Techniques de maintenance : vers une disponibilité sans cesse accrue ’efficacité de la maintenance des équipements industriels revêt une importance fondamentale pour assurer la compétitivité des entreprises. Les évolutions technologiques de ces dernières années ont littéralement bouleversé les pratiques en vigueur et ouvert la voie de la télémaintenance, pour une disponibilité opérationnelle toujours plus grande..
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Dans le contexte économique et concurrentiel actuel, « ne plus rien laisser au hasard » est devenu la devise de rigueur pour beaucoup d’industriels. Lorsque le moindre arrêt de production se traduit directement par un manque à gagner, la performance de la fonction maintenance joue un rôle capital.
vérifications, les étalonnages des équipements de terrain, font partie des activités les plus consommatrices de temps.
Les approches traditionnelles Traditionnellement, deux approches ont coexisté pour la maintenance industrielle : l’approche dite « curative » d’une part, et l’approche dite « préventive » d’autre part. La maintenance curative consiste à réaliser une opération de maintenance de façon réactive,
proche « préventive » consiste à mener des opérations de maintenance avant que n’apparaisse la défaillance, l’idée étant d’éviter d’avoir à en subir les conséquences. Dans l’approche préventive, les interventions sont programmées et échelonnées dans le temps suivant un planning pré-établi, en fonction de données diverses, notamment statistiques, permettant par exemple d’établir une durée de vie pour chaque élément. Bien que l’approche préventive semble être la plus séduisante, elle n’est pas systématiquement appliquée à l’ensemble d’un procédé industriel, et ce pour plusieurs raisons. Tout d’abord, la mise en place d’une politique de maintenance préventive représente un investissement conséquent, pas toujours justifié. La maintenance préventive a pour but d’éviter les arrêts de production imprévus, mais ce n’est pas le seul moyen d’y parvenir. La redondance matérielle le permet également, et parfois pour beaucoup moins cher ! Tout dépend de la criticité de l’installation, du coût d’un arrêt de production, etc.
La maintenance des automatismes industriels, en particulier, est au centre des débats. Selon une étude menée en 2004 par l’analyste américain ARC Advisory Group, celle-ci représente la part la plus importante des budgets de maintenance industriels. Les systèmes d’automatisation absorbent 26 % des budgets, puis viennent les Par ailleurs, les opérations de mainéquipements de terrain, à hauteur tenance préventive étant effectuées de 25 %, et enfin les régulateurs et Diagramme représentant le coût global de la maintenance en fonction du type de façon systématique suivant vannes de contrôle, qui comptent d’approche employée. un planning préétabli, une telle pour 19 %. Les trois catégories approche peut entraîner des surcoûts cachés combinées ne représentent pas moins de suite à l’apparition d’une défaillance. Ce type liés au remplacement trop anticipé d’équipe70 % du budget total de maintenance, lequel d’approche est caractérisée par un faible invesments disposant encore d’une durée de vie peut atteindre typiquement 40 millions de tissement dans une politique de maintenance conséquente. C’est la raison pour laquelle la dollars pour une grande raffinerie ! Les études à proprement parlé, mais avec un risque de maintenance curative est, aujourd’hui encore, révèlent également que les activités telles que pertes potentiellement énormes en cas d’arrêt préférée dans certains cas : lorsque l’on ne l’élaboration de diagnostics, les réparations, les prolongé de la production. Par opposition, l’ap-
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dispose pas d’une connaissance et d’une expérience suffisamment approfondie d’un équipement ou d’un système, ou dans le cas d’équipements ou d’installations non-critiques. Dans tous les cas, il convient de trouver le bon compromis entre l’investissement en politique de maintenance et le coût d’un arrêt de production. Aujourd’hui les deux approches continuent donc de coexister. Une bonne politique de maintenance consiste à mettre en œuvre, pour chaque équipement, sous-ensemble, voire chaque élément, la technique la mieux adaptée, curative ou préventive, en fonction des objectifs à atteindre et des connaissances disponibles sur l’installation.
Du systématique au conditionnel Parallèlement à l’utilisation des techniques traditionnelles, les évolutions technologiques des dernières décennies ont permis l’émergence de nouvelles approches pour la maintenance. On parle de maintenance « conditionnelle », ou plus récemment encore de maintenance « prédictive ». Ce type d’approche est basé sur l’observation en continue de l’évolution du processus considéré, dans le but de détecter et de diagnostiquer suffisamment tôt les déviations par rapport au fonctionnement nominal du système, et ainsi permettre d’éviter les dysfonctionnements avant que ceux-ci ne se produisent.
La détection consiste à identifier et à localiser de façon rapide et fiable un fonctionnement anormal. Le diagnostic, lui, a pour but d’identifier la cause probable de la défaillance. Pour chacune de ces deux opérations, il existe des outils. L’histoire de ces derniers a globalement suivi l’évolution des technologies. Il y a trente ans, pour mesurer les vibrations, des « rondiers » circulaient de machine
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Ensemble des éléments constitutifs d’un système de maintenance conditionnelle selon l’OSA-CBM, un organisme de normalisation des technologies utilisées pour la maintenance conditionnelle.
en machine, un tournevis en main pour les ausculter, comme un médecin ausculte un patient avec son stéthoscope. Ensuite sont arrivés les appareils analogiques de type multimètres reliés à un capteur de vibrations. Les données étaient reportées sur un tableau à la main pour établir une « courbe de température ». À partir des années 90, l’avènement de la micro-informatique a permis le recueil périodique de données sur des collecteurs portables. Les données vibratoires étaient alors déchargées sur un micro-ordinateur et un logiciel générait automatiquement historique et tracé. Aujourd’hui, ce type de surveillance effectuée périodiquement par des équipes de maintenance existe toujours. Les grandeurs mesurées peuvent être diverses et variées, en fonction du type d’équipements placés sous surveillance. Sans prétendre à l’exhaustivité, citons l’analyse des vibrations, la thermographie (notamment à l’aide de caméras infrarouge), l’analyse acoustique, l’analyse des huiles et des particules, etc. Mais parallèlement à cette surveillance périodique, les évolutions technologiques accompagnées de la baisse des coûts de ces outils ont permis l’émergence et la mise en place de système de surveillance permanente. La surveillance permanente se distingue de la surveillance périodique par le fait que les machines sont instrumentées de capteurs à demeure, qui délivrent en continu les différentes données surveillées. Ces deux outils, la surveillance périodique et la surveillance permanente, peuvent coexister aujourd’hui au sein d’une même usine.
Les étapes de mise en œuvre La mise en place d’une surveillance périodique se décompose en plusieurs étapes : la préparation, la collecte des données et enfin, leur analyse. Le travail de préparation consiste à
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sélectionner les machines à surveiller, à définir leur chaîne cinématique, la périodicité des mesures, les paramètres à surveiller ainsi que les niveaux d’alarme, et enfin, la saisie de ces différents paramètres dans un logiciel d’exploitation. La collecte des données s’effectue par l’intermédiaire d’un appareil portable, préalablement programmé à partir du logiciel d’exploitation, pour une « route » de collecte. Par exemple, tel jour du mois, une collecte sera systématiquement prévue sur un certain nombre de machines regroupées en « secteurs ». Les mesures recueillies sont automatiquement mémorisées dans l’appareil portable et déchargées dans le logiciel d’exploitation pour leur stockage et leur traitement. Dernière étape, l’analyse de ces données est réalisée via l’édition d’un rapport des points en alarme. Un diagnostic approfondi est ensuite établi à partir des paramètres surveillés afin de définir les causes probables de la défaillance.
Surveillance périodique ou permanente ? Les avantages de la surveillance permanente sont nombreux. D’une part la gestion de l’information en temps réel permet une réactivité immédiate dès qu’un niveau d’alarme est atteint, sans attendre le début d’une dégradation. D’autre part, du fait de l’installation à demeure des capteurs, les mesures sont plus précises et les risques de mauvaises manipulations disparaissent. À la différence des collecteurs portables, dont la capacité limitée ne permet que le stockage des indicateurs calculés, la base de données centrale à laquelle sont reliés les capteurs autorise le stockage quasi illimité des signaux bruts : il est possible dans ce cas de recalculer autant de fois que nécessaire des indicateurs pour
affiner le diagnostic. D’autre part, ces signaux bruts peuvent être transmis à des experts ou aux fabricants de la machine afin de réaliser un diagnostic à distance. Par ailleurs le traitement en continu de données sur une base centrale facilite l’interfaçage d’autres logiciels de type GMAO et ERP.
Vers la télémaintenance Dans le cadre de la maintenance périodique, chacune des trois étapes de préparation, de collecte et d’analyse des données, peut être réalisée en interne par l’industriel ou sous-traitée par des sociétés spécialisées. La nouveauté se situe dans le cadre de la surveillance permanente : jusqu’à une période récente, faute de moyens de communication suffisamment performants et sécurisés, celle-ci ne pouvait être raisonnablement assurée qu’en interne par l’industriel lui-même. Par ailleurs, la mise en œuvre d’un tel système nécessitait la mise en place d’un grand nombre de composants hardware et software, pour lesquels il était indispensable de posséder en interne des compétences, à la fois des techniques de surveillance à proprement parler, mais également des processus à surveiller ; un luxe que toutes les entreprises étaient loin de pouvoir offrir. La surveillance permanente est un concept parvenu à maturité dans l’industrie lourde traditionnelle, où l’on dispose de fortes compétences en interne ainsi que d’un important retour d’expérience sur des machines particulièrement difficiles à exploiter. Mais parallèlement à cela, un nouveau marché a émergé. Celui-ci concerne les industries ayant des besoins standard en termes de maintenance, et ce sur un grand nombre de machines ou équipements. Ces industries, telles que l’industrie automobile, ou plus récemment encore l’industrie agroalimentaire, font face à des contraintes de coût importantes et sous-traitent la plupart du temps les activités de maintenance directement à leurs fournisseurs de matériels, OEM ou fabricants de machines ; une stratégie gagnant-gagnant puisque cela permet d’engager la responsabilité du fournisseur vis à vis de la pérennité du matériel et de la disponibilité opérationnelle de celui-ci, dans le même temps cela autorise ces mêmes fournisseurs à développer des offres de services. Et qu’à cela ne tienne, désormais, grâce à l’arrivée à maturité des technologies de l’information et
Sidel surveille ses machines La société SIDEL, une filiale du groupe Tetra Laval spécialisée dans les lignes d’emballage de produits de grande consommation liquide, construit et commercialise entre autres choses des machines industrielles telles que souffleuses, remplisseuses ou combinées. La prestation de services relatifs à la maintenance des équipements fait partie intégrante de l’offre de Sidel, qui depuis l’origine a accompagné ses clients tout au long du cycle de vie de leurs machines ; pour l’installation mais également pour les interventions sur sites, pour le contrôle et la configuration des machines. Mais avec une base installée d’équi- Capture d’écran de l’outil de monitoring des performances EIT de Sidel. pements sur les cinq continents, intégrant toujours plus de composants d’automatismes et d’informatique, et tournant chez des clients aussi exigeants que Contrex, Vittel ou encore Pepsi, la tâche commençait à devenir compliquée pour Sidel. La politique de Sidel en matière de services pour la maintenance devait donc aller dans le sens d’une réactivité accrue, pour garantir à ses clients un taux de disponibilité opérationnelle maximal. Pour cela, Sidel s’appuie aujourd’hui sur son savoir faire et ses outils pour le monitoring des performances, ainsi que sur une partie de l’offre de la société Senside, une joint-venture de France Télécom et Schneider Electric, proposant un ensemble de services en mode ASP dans le domaine de la télésurveillance et du diagnostique à distance. Créée en 2001, Senside s’appuie sur les compétences de ses deux sociétés mères en matière d’automatismes industriels et de télécommunications, pour fournir aux constructeurs de machines une infrastructure leur permettant de recueillir à distance des données issues des équipements en fonctionnement chez leurs clients. Comme le précise Alain BuchAndersen, responsable marketing et développement business chez SIDEL Services: « Notre système de télésurveillance nous permet d’effectuer des diagnostics et des réparations à distance, mais également de préparer les interventions humaines sur site, c’est-à-dire déterminer la compétence nécessaire et offrir à nos clients une réactivité maximale ». Sidel n’utilise qu’une partie de l’offre de Senside, pour le transport et la sécurisation des données. Pour ce qui est du Architecture de télésurveillance Senside. monitoring des performances, Sidel utilise sa propre solution, baptisée EIT (Efficiency Improvement Tool). EIT est un système automatisé d’acquisition de données, qui permet d’analyser les paramètres de production, d’identifier l’origine des pertes de productivité et de mesurer la performance afin d’optimiser le rendement.
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Tetra Pack fait la chasse aux temps morts Le numéro un mondial de l’emballage en carton pour produits liquides, Tetra Pak, produit 111 milliards d’emballages chaque année dans quelques 60 usines réparties sur l’ensemble du globe. En France, sur le site de Dijon, ce ne sont pas moins de 5 milliards d’emballages qui sont produits par an. Autant dire qu’avec de telles cadences, chaque seconde compte. Et ce n’est pas Cédric Creuzeau, responsable de la maintenance sur le site de production de Dijon, qui dira le contraire : « Pour être toujours plus performant, le groupe Tetra Pak a adopté une démarche d’amélioration continue, baptisée le « World Class Manufacturing ». Pour ce qui est de la maintenance, la ligne directrice est on ne peut plus simple : chaque minute, chaque seconde qui peut être sauvée est autant de productivité de gagnée ».
Vers une maintenance prédictive Le premier volet de la mission confiée par Tetra Pak à Idtect a fait appel à l’expertise de cette dernière pour la caractérisation du comportement thermique et mécanique, ainsi que pour l’identification des causes premières de défaillance d’un outil de pré-découpe d’opercules. Celui-ci posait en effet quelques difficultés d’exploitation au géant de l’emballage, et générait une grande quantité de rebuts. Comme l’explique Cédric Creuzeau : « L’analyse des données recueillies lors d’une campagne de mesure étalée sur deux jours nous a permis de nous rendre compte que la consigne de vitesse imposée jusque là était responsable de l’excitation du premier mode de résonance de l’outil, ce qui se traduisait par une dégradation des énergies par vibration, entraînant un desserrage de l’outil ainsi que son échauffement ». Une simple modification de la consigne de vitesse, en cohérence avec les modes de résonance de l’outil a permis de réduire d’un facteur quatre le nombre d’arrêts, passant de 80 à 20 arrêts par trimestre.
Dernièrement, c’est à la jeune société française Idtect, spécialisée dans le domaine de la télésurveillance des outils de production et de la maintenance prédictive, que Tetra Pak a fait appel pour améliorer la disponibilité opérationnelle de son outil de production. L’originalité de l’offre de cette jeune société tient au De plus, la mise en place d’un fait que celle-ci se présente sous système de suivi qualité a rendu la forme d’un service incluant la possible la détection de l’appariprestation et le matériel, rendu tion des défaillances suffisamment abordable grâce à la mutualisation tôt pour éliminer totalement la des coûts des infrastructures. génération de rebuts. « Lorsque Contrairement aux solutions de les indicateurs annoncent une surveillance traditionnelles, d’anadégradation de l’outil, une alarme lyses vibratoires ou autres, il n’est est déclenchée. L’opérateur doit alors pas nécessaire de faire l’acquisimodifier la consigne de vitesse à une tion d’un quelconque logiciel, ni valeur connue, dont on sait qu’elle de former du personnel, ni même permettra de terminer la production d’avoir de compétences en interne. en cours sans générer de rebuts », Sur la base d’un abonnement pour Architecture mise en œuvre par la société Idtect, spécialiste de la télé- précise Cédric Creuzeau. surveillance des machines. une période donnée renouvelable, Idtect loue le matériel de collecte Le deuxième volet de la mission et d’analyse des données, les infrastructures réseau et assure la confiée à Idtect, actuellement en cours de réalisation, consiste mise à disposition des résultats au travers du web. Comme l’ex- à établir un modèle prédictif de l’usure ou du mauvais réglage plique Sascha Nick, fondateur et PDG d’Idtect : « Ce que nous de chacun des 48 poinçons de l’unité de découpe, de façon à vendons, c’est de l’information concernant l’état de fonctionnement des permettre aux équipes de maintenance de savoir lesquels il machines que nous surveillons à distance ». Toutes les données récu- est nécessaire de vérifier entre deux séquences de production. pérées sont centralisées dans le DataCenter d’Idtect, sur un site Actuellement, c’est la totalité des 48 poinçons qui est vérifiée hautement sécurisé utilisant des techniques de cryptages similaires systématiquement entre deux séquences. « L’objectif final est à celles utilisées dans le secteur bancaire. En collectant à distance d’être à même de réaliser l’ensemble des vérifications en moins d’une des informations concernant le fonctionnement des machines, heure », précise Cédric Creuzeau. Le projet en est aujourd’hui à Idtect est capable d’établir des diagnostics mais également de la phase d’identification des signaux en vue d’établir le modèle réaliser des réglages, d’optimiser les paramètres de process. Idtect prédictif. L’acquisition de celui-ci devrait se terminer d’ici à la fin réalise 70 % de son chiffre d’affaires auprès d’OEM. de l’année.
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de la communication, ces fournisseurs peuvent le faire au travers d’un service de surveillance à distance de leurs équipements. La société spécialiste prend en charge toutes les étapes, dans un forfait incluant la prestation et le matériel. Ainsi, les coûts des infrastructures, a priori élevés, sont partagés entre tous les clients de façon à atteindre des prix plus abordables pour un plus grand nombre d’industries.
Un marché en pleine évolution Développé par quelques sociétés pionnières, le service d’externalisation de la surveillance permanente, plébiscité par des industriels de plus en plus nombreux, présente un fort potentiel de croissance. Actuellement, le ratio performance-coût de la technologie approche les 50 % de croissance par an et cette évolution va sensiblement atténuer son coût, qui reste le principal frein actuel à son déploiement. On observe une intégration croissante des technologies de surveillance par les fabricants de machines. Ainsi, ils peuvent développer un service auprès de leurs utilisateurs finaux. Par ailleurs, la maintenabilité des équipements est améliorée si les moyens d’assurer leur surveillance sont intégrés dès la conception. L’amélioration des performances des logiciels de diagnostic automatiques permet désormais l’interfaçage à moindre coût avec des capteurs déjà présents (données de procédés). La tendance sur les capteurs, qu’il s’agisse de mesurer la vibration, la température ou la pression, est à l’intégration de plus d’intelligence. Globalement, les technologies de maintenance vont suivre l’évolution de l’informatique : intelligence distribuée, affichage des données à travers des pages Web, centralisation de données de sites multiples afin de comparer l’état des machines d’une même société. Une autre forte tendance est à l’interfaçage des logiciels de surveillance avec les autres logiciels de l’usine, notamment les GMAO, ERP… Toutes ces évolutions ont pour objectif l’amélioration de l’outil de maintenance mais également une intégration plus forte de la gestion de la maintenance dans la gestion de la production. Avec elle, les responsables de la maintenance sont à même de gérer de façon plus efficace les opérations de maintenance, en suivant une planification liée aux impératifs de la production. Les équipes n’interviennent plus que lorsque cela s’avère véritablement néces-
Gestion des machines tournantes chez Emerson Emerson Process Management a annoncé le lancement de nouvelles technologies pour améliorer l’exploitation et la maintenance des usines, y compris la prévention des arrêts non planifiés. Emerson a étendu son architecture PlantWeb afin de créer un système de gestion de l’état des équipements mécaniques : Smart Machinery Health Management. Des transmetteurs, qui surveillent et analysent l’état des machines tournantes, embarquent des diagnostics prédictifs et délivrent au personnel d’exploitation et de maintenance des informations directement exploitables. Avec ces nouvelles technologies, Emerson s’attaque au domaine des pompes motorisées, équipements essentiels au bon fonctionnement des industries de secteurs tels que la chimie, le pétrole et le gaz, le raffinage, l’énergie, la pâte à papier… Le transmetteur Emerson CSI 9210 d’optimisation des unités est la pierre angulaire des outils de gestion de l’état des équipements mécaniques. Connectable sur Fieldbus Foundation, il permet d’analyser l’état des équipements, dont les pannes intervenant sur les paliers des pompes, les défauts d’alignement d’arbres, les pannes électriques des moteurs, les effets de cavitation et de balourd sur les pompes.
saire, avec une grande réactivité, lorsque l’un des paramètres mesuré dépasse une valeur critique, ou lorsque l’analyse des données recueillies révèle l’apparition prochaine d’une défaillance. Parce qu’elles garantissent une plus grande compétitivité, ces évolutions constituent aujourd’hui un enjeu majeur pour les industriels. Toutefois, si l’étape des premiers balbutiements est aujourd’hui bel et bien dépassée, nous n’en sommes encore qu’au commencement. Des études récentes, de sources diverses, émanant de petites et moyennes entreprises, montrent en effet que 58 % des opérations de maintenance sont dues à une avarie et conduisent à une maintenance « curative ». Seuls 15 % de ces opérations résultent d’une maintenance conditionnelle, et 27 % relèvent de la maintenance systématique. Les coûts directs et indirects qui en découlent sont encore jugés trop importants par les entreprises. Pourtant, celles qui ont adopté une politique de maintenance prévisionnelle voient leurs coûts liés à la maintenance chuter, jusqu’à 30 % et leurs
bénéfices croître avec la disponibilité accrue des moyens de production. Il semblerait donc qu’un certain nombre de barrières, notamment psychologiques, continuent de se dresser face à l’adoption de systèmes de maintenance avancés : manque de visibilité sur les bénéfices réellement apportés par de telles solutions, manque de maturité des systèmes techniques complexes, concepts méthodologiques et techniques trop abstraits mais également frilosité des industriels à l’égard des problèmes de confidentialité, etc. Une partie de la solution pour faire sauter l’ensemble de ces verrous est entre les mains des fournisseurs, OEM et prestataires de services. Ce sont eux qui dans les années à venir devront démontrer, par la qualité des services rendus aux utilisateurs finaux en matière de maintenance, les bénéfices de l’adoption de ces technologies.
Article réalisé avec la participation de Jean-Luc Goutagny, Directeur Marketing Idtect SA
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