Maintenance 4.0 : faciliter la maintenance industrielle grâce à la transformation numérique

Pourquoi la gestion de la maintenance est-elle un enjeu majeur ?

Face à une pression sur les coûts de plus en plus forte, de nombreuses entreprises cherchent à optimiser leur efficacité opérationnelle en explorant de nouvelles voies.

Parmi celles-ci, un nombre croissant d’entreprises se tourne vers la « Maintenance 4.0 ». Ce nouveau mode de maintenance qui permet de prévenir les arrêts de production non planifiés en anticipant les phénomènes d’usure et les défaillances s’avère en effet receler un potentiel d’économies considérable.

L’Industrie 4.0 offre une multitude de possibilités d’aborder la maintenance d’une manière radicalement différente. Vous en apprendrez plus dans la suite de cet article.

L’usure constante à laquelle sont soumises les installations est loin de se limiter aux seules pièces mobiles. Même en cas d’utilisation limitée, voire de non-utilisation, les machines sont susceptibles de se dégrader : des phénomènes de rouille, de porosité et de viscosité peuvent apparaitre. Négliger la maintenance peut ainsi avoir un impact négatif considérable sur le niveau de qualité et sur l’ensemble des processus de production.

Dans le pire des scénarios, un défaut ou un dommage non détecté peut entraîner l'interruption de tout le processus de production.  C’est pourquoi une bonne maintenance peut être considérée comme la condition indispensable à la bonne marche d’une entreprise.

L’importance de la maintenance désormais reconnue
Ces dernières années, l’importance de la maintenance a fait l’objet d’une réelle prise de conscience au niveau mondial. Le taux de rendement global (en anglais : Overall Equipment Effectiveness, ou OEE) est un indicateur économique qui permet d’évaluer la productivité d’une installation, laquelle constitue un enjeu désormais crucial. Il s’agit de tout mettre en œuvre pour assurer la disponibilité maximale et la meilleure efficacité possible des ressources.

Les principaux objectifs des stratégies de maintenance optimisées sont donc l’allongement de la durée de vie, la réduction des temps d’arrêt à un minimum et la suppression des défaillances imprévues. En d’autres termes, elles visent à maximiser la disponibilité d’une installation.

Au cours des dernières décennies, nous avons assisté à une complexification des installations liée à l’étroite imbrication des systèmes de fabrication et à la suppression généralisée des stocks de sécurité. Toute défaillance, même partielle, peut ainsi rapidement provoquer la défaillance de chaînes de process entières et entraîner de graves répercussions économiques pour l’entreprise. Cette évolution explique que la maintenance soit de plus en plus étroitement intégrée à la planification de la production et des ressources, et qu’elle constitue désormais un facteur clé de performance.

Dans ce contexte, la mise en œuvre de solutions numériques apporte de nombreux avantages : sur la base des données d’état d’une machine, ces solutions permettent d’anticiper des dommages et de prendre les mesures de maintenance adéquates à un stade précoce. Une telle démarche permet à la fois de réduire les coûts de la maintenance et d’éviter dans une large mesure les coûts liés aux défaillances.

La maintenance d’hier et d’aujourd’hui

À l’instar de l’industrie qui a connu plusieurs révolutions au fil de l’histoire (de l’Industrie 1.0 à l’Industrie 4.0), la maintenance a elle aussi évolué en passant par différentes étapes. On classe généralement les stratégies de maintenance comme suit :

• Maintenance 1.0, jusqu’à 1960 environ : maintenance réactive, réparation après défaillance. Également appelée « maintenance corrective ».
• Maintenance 2.0, jusqu’à 1980 environ : maintenance préventive, à des intervalles prédéterminés. Une importance plus grande est accordée à la disponibilité, à la durée de vie et à la réduction des coûts.
• Maintenance 3.0, jusqu’à 2015 environ : maintenance conditionnelle assurée par des mesures manuelles. Outre les aspects cités pour la Maintenance 2.0, les nouvelles priorités sont les suivantes : la qualité constante ou améliorée des produits, la sécurité des installations et de l’environnement ainsi qu’une meilleure rentabilité.
• Maintenance 4.0, à partir de 2015 environ : maintenance conditionnelle assurée par une surveillance numérique permanente, surveillance d’état, etc.

Aujourd’hui, la Maintenance 4.0 constitue un élément clé de la chaîne de création de valeur de l’usine intelligente. La maintenance a ainsi pour fonction d’assurer la stabilité, la fonctionnalité et l’intégrité des process industriels extrêmement complexes. Les capteurs et systèmes cyberphysiques ainsi que l’Internet des objets (IdO) jouent ici un rôle déterminant.

Capteurs intelligents et jumeaux numériques

À l’heure de la Maintenance 4.0, les machines sont devenues « intelligentes » : capables d’analyser des tendances, elles signalent elles-mêmes les risques d’incident ou de défaillance des composants. Ceci est rendu possible par les capteurs intelligents intégrés dans certains composants ou dans l’ensemble de l’installation, qui collectent en continu des données (p. ex. température, pression, débits ou vibrations) relatives à l’état de la machine. À partir des données ainsi collectées et de l’ensemble des autres informations disponibles sur les objets, on peut créer des jumeaux numériques c’est-à-dire des répliques numériques 1:1 de l’objet réel. Ces jumeaux numériques à partir desquels s’effectuent des analyses et des simulations complexes constituent l’une des bases de l’Industrie 4.0.
 Les données collectées sont rassemblées dans un « historique du cycle de vie de l’installation ». Grâce à ce journal numérique qui comprend l’intégralité des données relatives aux composants d’une même installation, on dispose d’une documentation complète du cycle de vie d’une installation ainsi que d’une base de connaissances actualisée en permanence, qui serviront aussi bien pour les interventions, la prise de décisions et l’enregistrement des tâches effectuées que pour la communication. Comme les données proviennent généralement de différents fabricants, des interfaces universelles sont indispensables pour pouvoir regrouper et consolider les données disponibles. 
 
Les données fournies par le journal numérique de l’installation vont par exemple permettre de planifier plus précisément les interventions de maintenance et de les regrouper de manière cohérente . Le journal répertorie non seulement toutes les interventions de maintenance effectuées mais également les modifications, ce qui est d’une importance capitale pour la gestion des pièces détachées. Il est par ailleurs possible de configurer les unités de surveillance de façon à ce qu’une notification d’alerte soit automatiquement envoyée à l’exploitant en cas d’écart par rapport au fonctionnement normal. Cette notification est enregistrée dans le journal et reste disponible pour un traitement ou une consultation ultérieure. L’équipe de maintenance peut ainsi visualiser en permanence l’état de l’installation et savoir précisément s’il existe un risque de défaillance, et, le cas échéant, si une intervention est nécessaire. Grâce à ces informations, l’équipe est en mesure de commander à temps les pièces détachées et de coordonner les interventions de manière efficace. En intervenant à l’avance, il est aussi possible de réduire à un minimum les temps d’arrêt des installations.
 La maintenance prévisionnelle est donc vouée à jouer un rôle de plus en plus déterminant pour la compétitivité de la production. Selon une étude du Forum économique mondial et du cabinet de conseil Accenture, les économies réalisables grâce à la planification des interventions s’élèvent à 12 % par rapport aux réparations non planifiées, et à près de 30 % en ce qui concerne les coûts de maintenance. De plus, la réduction des arrêts non planifiés peut atteindre 70 %. Une autre étude* de Roland Berger montre en outre que grâce à la maintenance prévisionnelle, le temps consacré à la maintenance ne représente plus que 15 %, contre 40 % dans le cas de la maintenance  « réactive ».

Les principaux avantages de la Maintenance 4.0 en un coup d’œil :

• Connaissance approfondie des processus de l’installation
• Amélioration de la rentabilité grâce à la réduction des temps d’arrêt et à la suppression des arrêts non planifiés
• Interventions de maintenance consolidées et planifiables grâce à l’évaluation continue des données collectées (maintenance prévisionnelle)
• Efficacité renforcée des machines grâce à l’identification des potentiels d’optimisation.

Maintenance 4.0 : l’exemple de la « surveillance des pompes »

Il existe aujourd’hui une multitude d’équipements et de services intelligents dédiés pour accroître l’efficacité et la sécurité des pompes. L’une des réponses KSB les plus reconnues dans le cadre de l’usine intelligente est le KSB Guard, une solution destinée à la surveillance à distance des parcs de pompes et autres machines tournantes.

Constitué de capteurs et d’une application cloud, KSB Guard permet de visualiser à tout moment les données d’état d’une pompe à distance. Le principe de KSB Guard est aussi simple qu’efficace : un boîtier (bloc de capteurs) fixé sur la pompe surveille la température et les vibrations et envoie à intervalles réguliers les données collectées via une  passerelle, qui établit la connexion avec le cloud KSB. Les données mesurées et informations supplémentaires concernant la pompe peuvent ensuite être consultées sur le portail web de KSB Guard ou sur l’application KSB Guard.

Le portail web et l’application permettent à l’exploitant de surveiller en permanence le profil de charge ainsi que la température et les vibrations d’une pompe. De plus, en définissant  pour chaque pompe des valeurs limites pour les différents paramètres, KSB Guard signalera immédiatement toute anomalie sur l’installation en envoyant un e-mail ou une notification d’alerte. Grâce au compteur d’heures de service intégré, KSB Guard signale lorsqu’un palier atteint la fin de sa durée de vie. De plus, l’application ou le portail web permettent à l’exploitant d’accéder à tout moment à l’historique de maintenance complet d’une pompe, dans lequel tous les détails relatifs à chaque intervention peuvent être enregistrés. La détection des tendances lui permet de prévoir à l’avance la maintenance d’un groupe, et de planifier ainsi plus facilement les interventions, d’éviter les interventions non prévues et d’améliorer de manière significative la disponibilité des pompes. KSB propose également à ses clients un éventail de services complet comme la fourniture des pièces détachées ou des services de rétro-ingénierie.

InfraServ Wiesbaden (ISW) : un bon exemple de l’efficacité de KSB Guard

IDepuis 1997, l’entreprise ISW gère à Wiesbaden le vaste parc industriel Kalle-Albert, d’une superficie de 96 hectares. Elle fournit 24h/24 près de 22 000 mètres cubes d’air comprimé par heure avec 5 bar de pression relative destinés aux entreprises du parc. Pour la surveillance continue des pompes de refroidissement du système d’air comprimé, ISW utilise l’unité de surveillance

KSB Guard. Avec KSB Guard, la direction de la production d’ISW tout comme les techniciens de KSB peuvent visualiser d’un seul coup d’œil sur le portail web l’ensemble des données d’état des pompes.

Heureusement, car, en octobre 2019, une anomalie par rapport au fonctionnement normal est signalée sur l’une des pompes. KSB Guard émet une alerte automatique pour signaler des vibrations trop fortes et InfraServ Wiesbaden est immédiatement informé. ISW peut ainsi détecter de façon précoce un risque de défaillance du palier et y réagir en faisant effectuer la réparation nécessaire dans son propre atelier à un moment non critique. En cas de panne soudaine de la pompe, la pompe de secours aurait certes pris le relais pour maintenir l’alimentation en air comprimé, mais l’arrêt inopiné de l’installation, qui aurait pu entraîner des arrêts non planifiés et des coûts de réparation très élevés, a pu être évité à temps grâce à KSB Guard.

En résumé : la Maintenance 4.0 transforme radicalement la maintenance

Dans le cadre de la Maintenance 4.0, l’utilisation de capteurs intelligents et de l’Internet des objets ouvre des possibilités inédites pour l’amélioration du taux de rendement global des installations. Les machines intelligentes sont en effet en mesure de signaler elles-mêmes tout écart constaté par rapport à la normale. L’utilisation de ces nouvelles technologies est en particulier recommandée partout où des machines coûteuses fonctionnent 24h/24 et où tout arrêt imprévu peut avoir de graves conséquences. Toutefois, le faible coût d’investissement rend l’utilisation des technologies du numérique également intéressante pour des installations moins complexes.
 
Vous avez d’autres questions ? N’hésitez pas à nous contacter : KSB met son expertise approfondie de la transformation numérique des composants et des installations de pompage à votre service pour le déploiement de la Maintenance 4.0 dans votre entreprise !