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[ Rappel technologique ]
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[ Contenu de l’étude ]
[ Combien ça coûte ]

[ Pourquoi des outils d'aide au diagnostic ? ]
[ Thermographie ] - [ Endoscopie ]
- [ Analyse d'huile ]

[ Panorama des outils d'aide au diagnostic ]

Le Panorama des outils d'aide au diagnostic est intégralement disponible
chaque année au sein du Guide national de la maintenance

 

1 - Rappel technologique

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On peut rappeler les principaux paramètres vibratoires accessibles par des mesures industrielles :
les mouvements relatifs des rotors par rapport à leurs paliers, accessibles notamment par les capteurs à courants de Foucault, les plus utilisés ;
les mouvements absolus de ces rotors qui associent les premiers aux mouvements des paliers ;
les mouvements absolus des paliers et carters, accessibles par des vélocimètres et des accéléromètres ;
les bruits mécaniques et aérohydrodynamiques accessibles par des capteurs microphoniques et par des accéléromètres.

 

2 - Approche sélective

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2.1. Sélection des machines tournantes qui feront l'objet de maintenance conditionnelle. Leur importance (ou leur criticité) sur des critères de sûreté de fonctionnement, permet de hiérarchiser les choix. Les éventuels redondances et moyens de substitution, associés aux considérations purement économiques sur les coûts directs et indirects, viendront compléter la justification de la sélection.

2.2. Sélection des composants et des défaillances potentielles dont la connaissance par retour d’expérience des exploitants, fournisseurs, constructeurs, spécialistes… permet d’évaluer les risques et leur gravité (Amdec).

2.3. Identification des symptômes annonçant la défaillance des composants déjà rencontrée et ayant fait l’objet de retour d’expérience des concepteurs et acteurs aux différents stades du cycle de vie.

2.4. Choix de la méthode de surveillance la mieux adaptée à la politique de maintenance retenue. Nous distinguerons, dans ce cas :

le suivi périodique (off line) de l'évolution des paramètres vibratoires, souvent accompagné, dans le même temps, de la surveillance d'autres paramètres (analyse de lubrifiant, performances, appréciations sensorielles, etc.). Ceci permet de détecter l'apparition de défauts à évolutions lentes. La périodicité des relevés est variable (entre 2 semaines et 6 mois suivant l'importance et le coût des machines en cause). La fréquence peut être accélérée si les symptômes précoces le justifient.

le suivi continu (on line) : comme le précédent, il permet de suivre l'évolution de l'ensemble des paramètres. Il présente l'avantage de détecter des défauts à évolution rapide et d'assurer la sécurité des installations par déclenchement de la machine à l'approche d'un seuil réputé dangereux. Seules les défaillances de type explosif (perte brutale d'aubages de turbine ou de compresseur axial, par exemple) ne sont pas détectables de manière précoce, mais le déclenchement de la machine dès leur apparition peut limiter les dégâts consécutifs à ces défaillances.

la méthode intermédiaire entre périodique (portable) et continu (fixe)
C'est une technique multiplexée câblée sur un bus de terrain propriétaire (250 capteurs sur un câble). Cela permet de surveiller avec une meilleure périodicité les machines que nous définissons comme semi-critiques ou essentielles. Cette technologie exploitée précédemment sous la dénomination TrendMaster 2000 et est reprise dans le System 1 DSM.

2.5. Sélection des moyens de mesure qui permettront de suivre les paramètres retenus :
Capteurs : de déplacement relatif, vélocimètres, accéléromètres
Instrumentation associée : mesureur de vibrations, détecteur de défauts de roulements, collecteur de données vibratoires, collecteurs analyseurs, moniteurs monovoie et multivoies, ensembles d'acquisition multi - paramètres, etc.

2.6. Sélection des moyens de traitement associés aux outils d’acquisition
Le choix est complexe : des systèmes d'acquisition et de traitement trop simplistes peuvent s'avérer insuffisants pour prévenir des défaillances graves, alors que des ensembles complexes peuvent s'avérer superflus pour détecter des défaillances bien connues telles que les détériorations de paliers à roulements. Les techniques mathématiques discrètes (ondelettes) progressent et deviennent très efficaces. Elles pourront, après validation, diffuser dans les logiciels de traitement des données.

 

3 - Contenu de l'étude

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3.1. Limites actuelles
L'étude recense les principaux fournisseurs représentés en France. Elle n’est pas exhaustive et se complète chaque année. Les prestataires de service, qui ne distribuent pas de matériel, nombreux dans ce domaine, n’ont pas encore été inventoriés. Il en est de même pour les fournisseurs de très gros ensembles de conduite et de surveillance centralisée des industries à process continu en particulier. L’étude propose les principales caractéristiques des matériels disponibles sur le marché et les indications de base nécessaires aux utilisateurs potentiels. Les documentations de ces matériels sont consultables au siège de l'Afim ou peuvent être demandées auprès des fournisseurs inventoriés.

3.2. Description des différents moyens de surveillance périodique (off line)
Tous les matériels utilisés pour cette fonction sont portatifs ; ils comprennent principalement :

3.2.1. Les contrôleurs de roulements, destinés à la surveillance de l'état mécanique des roulements à billes et à rouleaux. Ils comportent un indicateur à lecture directe avec graduations du niveau de détérioration des roulements. Leur utilisation se fait en mesures ponctuelles. Ils sont utilisables par des opérateurs mécaniciens non-spécialistes des vibrations.

3.2.2. Les contrôleurs de roulements et de vibrations, qui comportent, outre la fonction précédente, la possibilité de mesurer l'amplitude globale des vibrations ; certains de ces contrôleurs sont à lecture directe pour mesures ponctuelles, d'autres peuvent être raccordés (en différé) à un ordinateur pour traiter les informations recueillies : suivi des tendances, déclenchement d'alarmes... Ils sont utilisables par des opérateurs mécaniciens non-spécialistes des vibrations mais ayant reçu une formation de base sur les vibrations mécaniques.

3.2.3. Les collecteurs contrôleurs de roulements et vibrations, assurent les fonctions précédentes, en général à partir des niveaux globaux de vibrations. Ils permettent en outre, une mémorisation des données et la programmation d'une série de relevés successifs lors de tournées. Les données sont déchargées dans un ordinateur dont le logiciel de traitement et d'exploitation permet de suivre l'évolution de l'état mécanique des machines et de choisir des seuils d'alarme pour chaque machine. Ils sont utilisables par des opérateurs mécaniciens ayant une formation sérieuse sur les vibrations.

3.2.4. Les collecteurs - analyseurs monovoie, ils permettent de réaliser des tournées de mesures, comme les appareils précédents, mais ils offrent, en plus, des fonctions d'analyses des signaux vibratoires. Les logiciels de traitement et d'exploitation complémentaire de ces signaux offrent de nombreuses fonctions de présentation des résultats et facilitent l'élaboration de diagnostics sur l'état mécaniques des machines. Ils sont, également, utilisables pour les équilibrages in situ des rotors de machines. Ces appareils nécessitent une solide formation sur les vibrations des machines ainsi qu'une expérience de plusieurs années pour être utilisés dans de bonnes conditions.

3.2.5. Les collecteurs - analyseurs multivoies : ces appareils sont de véritables analyseurs portatifs, programmables pour les tournées de collectes de données. Ils offrent toutes les possibilités des appareils précédents avec des gammes d'analyses encore plus détaillées, utilisant de nombreuses procédures de traitement des signaux. Les logiciels de traitement de ces signaux fournissent les éléments d'aide au diagnostic pour le suivi de l'état mécanique des machines et l'expertise pour les cas difficiles. Ces appareils nécessitent une solide formation sur les vibrations des machines et le traitement des signaux ainsi qu'une expérience de plusieurs années pour être utilisés de façon optimale.

 

3.3. Description des différents moyens de surveillance continue (on line)
La surveillance continue est réalisée à partir de systèmes d'acquisition et de traitement dont les capteurs sont montés à poste fixe sur les machines. Les indicateurs associés sont placés dans un local technique ou une salle de contrôle, avec report des informations et des alarmes sur les tableaux ou écrans de conduite de l'installation. Les matériels disponibles comprennent :

3.3.1. Les moniteurs monovoie avec mesure du niveau global des vibrations ou surveillance du bruit des roulements qui permettent de détecter l'évolution des niveaux vibratoires et acoustiques, indicative de détériorations mécaniques des éléments tournants ou de cavitation. Ils comportent plusieurs niveaux d'alarme et de déclenchement, réglables par les utilisateurs. Sont compris, également dans ces systèmes, les dispositifs de télémesure vibratoire ou acoustique avec transmission hertzienne des informations (suppression des câblages d'instrumentation).

3.3.2. Les moniteurs multivoies assurant les mêmes fonctions que les précédents mais sur plusieurs points de mesure et sur plusieurs machines, soit simultanément, soit en multiplexage. Les capacités et performances de ces moniteurs sont analogues chez les différents fournisseurs, avec des variantes sur les nombres de voies disponibles et la présentation des résultats.

Ces moniteurs mono ou multivoies sont utilisés pour la surveillance de machines simples (motopompes, motoventilateurs...), dont les fonctions sont critiques ou importantes. La simplicité de leurs réglages leur permet d'être utilisés par des opérateurs non spécialistes des vibrations.

3.3.3. Les systèmes de surveillance multivoies et multifonctions qui couvrent un vaste domaine de performances :
- suivi des niveaux globaux des vibrations, associé à des analyses spectrales, et logiciels de présentation simple des résultats,
- surveillance de l'évolution de nombreux paramètres vibratoires et de fonctionnement choisis par les utilisateurs, associée à une présentation détaillée des résultats.
Ils peuvent comporter des logiciels d’aide au diagnostic qui bénéficient de l'expérience des fournisseurs et se perfectionnent au fur et à mesure du retour d'expérience. Les systèmes de surveillance les plus complets se justifient pour des machines complexes (multi-arbres), ou de prix élevé, vitales ou critiques, sans redondance, généralement montées sur paliers fluides et équipées de capteurs de déplacement relatif. Des installations regroupant un grand nombre d’équipements vitaux peuvent aussi justifier un tel choix. Pour une exploitation optimale de leurs capacités, ces systèmes exigent des opérateurs compétents en mécanique des vibrations et en utilisation des logiciels de traitement des données. Des stages de formation sont dispensés pour leur perfectionnement.

 

4 - Combien ça coûte ?

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Des chiffres ont été rassemblés pour orienter le choix des utilisateurs potentiels. Ils sont donnés à titre indicatif et ne peuvent constituer une référence commerciale que seuls les fournisseurs pourront donner de façon fiable. Notons préalablement que le coût des matériels de surveillance périodique est faible par rapport aux moyens humains nécessaires à leur mise en œuvre (constitution des données de base, description des machines, définition des routes...), à la collecte des données et à l'exploitation des résultats (Nota 2).

4.1. Suivi périodique (off line)

Les contrôleurs de roulements < 1,5 k€
Les mesureurs de vibrations et contrôleurs de roulements 2,3 à 3,8 k€
Les collecteurs simples 3,8 à 5,34 k€
        (non compris le coût d'un logiciel optionnel d'exploitation) (1,52 à 2,3 k€)
Les collecteurs analyseurs 9,15 à 12,2 k€
        (intégrant le logiciel de traitement, indispensable) (7,6 à 20 k€)


4.2. Suivi continu (on line)

Les investissements à prévoir pour une installation de surveillance continue des machines varient dans des proportions considérables en fonction du nombre de points de mesures pris en compte et des performances attendues des moyens mis en œuvre.

Surveillance acoustique des roulements par point ou voie de mesure 0,3 à 0,4 k€
Moniteurs mono ou multivoies, par voie 0,9 à 2,3 k€
Systèmes de surveillance, par voie 0,46 à 15 k€
A condition d'utiliser un minimum de 30 à 50 voies de mesure (investissement initial) :
        pour les petits systèmes 12,2 à 15,24 k€
        pour les gros ensembles 9,3 à 14 k€
        pour les grandes unités industrielles > 0, 3 M€
        avec un coût par voie de mesure voisin de 1,5 k€

Nota 1 : Les prix des matériels utilisés à poste fixe correspondent, généralement, à des longueurs limitées de câbles reliant les capteurs à leurs moniteurs : quelques mètres ou dizaines de mètres. Pour des longueurs plus importantes exigeant des passages spécialisés, chemins de câbles, tranchées, le coût d'installation peut s'avérer supérieur au coût du matériel proprement dit.

Nota 2 : La part du coût de personnel pour l'exploitation et l'interprétation des résultats des mesures de ces systèmes est plus difficile à chiffrer car, il s'agit généralement de spécialistes mécaniciens ayant d'autres fonctions dans les usines concernées, ayant reçu une formation complémentaire pour cette activité. Il faut retenir que le coût d'investissement en matériel de mesure et de traitement ne représente qu'une faible part du coût total de la surveillance, la part de main d'œuvre est prépondérante et de l'ordre de 80 à 90 %. Si le coût de la surveillance périodique paraît élevé en premier lieu, il s'avère après quelques années d'exploitation que les économies réalisées par ces méthodes dépassent largement 2 fois ce coût en 2 à 5 ans suivant les cas.

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