L'hydraulique intelligente: du calendrier à la maintenance conditionnelle
Le cycle de filtration automatique prolonge la durée de vie de l'huile
La maintenance des installations hydrauliques est en grande partie effectuée sur la base d'intervalles fixes, d'inspections et de signalements de pannes. Avec les développements de la 'smart hydraulics', la situation évolue lentement: des capteurs intelligents surveillent les paramètres pertinents et traduisent ces valeurs en recommandations de maintenance. La société Total Hydraulics applique ce principe à un système de filtration qui détermine lui-même le moment où il doit démarrer et qui avertit lorsque la filtration seule ne suffit plus.
L’hydraulique intelligente en bref
La numérisation et la connectivité font progressivement leur apparition dans le monde des transmissions hydrauliques et y sont désormais connues sous le nom de 'smart hydraulics'. L’objectif principal est de collecter des données pertinentes afin de les exploiter intelligemment, d’une part à des fins d’optimisation et, d’autre part, pour une maintenance intelligente ou le dépannage.
Trois objectifs
Dans le cadre de l’hydraulique intelligente, les données pertinentes au sein de l’installation hydraulique sont collectées, entre autres, par des transducteurs de pression, des capteurs de température, des débitmètres et des capteurs de position. Toutes les valeurs de mesure sont transmises à un point central, où elles sont analysées au moyen d'un logiciel intelligent. Cette approche répond à trois objectifs.
Alerte
Tout d’abord, des valeurs anormales peuvent immédiatement déclencher une 'alarme' exigeant une action urgente. C'est le cas, par exemple, lorsque les pressions augmentent de façon dangereuse à cause d'une obstruction ou, inversement, s'effondrent à la suite d'une fuite.
Optimisation
Une approche plus 'smart' consiste à analyser les données et à tenter d’y déceler des tendances. Cela peut notamment contribuer à l’optimisation du système, notamment en termes d’efficacité, de sécurité, de productivité, etc.
On en trouve un bel exemple avec les presses hydrauliques, où les valeurs mesurées permettent un réglage optimal, ce qui se traduit par une réduction des temps de cycle et une meilleure efficacité énergétique. Dans les applications mobiles, telles que les engins de chantier ou les machines minières, les valeurs mesurées peuvent être directement utilisées pour un pilotage intelligent dans des conditions environnementales en constante évolution. Pensez par exemple à des conditions humides et boueuses par opposition à des terrains secs. Une régulation intelligente a alors souvent un impact positif sur la productivité et la durée de vie des machines.
Les régulations intelligentes permettent également de récupérer l'énergie en vue de sa réutilisation. Ainsi, l'énergie de freinage peut être réinjectée dans le cas d'applications sur des grues, un principe également connu dans le domaine des attractions de foire.
Prévision
Troisièmement, les données sont précieuses pour exécuter la maintenance de manière intelligente et efficace. Dans ce cas, les tendances peuvent être utilisées pour prédire les besoins de maintenance (maintenance prédictive). Il s'agit d'une évolution majeure, car les plans de maintenance traditionnels pour les transmissions hydrauliques sont généralement basés sur les heures de fonctionnement ou des intervalles fixes. Ce n’est pas totalement illogique, mais dans la plupart des cas, cette maintenance est alors effectuée trop tôt. Ainsi, cela coûte en principe plus d'argent que nécessaire.
En effectuant la maintenance en temps opportun, on réduit les temps d’arrêt imprévus et on prolonge la durée de vie des composants
L'hydraulique intelligente apporte donc son soutien en déterminant le moment optimal pour intervenir, sur la base de prédictions. Les données analysées fournissent ainsi un pronostic du moment où la maintenance devient nécessaire, ce qui offre la possibilité de la planifier à temps. C’est précisément lors de l’établissement d'un tel pronostic que le terme 'intelligent' prend tout son sens. La connaissance des mécanismes de défaillance permet déjà depuis longtemps aux techniciens de prédire, par exemple, le moment où un roulement va céder ou celui où un élément filtrant sera saturé.
À mesure que les ordinateurs sont capables de traiter simultanément davantage de données, ces prévisions gagnent en fiabilité. Il est ainsi désormais possible de détecter de manière fiable et en temps opportun l’usure des pompes hydrauliques, des vannes ou des actionneurs. En effectuant un entretien préventif en temps opportun, par exemple en lubrifiant, en réalignant ou en remplaçant des pièces, on réduit les arrêts imprévus et on prolonge la durée de vie des composants.
Conditions préalables
Dans tous les cas, la fiabilité des solutions 'intelligentes' dépend entièrement de la qualité des données. Cela signifie non seulement qu'il faut utiliser les bons capteurs, mais aussi les installer de la bonne manière et au bon endroit. La propreté de l'huile doit, par exemple, être mesurée en un point représentatif; ce point ne se situe pas au fond du réservoir d'huile, mais dans un écoulement turbulent où l'huile est le reflet fidèle de la réalité.
L’hydraulique intelligente va donc au-delà d’une simple question technique liée à la collecte et à l’analyse des données. Elle concerne également la mise en place d’une infrastructure de données et de communication, un stockage (cyber)sécurisé des données et un logiciel d’analyse adapté. De plus, il est important de comprendre que l’hydraulique intelligente ne va pas se substituer au travail du service de maintenance. Elle permet toutefois aux équipes de maintenance de disposer de plus d’informations pour étayer leur décision finale.
Exemple pratique
En gardant toute cette théorie à l’esprit, Total Hydraulics a travaillé ces dernières années à la mise au point d’un système de filtration intelligent. Jeroen Ligthart travaille au sein du département Projects & Engineering et est l’un des co-développeurs de cette solution.
"Tout d’abord, il est important de comprendre que la filtration de l’huile hydraulique est une étape essentielle dans l’entretien d’une installation hydraulique. L’huile hydraulique peut à juste titre être qualifiée de 'sang' de l’installation. Cependant, la surveillance et le maintien de la composition optimale de l’huile hydraulique ne figurent pas en tête des priorités de tous les utilisateurs", explique Ligthart.
"Nous en constatons les conséquences presque quotidiennement chez nos clients, où il s’avère que l’entretien a en réalité été effectué trop tard. Les techniciens de maintenance n’interviennent souvent qu’en cas de panne. Dans la plupart des cas, ce n’est pas par manque de volonté, mais surtout par méconnaissance des possibilités offertes par l'hydraulique intelligente pour mieux anticiper la maintenance et ainsi intervenir à temps."
Système de filtration intelligent
La prévision commence par la surveillance du circuit hydraulique. Cela implique dans un premier temps de mesurer la présence de particules solides, et plus particulièrement les plus petites d’entre elles, jusqu’à environ 4 µm. Par ailleurs, des paramètres tels que la saturation en humidité, la température, la conductivité et les propriétés diélectriques de l’huile en disent long sur son état.
"Notre solution évite que l’huile ne soit 'abîmée' par la filtration en ne filtrant que lorsque cela est nécessaire" – Jeroen Ligthart, Total Hydraulics
Ces connaissances ont été intégrées dans un système de filtration 'intelligent' composé de capteurs, d’une connectivité IoT, d’un logiciel d’analyse et d’un système de rétroaction. Les capteurs sont intégrés dans le circuit de mesure et de filtration d’une unité compacte, composée d’un collecteur séparé comprenant une pompe, un moteur et un filtre fin. Cette unité peut être montée à l’extérieur de n’importe quelle installation hydraulique, après quoi elle peut analyser l’huile de cette installation et la filtrer si nécessaire.
Dans ce cas, les capteurs sont un compteur de particules et un capteur de surveillance d’état (figure1). Le compteur de particules compte le nombre de particules de différentes tailles présentes dans l’huile, tandis que le capteur mesure les paramètres d’état mentionnés ci-dessus. La partie 'intelligente' consiste en un logiciel qui analyse ces données et détecte lorsque certaines limites sont dépassées, ce qui indique qu’il est temps de filtrer les impuretés présentes dans l’huile.
Ligthart: "On peut bien sûr faire circuler l’huile en continu à travers un filtre fin, afin d’en éliminer à tout moment les petites particules solides. Cependant, ce type de filtre est également capable de retenir les additifs présents dans l’huile, alors que ce sont précisément ces composants qui rendent l’huile adaptée à l’application spécifique. En bref, on peut aussi 'abîmer' l’huile en la filtrant. Notre solution évite cela en ne filtrant que lorsque cela est nécessaire."
Fonctionnement
La commande locale traite les données de mesure provenant du compteur de particules et du capteur de surveillance d'état, puis les transmet via Internet à la plateforme THRM. Lorsque les valeurs mesurées dépassent les seuils définis, un cycle de filtration démarre automatiquement (figure 2).
"L’intelligence du système ne réside pas seulement dans le fait qu’il détermine de manière autonome quand un cycle de filtration doit démarrer, mais surtout dans le fait qu’il ne filtre pas 'à l’aveugle' tant que la valeur requise n’est pas atteinte. Au contraire: en fonction du système et de la taille du réservoir, une estimation est effectuée du temps nécessaire pour ramener le système dans les limites de propreté requises. Si cela ne fonctionne pas, ou si cela échoue après deux tentatives, un message indiquera qu’il faut plus qu’un simple cycle de filtration pour rétablir le bon état du système", explique Ligthart.
"Il peut s’agir simplement de remplacer un filtre, mais la cause peut également résider dans une usure excessive, par exemple d’une pompe, ou d’un bouchon de remplissage mal fermé, permettant ainsi à des impuretés de pénétrer sans limite dans le système. Il est alors important de remédier d’abord à la cause de l’encrassement et de ne pas continuer à filtrer indéfiniment, au risque de finir par endommager l’huile elle-même."
Tableau de bord
Chaque système équipé de l’unité de filtration intelligente peut être surveillé via un tableau de bord (figure 3). L’écran affiche, par exemple, des données concernant la classe de propreté souhaitée, la classe de propreté du dernier échantillon mesuré et indique si un cycle de filtration est souhaité ou en cours. Lorsque le cycle de filtration ne donne pas le résultat escompté, le processus de filtration est interrompu et un message indique qu’une intervention supplémentaire est nécessaire: 'maximum filtering time reached'.
Analyses de tendances
Comme expliqué précédemment, ce système ne se limite pas à une 'action immédiate', mais est également capable d’effectuer des analyses de tendances. Cela permet de visualiser facilement l’évolution de la contamination au fil du temps. Sur la figure 4, on voit à gauche comment le nombre de particules réparties en trois classes (taille des particules) diminue grâce à la filtration. À droite sont présentées les valeurs du capteur d’état, ainsi que la relation entre la température de l’huile et la présence d’eau. Les trois autres valeurs sont faibles, mais surtout stables: l’absence de variations est un bon signe.
Ligthart: "Les variations significatives sont immédiatement détectées et indiquent la présence d’eau mentionnée précédemment, une diminution des additifs ou une augmentation des particules d’usure ou des produits de dégradation."
Enfin, le système dispose d’une connexion internet nécessaire au fonctionnement du tableau de bord, au stockage des données et à la gestion à distance (figure 5). Le système local de mesure et de régulation de la filtration peut toutefois continuer à fonctionner de manière autonome en cas de coupure de la connexion, ce qui permet au cycle de filtration de se déclencher dès que les valeurs mesurées le justifient. C’est une garantie de sécurité.
Ligthart conclut: "Bien sûr, il est plus simple de filtrer en continu pour maintenir l’huile propre, mais cette solution permet d’être averti plus tôt lorsqu’un problème plus grave semble se profiler. Le contenu du filtre – le nombre, la taille et le type de particules – est alors souvent révélateur du problème sous-jacent. Certes, il faut faire appel à des spécialistes pour évaluer la situation et tirer des conclusions; mais un système qui tombe en panne coûte bien plus cher."