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Predictief Onderhoud
Extreme situatie, extreme ingreep
version française
Bert Belmans, Maintenance Magazine
Hoe weet je dat je goed bezig bent met onderhoud? We zochten en vonden
voor u een mooi referentieverhaal van machines die opgesteld staan in één
van de extreemste omgevingscondities ter wereld. Predictieve
onderhoudstechnieken leverden er al even extreme resultaten op: een
vijfmaal hogere machinebeschikbaarheid.
Als er voor de grondstofverwerkende industrie Oscars
bestonden, dan was de onderhoudsploeg van de Dead Sea Works van Israël
Chemical ongetwijfeld één van de grootste kanshebbers. Dit bedrijf slaagde
er in de gemiddelde tijd tussen storingen (MTBF - MeanTime Between
Failure) te verhogen met niet minder dan 400% en de gemiddelde tijdsduur
van een reparatie (MeanTime To Repair) te verlagen met 50%. Dat zegt
mogelijk wat over de situatie vooraleer er overgestapt werd naar
predictief onderhoud, maar de prestatie spreekt tot de verbeelding en is
meteen een mooie illustratie van wat met een predictief onderhoudprogramma
te bereiken valt. Plaats van gebeuren is een kalifabriek aan de oevers van
de Dode Zee in Israël, de laagst gelegen regio ter wereld, waar de
zomertemperaturen oplopen tot 45°C in de schaduw. De gemiddelde jaarlijkse
temperatuur bedraagt er 35°C, en zelfs in de winter is het er zelden
kouder dan 20°C. Het grootste deel van de fabriek verwerkt kali, een
mineraal dat door verdamping uit het zeewater gewonnen wordt. Kali is een
kaliumhoudende grondstof, die ondermeer in de landbouw als kunstmest
gebruikt wordt. Dead Sea Works verwerkt de grondstof tot drie
verschillende gradaties die elk voor een ander deel van de afzetmarkt zijn
bestemd. De standaardgradatie is grove korrel, die vooral in de
ontwikkelingslanden wordt afgezet, waar landbouwers ze met de hand
uitstrooien op het veld. Het tweede type, in de vorm van kleinere
kristallen, gaat naar ‘downstream’ producten en de derde, zeer fijne soort
– granulaat genoemd – is bestemd om met andere grondstoffen in bulk
vermengd te worden. In de plant staan zes compactoren of pletmachines
opgesteld, die de kalikristallen tussen twee rollen verbrijzelen, en het
een ‘marmerachtige’ vorm geven. In de tweede processtap gaat het
halfafgewerkte product nogmaals doorheen een horizontale verbrijzelaar. De
as in elke compactorrol roteert langzaam met een snelheid van zowat 18 tpm
in een omgevingstemperatuur die vaak boven 50°C ligt. Om het nog erger te
maken, schragen de lagerhuizen van de rollen een zware lading (C/P<2-3) in
een atmosfeer die overgesatureerd is met abrasieve kalideeltjes. Hoewel er
constant water stroomt door de holle assen en door elke lagerkast, blijft
dit een zeer extreme productieomgeving, te meer omdat de machines 24 uur
op 24, 365 dagen per jaar moeten draaien. Elke ongeplande machinestilstand
leidt tot onaanvaardbaar productieverlies (so what’s new?).
Fase 1
Het onderhoudsteam van Dead Sea Works zette enkele jaren geleden een
tweefazig verbeteringsprogramma in de startblokken om de
machinebeschikbaarheid naar acceptabeler niveau’s te krikken. In de eerste
fase ging de aandacht naar de meest voor de hand liggende ingrepen om de
tijd tussen twee storingen te verlengen: onderhoud van de lagers,
reinheid, smering en bevestigingstechnieken. Omwille van de trage
draaisnelheid, werd beslist de lagers te smeren met een vet met een hoge
viscositeit om slijtage te verminderen veroorzaakt door het
metaal-op-metaal contact tussen de roterende elementen in de ringen.
Betere resultaten kwamen er ondermeer ook door het vet onder hoge druk in
te spuiten, om met de overdruk vervuiling buiten te stuwen, en door
kwalitatief betere afdichtingen te gebruiken. Telkens wanneer de
onderhoudsmonteurs een lager dienden te vervangen, kwam er consistent een
‘SensorMount’-lager (van SKF) voor in de plaats. Dit type lager maakt het
monteren van de grote lagers op de assen een stuk eenvoudiger: het
schuiven van het lager over de grote, watergekoelde assen was altijd al
een vrij moeizame operatie, maar bleek een stuk makkelijker te gaan met
dit lagertype. Er zijn namelijk geen complexe berekeningen voor nodig,
evenmin als speciale sensoren of veel vakkennis, terwijl de monteur toch
de geruststelling heeft dat het lager correct gemonteerd is.
Predictief onderhoudsprogramma
Een andere grote stap in het voorkomen van veelvuldige, ongeplande pannes,
kwam er met de start van een predictief onderhoudsprogramma op basis van
apparatuur van SKF en software van Prism. Daarvoor testte het
onderhoudsteam diverse monitoringtechnieken uit. Het grote obstakel was de
zeer lage draaisnelheid van de assen. Als beste en meest betrouwbare
oplossing kwam een ultrasone detector in combinatie met een SKF Microlog
uit de bus. Het verkregen signaal wordt versterkt door het doorheen een
‘Acceleration Enveloping’-filter te zenden. De Microlog is een
spectrumanalyser die ervaren monteurs toelaat een signaal van de
pletmachine (zeg maar een dynamische trillingmeting) te vergelijken met
een referentiesignaal dat bijvoorbeeld in optimale omstandigheden (na
nieuwmontage van de lagers) van de pletmachine is verkregen. Op basis
hiervan kan de bevoegde persoon een prognose maken van elke ‘gebeurtenis’
die tot een mogelijke faling kan leiden. Het vervangt als methodiek de
willekeur die ontstaat doordat tegelijk slechts één parameter kan bekeken
worden, door alle parameters die ooit opgetekend zijn in de evaluatie mee
te nemen. Het resultaat is een efficiëntere benadering van elk mogelijk
afwijkend gedrag. Bij het afsluiten van Projectfase 1 bleek dat de MTBF
ongeveer verdrievoudigd was. De MTTR – gemiddelde duur van een herstelling
– was zowat gehalveerd.
Fase 2
In de volgende fase wilde het onderhoudsteam verder bouwen op de
resultaten van de voorgaande fase, maar dat vereiste meteen diepgaande
ingrepen in het ontwerp van de pletmachine. Daarom werd ook de
constructeur ervan betrokken bij het project. Er werd een team
samengesteld met onderhoudsmensen van Dead Sea Works, SKF en de
machinebouwer. Dit team stelde een nieuw ontwerp voor, waarmee de
pletmachine met olie kon gesmeerd worden. Dit nieuwe ontwerp gaf méér
controle over de lagertemperatuur en verminderde de vervuiling via een
oliefiltering. Om het ontwerp te verwezenlijken, werden alle tekeningen
van de machine, en alle beschikbare gegevens en rapporten over de lagers
onder de loep genomen door de onderhoudsstaf van DSW en SKF-specialisten
uit verschillende Europese fabrieken. Dit team stelde uiteindelijk, met
behulp van de Sigma6-methodiek, verschillende wijzigingen voor. Voor het
onderhoud en de herstellingen aan de assen van de rollen en aan de lagers
werden vaste procedures (Best Practices) opgesteld, overeengekomen en ter
beschikking gesteld van het onderhoudsteam. Deze actie ondersteunde op
zijn beurt het opleidingsprogramma voor het onderhoudspersoneel dat van
start was gegaan in de eerste fase van het project.
Nieuw lagertype
Nauw verbonden hiermee was de introductie van een vernieuwingsprogramma
voor alle lagers op de assen van de pletmachines (waarvan hierboven al
sprake was). In dit stadium besliste Dead Sea Works om de CMVA 10 SKF
Microlog te vervangen door een nieuwe versie (CMVA 65) en deze – omwille
van de extreem lage draaisnelheid van de assen - meteen te combineren met
een speciale ultrasone techniek. Een andere toevoeging was een ‘Copperhead
Fault Detection System’ (van SKF). Dit ‘plug&play’-systeem bewaakt de hele
machine en niet enkel de roterende delen ervan. Hiervoor werden op de vier
lagerhuizen van één pletmachine nieuwe trilling- en temperatuuropnemers
gemonteerd. Gegevens van deze metingen worden naar het Plant Information
System van de fabriek gestuurd. Deze processturing verzamelt en afficheert
alle operationele parameters. Het resultaat van deze tweede fase is
uiteraard minder spectaculair maar spreekt ingewijden al even zeer tot de
verbeelding: de MTTF kon nogmaals met 30% verhoogd en de MTTR met ongeveer
40% verlaagd worden.
Onderhoud is – zoals elke onderhoudsverantwoordelijke weet – ‘a never
ending story’, een inspanning zonder eindpunt. Het DSW-onderhoudsteam is
niet anders: het maakt vandaag al plannen om in een derde fase nog een
stap verder te gaan. Dat zou gaan om oliesmering voor alle vier de
pletmachines, ‘Copperhead’-detectoren op alle machines en het uittesten
van een nieuw, door SKF ontwikkeld type van lagers voor de assen. <<
Entretien prédictif
A situation extrême, intervention musclée
Bert Belmans, Maintenance Magazine
Comment savoir si l’on fait bien la maintenance ? Nos recherches nous ont
permis de trouver un historique de référence de machines implantées dans
l’un des environnements les plus extrêmes au monde. Les techniques de
maintenance prédictive y ont déjà donné d’incroyables résultats : une
disponibilité mécanique cinq fois supérieure !
Si l’on décernait des Oscars à l’industrie du
traitement des matières premières, gageons que l’équipe de maintenance de
Dead Sea Works en Israël serait certainement nominée. Cette entreprise a
réussi à accroître son MTBF (mean time between failure, le temps moyen
entre pannes) de pas moins de 400 %, et à réduire la durée moyenne d’une
réparation (MTTR, mean time to repair) de 50 %. Non contente d’en dire
long sur la situation préalable, une telle performance est frappante et
illustre très bien ce que l’on peut attendre d’un programme de maintenance
prédictive. L’endroit du jour est une fabrique de potasse sur les rives de
la mer Morte en Israël, la région la plus basse au monde, où les
températures estivales peuvent grimper jusqu’à 45° C à l’ombre. La
température annuelle moyenne se monte à 35° C, pour ne descendre que très
rarement, même en hiver, en dessous de 20°C. La plus grande partie de
cette usine fabrique de l’hydroxyde de potassium, un minéral que l’on peut
extraire de l’eau de mer par évaporation. La potasse est une matière
première riche en potassium que l’on peut utiliser comme engrais
synthétique dans l’agriculture. Dead Sea Works traite cette matière
première en trois gradations différentes, s’adressant chacune à un marché
bien précis. La gradation standard est faite de granulés grossiers qui se
vendent surtout dans les pays en développement où les agriculteurs les
répandent sur leurs champs à la main. Le second type, sous forme de petits
cristaux, est destiné aux produits « downstream » et le troisième,
constitué d’un granulat très fin, est mélangé en vrac à d’autres matières
premières. L’usine compte quelque six compacteurs ou laminoirs chargés de
broyer les cristaux de potassium entre deux rouleaux, en leur donnant un
aspect « marbreux ». A la deuxième étape de ce processus, le produit
semi-fini passe à nouveau dans un broyeur horizontal. L’axe de chaque
rouleau compacteur tourne assez lentement, à une vitesse de 18 tpm dans
une température ambiante qui dépasse souvent les 50° C. Et pour noircir
encore le tableau, les logements de roulement de ces rouleaux supportent
une très lourde charge (C/P<2-3) dans une atmosphère saturée de particules
de potasse abrasives. Bien que l’on fasse couler de l’eau en permanence le
long des axes creux et à travers les cages de roulement, c’est un
environnement productif extrême, d’autant que les machines fonctionnent 24
heures sur 24, 365 jours par an. Toute immobilisation mécanique non
planifiée engendre une perte productive inacceptable.
La phase 1
L’équipe de maintenance de Dead Sea Works a lancé il y a quelques années
un programme d’amélioration en deux phases pour élever la disponibilité
mécanique à un niveau plus acceptable. En un premier temps, ils se sont
penchés sur les interventions qui leur paraissaient les plus évidentes
pour rallonger le temps entre deux pannes : la propreté, l’entretien des
paliers, la lubrification et les techniques de fixation. La vitesse de
rotation étant assez faible, il fut décidé de lubrifier les paliers à
l’aide d’une graisse à haute viscosité pour réduire les phénomènes d’usure
engendrés par le frottement métal sur métal entre les éléments tournant
dans les anneaux. On obtint aussi de meilleurs résultats en injectant la
graisse sous haute pression, la surpression chassant la saleté, ainsi
qu’en utilisant des joints de meilleure qualité. Chaque fois que l’équipe
de maintenance devait remplacer un palier, on installait à sa place un
palier « Sensormount » de SKF. Ce type de palier facilite grandement le
montage des grands roulements sur les axes : en effet, glisser le palier
sur les grands axes refroidis par eau est un travail désormais beaucoup
moins difficile avec ce type de palier. Il ne faut plus procéder à des
calculs complexes ni recourir à des sondes spéciales ou à une expertise
particulière, et le monteur est rassuré : il sait désormais que le palier
est correctement monté.
Le programme de maintenance prédictive
Une autre grande avancée dans la prévention des pannes fréquentes non
planifiées fut l’implémentation d’un programme de maintenance prédictive
s’appuyant sur un appareillage SKF est un logiciel Prism. L’équipe de
maintenance a testé pour ce faire diverses techniques de monitoring. Le
grand obstacle était la vitesse de rotation très faible des axes. Un
détecteur à ultrasons combiné à un système Microlog SKF s’est avéré la
meilleure et la plus fiable des solutions. Le signal obtenu est amplifié
en lui faisant traverser un filtre AE (Acceleration Enveloping). Le
Microlog est un analyseur de spectre permettant à un monteur expérimenté
de comparer un signal de la machine (une mesure de vibrations dynamique) à
un signal de référence que l’on peut obtenir dans des conditions de
fonctionnement optimales de la machine, et par exemple après le montage de
nouveaux paliers. Sur cette base, le responsable peut arrêter un pronostic
de chaque événement susceptible d’entraîner une panne. Cette méthodologie
remplace l’arbitraire né du fait que l’on ne pouvait auparavant examiner
simultanément qu’un seul paramètre en faisant intervenir désormais tous
les paramètres jamais consignés dans l’évaluation. Il en résulte une
approche bien plus efficace de toute déviance possible de comportement. A
la clôture de la phase 1 du projet, il est apparu que le MTBF était
presque multiplié par trois. Quant au MTTR, le temps moyen d’une
réparation, il fut divisé en deux.
La phase 2
A la phase suivante, l’équipe de maintenance a souhaité optimiser les
résultats de la phase précédente. Mais cela exigeait d’intervenir en
profondeur dans le concept de la machine. Aussi le constructeur fut-il
impliqué dans le projet, en rejoignant une équipe où il a retrouvé des
responsables de la maintenance de Dead Sea Works et de SKF. Cette équipe a
proposé un nouveau concept permettant de lubrifier le laminoir à l’huile.
Ce nouveau principe permettait de mieux contrôler la température du palier
et de réduire son encrassement en filtrant l’huile. Et afin de le mettre
en œuvre, l’équipe de maintenance de Dead Sea Works et des spécialistes
SKF de différentes usines européennes se sont penchés de près sur les
dessins de la machine ainsi que sur toutes les données et rapports
disponibles sur les paliers. Ce qui leur a permis de proposer différentes
modifications à l’aide de la méthode Sigma6. Pour assurer la maintenance
et les réparations aux axes de rouleau et aux paliers, on a donc arrêté et
rédigé des procédures écrites (Best Practices) destinées à l’équipe de
maintenance. Cette action soutenait à son tour le programme de formation
du personnel de maintenance qui avait été initié à la première phase du
projet.
Un nouveau type de palier
On a aussi lancé conjointement un programme de rénovation simultané de
tous les paliers sur les axes des machines (déjà évoqué plus haut). A ce
stade, Dead Sea Works a décidé de remplacer la version Microlog CMVA 10
SKF par la nouvelle version CMVA 65, en y combinant sur le champ, au vu de
l’extrême lenteur de rotation des axes, une technologie spéciale par
ultrasons. Autre adjonction qui fut faite : un « Copperhead Fault
Detection System » signé SKF. Ce système Plug & Play surveille l’ensemble
de la machine et pas uniquement ses éléments tournants. A cette fin, on a
monté sur les quatre cages de roulement d’un laminoir de nouvelles sondes
de vibrations et de température. Ces données de mesure ont été envoyées au
système d’information PIS (Plant Information System) de l’usine, un
dispositif de pilotage du processus qui collecte et affiche tous les
paramètres opérationnels. Si le résultat de cette seconde phase est moins
spectaculaire, il contribue pourtant grandement aux performances : le MTBF
put à nouveau être majoré de 30 %, et le MTTR réduit de 40 %.
La maintenance est, comme le savent tous ceux qui s’en chargent, une
« never ending story » qui exige des efforts sans fin. Il n’en va pas
autrement pour l’équipe de maintenance de Dead Sea Works. Elle s’attelle
d’ores et déjà à la troisième phase d’amélioration : la lubrification à
l’huile des quatre laminoirs, les détecteurs « Copperhead » sur toutes les
machines et le test d’un nouveau type de palier d’axe développé par SKF.
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