Brevet FR3130968A1 — publié le 20230623

Il est proposé un procédé de détection d’anomalies dans un système mécanique ou électromécanique, comportant l’obtention d’un ensemble de composantes spectrales sur la base d’un signal provenant d’au moins un capteur détectant des vibrations et/ou des fluctuations; l’identification de structures spectrales comprenant une ou plusieurs composantes spectrales la détermination de la valeur d’un indicateur caractérisant au moins une structure spectrale identifiée, l’itération des étapes précédentes pour l’obtention (S402, S500) de valeurs de l’indicateur ordonnées dans le temps pour une pluralité de signaux; le partitionnement (S403, S502, S701) des valeurs de l’indicateur en k partitions, où k>1 ; la levée d’une alarme (S405, S505) indiquant une anomalie étant réalisée par ledit dispositif en fonction de l’évolution desdites partitions dans le temps (S404, S504). Sont également décrits un dispositif de mise en œuvre, un programme produit d’ordinateur et un support d’enregistrement. Figure pour l'abrégé : 4 PROCEDE, DISPOSITIF, PROGRAMME PRODUIT D’ORDINATEUR ET SUPPORT D’ENREGISTREMENT COMPORTANT LEDIT PROGRAMME POUR LA DETECTION D’UNE ANOMALIE DANS UN SYSTEME MECANIQUE OU ELECTROMECANIQUE Domaine technique de l’invention La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la détection d’une anomalie dans un système mécanique ou électromécanique. L’invention concerne aussi un produit programme d’ordinateur et un support d’enregistrement comportant un tel programme. L’invention peut être utilisée notamment dans le cadre de surveillances de l’état de fonctionnement de systèmes mécaniques ou électromécaniques comprenant des structures en rotation. Arrière-plan technique Les machines tournantes sont des composants essentiels dans de nombreux secteurs tel que l’énergie, le ferroviaire, l’agroalimentaire. Une panne de l’une d’entre elles peut entrainer des arrêts de production brutaux et très couteux, ainsi que des problèmes de sécurité. Diverses approches sont connues pour réduire ou prédire de telles pannes. - La maintenance planifiée Cette approche consiste à changer des pièces selon un planning décidé à priori sans information sur l’état des composants. Des pièces toujours en état de fonctionnement sont ainsi remplacées, ce qui est coûteux et inefficace. Pour éviter une panne, la meilleure solution est de connaître à l’avance l’existence d’un défaut afin de mieux planifier la maintenance. - La surveillance conditionnelle par des experts humains en analyse vibratoire Cette solution, bien que fonctionnant bien globalement, ne permet de travailler que sur un nombre limité d’installation, souvent choisies en fonction de leur criticité. Cette solution est coûteuse en temps. - La mise en œuvre de logiciels automatiques utilisant des indicateurs simples De tels logiciels permettent de surveiller rapidement un grand nombre d’installations. Cependant, cette solution n’a pas la capacité à réaliser une détection précoce. De plus, les critères utilisés peuvent par exemple comprendre des seuils qui sont typiquement fixés pour des conditions d’opération spécifiques – ces seuils ne sont donc pas génériques et nécessitent une mise à jour par un expert humain. - La mise en œuvre de logiciels utilisant l’intelligence artificielle Les logiciels connus, basés par exemple sur des algorithmes d’apprentissage profond, nécessitent une grande quantité de données historiques pour l’apprentissage des modèles liés au système analysé. Cette solution n’est pas robuste au changement de composants dans le système analysé et à toutes les conditions opérationnelles. De plus, cette solution est une boîte noire car les modèles ne permettent pas de déterminer facilement les raisons pour lesquelles des alarmes sont générées. Selon un mode de réalisation, il est proposé un procédé de détection d’anomalies dans un système mécanique ou électromécanique, ledit procédé étant mis en œuvre par un dispositif de traitement comprenant un processeur: - l’obtention d’un ensemble de composantes spectrales sur la base d’un signal provenant d’au moins un capteur détectant des vibrations et/ou des fluctuations électriques dans le système ; - l’identification de structures spectrales comprenant une ou plusieurs composantes parmi les composantes spectrales obtenues précédemment, une structure spectrale comprenant une composante de fréquence fondamentale, un ou plusieurs harmoniques de la fréquence fondamentale, et/ou une ou plusieurs composants formant des bandes latérales de modulation des composantes fondamentales ou harmoniques, - la détermination de la valeur d’un indicateur caractérisant au moins une structure spectrale identifiée, - l’itération des étapes précédentes pour l’obtention de valeurs de l’indicateur ordonnées dans le temps pour une pluralité de signaux mesurés par ledit au moins un capteur; - le partitionnement des valeurs de l’indicateur en k partitions à l’aide d’un algorithme de partitionnement à apprentissage non supervisé, où k>1 ; - la levée d’une alarme indiquant une anomalie étant réalisée par ledit dispositif en fonction de l’évolution de l’indicateur dans le temps, ladite évolution étant déterminée en fonction de l’évolution desdites partitions dans le temps. Ainsi, un (ou plusieurs) indicateurs fréquentiels sont choisis pour être suivis dans le temps. Les données pour chaque indicateur sont partitionnées, et une anomalie est identifiée en fonction du début et de la fin des partitions ainsi obtenues. Selon un mode de réalisation particulier, le procédé comprend pour chaque partition une étape de détermination du caractère aberrant ou normal de ladite partition, une partition donnée étant considérée comme aberrante si le nombre de signaux associés à cette partition par rapport au nombre total de signaux obtenus depuis l’apparition de la partition donnée est inférieur à un seuil. Selon un mode de réalisation particulier, le procédé comprend pour chaque partition considérée comme aberrante: la scission de cette partition en deux sous-partitions; l’évaluation du caractère aberrant ou normal de chaque sous-partition; la levée d’une alarme si l’une des deux sous-partitions n’est pas considérée comme aberrante et la levée d’aucune alarme si les deux sous-partitions sont considérées comme aberrantes. Selon un mode de réalisation particulier, une première sous-partition étant dite de gauche si elle est relative à des signaux antérieurs aux signaux associés avec une seconde sous-partition, dite de droite, une alarme étant levée: pour les signaux de la sous-partition de droite et tous les signaux ultérieurs, si la sous-partition de gauche est considérée comme aberrante et la sous-partition de droite est considérée comme normale; ou pour les signaux de la sous-partition de droite uniquement, si la sous-partition de gauche est considérée comme normale et la sous-partition de droite est considérée comme aberrante. Selon un mode de réalisation particulier, le procédé comprend pour chaque partition considérée comme normale un prétraitement comprenant : la scission de cette partition en deux sous-partitions ; la détermination si la sous-partition associée aux signaux les plus anciens, dite sous-partition de gauche, est aberrante ; et dans l’affirmative : o la levée d’une alarme pour les signaux associés à la sous-partition de gauche; et o la suppression, de la partition, des signaux associés à la sous-partition de gauche. Selon un mode de réalisation particulier, le procédé comprend pour une partition normale, le cas échéant prétraitée : o la levée d’une alarme pour les signaux associés à la partition si elle est apparue tardivement ; o la levée d’une alarme pour les signaux associés à la partition et les signaux postérieurs à la partition si la partition est apparue après disparition d’une autre partition . Selon un mode de réalisation particulier, le procédé comprend pour une partition normale, le cas échéant prétraitée la levée d’une alarme pour les signaux postérieurs à la partition si la partition a disparu précocement. Selon un mode de réalisation particulier, chaque valeur d’indicateur étant associée à une valeur d’indice qui s’incrémente avec le temps, la scission d’une partition est réalisée en formant les sous-partitions par rapport à la plus grande différence d’indices de valeurs d’indicateur dans la partition. Selon un mode de réalisation particulier, le procédé comprend, pour chaque alarme levée et pour chaque signal, la détermination d’un coefficient de pondération de l’alarme levée, ledit coefficient de pondération représentant un degré de fiabilité associé à l’alarme levée pour le signal auquel l’alarme levée est associée. Selon un mode de réalisation particulier, le procédé comprend la mise en œuvre d’une pluralité d’indicateurs différents pour un même signal, chaque indicateur étant susceptible de générer au moins une alarme pondérée pour ce même signal. Selon un mode de réalisation particulier, le procédé comprend : l’obtention d’une alarme cumulée pour chaque signal par sommation de toutes les alarmes pondérées pour chaque indicateur et la normalisation de la sommation par le nombre d’indicateurs ayant contribué au moins une alarme pondérée ; la détermination (S406) d’un grade de sévérité de l’alarme cumulée pour un signal donné en fonction de l’alarme cumulée pour ce signal donné. Selon un mode de réalisation particulier, le procédé comprend, le rejet d’une alarme cumulée si elle est inférieure à un seuil donné. Selon un mode de réalisation particulier, le procédé comprend : la détermination d’un indice de confiance pour une alarme cumulée pour un signal donné, ledit indice de confiance étant fonction du nombre d’indicateurs ayant contribué à au moins une alarme pondérée pour un signal donné par rapport au nombre total d’indicateurs pour ce signal donné; et le rejet d’une alarme cumulée si ledit indice de confiance est inférieur à un seuil. Selon un mode de réalisation particulier, le procédé comprend la génération d’un signal représentatif des alarmes cumulées retenues en fonction de l’indice de confiance et/ou de la valeur de chaque alarme cumulée pour au moins l’un parmi : le contrôle du fonctionnement du système ; la génération d’un signal d’affichage. Selon un mode de réalisation particulier, le procédé comprend la détermination d’un indice de persistance d’une alarme pour un signal donné, l’indice de persistance étant fonction de l’évolution des levées et des manques de levée de l’alarme pour le signal donné lors d’analyses successives de séries de valeurs d’indicateur dans le temps. Un mode de réalisation concerne un dispositif comprenant un processeur et une mémoire comportant du code logiciel configuré pour mettre en œuvre le procédé selon l’un des modes de réalisation ci-dessus. Un mode de réalisation concerne un support d'enregistrement lisible par un dispositif comprenant un processeur, le support comprenant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par le processeur, conduisent à la mise en œuvre, par le dispositif, des étapes du procédé selon l’un des modes de réalisation ci-dessus. Un mode de réalisation concerne un produit programme d'ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par un processeur d’un dispositif, conduisent le dispositif à mettre en œuvre les étapes du procédé selon l’un des modes de réalisation ci-dessus. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : – la est un diagramme bloc d’un système selon un exemple de réalisation ; – la est un diagramme bloc d’un dispositif adapté à la mise en œuvre de certains exemples de réalisation ; – la est un algorigramme d’un procédé de traitement d’un signal en vue de la détermination d’une valeur d’indicateur ; - la est un algorigramme des principales étapes du procédé de détection d’anomalies selon un exemple de réalisation non limitatif; – la est un algorigramme des sous-étapes de l’étape de la de détection d’une variation de tendance d’un indicateur donné selon un exemple de réalisation non limitatif ; – la est un graphe illustrant le partitionnement d’un exemple de série de valeurs d’un indicateur ; – la est un algorigramme présentant les principales étapes de détection de partitions aberrantes ; – la est un graphe illustrant une partition aberrante et deux partitions non aberrantes pour un exemple de série de valeurs d’un indicateur ; – la est un graphe des valeurs d’un indicateur de l’énergie moyenne par harmonique qui illustre la scission d’une partition normale en deux sous-partitions gauche et droite ; – la est un graphe qui montre un indicateur représentant l’énergie par famille d’harmoniques, avec trois partitions ; – la est un graphe qui montre un indicateur représentant l’énergie moyenne par harmonique, avec trois partitions ; – la est un algorigramme d’un procédé de détermination d’une métrique de persistance d’une alarme ; - la est un exemple de graphe d’alarmes avec indication du niveau de sévérité tel qu’il peut être généré à l’aide d’un exemple de réalisation. Procédé de détection d’anomalies dans un système mécanique ou électromécanique, ledit procédé étant mis en œuvre par un dispositif de traitement (109) comprenant un processeur (201) : l’obtention d’un ensemble de composantes spectrales sur la base d’un signal provenant d’au moins un capteur détectant des vibrations et/ou des fluctuations électriques dans le système ; l’identification de structures spectrales comprenant une ou plusieurs composantes parmi les composantes spectrales obtenues précédemment, une structure spectrale comprenant une composante de fréquence fondamentale, un ou plusieurs harmoniques de la fréquence fondamentale, et/ou une ou plusieurs composants formant des bandes latérales de modulation des composantes fondamentales ou harmoniques, la détermination de la valeur d’un indicateur caractérisant au moins une structure spectrale identifiée, l’itération des étapes précédentes pour l’obtention (S402, S500) de valeurs de l’indicateur ordonnées dans le temps pour une pluralité de signaux mesurés par ledit au moins un capteur; le partitionnement (S403, S502, S701) des valeurs de l’indicateur en k partitions à l’aide d’un algorithme de partitionnement à apprentissage non supervisé, où k>1 ; la levée d’une alarme (S405, S505) indiquant une anomalie étant réalisée par ledit dispositif en fonction de l’évolution de l’indicateur dans le temps, ladite évolution étant déterminée en fonction de l’évolution desdites partitions dans le temps (S404, S504). Procédé selon la revendication 1, comprenant pour chaque partition une étape de détermination (S702) du caractère aberrant ou normal de ladite partition, une partition donnée étant considérée comme aberrante si le nombre de signaux associés à cette partition par rapport au nombre total de signaux obtenus depuis l’apparition de la partition donnée est inférieur à un seuil. Procédé selon la revendication 2, comprenant pour chaque partition considérée comme aberrante : la scission de cette partition en deux sous-partitions ; l’évaluation du caractère aberrant ou normal de chaque sous-partition ; la levée d’une alarme si l’une des deux sous-partitions n’est pas considérée comme aberrante et la levée d’aucune alarme si les deux sous-partitions sont considérées comme aberrantes. Procédé selon la revendication 3, une première sous-partition étant dite de gauche si elle est relative à des signaux antérieurs aux signaux associés avec une seconde sous-partition, dite de droite, une alarme étant levée : pour les signaux de la sous-partition de droite et tous les signaux ultérieurs, si la sous-partition de gauche est considérée comme aberrante et la sous-partition de droite est considérée comme normale ; ou pour les signaux de la sous-partition de droite uniquement, si la sous-partition de gauche est considérée comme normale et la sous-partition de droite est considérée comme aberrante. Procédé selon l’une des revendications 2 à 4, comprenant pour chaque partition considérée comme normale un prétraitement comprenant : la scission de cette partition en deux sous-partitions ; la détermination si la sous-partition associée aux signaux les plus anciens, dite sous-partition de gauche, est aberrante ; et dans l’affirmative : la levée d’une alarme pour les signaux associés à la sous-partition de gauche; et la suppression, de la partition, des signaux associés à la sous-partition de gauche. Procédé selon la revendication 5, comprenant pour une partition normale, le cas échéant prétraitée : la levée d’une alarme pour les signaux associés à la partition si elle est apparue tardivement ; la levée d’une alarme pour les signaux associés à la partition et les signaux postérieurs à la partition si la partition est apparue après disparition d’une autre partition . Procédé selon l’une des revendications 5 ou 6, comprenant pour une partition normale, le cas échéant prétraitée : la levée d’une alarme pour les signaux postérieurs à la partition si la partition a disparu précocement. Procédé selon l’une des revendications 2 à 7, dans lequel, chaque valeur d’indicateur étant associée à une valeur d’indice qui s’incrémente avec le temps, la scission d’une partition est réalisée en formant les sous-partitions par rapport à la plus grande différence d’indices de valeurs d’indicateur dans la partition. Procédé selon l’une des revendications 1 à 8, comprenant, pour chaque alarme levée et pour chaque signal, la détermination d’un coefficient de pondération de l’alarme levée, ledit coefficient de pondération représentant un degré de fiabilité associé à l’alarme levée pour le signal auquel l’alarme levée est associée. Procédé selon la revendication 9, comprenant la mise en œuvre d’une pluralité d’indicateurs différents pour un même signal, chaque indicateur étant susceptible de générer au moins une alarme pondérée pour ce même signal. Procédé selon la revendication 10, comprenant : l’obtention d’une alarme cumulée pour chaque signal par sommation de toutes les alarmes pondérées pour chaque indicateur et la normalisation de la sommation par le nombre d’indicateurs ayant contribué au moins une alarme pondérée ; la détermination (S406) d’un grade de sévérité de l’alarme cumulée pour un signal donné en fonction de l’alarme cumulée pour ce signal donné. Procédé selon la revendication 11, comprenant le rejet d’une alarme cumulée si elle est inférieure à un seuil donné. Procédé selon l’une des revendications 11 ou 12, comprenant : la détermination d’un indice de confiance pour une alarme cumulée pour un signal donné, ledit indice de confiance étant fonction du nombre d’indicateurs ayant contribué à au moins une alarme pondérée pour un signal donné par rapport au nombre total d’indicateurs pour ce signal donné ; et le rejet d’une alarme cumulée si ledit indice de confiance est inférieur à un seuil. Procédé selon l’une des revendications 11 à 13, comprenant : la génération d’un signal représentatif des alarmes cumulées retenues en fonction de l’indice de confiance et/ou de la valeur de chaque alarme cumulée pour au moins l’un parmi : le contrôle du fonctionnement du système ; la génération d’un signal d’affichage. Procédé selon l’une des revendications 11 à 14, comprenant la détermination d’un indice de persistance (S1105) d’une alarme pour un signal donné, l’indice de persistance étant fonction de l’évolution des levées et des manques de levée de l’alarme pour le signal donné lors d’analyses successives de séries de valeurs d’indicateur dans le temps. Dispositif (109) comprenant un processeur (201) et une mémoire comportant du code logiciel configuré pour mettre en œuvre le procédé selon l’une des revendications 1 à 15. Support d'enregistrement (203) lisible par un dispositif (109) comprenant un processeur (201), le support comprenant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par le processeur, conduisent à la mise en œuvre, par le dispositif, des étapes du procédé selon l’une des revendications 1 à 15. Produit programme d'ordinateur (204) comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par un processeur (201) d’un dispositif (109), conduisent le dispositif à mettre en oeuvre les étapes du procédé selon l’une des revendications 1 à 15.