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2018-2019 الجمهـــوريــة الجزائريــــة الديمقراطيــــة الشعبيـــــة République

2018-2019 الجمهـــوريــة الجزائريــــة الديمقراطيــــة الشعبيـــــة République algérienne démocratique et populaire وزارة التعليــــم العالــــي والبحــــث العلمـــــي Ministère de l’Enseignement supérieur et de la recherche scientifique الـمـدرســة الوطـنــيــة العـليــا للتــكنـولـوجـيــا Ecole Nationale Supérieure de Technologie قســـــم الهندسة الصناعـية والصيانة Département de Génie Industriel  Maintenance Mémoire pour l’obtention du diplôme de : Master Management et Ingénierie de la Maintenance Industrielle Domaine : SCIENCE ET TECHNOLOGIE Filière : GENIE INDUSTRIEL ET MAINTENANCE Spécialité : MANAGEMENT ET INGENIERIE DE LA MAINTENANCE INDUSTRIELLE - Thème - Pronostic automatique par ANFIS de la durée de vie résiduelle des roulements ’RUL’ basé sur l’indicateur de dégradation de Weibull Présentée par : LANDJERIT Sadek JURY : Président N. GHAZI MAA – ENST Examinateur H. HACHEMI MCB – ENST Encadreur I. MEDDOUR MCA – ENST E. N. S. T. Ecole Nationale Supérieure de Technologie Dédicaces Page i Dédicaces Avec l’aide de Dieu le tout puissant et sa bienveillance que les chemins du savoir me sont éclairé pour réaliser ce modeste travail que je dédie : A Mes chers parents : Grâce à leurs vifs encouragements et leurs grands sacrifices, ils ont pu créer le climat affectueux et propice à la poursuite de mes études. Aucune dédicace ne pourrait exprimer mon respect, ma considération et mes profonds sentiments envers eux. Je prie le bon Dieu de les bénir, de veiller sur eux, en espérant qu’ils seront toujours fiers de moi. A ma famille. A Mon encadreur Monsieur I. MEDDOUR A tous mes professeurs : Leur générosité et leur soutien m’oblige de leur témoigner mon profond respect et ma loyale considération. A Mon binôme Oussama et sa famille. A tous mes amis et mes collègues. Landjerit Sadek Remerciements Page ii Remerciements Tout d’abord, je remercie ALLAH, le clément de m’avoir donné la foi, la volonté et la patience pour réaliser ce travail. Je tiens à remercier très chaleureusement mon Professeur Monsieur I. MEDDOUR pour son aide, ses conseils, sa disponibilité et son encouragement qu’il n’a cessé de me prodiguer, tout au long de la réalisation de ce mémoire. Mes remerciements s’adressent aussi, à mon compagnon de chambre Mr HADJAZE Hocine pour son soutient tout au long de la rédaction de ce mémoire. Je ne saurais pas terminer cette page sans remercier ma famille pour m’avoir constamment soutenu et pour avoir cru en moi pour mener ce travail à sa fin. Qu’ils trouvent ici, l’expression de mes profondes gratitudes. Un merci particulier à mes parents pour tout l’amour et les valeurs qu’ils nous ont transmis. Que tous ceux qui m’ont aidé de près ou de loin, trouvent ici l’expression de ma gratitude. Liste des abréviations Page iii Liste des abréviations RUL Reamaining Useful Life PHM Pronostic and Health Management ANOVA Analysis Of Variance ANFIS Adaptive Neuro Fuzzy Inference System RNA Réseaux de Neurones Artificiels NF Norme Française AFNOR Association Française de Normalisation CEN Commuté Européen de Normalisation ISO International Standards Organisation Liste des figures Page iv Liste des figures Figure 1.1: principe neuro-flou .............................................................................................. 12 Figure 1.2: structure générale de modèle ANFIS .................................................................... 13 Figure 1.3: Fréquence fondamentale d’un simple sinus .......................................................... 17 Figure 1.4: constituants d’un roulement .................................................................................. 19 Figure 1.5: les paramètres de calculs des défauts de roulements ............................................ 20 Figure 2.1: éléments de l'éolienne ........................................................................................... 22 Figure 2.2: variation de rotation de l’arbre sur 6 secondes ..................................................... 24 Figure 3.1: le spectre d’amplitude la bague intérieure du roulement ...................................... 27 Figure 3.2: l’évolution du spectre d’amplitude durant les 50 jours de surveillance ............... 28 Figure 3.3: le lissage de la courbe d'évolution des indicateurs SKmean et kurtosis ............... 30 Figure 3.4: évolution des facteurs sélectionnés ....................................................................... 26 Figure 3.5: l’évolution de la moyenne des indicateurs ........................................................... 26 Figure 3.6: Evolution du taux d’avarie durant les 50 jours de surveillance ............................ 28 Figure 3.7: illustration des trois processus de dégradation ..................................................... 29 Figure 3.8: architecture du réseau de neurones flous .............................................................. 30 Figure 3.9: règle d'inférence flou ............................................................................................ 30 Figure 3.10: Organigramme de la prédiction du RUL d'un nouvel échantillon ...................... 31 Figure 3.11: différence entre le RUL réel et RUL prédit par ANFIS ..................................... 32 Liste des tableaux Page v Liste des tableaux Table 1.1: indicateur temporelle et leurs formules mathématique .......................................... 16 Table 2.1: caractéristiques de l'éolienne et de son système de surveillance ............................ 23 Table 2.2: fréquences de manifestation des défauts du roulement .......................................... 23 Table 2.3: variation de la fréquence de manifestation des défauts .......................................... 24 Table 3.1: Fréquences de manifestation des défauts de roulement ......................................... 26 Table 3.2: résultats des mesures vibratoires des indicateurs temporels .................................. 29 Table 3.3: Analyse ANOVA des indicateurs temporels .......................................................... 31 Table 3.4: calcul du f(t), F(t) et D(t) des 50 jours de surveillance .......................................... 27 Table des matières Page vi Table des matières Dédicaces ....................................................................................................................................... i Remerciements ........................................................................................................................... ii Liste des abréviations ................................................................................................................ iii Liste des figures ........................................................................................................................ iv Liste des tableaux ....................................................................................................................... v Table des matières ..................................................................................................................... vi Introduction générale .................................................................................................................. 1 1. Introduction ............................................................................................................................ 3 2. Maintenance ........................................................................................................................... 3 2.1. Types de maintenance ..................................................................................................... 3 2.1.1. Maintenance corrective ............................................................................................ 3 2.1.2. Maintenance préventive ........................................................................................... 4 2.2. Techniques de maintenance conditionnelle et prévisionnelle ......................................... 4 2.2.1. Thermographie infrarouge ........................................................................................ 5 2.2.2. Analyse des huiles .................................................................................................... 5 2.2.3. Analyse vibratoire .................................................................................................... 5 2.3. Choix de la politique de maintenance ............................................................................. 5 3. Surveillance et diagnostic ....................................................................................................... 6 3.1. Définitions ....................................................................................................................... 6 3.1.1. Défaillance ............................................................................................................... 6 3.1.2. Panne ........................................................................................................................ 6 3.1.3. Défaut ....................................................................................................................... 6 3.1.4. Surveillance .............................................................................................................. 6 3.1.5. Détection .................................................................................................................. 7 3.2. Diagnostic ........................................................................................................................ 7 3.2.1. Les étapes du diagnostic ........................................................................................... 7 Table des matières Page vii 4. Le pronostic ............................................................................................................................ 8 4.1. Définition ........................................................................................................................ 8 4.2. Classification des modèles en pronostic .......................................................................... 9 4.2.1. Modèles basés sur la connaissance ........................................................................... 9 4.2.2. Les systèmes experts ................................................................................................ 9 4.2.3. Les systèmes flous .................................................................................................... 9 4.2.4. Les modèles d’espérance de vie ............................................................................. 10 4.2.5. Les modèles stochastiques ..................................................................................... 10 4.2.6. Les modèles statistiques ......................................................................................... 10 4.2.7. Les réseaux de neurones artificiels ......................................................................... 11 5. Neuro-flou ............................................................................................................................ 11 5.1. Principe et définition ..................................................................................................... 11 5.2. Les différentes combinaisons neuro-flou ...................................................................... 12 5.3. Système neuronal/flou simultanément .......................................................................... 12 5.4. Modèles neuro-flou coopératifs..................................................................................... 12 5.5. Les réseaux de neurone flou -le Model ANFIS ............................................................. 12 5.5.1. Structure de la méthode ANFIS ............................................................................. 12 5.5.2. Apprentissage de l’ANFIS ..................................................................................... 14 5.5.3. Les avantages de l’ANFIS ...................................................................................... 15 6. Analyse vibratoire ................................................................................................................ 15 6.1. Surveillance par analyse vibratoire ............................................................................... 15 6.2. Méthodes d’analyse vibratoire ...................................................................................... 15 6.2.1. Méthodes temporelles ............................................................................................ 16 6.2.2. Méthode fréquentielle : .......................................................................................... 16 7. Les roulements et leurs défauts ............................................................................................ 19 7.1. Définition ...................................................................................................................... 19 7.2. Constitution des roulements .......................................................................................... 19 7.3. Défauts de roulement et leurs manifestations................................................................ 20 Table des matières Page viii 7.3.1. Défaut sur la bague intérieure ................................................................................ 20 7.3.2. Défaut sur la bague extérieure ................................................................................ 21 7.3.3. Défaut sur la cage ................................................................................................... 21 7.3.4. Défaut sur l’élément roulant ................................................................................... 21 8. Conclusion ............................................................................................................................ 21 1. Introduction .......................................................................................................................... 22 2. Description d’une éolienne ................................................................................................... 22 3. Caractéristique de l’éolienne étudiée ................................................................................... 23 4. Défauts du roulement et ces manifestations ......................................................................... 23 5. Variation de la fréquence de manifestation des défauts ....................................................... 24 6. Localisation visuelle du défaut ............................................................................................. 24 7. La base de données ............................................................................................................... 25 8. Conclusion ............................................................................................................................ 25 1. Introduction .......................................................................................................................... 26 2. Analyse fréquentielle ............................................................................................................ 26 2.1. Localisation du défaut ................................................................................................... 26 2.2. Evolution du spectre d’amplitude ................................................................................. 28 3. Analyse temporelle ............................................................................................................... 28 3.1. Le calcul des indicateurs temporels............................................................................... 28 3.1.1. Lissage des indicateurs temporels : ........................................................................ 30 4. La sélection des indicateurs .................................................................................................. 30 4.1. La normalisation des indicateurs ................................................................................... 30 4.2. Analyse de la variance ................................................................................................... 31 5. La moyenne des indicateurs sélectionnée et le taux d’avarie ............................................... 26 5.1. La moyenne des facteurs ............................................................................................... 26 5.2. Le taux d’avarie ............................................................................................................. 26 Table des matières Page ix 6. Pronostic de la durée de la durée de vie résiduelle par ANFIS ............................................ 28 6.1. Définition des éléments d’entrées et leurs sorties ......................................................... 28 6.2. La base de données ........................................................................................................ 28 6.3. Apprentissage d’ANFIS ................................................................................................ 29 6.4. Pronostic du RUL d’un nouvel échantillon ................................................................... 30 6.5. Comparaison entre le RUL réel et prédit par ANFIS .................................................... 31 7. Conclusion ............................................................................................................................ 32 Conclusion générale ................................................................................................................. 33 Bibliographie .............................................................................................................................. x Annexes ................................................................................................................................... xiii Introduction générale Page 1 Introduction générale Le secteur de production, transport et distribution de l’énergie électrique est un secteur très important dans n’importe quel pays en raison de ces enjeux stratégique, économique et social. Ces dernières années les regards ont tourné vers les énergies renouvelables dites « vertes » pour remplacés les énergies fossile et nucléaire. Parmi les alternatives qui ont connu un succès, les éoliennes qui transforment l’énergie cinétique des vents propre et gratuite à une énergie électrique à travers des alternateurs montés sur eux. En effet, le coût de maintenance corrective des champs offshore dû aux pannes imprévues coute près de 25 %, un pourcentage important du cout d’exploitation des champs [2]. Pour cette raison il est incontournable de mettre en place une politique de maintenance préventive et c’est très efficace qu’il soit prédictive dans le but de prédire la durée uploads/Geographie/ b2-pdf 1 .pdf