pertinents possibles. Ainsi, il est d'usage d'équiper un certain nombre d'organes au niveau d'une machine, s'intégrant dans une telle installation, de capteurs vibratoires au travers desquels l'on vient procéder à des relevés périodiques permettant de se rendre compte de l'évolution dans le temps du comportement vibratoire de chacun de ces organes. Ainsi, il est fréquent de comparer les relevés successifs à un relevé de référence qui est celui effectué, par exemple, en début de mise en route de l'installation, soit à un instant où l'on suppose chaque organe en bon état de fonctionnement. 2878031 2 Le problème réside dans le temps nécessaire à l'interprétation des relevés pour l'obtention de résultats significatifs. En effet, pour obtenir de tels relevés, qui soient représentatifs, de cette évolution du comportement vibratoire de la machine, il est nécessaire de procéder à des relevés s'étendant sur des durées relativement longues pouvant atteindre quelques heures. Les moyens mis en oeuvre pour leur interprétation, c'est-à- dire pour leur comparaison à des relevés de référence, nécessitent, eux- mêmes, une durée équivalente pour qu'à l'issue de cette comparaison l'on puisse obtenir une information susceptible de conduire à un diagnostic suffisamment fiable. Evidemment, cette méthode utilisée, jusqu'à présent, pour l'analyse des résultats de relevé des capteurs vibratoires, oblige les opérateurs à se limiter dans le nombre de paramètres de comparaison retenus. Cependant, dans le cadre d'une démarche inventive, l'on a pu constater qu'en augmentant, sensiblement, les paramètres pris en compte pour comparer les signaux de deux relevés, il était possible d'obtenir des informations plus précises concernant le comportement vibratoire au niveau d'une machine mais également de l'interaction de cet organe sur d'autres voisins. En fin de compte, au travers de ces informations complémentaires à celles jusqu'alors accessibles, on s'est aperçu que l'on pouvait mener des opérations de maintenance davantage ciblées. Ceci se traduit, non seulement en des coûts de maintenance moindres, mais aussi, de manière essentielle, en une diminution sensible du risque de défaillance. La surveillance d'installations industrielles complexes, en particulier des installations ou machines travaillant en feu continu, comme les machines à papier, les lignes de production de sidérurgie, ou autres, est rendue difficile par le grand nombre d'organes constitutifs de ces moyens de production, et les contraintes très différentes de service auxquelles peuvent être soumis ces organes. 2878031 3 Le rôle des services de maintenance, internes ou externes, qui ont à intervenir sur ces installations, est crucial pour la bonne exploitation de ces moyens: tout arrêt inopiné dû à une panne ou défaillance, outre un bouleversement du plan de production, peut avoir des conséquences extrêmement graves sur le moyen de production lui-même: éléments constitutifs endommagés en cascade, matière à transformer bloquée dans son état du moment au coeur du moyen de production, ce blocage pouvant conduire à la destruction forcée d'une partie du moyen l0 de production. Les tâches de maintenance préventive ont donc une importance primordiale afin d'anticiper de telles défaillances, et de programmer des arrêts machines dévolus aux opérations d'échange de composants identifiés comme présentant des symptômes d'usure ou de défaillance. Cette maintenance préventive s'appuie, d'une part sur la surveillance de certains organes (quelques dizaines)effectuée en continu, par le truchement de capteurs (1) installés à demeure sur ces organes connus comme sensibles, et d'autre part sur des campagnes de mesure, d'une durée pouvant atteindre plusieurs heures chacune, sur un nombre sensiblement plus important de capteurs (quelques centaines) installés sur la machine pour la durée de l'expérimentation. La technologie de l'analyse vibratoire permet, lors de telles campagnes de mesure, de recueillir les signaux, puis d'en effectuer le traitement afin de déceler des anomalies. Classiquement, l'enregistrement des signaux émanant de chacun des capteurs, est effectué, au cours d'une campagne de mesure d'une durée qui peut atteindre plusieurs heures sur un enregistreur magnétique. La collecte des informations et les calculs nécessaires sont effectués à l'aide d'une logique câblée. Le but de telles campagnes est d'établir un diagnostic sur l'état de l'installation, et, en particulier, sur son aptitude à fonctionner sans défaillance sur une période de temps définie. La technologie usuelle est basée sur une structure: 2878031 4 - d'acquisition du signal temporel par un support d'enregistrement (par exemple une carte) - de traitement du signal en temps réel par un moyen matériel aux fonctionnalités prédéterminées, ici appelé analyseur (en particulier une carte électronique conçue pour traiter un signal d'une certaine façon prédéfinie); ces moyens matériels proposent un choix de fonctions limité (pour chaque nouveau traitement du signal, pour l'obtention d'un résultat déterminé, tenant compte de paramètres d'analyse spéciaux, il convient de disposer de cartes différentes). - de gestion / visualisation. La procédure de travail classique suit une séquence composée de: création de la base de données machine - programmation des analyses automatiques, avec les fonctions de calcul, de base ou avancées, disponibles sur un support matériel idoine - réalisation des analyses, soit en direct, soit par relecture d'un enregistrement - enregistrement et transfert des analyses réalisées dans la base de données - analyse des résultats - définition des analyses complémentaires nécessaires au vu des premiers résultats - re-programmation de ces analyses complémentaires retour sur la machine (et seulement si elle est toujours en fonctionnement et dans la même configuration), ou relecture de l'enregistrement. Pour chaque point de mesure, les analyses sont à réaliser 30 l'une après l'autre, ce qui se traduit nécessairement par une durée totale des mesures importante. Les moyens de calcul disponibles (cartes) proposent un choix de fonctions limité, et leur personnalisation est une opération longue et coûteuse. 2878031 5 La création de nouvelles fonctions par l'opérateur lui-même n'est pas possible; elle ne peut passer que par l'étude et la réalisation de cartes spéciales. Les collecteurs de données disponibles sur le marché de la maintenance industrielle proposent des logiciels de gestion, mais l'analyseur associé est bloqué sur ses fonctions, et le déroulement des mesures reste long car les analyses se font les unes après les autres: l'opérateur désire souvent affiner son diagnostic en 10 concentrant son analyse sur: - certaines fonctionnalités techniques de la machine, ou - des sous-ensembles ou des organes donnés de la machine, ou - la réponse de certains composants à des sollicitations 15 particulières, ou - l'interaction des organes entre eux, il doit aujourd'hui procéder à la relecture de l'enregistrement complet; il lui applique les outils de calcul (que sont les cartes dont il dispose) afin d'isoler les paramètres auxquels il s'intéresse dans le but de l'élaboration de son diagnostic; et il doit de ce fait attendre plusieurs heures l'obtention de chaque résultat intermédiaire. Cette durée de retraitement s'avère incompatible avec la période de surveillance entre deux opérations de maintenance, qui peut être relativement courte (quelques semaines); et il est souvent difficile, voire impossible, dans ce laps de temps, d'étudier complètement le comportement et la signature de chacun des organes appareillés de capteurs (dont le nombre, pour une machine à papier par exemple, est couramment compris entre 500 et 1000) ; et a fortiori il est tout aussi difficile de mener à bien l'étude de l'interaction entre ces organes, lors de dégradations en cascade, notamment du fait des vibrations. La présente invention a su répondre, avantageusement, à ce problème de fiabilité et de coût du diagnostic, au travers d'un procédé de diagnostic et d'un dispositif permettant sa mise en oeuvre, permettant, non seulement de comparer deux relevés, mais 2878031 6 également une multitude de relevés successifs en un minimum de temps, et, de ce fait, de prendre en compte, dans le cadre de cette analyse comparative des différents relevés, une multitude de paramètres permettant d'obtenir des résultats qui, par recoupement, permettent un diagnostic d'une parfaite efficacité. Ainsi l'invention concerne un procédé pour le diagnostic et l'état du fonctionnement d'au moins un organe d'une installation, notamment en vue d'une opération de maintenance, comportant les étapes suivantes: l0 - on relève au travers d'au moins un capteur vibratoire, à un instant T et un instant T' ultérieur, le comportement vibratoire dudit organe; - on enregistre chacun des relevés correspondant aux temps T et T'; - on compare, selon des paramètres de comparaison déterminés, les données relevées au temps T' par rapport à celles correspondant au temps T considérées comme étant des données de référence, caractérisé par le fait que l'on enregistre, sous forme de 20 base de données numériques, les relevés analogiques des capteurs vibratoires au temps T, que l'on enregistre, sous forme de données numériques, les relevés analogiques du ou des capteurs vibratoires au temps T', et que l'on compare, selon des critères déterminés, ces données numériques au temps T' par rapport aux données de ladite base de données. Selon une autre particularité de l'invention, on enregistre, dans la base des données numériques de consigne correspondant, par exemple, à des données théoriques d'un constructeur de machines. Tel que déjà précisé plus haut, les avantages découlant de la présente invention consistent, essentiellement, en ce que le diagnostic obtenu au travers du procédé et du dispositif permettant sa mise en oeuvre est d'une bien plus grande fiabilité et précision par rapport au diagnostic susceptible 2878031 7 d'être effectué en mettant en oeuvre les solutions de l'état de la technique. La précision du diagnostic avec les méthodes anciennes est insuffisante, et le but de la présente invention est de conjuguer une amélioration du diagnostic, par une précision accrue, avec une économie de temps (autant que de cycle de travail) importante, qui permette aux opérateurs de maintenance, de réaliser des études complémentaires, participant à la précision de leur diagnostic, pendant le laps de temps qui leur est imparti. La présente invention se propose de remédier au problème posé, avec un procédé et un dispositif d'aide au diagnostic qui permettent à la fois de personnaliser les fonctions d'analyse, au niveau de l'opérateur lui-même, et de s'affranchir des relectures des enregistrements pendant la durée desdits enregistrements. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre se rapportant à un exemple de réalisation donné à titre indicatif et non limitatif. La compréhension de cette description sera facilitée en se référant au dessin ci-joint dans lequel: - la figure 1 est une représentation schématisée d'une installation équipée d'un dispositif selon l'invention permettant de diagnostiquer le comportement vibratoire de différents organes au niveau de machines composant cette installation; - la figure 2 représente l'organigramme du procédé de diagnostic selon l'invention. L'architecture d'un dispositif préférentiel selon l'invention comprend: un ensemble de capteurs (1) équipant une machine de production (figure 1) - une base de données (2) qui intègre à la fois: - les données machine (données constructeur, données historiques, données propres à la maintenance) 2878031 8 - le stockage de blocs temporels longs (3), qui seront explicités plus loin - la programmation des analyses automatiques (4) - un module de traitement (5), qui comprend les moyens de 5 calcul pour les fonctions de base, les fonctions avancées, et le générateur de fonctions propre à l'invention - un module de visualisation des résultats (6). Cette architecture permet: - de traiter un même morceau de signal temporel autant de fois que souhaité, pour effectuer différents traitements, d'obtenir une grande rapidité pour chaque opération de simulation sur la base de l'enregistrement effectué, puisque l'opérateur n'est plus obligé de relire à chaque fois la totalité de l'ancien support d'enregistrement magnétique pendant une durée égale à celle du recueil des signaux. On peut ainsi réduire à quelques secondes le temps de dépouillement nécessaire à un ensemble de traitements sur plusieurs points de mesure, contre quelques minutes ou heures dans la technologie antérieure, selon le traitement désiré. La structure selon l'invention permet donc d'obtenir une meilleure performance de l'analyse vibratoire en maintenance préventive. Les données temporelles peuvent être acquises, soit avec une simple carte d'acquisition temporelle sur l'ordinateur, soit 25 à partir d'un collecteur du marché. La prise de mesure selon les technologies antérieures s'effectuait sous forme de blocs temporels courts, d'une durée égale au quotient du nombre de points par l'étendue du spectre de fréquence, de l'ordre de la fraction de seconde ou de quelques secondes. La prise de mesure selon l'invention s'effectue sous forme de blocs temporels longs, d'une durée de plusieurs minutes, appropriés au bon contrôle des conditions de marche réelles. Chaque traitement peut se faire sur la même partie temporelle, ce qui permet de limiter la durée d'enregistrement de chaque point à la durée du traitement le plus long qui doit lui être 2878031 9 appliqué (et non plus à la somme des durées de traitement individuelles de l'art antérieur). Ces enregistrements temporels longs sont directement stockés sur le disque dur de la base de données (2). Le système est conçu pour la lecture rapide des temporels longs depuis leur emplacement de stockage (3) et le chargement dans le module de traitement (5). Ce module traitement effectue aussi bien les analyses programmées que le post-traitement. Les analyses effectuées sont transférées dans la base de données. Les analyses complémentaires décidées lors de la visualisation des résultats -module (6)- se font sans repasser par les capteurs (1), mais recherchent directement les paramètres dans la base de données (2), par relecture rapide des fichiers temporels (3) et nouveau traitement dans le module de traitement (5). La base de données techniques permet de sauvegarder des signaux temporels de durée quelconque, même longue (plusieurs heures si nécessaire).. Pour chaque machine surveillée, une structure simple d'arborescence multiniveaux organise les points de mesure selon ses caractéristiques physiques. La base de données permet d'accéder rapidement aux informations, de sécuriser l'administration, et d'échanger des données standardisées. Elle est conçue pour archiver les signaux temporels longs (3) et les conditions d'essai, ainsi que les analyses automatiques (4) programmées par l'opérateur; elle conserve l'historique des mesures et des calculs, afin de garantir la traçabilité des opérations; elle permet aussi de suivre l'évolution de la machine dans le temps, et d'en surveiller les dérives. Les traitements peuvent être automatisés pour diagnostiquer toute une installation, et produire un rapport d'essai. Le système d'analyse et de gestion des mesures vibro- acoustiques, objet de l'invention, permet ainsi de réaliser les 30 2878031 10 opérations de traitement du signal en temps réel ou en post- traitement, dans le module de traitement (5): L'opérateur exploite la base de données, et peut, grâce aux fonctions préexistantes, tant mathématiques que statistiques ou logiques, créer ses outils personnalisés (fonctions et méthodes) en combinant ces différentes fonctions, et ainsi personnaliser ses analyses en fonction du défaut recherché. L'invention permet aussi aux services R&D de développer de nouvelles fonctions en traitement du signal. L'opérateur peut ainsi appliquer facilement, en post-traitement, des analyses différentes à différents signaux recueillis dans la base de données. L'interface opérateur est simple, afin d'éviter l'utilisation d'un langage de programmation complexe, lors de la combinaison de ces fonctions mathématiques, statistiques, logiques, et de traitement du signal. L'opérateur, qui n'a pas besoin d'être un programmeur, constitue ainsi ses propres méthodes, selon ses besoins, avec les outils fournis par le système; lesquels outils intègrent, de façon non limitative, les fonctions de: filtrage HP, LP, BP, - pondérations A,B,C fonctions mathématiques (intégration, dérivation, etc...) - fonctions statistiques (Kurtosis, et autres fonctions classiques) - niveau global - analyse spectrale FFT (à nombre de ligne illimité) fonctions de transfert - analyse par octave, 1/3 octave détection d'enveloppe sur filtre programmable - cepstre transformée d'Hilbert démodulation d'amplitude 2878031 11 - démodulation de phase et de fréquence - création de fonctions personnalisées. Toutes les signatures générées sont conservées, et peuvent être rappelées ultérieurement pour effectuer d'autres fonctions. Toutes les fonctions ou listes de fonctions sont automatiquement sauvegardées avec le signal, et peuvent être réutilisées pour être appliquées sur d'autres signaux. La visualisation des résultats est conçue de façon à ce que chaque écran puisse contenir plusieurs signaux, en vue de leur comparaison; chaque signal peut être zoomé, son titre et ses couleurs peuvent être modifiés, il peut être exporté vers d'autres outils d'analyse tels que Matlab, Excel ou autre, et sous des formats standard tels que XML Mimosa, ou Texte, ou autre. Les caractéristiques techniques les plus utilisées de cette visualisation sont: temporel, niveaux globaux, évolutions, spectre, superposition de courbes, représentation 3D, exportation Word pour rapports. Les analyses préprogrammées pour l'ensemble des points de 20 mesures sont faites automatiquement à partir des fichiers temporels (3). Contrairement aux classiques collecteurs de données actuels, la méthode selon l'invention permet d'effectuer autant d'analyses qu'on le souhaite, et surtout de pouvoir faire des analyses complémentaires sans avoir à refaire de mesure ou relire une bande magnétique. La comparaison des résultats avec des valeurs de consigne permet le lancement automatique d'analyses complémentaires, selon un processus itératif. La base de données utilisée permet de visualiser les résultats, de faire des comparaisons, et de suivre les évolutions. La méthode de combinaison de fonctions permet de définir des analyses adaptées au profil de la machine surveillée: 35 filtres, analyses torsionnelles, phénomènes instables, etc... 2878031 12 Et notamment elle permet d'étudier le comportement dynamique d'une machine pendant des variations de régime (montées en vitesse, ou autres). Le système selon l'invention propose encore, en complément de l'analyse classique, une méthode innovante basée sur l'utilisation de la transformée de Hilbert, qui permet de synchroniser le signal à partir d'une simple porteuse comme une raie d'engrènement ou une raie d'encoches moteur par exemple. L'outil est nécessairement conçu pour présenter un nombre l0 élevé d'ordres, un nombre important de voies, ainsi qu'une représentation instantanée de l'évolution des ordres en fonction de la vitesse de rotation ou de la fréquence; et il peut être ainsi avantageusement utilisé pour piloter des cartes National Instrument, ou similaires. 2878031 13 REVENDICATIONS 1. Procédé pour le diagnostic et l'état du fonctionnement d'au moins un organe d'une installation, notamment en vue d'une opération de maintenance, comportant les étapes suivantes: - on relève au travers d'au moins un capteur vibratoire, à un instant T et un instant T' ultérieur, le comportement vibratoire dudit organe; - on enregistre chacun des relevés correspondant aux temps 10 T et T' ; - on compare, selon des paramètres de comparaison déterminés, les données relevées au temps T' par rapport à celles correspondant au temps T considérées comme étant des données de référence, caractérisé par le fait que l'on enregistre, sous forme de base de données numériques, les relevés analogiques des capteurs vibratoires au temps T, que l'on enregistre, sous forme de données numériques, les relevés analogiques du ou des capteurs vibratoires au temps T', et que l'on compare, selon des critères déterminés, ces données numériques au temps T' par rapport aux données de ladite base de données. 2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé par le fait qu'on enregistre, dans la base des données numériques de consigne correspondant, par exemple, à des données théoriques d'un constructeur de machines. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'opérateur sélectionne les paramètres selon lesquels il effectue le traitement du signal. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'opérateur sélectionne et combine des fonctions appliquées au signal à analyser 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'opérateur procède à 2878031 14 des analyses complémentaires en post-traitement sans devoir refaire de mesure 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'opérateur démonte l'appareillage expérimental dès la fin du recueil des signaux. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la comparaison des résultats obtenus déclenche un processus itératif d'analyses complémentaires automatiques. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'opérateur met en oeuvre la transformée de Hilbert et synchronise ainsi le signal avec une porteuse liée à une caractéristique physique de la machine. 9. Dispositif permettant la mise en oeuvre d'un procédé de traitement du signal selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un capteur (1), préférentiellement de vibrations, raccordé à une base de données intégrant au moins un stockage de signaux recueillis et une programmation des analyses automatiques, ladite base de données étant raccordée à un module de traitement, luimême raccordé à un système de visualisation des résultats. 10. Dispositif selon la revendication précédente, 25 caractérisé par le fait que l'un des modules, préférentiellement le module de traitement, comprend un générateur de fonctions.