Diagnostic par signatures

Le diagnostic de défaillance fait appel le plus souvent à l’utilisation des signatures élaborées à partir des signaux [Zwingelstein, 1995]. Cette technique de diagnostic s’ap-parente au diagnostic des maladies dans le domaine médical. En règle général, c’est en observant les symptômes externes sur un système, qu’un expert réalise son diagnostic et peut déterminer la nature de la défaillance. Par opposition aux méthodes internes de diagnostic, cette approche de diagnostic ne se préoccupe pas des relations physiques qui lient les défauts à leurs symptômes. Elle fait ainsi partie des méthodes de diagnostic

techniques consiste en l’apprentissage qui permet de définir des signatures de référence représentant le mode de fonctionnement normal et des signatures types représentant des modes de défaillances particuliers bien connus sur le système. Ensuite, le diagnostic se réalise en suivant une procédure constituée des quatres étapes suivantes :

- Acquisition des signatures. C’est une opération qui consiste à donner les infor-mations utiles aux experts de diagnostic. Elle peut se réaliser avec les cinq sens humains, à l’aide des capteurs spécialisés ou par traitement de données collectées sur le système. C’est grâce à l’archivage de toutes les signatures qu’il sera possible aux experts ou aux systèmes de traitement de l’information de déterminer l’état de fonctionnement du système.

- Comparaison des signatures.Cette étape consiste à vérifier la cohérence des signa-tures actuelles avec les signasigna-tures de référence représentant le mode de fonctionne-ment normal.

- Décision.C’est l’étape qui permet d’indiquer si les signatures actuelles sont normales ou anormales. C’est dans cette procédure de décision que des seuils de détection sont définis. Ils permettent d’accepter avec un risque judicieux une non détection ou une fausse alarme.

- Analyse. L’étape de diagnostic se déclenche quand la comparaison de la signature courante ne correspond pas à un état normal de fonctionnement caractérisé par une signature de référence. Pour identifier la nature du défaut, il faut faire appel aux signatures types définies dans la première phase (acquisition des signatures). Si la signature courante ne correspond à aucune signature type, le défaut est ainsi classé dans la catégorie du fonctionnement anormal mais inconnu. L’ensemble de la procédure est décrit par le schéma sur la figure 5.4.

Dans la littérature, il existe différentes catégories de signatures graphiques utilisées dans le diagnostic des systèmes industriels. Ces signatures sont jugées judicieuses par les experts pour la détection et la localisation des défauts. La complexité des signa-tures dépend de la nature du système et des matériels à diagnostiquer et varie en fonc-tion de l’anomalie cherchée. Dans la suite, quelques signatures utilisées dans l’industrie [Zwingelstein, 1995; Dubuisson, 2001a] sont rappelées :

- Signatures vibratoires :Ces signatures sont appropriées pour la détection des ano-malies qui affectent des ensembles mécaniques dont les éléments basiques sont soumis à des efforts mécaniques dynamiques se traduisant par des vibrations mé-caniques. L’analyse vibratoire détecte des mouvements répétitifs d’une surface ap-partenant à un matériel mécanique dynamique (machines tournantes, machines alternatives,. . .) où à un matériel statique (structure, tuyauteries,. . .). Trois ca-tégories de mouvement vibratoire liées à une anomalie mécanique peuvent être

Fig. ^{5.4 – Schéma général représentant les étapes de diagnostic}

[Youssef, 2005; Dubuisson, 2001a].

distinguées. Comme première catégorie, on trouve les vibrations de nature pério-dique, ce qui est le cas dans la majorité des défauts mécaniques rencontrés sur les machine tournantes. La deuxième catégorie de vibrations est caractérisée par des signaux transitoires de faible durée qui sont de nature répétitive ou aléatoire, ce qui est le cas des défauts qui sont traduits par des chocs sur les structures. Enfin, comme troisième catégorie, on trouve les vibrations ayant un caractère aléatoire au cours du temps. Les signaux vibratoires sont interprétés le plus souvent au moyen de l’analyse fréquentielle utilisant la transformée de Fourier. L’application de cette approche consiste à considérer le signal vibratoire comme une somme de fonctions sinusoïdales dont les valeurs des fréquences sont des multiples entiers de la fré-quence fondamentale. Dans le cas où un élément mécanique est en état nominal, les différentes fréquences contenues dans le signal sont directement liées à sa géo-métrie et sa vitesse de rotation. La présence des défauts aboutit à l’apparition de nouvelles fréquences qui sont interprétables par les experts. Suivant la nature des problèmes recherchés et les technologies utilisées, la mesure de la vibration peut s’exprimer par une mesure de déplacement, une mesure de vitesse ou une mesure d’accélération. La grande variété des problèmes vibratoires rencontrés sur les ma-tériels mécaniques a conduit au développement des signatures spécifiques à l’aide de différentes techniques du traitement de signal telles que l’analyse d’enveloppe, l’analyse de corrélation, l’analyse temps-fréquence, etc.

- Signatures électriques et radioélectriques : Le diagnostic de défauts des cir-cuits électriques est un enjeu très important dans l’industrie. Deux catégories de méthodes sont utilisées pour détecter et localiser de façon précoce les anomalies

électriques. Il s’agit des méthodes actives ou à des méthodes passives.

Les méthodes actives : Le principe de base des méthodes actives est d’envoyer des signaux tests ayant une forme connue et de comparer la réponse des circuits à ces stimuli calibrés. Les défauts sont ainsi localisés et leur nature est identifiée par des spécialistes qui utilisent ou non des moyens de traitement de l’information.

Les méthodes passives : Lors du fonctionnement des matériels électriques de puis-sance, des champs électromagnétiques et des ondes radioéletcriques sont naturel-lement émis par leurs éléments qui jouent alors le rôle d’antennes émettrices de signaux. Le diagnostic par les méthodes passives consiste à utiliser des récepteurs radioélectriques ou des scanners qui vont inspecter les fréquences des signaux émis et obtenir les signatures des défauts connus. C’est ainsi que la présence d’un arc électrique s’amorçant entre deux conducteurs peut être détectée. De la même ma-nière, l’analyse en fonction du temps ou la fréquence des courants, des tensions ou des puissances, permet de diagnostiquer des problèmes sur des moteurs électriques [Dubuisson, 2001a].

- Signatures acoustiques : Ces signatures sont utilisées quand les symptômes se ré-vèlent par un signal audible par l’oreille humaine où à l’aide de capteurs spéciali-sés (microphones,. . .). Elles sont utilisées principalement pour la détection de dé-faillances mécaniques et des fuites internes et externes qui peuvent apparaître dans des matériaux sous pression tels que les tuyauteries, les canalisations, les réservoirs, etc. Plusieurs facteurs influencent les caractéristiques des signatures acoustiques : la nature du fluide, la pression du fluide et la présence du gaz dissous dans le fluide. En général, le contenu fréquentiel du bruit est à large bande et se situe en dehors du domaine audible (20Hz-20KHz). Dans la majorité des cas, on s’intéresse à des signaux dont la gamme de fréquence est comprise entre plusieurs dizaines de Hz et plusieurs milliers de Hz. Le diagnostic acoustique basé sur des capteurs micro-phoniques consiste à analyser dans le domaine fréquentiel les signaux temporels issus de ces capteurs, par application de la transformée de Fourier. Cette méthode donne de bons résultats qualitatifs, par contre, son utilisation pour la quantifica-tion du débit de fuites est rare ; cela est du aux bruits de fond qui existent dans les installations industrielles.