Brevet FR2939545A1 — publié le 20100611

La présente invention entre dans le domaine de la surveillance en temps réel d'outils industriels. Par outils industriels, on entend un ensemble d'équipements industriels, par exemple dédié à la production, automatisés et pilotés par un équipement électrique traditionnel, un automate programmable, un ordinateur, une commande numérique ou analogue. Dans notre approche, l'équipement industriel concerné est piloté par un système temps réel, comme c'est le cas d'un contrôle par un automate programmable, une commande numérique ou un ordinateur. L'invention concerne plus particulièrement un système de surveillance en temps réel d'outils industriels, notamment accessible à distance au travers d'un réseau de communication. On notera qu'un tel réseau de communication désigne préférentiellement mais non limitativement un réseau informatique Intra- ou Internet. L'état de la technique connaît déjà des systèmes de surveillance, en temps réel et à distance. Les techniques de maintenance existantes sont classées selon deux grandes catégories : la maintenance corrective et la maintenance préventive. La maintenance corrective englobe toutes les méthodes permettant d'intervenir après l'apparition d'une défaillance. Elle inclut en outre les maintenances curative et palliative. L'inconvénient évident d'une telle technique réside dans son constat a posteriori des défaillances survenues. A l'inverse, la maintenance préventive regroupe l'ensemble des techniques de maintenance basées sur une intervention avant qu'une défaillance ne survienne. Cette deuxième catégorie comprend les maintenances systématique, conditionnelle et prévisionnelle. La maintenance systématique consiste à intervenir périodiquement, à des intervalles de temps réguliers. Lesdits intervalles de temps sont généralement calculés à partir des moyennes du temps de bon fonctionnement de l'équipement concerné. L'inconvénient majeur de ce système réside dans un contrôle même en l'absence de défaillance et même si aucune dégradation n'a été enregistrée. La maintenance conditionnelle revient à fixer des seuils de surveillance de l'équipement concerné, au travers du contrôle en temps réel de l'ensemble des signaux perçus par des capteurs ou uniquement des signaux de capteurs considérés comme essentiels ou critiques pour le fonctionnement dudit équipement. Il existe éventuellement la possibilité de définir des plages fixes et statiques générant des moyens d'alarme et/ou d'alerte, notamment en fonction de la gravité du défaut constaté. Dans ces deux cas de maintenance, aucune prévision n'est envisageable lors de la surveillance. C'est pourquoi on a recours à la maintenance prévisionnelle. Dans ce cadre, les techniques utilisées doivent permettre, d'une part, d'effectuer un suivi en temps réel des signaux des capteurs de manière similaire à la maintenance conditionnelle et, d'autre part, de prévoir les défaillances susceptibles de se produire, afin d'intervenir avant que ne survienne toute dégradation de l'équipement ou de sa production. Cette intervention peut avantageusement s'effectuer en ligne ou hors ligne. Toutefois, les systèmes prévisionnels classiques n'apportent pas entière satisfaction. Dans ce contexte, les techniques d'intelligence artificielle, plus particulièrement les réseaux de neurones, présentent un intérêt considérable. Parmi les outils neuronaux mis en pratique, le marché propose actuellement une série de cartes neuronale statiques. Ces cartes sont essentiellement destinées à la reconnaissance des formes, au traitement des images et au suivi de trajectoires. Aucune solution existante ne permet d'obtenir une gestion dynamique des signaux des capteurs. En effet, de telles cartes statiques ne sont pas capables d'améliorer les performances d'une maintenance conditionnelle classique. La présente invention a pour but de pallier les inconvénients de l'état de la technique en proposant une surveillance en temps-réel d'au moins un équipement industriel faisant partie de la maintenance préventive prévisionnelle et dotée de moyens de mise à jour dynamique de sa surveillance. Pour ce faire, elle inclut des modes de fonctionnement ou de défaillance détectés au cours du fonctionnement du système ou imposés par l'utilisateur, notamment l'expert de maintenance. Le système est basé sur l'apprentissage des modes de fonctionnement, permettant de détecter des fausses alarmes et des paliers de dégradation. De plus, une telle surveillance dynamique est combinée à une possibilité de télémaintenance, faisant participer des experts distants à la mise à jour et à la validation des nouveaux modes de fonctionnement et de contrôle de l'équipement. Par rapport aux cartes neuronales statiques existantes, un avantage de la surveillance selon l'invention réside dans la prise en compte du principe de réseau neuronal dynamique, par l'intermédiaire de modules dynamiques, offrant la possibilité de différencier une fausse alarme, un palier de dégradation et une dégradation subite persistante. Elle permet aussi de connaître le mode de dégradation avant que la défaillance proprement-dite ne survienne. Avantageusement, elle permet aussi d'être embarquée sur un système en temps réel standard, de type automate programmable ou analogue, conférant une grande souplesse d'utilisation et une compatibilité indépendante d'un quelconque fournisseur. De plus, une connexion réseau standard, notamment de type � Web �, permet l'exécution à distance des programmes d'apprentissage et de surveillance. Par conséquent, une intervention par un utilisateur distant peut être effectuée à tout moment. L'accès distant aux données enregistrées permet de mettre à disposition de tout utilisateur, technicien ou client, tout ou partie des résultats de la surveillance, offrant ainsi une aide à la décision en temps-réel. Pour ce faire, l'invention a pour objet un système de surveillance en temps réel d'au moins un équipement industriel, comprenant des moyens de surveillance, d'une part, reliés audit équipement au travers d'au moins un capteur et, d'autre part, connectés à des moyens de gestion au travers d'au moins un réseau de communication, notamment informatique et/ou distant, caractérisé par le fait que lesdits moyens de surveillance se présentent sous la forme d'au moins un réseau de neurone dynamique au moins composé en entrée d'au moins un module d'acquisition des signaux transmis par ledit capteur, d'au moins un module intermédiaire de mémorisation des modes de fonctionnement dudit équipement et d'interprétation desdits signaux en fonction desdits modes de fonctionnement, et en sortie au moins un module décisionnel de transmission desdits signaux interprétés vers lesdits moyens de gestion. Le système de surveillance selon l'invention permet, en utilisant le principe des réseaux de neurones dynamiques, la gestion d'un nombre variable d'informations aussi bien numériques qu'analogiques provenant des capteurs de l'équipement surveillé, offrant ainsi une maintenance préventive prévisionnelle améliorée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre des modes de réalisation non limitatifs de l'invention, en référence aux figures annexées dans lesquelles - la figure 1 représente une vue schématisée de 25 l'architecture générale du système de surveillance selon l'invention ; et - les figures 2, 3, 4 et 5 représentent schématiquement des réseaux de neurones et des neurones essentiels audit système de surveillance. 30 La présente invention concerne la surveillance en temps réel d'au moins un équipement industriel 1 permettant une maintenance préventive prévisionnelle. Comme visible sur la figure 1, l'architecture du système 2 de surveillance selon l'invention donne accès à des moyens de 35 gestion 3 au travers d'au moins un réseau de communication 4, notamment informatique et/ou distant. Le mode préférentiel de réalisation offre un accès distant au travers du réseau Internet. Pour ce faire, le système comprend un accès via un serveur � Web �. Ce dernier peut être intégré ou indépendant de l'équipement surveillé 1. De plus, un coupleur réseau 5 peut être installé afin de surveiller plusieurs équipements industriels 1 localisés au niveau de plusieurs sites distants ou sur un même site, notamment au travers d'un réseau industriel local 6. Lesdits moyens de gestion 3 se présentent sous la forme d'une interface homme-machine (IHM). Cette dernière peut être centralisée mais aussi être constituée d'une pluralité de postes clients 7 d'intervention, de surveillance ou uniquement de visualisation. Ces postes clients 7 peuvent regrouper des experts distants de compétences identiques ou complémentaires. Lesdits moyens de gestion 3 intègrent aussi des programmes d'apprentissage. Combinés, ces derniers et ladite IHM permettent la surveillance et la mise à jour des différents modes de fonctionnement de l'équipement surveillé 1. A ce titre, chaque équipement 1 comprend des modes de fonctionnement nominaux, dégradés, défaillants, transitoires, critiques ou interdits qu'il convient de détecter à partir de signaux 8 captés depuis ledit équipement surveillé 1. Pour ce faire, au moins un capteur 9 est présent au sein dudit système de surveillance 2 selon l'invention afin de transmettre des données sur le fonctionnement dudit équipement surveillé 1. La transmission s'effectue sous la forme d'au moins un signal 8 que le système 2 traite en vue de son interprétation au travers de moyens de surveillance 10. On notera que le système de surveillance 2 selon l'invention utilise des programmes, algorithmes et procédures encodés sous tout type de langage informatique. Préférentiellement, elle requiert un langage orienté objet, tel que JAVA, modulaire et multiplateforme, par exemple un terminal informatique tel un ordinateur fixe ou portable pourvu de moyens de saisie et de visualisation ergonomiques, comme un écran tactile ou autre. Comme évoqué précédemment, l'architecture décrite sur la figure 1 peut comprendre plusieurs alternatives de réalisation en fonction de la localisation des équipements 1 à surveiller et de la configuration des moyens de gestion 3. Ainsi, les moyens de gestion 3 peuvent donc être uniques ou multiples, notamment au travers de plusieurs postes clients 7. A l'opposé, les équipements 1 peuvent être sur un même site ou distants les uns des autres. Dès lors les moyens de surveillances 10 peuvent être réciproquement embarqués localement au niveau des équipements 1 sur un même site ou centralisés afin de surveiller les équipements 1 distants. En fonction des besoins, il est possible de déporter tout ou partie du système de surveillance 2, à savoir les moyens de gestion 3 et/ou les moyens de surveillance 10, en amont ou en aval. Le mode de réalisation le plus simple consiste en des moyens de gestion 3 et des moyens de surveillances 10 regroupés. Dès lors, les capteurs 9 de chaque équipement 1 transmettent leurs signaux 8 à distance, jusqu'au moyen de surveillance 10. A l'inverse, chaque équipement 1 peut inclure lesdits moyens de surveillance 10 qui transmettent alors leur traitement des signaux 8 des capteurs 9 vers les moyens de gestion 3. Dans ce cas de figure, c'est le serveur � Web � qui centralise les informations des moyens de surveillance 10 liés chaque équipement 1 afin de la rendre disponible à distance pour les moyens de gestion 3. Avantageusement, la surveillance selon l'invention fait appel à un algorithme neuronal opérant au niveau des moyens de surveillance 10 sur les signaux 8 captés au niveau d'au moins un équipement industriel 1. Pour ce faire, lesdits moyens de surveillance 10 se présentent sous la forme d'au moins un réseau de neurone dynamique. Plus particulièrement, mais non limitativement, selon le mode préférentiel de réalisation, ce réseau de neurone comprend trois couches successives. Ainsi il est au moins composé en entrée d'au moins un module 11 d'acquisition des signaux 8 transmis par au moins un capteur 9 au niveau dudit équipement 1, d'au moins un module 12 intermédiaire de mémorisation des modes de fonctionnement dudit équipement 1 et d'interprétation desdits signaux 8 en fonction desdits modes de fonctionnement, et en sortie au moins un module 13 décisionnel de transmission desdits signaux interprétés vers lesdits moyens de gestion 3. L'aspect dynamique du système de surveillance 2 selon l'invention est conféré par la couche d'acquisition en entrée. Cette couche constitue la mémoire dynamique du système de surveillance 2. Chaque module d'acquisition 11 se présente sous la forme d'au moins un neurone bouclé 14, à savoir un neurone récurrent. L'ensemble de plusieurs neurones bouclés 14 forme un Réseau de Neurones Récurrents (RNR). Chaque neurone bouclé 14 est quant à lui associé à un seul et unique signal 8 d'un capteur 9. Il reçoit et traite ce signal 8 par une récurrence (ou auto-connexion) pondérée par au moins un paramètre 15. Le résultat en sortie peut être obtenu en utilisant une fonction sigmoïde. De plus, un module d'acquisition 11 peut avantageusement se présenter sous la forme d'une mémoire dynamique. Une telle couche dynamique d'acquisition, pourvue de plusieurs neurones bouclés 14, est considérée comme un Réseau de Neurones Récurrent à Fonction de Base Radiale (RRFR). L'aspect paramétrable de chaque module d'acquisition 11 correspond aux paramètres de l'auto-connexion et de la fonction sigmoïde. Si en entrée, chaque neurone 14 du module d'acquisition 11 reçoit un signal 8, il comprend en sortie au moins une liaison paramétrable 16 vers au moins un module intermédiaire 12. Cette liaison paramétrable 16 reçoit le résultat du traitement dudit neurone bouclé 14. De préférence, comme visible sur les figures 2 et 3, un même neurone bouclé 14 peut comprendre une liaison 16 en sortie vers plusieurs modules intermédiaires 12. A ce titre, un module intermédiaire 12 se présente sous la forme d'une mémoire statique. Il comprend des moyens de traitement desdits signaux interprétés en fonction d'au moins une variable paramétrable. Plus particulièrement, il comprend plusieurs variables paramétrables, dont au moins une liaison paramétrable 16 provenant d'un module d'acquisition 11. Le traitement des signaux peut s'effectuer selon au moins une fonction gaussienne, cette dernière pouvant être pondérée. Chaque module intermédiaire 12 correspond à un mode de fonctionnement. La couche intermédiaire mémorise donc l'ensemble des cas correspondants aux modes de fonctionnement d'un ou plusieurs équipements 1 au travers du regroupement de plusieurs modules intermédiaires 12, pris seuls ou en combinaison. On entend ici par � cas � la modélisation des modes de fonctionnement. A chaque mode de fonctionnement mémorisé, est associé un neurone 17 ainsi qu'une zone de validité ou d'influence. Cet intervalle offre une latence dans la validation des valeurs des signaux reçus, autorisant des variations admissibles durant le fonctionnement du système surveillé. Cette association correspond tout simplement au rajout d'un module intermédiaire 11 au sein de ladite couche intermédiaire. De plus, cette zone d'influence permet de pondérer l'interprétation des valeurs des liaisons paramétrables 16 au travers de la fonction gaussienne, notamment par variation de la dimension de ladite zone. En sortie, chaque module décisionnel 13 est lié à un module intermédiaire 11 de manière à transmettre une unique décision en fonction du cas correspondant au mode de fonctionnement dudit équipement. Comme évoqué précédemment, chaque module 11, 12, 13 est paramétrable ainsi que lesdites liaisons 16. Pour ce faire, lesdits moyens de gestion 3 se présentent sous la forme d'une interface homme-machine d'activation, de désactivation et/ou de modification de tout ou partie de chaque module d'acquisition 11, intermédiaire 12 ou de transmission 13, indépendamment les uns des autres. Ces moyens de gestion 3 permettent aussi d'augmenter ou de diminuer les dimensions de la zone d'influence. Selon une autre approche, le système de surveillance 1 selon l'invention, en particulier les moyens de surveillance 10, comprend un réseau de neurones 14, 17 qui se traduit concrètement par un programme modulaire chargé en mémoire. Les différents modules 11, 12, 13 introduits sont activés, modifiés ou désactivés par l'intermédiaire de paramètres prévus à cet effet, en fonction de la nécessité de mémoriser des modes de fonctionnement supplémentaires, de modifier leur zone de validité ou respectivement de les supprimer. Cet algorithme présente deux fonctionnalités : la mémorisation des modes de fonctionnement ou de défaillance d'un équipement 1 ainsi que la surveillance en temps réel de ce dernier. Un avantage d'un tel système de surveillance 2 réside dans la possibilité d'effectuer une mise à jour dynamique des moyens de surveillance 10, en incluant les nouveaux modes de fonctionnement ou de défaillance rencontrés au cours du fonctionnement de l'équipement 1 ou provenant directement de l'expert. Le système 2 selon l'invention est basé sur l'apprentissage des modes et sur un fonctionnement dynamique de la surveillance, permettant de détecter les fausses alarmes et les paliers de dégradation de l'équipement 1. La méthodologie de surveillance en résultant permet à un utilisateur de travailler sans disposer de connaissances et d'informations approfondies sur la configuration interne de l'équipement surveillé 1. Une connaissance d'au moins un mode de fonctionnement, comme le mode de fonctionnement nominal (fournis en général par les données constructeur) et éventuellement des modes dégradés ou de défaillance (résultant de l'expérience de l'utilisateur) sont suffisants pour rendre opérationnel et fiable le système de surveillance 2 selon l'invention. Les connaissances requises peuvent être sommaire et consister en règles générales, à apprendre les paramètres de pilotage de l'équipement 1, par exemple l'intensité du courant électrique ou la tension d'alimentation. Le système de surveillance 2 selon l'invention, tel qu'il est conçu, permet ainsi de démarrer simplement une activité de surveillance d'un équipement 1. Une fois l'activité de surveillance commencée, de nouveaux modes de fonctionnement, dégradés ou de défaillance, peuvent être mémorisés par le système de surveillance 2 au travers de deux procédures différentes. D'une part, dans le cas où le fournisseur de l'équipement 1 décide d'effectuer une mise à jour, par exemple d'intégrer un nouveau mode de fonctionnement (nominal, dégradé, défaillant, transitoire, critique ou interdit), cette opération peut s'effectuer en ligne et à distance, en utilisant les moyens de gestion 3 au travers de l'interface homme machine (IHM). D'autre part, dans le cas où l'équipement surveillé 1 évolue tout seul vers un nouveau mode durant son fonctionnement, la nouvelle situation est immédiatement signalée par le système de surveillance 2. Dès lors, l'utilisateur, au travers des moyens de gestion 3, peut décider à distance d'intégrer en ligne au sein des moyens de surveillance 10 ce nouveau mode (dans le cas d'un nouveau mode nominal ou d'un mode dégradé). A l'inverse, (dans le cas d'un mode peu maîtrisé ou potentiellement dangereux) l'utilisateur peut arrêter l'équipement surveillé 1. Dans ce dernier cas, l'intégration du nouveau mode dans les moyens de surveillance 10 est effectué hors-ligne, avec l'aval d'un expert. Le système de surveillance 2 selon l'invention permet de faire la différence entre une vraie dégradation et une fausse alarme. Sa structure dynamique lui permet de mémoriser des évolutions des signaux 8 en entrée, afin de les reconnaître et les interpréter rapidement en cours de fonctionnement. Le système de surveillance 2 est capable, grâce à sa récurrence, d'anticiper et de signaler une dégradation du comportement de l'équipement surveillé 1, avant l'apparition de la défaillance et avant-même qu'un quelconque seuil d'alerte ne soit atteint. Par conséquent, un tel système de surveillance 2 entre dans la catégorie des systèmes de maintenance préventive 5 prévisionnelle. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples illustrés et décrits précédemment qui peuvent présenter des variantes et modifications sans pour autant sortir du cadre de l'invention. L'invention trouvera donc une application non 10 limitative dans tout type de configuration en temps réel de contrôle, gestion et surveillance d'équipements industriels 1, tels que des machines à commandes numériques ou des centres d'usinage. REVENDICATIONS1. Système de surveillance en temps réel d'au moins un équipement industriel, comprenant des moyens de surveillance (10), d'une part, reliés audit équipement au travers d'au moins un capteur et, d'autre part, connectés à des moyens de gestion au travers d'au moins un réseau de communication, notamment informatique et/ou distant, caractérisé par le fait que lesdits moyens de surveillance (10) se présentent sous la forme d'au moins un réseau de neurone dynamique au moins composé en entrée d'au moins un module (11) d'acquisition des signaux transmis par ledit capteur, d'au moins un module intermédiaire (12) de mémorisation des modes de fonctionnement dudit équipement et d'interprétation desdits signaux en fonction desdits modes de fonctionnement, et en sortie au moins un module décisionnel (13) de transmission desdits signaux interprétés vers lesdits moyens de gestion. 2. Système de surveillance selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un module d'acquisition se présente sous la forme d'au moins un neurone bouclé associé à un unique signal d'un capteur. 3. Système de surveillance selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'un module d'acquisition se présente sous la forme d'une mémoire dynamique. 4. Système de surveillance selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins une liaison paramétrable vers au moins un module intermédiaire. 5. Système de surveillance selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'un module intermédiaire se présente sous la forme d'une mémoire statique. 6. Système de surveillance selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'un module intermédiaire comprend des 12moyens de traitement des desdits signaux en fonction d'au moins une variable paramétrable, dont ladite liaison paramétrable, et selon au moins une fonction gaussienne. 7. Système de surveillance selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que lesdits moyens de gestion se présentent sous la forme d'une interface homme-machine d'activation, de désactivation et/ou de modification de tout ou partie de chaque module d'acquisition, intermédiaire ou de transmission, indépendamment les uns des autres.