Vers une maintenance conditionnelle sans fil dans le secteur ferroviaire

Le 11/09/2017 à 0:00

SKF SKF a développé un système de maintenance conditionnelle sans fil qui peut être utilisé sur les trains. Ce système consiste à installer en seconde monte un petit capteur sur les ensembles de boîtes d'essieux des trains, de façon à détecter les éventuels dommages sur les roulements.

D ans l'industrie ferroviaire, le programme de maintenance le plus courant consiste à vérifier l'entretien des trains selon une base horaire ou kilométrique. Ce programme est appliqué avec succès depuis de nombreuses années et pourtant, le besoin réel de remplacement ne rentre jamais en ligne de compte, ni même le fait de savoir si un tel programme permet de prévenir efficacement les défaillances. La maintenance conditionnelle analyse des paramètres tels que les vibrations et la température pour détecter des anomalies à un stade précoce. Elle est utilisée depuis de nombreuses années dans divers secteurs industriels. Le secteur ferroviaire a été, quant à lui, lent à l'adopter, du fait notamment des questions de réglementations liées à la sécurité, mais aussi à cause d'un manque de technologie appropriée. Récemment, le secteur ferroviaire a décidé d'utiliser plus largement la maintenance conditionnelle. La première motivation de ce changement est l'efficacité. Les calendriers ferroviaires étant chargés et les voies de plus en plus encombrées, les opérateurs du secteur ferroviaire ont l'obligation de travailler aussi efficacement que possible et de maintenir le matériel roulant en bon état. Les trains doivent circuler sur les voies et transporter des passagers, plutôt que de passer du temps dans les centres de maintenance. Au-delà des coûts liés à la maintenance, ce sont les interruptions de service provoquées par des défail-lances qui ont le plus d'impact. Ainsi, en complément de la réduction des temps de maintenance, les opérateurs du secteur ferroviaire doivent donc diminuer les pannes qui empêchent la circulation des passagers. La maintenance conditionnelle contribue à atteindre cet objectif, principalement de deux manières : par la détection des problèmes de manière précoce, ce qui réduit le risque de défaillances, puis en identifiant les pièces « anciennes » qui sont parfaitement fonctionnelles, ce qui permet également d'allonger les intervalles de maintenance et de garder les trains hors du centre de maintenance aussi longtemps que possible.

Au cœur des essieux

SKF a développé un système de maintenance conditionnelle sans fil, appelé SKF Insight, qui peut être utilisé sur les trains. Ce système consiste à installer en seconde monte un petit capteur sur les ensembles de boîtes d'essieux des trains, de façon à détecter les éventuels dommages sur les roulements. Le capteur détecte la moindre anomalie dans le comportement vibratoire du roulement, même dans un environnement particulièrement bruyant. Un traitement de signal et des algorithmes sophistiqués séparent le signal du bruit et permettent la transmission de données précises pour une analyse ultérieure. Chacun des nœuds de capteurs sans fil dispose d'un réseau de différents capteurs. Il est capable de prendre différentes mesures relatives à la santé du roulement, y compris l'enveloppe d'accélération (gE) SKF et la température. L'enveloppe d'accélération (gE) SKF est une mesure de vibrations reconnue, capable de détecter de manière précoce la défaillance d'un roulement. Il s'agit d'une mesure de vibration d'accélération brute redressée et filtrée par passe-bande spécifique. Le capteur est doté d'un GPS pour la localisation et la vitesse, d'un accéléromètre trois axes, d'un détecteur de mouvements, d'un capteur de température, d'un capteur de vibrations haute sensibilité et haute fréquence ainsi que d'une horloge en temps réel. Une batterie intégrée permet d'éviter de recourir à un câblage externe et offre une source d'alimentation fiable, prévisible et durable. Grâce au logiciel SKF @ptitude Observer, le signal produit est ensuite traité de manière approfondie et des tendances sont alors générées. Cette mesure permet non seulement de détecter la présence d'un dommage, mais également de déterminer quel est l'élément défectueux du roulement (éléments roulants, train de roulement, bague extérieure, bague intérieure) et d'autres défauts possibles. Pour que l'activité de vibrations puisse être considérée comme symptomatique d'un endommagement du roulement, les données doivent faire régulièrement état d'une activité périodique, d'une intensité suffisante et à des fréquences très spécifiques. En règle générale, les mesures de température donnent une indication beaucoup plus tardive de l'endommagement d'un roulement que l'enveloppe d'accélération gE, les montées soudaines et soutenues de température indiquant une éventuelle défaillance imminente. L'utilisation des données de température est complémentaire aux données de vibrations (gE), qui constituent le cœur de cette analyse. Le système complet utilise la transmission sans fil. Les données du capteur sont envoyées vers un centre de diagnostic à distance, via des données mobiles. Il n'est plus nécessaire d'installer un routeur embarqué encombrant et pour plus d'efficacité, tous les câbles ont pu être éliminés. La technologie du capteur elle-même est éprouvée car utilisée sur un système soumis à une validation de principe. Le capteur peut être installé en quelques minutes, en le positionnant sur l'un des boulons qui fixe le couvercle de la boîte d'essieux. En plus de vérifier la santé des roulements, le système surveille également les méplats. Ceux-ci surviennent

En 2015, ce système a été installé sur un véhicule ferroviaire détenu par l'opérateur national suédois SJ et a permis de détecter avec précision trois roulements endommagés. Après un processus de vérification et de validation, il est prévu de lancer le système complet courant 2017.

SJ

Le capteur est capable de prendre différentes mesures relatives à la santé du roulement, y compris l'enveloppe d'accélération (gE) SKF et la température.

SKF

généralement lors du freinage et, si aucun contrôle n'est effectué, ils peuvent endommager les rails. Habituellement, les méplats sont surveillés à l'aide de détecteurs positionnés sur les rails, mais SKF Insight peut également mener à bien cette opération essentielle.

Le poids des données

La collecte et l'envoi des données constituent la première étape. Il s'agit ensuite de les mettre en action. Les opérateurs du secteur ferroviaire seront plus efficaces si les données sont déjà optimisées pour les interpréter. Des recommandations claires permettront une action ciblée. Ainsi, une fois les données traitées et analysées, elles vont être utilisées pour générer un rapport. L'alarme sera donnée automatiquement si une action doit être menée. Les experts SKF seront ensuite chargés de vérifier les résultats et d'établir un rapport, qui préconisera, par exemple, le remplacement pro-grammé du roulement. SKF s'est efforcé de diminuer le nombre de données pour le client ainsi que le nombre de fausses alarmes. En plus des données concernant les roulements, le système analyse les informations sur la température, sur la vitesse et sur les données de position du GPS. Toutes ces données générées sont enregistrées dans le SKF Cloud.

Le système sort de sa phase de développement, grâce à une expérimentation sur le terrain réussie : en 2015, ce système a été installé sur un véhicule ferroviaire détenu par l'opérateur ferroviaire national suédois SJ et a permis de détecter avec précision trois roulements endommagés. Un processus de vérification et de validation va avoir lieu cette année. Il est prévu de lancer le système complet d'ici à la fin de cette année.

Nils Ekholm, directeur technique des nouvelles offres de marché de SKF, et Mark Rhodes, directeur technique du projet de développement de SKF. Article adapté par Pascal Coutance

SKF en bref

SKF figure parmi les premiers fournisseurs mondiaux de roulements, joints, composants mécatroniques, systèmes de lubrification et services incluant l'assistance technique, les services de maintenance et de fiabilité, le conseil technique et la formation. SKF est représenté dans plus de 130 pays et dispose d'un réseau d'environ 15 000 distributeurs à travers le monde. En 2016, SKF a réalisé en France un chiffre d'affaires d'un milliard d'euros avec un effectif de plus de 3 000 collaborateurs sur notre territoire.