Des roulements dotés de matière grise pour des machines intelligentes

2015 février 04, 08:30 CEST

La technologie révolutionnaire des roulements intelligents sera à la base de la création de machines intelligentes, affirme Filippo Zingariello, responsable du développement stratégique international chez SKF. 

Il n’est pas facile de définir une machine intelligente. Aux premières heures de l’informatique, on pensait qu’il s’agissait d’un ordinateur dont les réponses aux questions étaient indifférenciables de celles d’un être humain. Dans cette optique, le mot « machine » adoptait le sens d’ordinateur. Si vous recherchez « machine intelligente » sur Google, vous trouverez encore de nombreux articles futuristes dans cet esprit.

Le dictionnaire McGraw-Hill des termes scientifiques et techniques la définit ainsi : « Une machine qui utilise des capteurs pour surveiller l’environnement et ajuster ses actions afin d’accomplir des tâches spécifiques dans un contexte incertain et variable. » Les exemples cités incluent les robots industriels équipés de capteurs et les véhicules à guidage automatique qui s’appuient sur leur vision et non sur les lignes au sol.

Dans le domaine de l’ingénierie, nous considérons une machine intelligente comme un système mécanique qui peut se prendre lui-même en charge : une machine capable de se soumettre à un diagnostic automatique précis et qui peut communiquer rapidement son état à un opérateur afin de résoudre le problème aussi vite que possible. La notion englobe aussi bien une voiture haut de gamme qu’une machine complexe dans une usine. Et voilà ce qu’il faut comprendre par « contexte incertain et variable » : outre sa réaction aux changements de son environnement, une machine intelligente doit se prendre en charge automatiquement afin de poursuivre son activité avec une efficacité maximale.

Ceci ne revient pas à dire que les machines intelligentes ne requièrent pas d’entretien, ce serait là un rêve futuriste, mais elles ont recours à leur intelligence intégrée pour détecter les problèmes potentiels et rationaliser les intervalles et procédures de maintenance. Toutes les pièces mécaniques sont bien sûr sujettes aux défaillances. Le tout est de les détecter de façon proactive, dans le cadre d’un régime planifié de surveillance de leur état, et de réagir de façon précoce au lieu d’attendre que la machine tombe en panne et perdre ainsi du temps et de l’argent en la réparant.

Les machines intelligentes s’appuieront sur plusieurs facteurs cruciaux. Le plus important est de loin l’information. Sans données, pas d’intelligence ni de diagnostic. Ces données doivent être collectées, transmises pour analyse et traitées, ce qui nécessite des capteurs, une transmission de données et une puissance informatique. Chez SKF, nous disposons déjà d’une grande expérience dans tous ces domaines, et nous sommes prêts à passer à l’étape suivante.

Présentation de SKF Insight 

La réponse immédiate peut d’abord prendre les traits d’une surveillance optimisée à travers le déploiement dans une machine de capteurs supplémentaires afin d’en lire les données cruciales, puis de les transmettre par WiFi à un point central. Mais une solution bien plus efficace existe désormais sous le nom de SKF Insight. Elle collecte et transmet les données du processus indépendamment, depuis le cœur même de la machine, à travers un composant mécanique fondamental : le roulement.

SKF Insight transforme un simple roulement en mine de diagnostic en lui intégrant un petit capteur sans fil auto-alimenté qui transmet des informations en temps réel sur les conditions du processus. La surveillance de l’état des machines va ainsi bien au-delà de ce qui était possible auparavant. La technologie, lancée à Hanovre en 2013, a nécessité trois ans de recherche intensive pour réduire la taille des capteurs, surmonter les défis de la production d’énergie et développer un boîtier unique pour les capteurs et l’électronique.

La surveillance de l’état des machines conventionnelle détecte les signes précoces de défaillance en mesurant les vibrations provoquées par un changement à la surface du roulement. Mais cela signifie que les dommages sont déjà là. Au lieu de pointer cette détérioration, SKF Insight détecte les conditions qui provoquent une défaillance du roulement avant qu’elles puissent faire effet, et transmet cette information instantanément aux opérateurs.

Des circuits électroniques miniatures alimentés par le mouvement même du roulement transmettent les données du processus à travers une liaison sans fil. Aucune alimentation extérieure n’est nécessaire. Cette technologie est ainsi extrêmement discrète, sans aucun câble d’entrée pour l’alimentation ni de sortie pour diffuser le signal. De cette façon, elle peut être employée là où cela aurait été impossible auparavant. Imaginez simplement essayer de prélever des signaux sur une boîte de vitesses en rotation, par exemple : ce serait un authentique fouillis, avec un enchevêtrement de câbles inextricable. Avec SKF Insight, les signaux sont prélevés partout. Nous développons déjà des solutions pour des applications aussi complexes que les éoliennes et la production d’acier.

Nous avons créé SKF Insight car nous savons que les roulements présentent rarement des défaillances en cours de fonctionnement selon les facteurs attendus des conditions normales d’utilisation, comme la fatigue initiée en sous-couche. Au contraire, les défaillances sont souvent le résultat d’une mauvaise utilisation ou d’une négligence : lubrification insuffisante, par exemple, ou activation dans des conditions qui ne respectent pas les spécifications du fabricant. Le capteur intégré d’Insight mesure les paramètres cruciaux qui causent les défaillances précoces des roulements, notamment la contamination du lubrifiant ou sa température, pour permettre aux opérateurs de mettre les actions correctives en œuvre pendant que la machine fonctionne encore. Conséquence directe, les pannes coûteuses et perturbatrices sont évitées, ce qui réduit le coût total de possession et allonge la durée de vie de la machine. Les données collectées permettent aussi aux ingénieurs de déterminer de façon beaucoup plus détaillée les différentes causes qui affectent le calcul de la vie utile des roulements.

En intégrant des capteurs directement au roulement, SKF Insight identifie le risque de défaillance avant l’apparition de tout dommage, même microscopique.

Les algorithmes et diagnostics de SKF peuvent identifier les écarts de fonctionnement, la contamination du lubrifiant et les problèmes de lubrification, permettant ainsi d’adapter les conditions d’exploitation et d’éviter les dommages avant même leur apparition.

En intégrant SKF Insight aux services de diagnostic et d’état des roulements, des informations sur les conditions d’exploitation réelles peuvent être envoyées aux serveurs du Cloud pour permettre les diagnostics à distance et mieux comprendre les risques de dommages et les défaillances à l’avenir.

Repenser la maintenance

SKF Insight offre aux ingénieurs de maintenance un nouvel outil puissant pour maintenir les machines en parfait état, à travers des capacités qui vont bien au-delà de la surveillance traditionnelle. Ainsi la maintenance peut être exécutée exactement au bon moment (nous pourrions même parler de « maintenance adaptative »), et non guidée par une planification stricte sans lien avec l’état réel de la machine ou de ses composants.

La technologie intelligente sans fil incluse au roulement permet également de configurer les roulements dans des réseaux intelligents communiquant via des passerelles sans fil. La passerelle peut être incluse à la machine ou à l’usine.

Les informations sur le système sont fournies au client pour leur analyse à travers SKF @ptitude Analyst, ou envoyées à travers le Cloud SKF à un centre de diagnostic à distance. De là, des tableaux de bord et rapports peuvent être fournis aux opérateurs de l’usine, au fabricant de la machine, à SKF ou à toute autre personne autorisée disposant d’un accès à Internet. L’ajout de SKF à la liste des destinataires est important, car notre assistance dans la collecte et l’interprétation des données peut s’avérer cruciale, grâce à nos connaissances approfondies des roulements et des machines.

Les roulements étant indépendants, ils peuvent être utilisés au cœur de la machine, là où il était auparavant impossible d’intégrer des capteurs. Ils constituent un immense bond en avant dans la maintenance basée sur l’état en temps réel, et offrent une compréhension grandement améliorée de l’environnement d’exploitation. L’accès à des connaissances aussi complètes sur les conditions d’opération, et en temps réel, pourrait même permettre la mise à niveau d’une machine, pour augmenter ainsi sa durée de vie ou sa puissance nominale au-delà des spécifications initiales.

Les capteurs communiquent entre eux et avec la passerelle sans fil pour créer un « réseau maillé » apportant des informations à la fois sur la machine et l’usine.

SKF Insight étend la surveillance de l’état des machines, notamment là où c’était auparavant considéré comme impossible. C’est pourquoi la technologie est actuellement testée dans des secteurs tels que l’énergie éolienne, le secteur ferroviaire et la production d’acier.

Des conditions rigoureuses

SKF Insight offre d’immenses bénéfices potentiels aux secteurs tels que l’énergie éolienne, où les coûts de maintenance sont astronomiques. Sur certains sites offshore, le remplacement du roulement principal d’une éolienne est si cher qu’il fragilise même le projet de construction de la turbine dès le départ. Utilisés dans ce contexte, les roulements intelligents pourraient surveiller les charges et la lubrification pendant le fonctionnement, offrant ainsi tout le temps nécessaire pour éviter le développement de conditions préjudiciables.

Nous travaillons déjà avec des clients au développement de SKF Insight pour la surveillance des éoliennes. Après la mesure des informations dynamiques sur le roulement dans l’état de fonctionnement réel, celles-ci seront transmises par liaison sans fil à des centres de surveillance à distance ou à des équipes de maintenance locales. La solution actuellement considérée surveillera la vitesse du roulement, ses vibrations, sa température et sa lubrification. Plus important, elle pourra être installée a posteriori, pour ne pas limiter son potentiel aux nouvelles turbines mais l’étendre aussi aux plusieurs milliers d’éoliennes déjà installées dans le monde.

Une solution similaire est en cours de développement pour les roulements de roue du secteur ferroviaire, à un horizon plus lointain. Ces composants essentiels sont normalement remplacés à des intervalles réguliers, quel que soit leur état. SKF Insight va créer un moyen rentable de collecter des données de surveillance de leur état afin de déterminer la vie utile des roulements, et les intervalles de remplacement, selon les conditions d’exploitation réelles, et non prévues.

La capacité de surveiller et transmettre les informations sur les conditions d’exploitation des roulements sera révolutionnaire en termes de planification de la maintenance, de coût total de possession et de maximisation de l’efficacité de la machine. Les roulements ont longtemps été considérés comme le cœur des machines de rotation. Désormais, en les imprégnant d’intelligence, SKF Insight en fait aussi la matière grise. La solution remplace la surveillance traditionnelle par ce que l’on pourrait désigner comme la « fiabilité du futur » : les problèmes potentiels sont identifiés avant leur apparition, et les actions correctives sont immédiates.

SKF Insight travaille déjà sur des applications haut de gamme telles que les éoliennes. Mais pensez à la machine qui nous utilisons majoritairement : la voiture. Pensez à tous les problèmes qui pourraient être évités grâce à ce type d’intelligence avancée, et vous comprendrez pourquoi la technologie intégrée SKF Insight est une authentique révolution : l’association des roulements et de la surveillance de l’état des machines.

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