Étude de cas :

CNC intelligente

Contexte du client

Fab 3R est l’un des plus importants manufacturiers canadiens spécialisés dans l’usinage, la fabrication et le montage mécanique d’équipements lourds et de pièces de grandes dimensions pour l’industrie de l’énergie, des mines, des pâtes et papier et autres. L’entreprise dispose de plusieurs machines-outils (CNC) importantes pour la qualité des produits et pour la livraison juste à temps des commandes clients. L’une de ces machines, une CNC 5 plans 3 axes des années 90, nommée MPE, fonctionne 24/7 pour de grands comptes clients. Il est donc difficile de planifier et de réaliser des activités de maintenance préventive. À l’été 2017, un bris majeur du réducteur de la MPE a causé des retards de livraison difficile à gérer avec les clients de l’entreprise.

Lors d’une rencontre avec l’équipe de maintenance, les paramètres importants entourant la santé du réducteur de la MPE ont été identifiés afin de la transformer en CNC intelligente :

  •  les variations de vibration du réducteur à rapports variables ;
  • les variations de température du réducteur ;
  • la lubrification du réducteur par le système d’atomisation d’huile dans l’air comprimé.
  • la vitesse du moteur.

Défis et objectifs

Les opérateurs et les mécaniciens expérimentés ou en apprentissage n’avaient pas accès à un système de contrôle et d’acquisition de données en temps réel (SCADA). Ils ne pouvaient voir sur un écran les valeurs en temps réel ou une tendance montrant, par exemple, une élévation de la température du réducteur, une variation de vibration, ou encore la présence/absence de lubrification pour les engrenages. Il était donc très difficile pour l’équipe de prévoir les actions d’entretien à prendre afin de réduire les temps d’arrêt et les risques de délais de livraison des commandes clients. Deux objectifs principaux ont été définis avec l’équipe : 

  1. Monitorer les paramètres critiques de la machine-outil afin de la protéger de bris majeurs.
  2. Permettre aux gestionnaires de planifier les entretiens à venir sur le réducteur.

Solutions

 Après un processus d’évaluation et d’échanges, voici ce qui a été proposé à l’équipe de FAB3R: 

   1. Surveillance de la vibration et de la température entrée/sortie du réducteur 

    1. Il a été proposé d’installer un capteur de vibration/température à l’entrée et un autre à la sortie du réducteur de la MPE. Étant donné que le client avait peu de données d’opération en historique, des alertes de premiers niveaux ont été mises en place en utilisant les tables de valeurs critiques normalisées de la norme ISO 10816 (voir ci-dessous). Si la vibration ou la température atteint un seuil critique, une alerte SMS et un courriel sont envoyés aux personnes responsables.

    • 2. Surveillance du système de lubrification du réducteur

      Le système de lubrification du réducteur fonctionne par atomisation de gouttes d’huile dans l’air comprimé. L’atomisation doit être d’au moins 65 gouttes/minute pour assurer une lubrification adéquate. Les capteurs de mesure de l’huile dans l’air étant très rares et onéreux, il a été proposé d’installer une sonde de niveau à haute résolution (0,5 mm sans contact) sur le réservoir de récupération des huiles usées. La sonde radar à onde guidée prend une lecture par minute du niveau du réservoir d’huile. Si le niveau ne varie pas après un certain laps de temps, une alerte SMS ou un courriel est envoyé à la personne responsable.

      3. Mise en place du module de prédiction des bris

      Les données des capteurs sont d’abord historisées localement dans la passerelle intelligente d’Andromedia Technologies. Les valeurs ainsi recueillies alimentent un algorithme d’intelligence artificielle basé sur la P-curve ci-dessous qui détermine le délai avant le prochain bris. Le monitorage de la température permet de détecter un manque de lubrification. Au démarrage de la MPE, la température à l’intérieur du réducteur peut monter rapidement si la lubrification est insuffisante. Il est possible également de paramétrer un arrêt d’urgence si la température monte au-dessus d’un certain seuil.

    • 4. Historisation et tableaux de bord

      Les données fournies par les capteurs dont historisées et présentées sous la forme de tableaux de bord. Ces informations sont également accessibles aux gestionnaires et/ou opérateurs sous forme de graphiques de tendance dans un tableau de bord d’opération (SCADA), à même leurs appareils mobiles ou sur leur PC.

    Bénéfices

    Ce premier projet de CNC intelligente a été couronné de succès grâce à la collaboration de l’équipe d’opération et d’entretien. L’équipe de FAB3R peut maintenant : 

    • Suivre la qualité de la lubrification du réducteur en temps réel ; 
    • Mesurer en temps réel les variations de vibration du réducteur ;
    • S’assurer que la température du réducteur n’atteint pas un seuil critique;
    • Aider les travailleurs et les superviseurs à prendre les bonnes décisions et ce, juste à temps, celles-ci étant basées sur des graphiques de données en temps réel et sur des alertes utiles ;  
    • Améliorer la productivité et la fiabilité de la machine, basées sur des mesures précises et sur l’analyse des données en temps réel. 
    • Prévoir des travaux de maintenance en sachant précisément dans combien de temps et quelle composante de l’équipement est à risque de briser en fonction de l’analyse de vibration automatisée.

    Un des bénéfices insoupçonnés du projet pour l’équipe a été de réaliser que la MPE avait une signature vibratoire différente selon le quart d’opération de jour ou de soir. Après une rencontre d’équipe, la méthode d’opération a été standardisée avec les opérateurs. Aujourd’hui, la MPE est opérée avec plus de douceur ce qui a permis de réduire la vibration moyenne quotidienne de 20 % et les valeurs journalières maximales de 200 %.

    Conclusion

    Voici le témoignage de M. Yves Lacroix, PDG de Fab3R :

    Grâce à l’implantation de la solution d’Andromedia Technologies, on s’est rendu compte que notre CNC intelligente se portait mieux que ce que nous l’espérions ! Les valeurs de fonctionnement étant disponibles à tous, il est plus facile de voir venir les bris longtemps à l’avance et de planifier les travaux de maintenance. C’est vraiment la voie de l’avenir pour atteindre un taux d’utilisation machine avoisinant les 100 % !

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