Une surveillance d'état basée sur le son

La fréquence, l'intensité et la direction indiquent le degré et l'emplacement de l'usure

 

A IJmuiden aux Pays-Bas, Tata Steel utilise littéralement des kilomètres de tapis roulant pour transporter le charbon et le minerai des bateaux jusqu'aux usines. Afin de surveiller l'état des milliers de rouleaux de ces convoyeurs, on vient d'entamer des tests avec des capteurs acoustiques qui détectent l'usure sur base du son. Un avantage important est que ces capteurs peuvent détecter l'emplacement d'un rouleau cassé de manière relativement précise, même sur de longues distances.

Capteurs acoustiques

Les capteurs acoustiques ne sont pas nouveaux. Cependant, la technologie utilisée pour traiter et analyser les signaux ne cesse de s'améliorer, tandis que le deep learning et l'intelligence artificielle permettent d'écrire des algorithmes appropriés. La société Sorama, entre autres, possède de nombreuses années d'expérience dans ce domaine.

Paul van Dooren, product owner listener platform chez Sorama: "Nous avons commencé avec nos systèmes dans le cadre de la 'smart city' et des applications dans les espaces et les zones publics. Depuis, nous avons déplacé nos frontières vers l'industrie, où la maintenance est un thème intéressant".

Dans l'industrie

On en trouve un bel exemple chez Tata Steel. Tout au long du processus, de la matière première au métal chaud, ce producteur d'acier utilise des convoyeurs qui circulent à la fois à l'extérieur et à l'intérieur des usines. Et bien que les bandes transporteuses soient des composants standard en soi, chez Tata Steel, elles font l'objet d'une attention particulière. En effet, ces éléments critiques déterminent s'il y a suffisamment de matières premières partout pour la production. Si des problèmes surviennent à ce niveau-là, la production s'arrête, ce qui n'est pas vraiment une option dans une entreprise comme celle-ci.

 

Roulements à rouleaux

Tata Steel se concentre donc sur la surveillance de ses convoyeurs en inspectant la principale cause de défaillance: l'usure ou la panne des éléments de roulement. Pour vérifier ça, deux inspecteurs fixes parcourent chaque jour les convoyeurs à l'écoute d'éventuels problèmes. Ils se concentrent sur les sons anormaux et aigus provenant de l'usure des roulements ou de la déformation des corps de rouleaux.

Les rouleaux qui se déforment en raison de l'usure ou d'une charge inadéquate produisent un son différent de celui des rouleaux 'sains'.

Elisa Bot est responsable de la maintenance chez Tata Steel et commente: "Les rouleaux qui se déforment en raison de l'usure ou d'une charge inadéquate produisent un bruit différent de celui des rouleaux 'sains' lors du déplacement du convoyeur. Nos inspecteurs ont maintenant tellement d'expérience qu'ils peuvent entendre assez précisément s'il y a des anomalies. Ils peuvent alors alerter le service de maintenance à temps pour remplacer les rouleaux défaillants".

Bien que les inspections effectuées de cette manière offrent un excellent rendement en termes de disponibilité des convoyeurs, elles présentent certains inconvénients. Par exemple, il s'agit d'un travail assez spécialisé, qui ne peut être transféré à d'autres personnes sans formation ni expérience. En outre, il n'est pas toujours possible pour les inspecteurs de localiser très précisément l'élément cassé, ce qui signifie qu'en principe, on remplace toujours l'intégralité du système de rouleaux.

Collaboration avec Techport

Ces dernières années, Tata Steel a travaillé en étroite collaboration avec Techport et c'est ainsi que l'entreprise est entrée en contact avec Sorama.

Gerik ten Berge de Techport: "Techport est un réseau d'écoles, d'entreprises et de services publics qui s'engage pour l'avenir des industries de fabrication et de maintenance. Entre autres choses, il a mis en place un Fieldlab Smart Maintenance - avec une usine pilote. Techport a aussi, en collaboration avec des partenaires, mis en place divers cas d'utilisation dans des usines dans le domaine de la Smart Maintenance. Techport agit comme une plateforme pour mettre en contact les parties concernées. Dans ce cas-ci, Sorama nous a contactés pour mettre sa technologie à disposition de notre usine pilote. Nous sommes heureux d'entamer cette coopération car leur technologie est complémentaire de ce que les autres partenaires de Techport ont à offrir. En cherchant un cas d'utilisation approprié, le lien avec Tata Steel a été rapidement établi".

Formation aux logiciels

L'idée était de placer des enregistreurs de sons le long des convoyeurs et de les utiliser pour capter les sons des rouleaux. Ces derniers doivent ensuite être analysés à l'aide d'un logiciel ayant appris quels sons sont produits par un  roulement sain et lesquels indiquent une usure ou une déformation; en tenant compte du fait que chaque type de roulement a son propre profil acoustique. En outre, le logiciel ne peut pas capter un bruit ambiant n'ayant rien à voir avec le fonctionnement du convoyeur.

Formation en laboratoire

Paul van Dooren: "La 'formation' au logiciel a été principalement effectuée dans le laboratoire de Sorama. Bien que ce soit notre travail quotidien, l'écriture d'un algorithme optimal pour une application spécifique reste une question complexe. Nous devons nous aussi étudier le comportement et la production de bruit des roulements dans différents états, trouver quelles bandes de fréquence sont pertinentes pour indiquer des dommages ou des déformations, etc. Nous sommes aidés à cet égard par les développements actuels, où la rapidité du traitement des données joue un rôle majeur. Cela rend les algorithmes de plus en plus précis et la technologie plus facile à appliquer".

 

Essais sur le terrain

Les premiers capteurs ont maintenant été testés sur le site de Tata Steel. Il a été décidé de les placer à une distance de 15 m. Les premiers résultats sont très prometteurs. 

Elisa Bot : "Nous avons découvert que les capteurs entendent plus de choses que l'oreille humaine. C'est déjà un avantage. En outre, on a affaire à un système qui peut mesurer sans être réellement dans l'installation. Il n'est donc pas affecté par le système de mesure, ce qui peut être un problème avec les mesures de vibrations. De plus, et c'est peut-être le plus important, les capteurs sont capables d'indiquer la direction du son avec une grande précision. Cela nous permet de déterminer de manière relativement précise quels rouleaux présentent un comportement anormal. Ainsi, nous ne sommes plus obligés de remplacer un ensemble complet ou plusieurs ensembles de rouleaux, mais seulement un seul rouleau".

Et maintenant

Sur la base des premiers résultats, Tata Steel a décidé de continuer à utiliser cette technologie. Et il y a encore du pain sur la planche. 

 

Elisa Bot: "En fin de compte, le but est que les données mesurées soient automatiquement documentées dans notre système SAP. Ceci afin de construire un historique qui puisse être utilisé pour l'analyse - y a-t-il des roulements qui tombent en panne plus souvent que d'autres? - et éventuellement comme preuve. En outre, cela permet de signaler automatiquement les cas problématiques au service de maintenance afin qu'il puisse programmer une nouvelle inspection ou un remplacement".