Stratégie de Maintenance : Externalisation de la gestion du stock de matériel

25/10/2017
Publication 3EI 3EI 2017-90
OAI : oai:www.see.asso.fr:1044:2017-90:20640
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Stratégie de Maintenance : Externalisation de la gestion du stock de matériel

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Stratégie de Maintenance : Externalisation de la gestion du stock de matériel La Revue 3EI n°90 Octobre 2017 Thème 8 Stratégie de Maintenance : Externalisation de la gestion du stock de matériel ARNAUD SIVERT, LAURENT DOS SANTOS , FRANCK BETIN U.P.J.V Université de Picardie Jules Verne, Institut Universitaire de Technologie de l’Aisne GEII, 02880 SOISSONS Laboratoire des Technologies innovantes (L.T.I), équipe Énergie Électrique et Systèmes Associés (EESA) 1. Introduction VERALLIA est une multinationale qui fabrique des bouteilles et des pots en verre avec 7 usines en France, 5 en Espagne, 4 en Allemagne et 5 en Italie, mais aussi en Amérique du sud, en Europe de l’Est et une en Afrique du nord [1]. La verrerie de Vauxrot (Soissons 02) produit environ 300 Millions de bouteilles par an soit environ 800 milles bouteilles par jour. (Bières, Vins, Apéritifs, Liqueurs) avec près de 200 salariés. Son parc de machines comprend 3 lignes de production (5 machines) et 1 four. Le four en fusion fonctionne de façon permanente et demande une production continue en 3x8 heures et que les 3 lignes de production fonctionnent en permanence. L’inventaire en stock de pièces de rechange mécanique, électrique, pneumatique représente un coût de 1,5 millions € afin d'assurer le bon fonctionnement de la production. Sur la figure suivante, on peut observer une ligne de production de bouteille. Figure 1 : production de bouteille en verre Cette unité de production nécessite une équipe de maintenance (38 personnes dont 8 électriciens) dans laquelle de nombreux techniciens et cadres viennent de l’IUT Génie électrique de Soissons. Tous les électriciens sont habilités B2V(chargé de travaux), BR (chargé de maintenance), BC (chargé de consignation) et connaissent très bien l’installation électrique pour en faire la maintenance très rapidement. La formation de nouveaux techniciens prend environ 2 à 3 années avant qu’ils soient pleinement opérationnels. La politique de la verrerie est de garder leur savoir faire technique, donc de minimiser la sous-traitance à son maximum. En cas d’interruption d’électricité, un groupe électrogène de 1250kVA avec un moteur V6 bi turbo démarre en 4 secondes et permet d’alimenter les circuits prioritaires de l’usine afin de secourir l’outil de travail. D’ailleurs, tous les automates sont alimentés par l’intermédiaire d’onduleurs qui peuvent maintenir l’alimentation pendant environ 15 minutes. Ces onduleurs sont dans une salle climatisée et leurs batteries au plomb sont changées tous les 4 ans de manière préventive. Auparavant il y a avait deux groupes électrogènes de 800 kVA qui ont fonctionné pendant près de 50 ans. Chaque mois, il y a des essais de bon fonctionnement du groupe électrogène pendant environ 1 heure à charge réelle avec couplage au réseau EDF afin de ne pas faire de coupure de courant. Après cette rapide présentation des spécificités de l’entreprise, nous allons nous intéresser à la manière dont est organisée la gestion de la maintenance ? 2. Outils de gestion de la maintenance Les éditeurs de gestion de maintenance assistée par ordinateur GMAO sont nombreux et très courants [2]. Résumé : La stratégie de maintenance dans une entreprise qui perd plusieurs milliers d’euros par heure à cause d’un blocage de production est capitale. De plus, lorsque la production est à flux tendu, un arrêt de production risque de mettre les clients en rupture ou les détourner vers concurrence pour satisfaire leurs commandes. Dans un premier temps, nous allons présenter l’entreprise et les spécificités du site de production de la société Verallia ainsi que les outils pour connaitre l’historique de la maintenance et la criticité de l’équipement. Puis, nous allons présenter un cas concret sur la stratégie de stockage d’un variateur de 200kW pour savoir s’il faut externaliser la gestion du stock du matériel de rechange en fonction de son coût. La politique de la maintenance sur la standardisation des pièces sera aussi présentée pour faire une synthèse sur la bonne productivité avec un minimum d’arrêt de production. Stratégie de Maintenance : Externalisation de la gestion du stock de matériel La Revue 3EI n°90 Octobre 2017 Thème 9 La verrerie utilise le progiciel de chez SAP (Systems, Applications and Product) [3]. D’ailleurs, toute l’usine a été décomposée en divers éléments en indiquant : • le risque lié à la sécurité des biens et des personnes, • les risques sur l’environnement, • les risques d’arrêt de production donc de chômage partiel, • la maintenance préventive à effectuer. Ceci s’appelle la Matrice de Criticité des équipements et permet d’adapter la maintenance préventive et les pièces détachées en fonction des équipements. Certaines installations peu critiques ne nécessitent par de maintenance préventive et offre la possibilité d’attendre le défaut pour une maintenance curative alors que d’autres bien plus critiques nécessitent une attention particulière (maintenance préventive, prédictive et pièces détachées disponibles sans délai). Le progiciel de GMAO demande à chaque responsable environ 1 heure de travail par jour et aux techniciens environ 15 minutes par jour pour rentrer leurs interventions. Cette entreprise ne peut pas se permettre d’arrêter son flux de production et doit avoir une bonne gestion de ces équipements et gérer un stock important de pièces détachées, ce qui représente un coût important. D’ailleurs, toutes les usines de Verallia en France ont choisi d’avoir une standardisation de l’équipement électrique. La GMAO gère également le stock du groupe en France mais aussi des pays limitrophes, donc une pièce stockée dans une usine peut partir très rapidement dans une autre usine en taxi-colis. Pour l’anecdote, il arrive fréquemment que des pièces d’une valeur de moins de 1 000 € soient transportées entre usine par taxi pour un coût de transport de plusieurs milliers d’euros. Mais les coûts d’arrêt de production sont souvent bien plus importants que ces frais de transport. La rapidité d'approvisionnement en pièces détachées est très liée au bassin industriel. En effet, plus la région est industrialisée et plus la facilité d'obtention de ces pièces sera grande. Cette gestion du stock a demandé une standardisation du matériel électrique dans le groupe Verallia. Cette standardisation (benchmark) implique des réunions 1 à 2 fois par an des responsables techniques qui sont parfois accompagnés de technicien de chaque usine. Ce benchmark n’est en place que depuis une dizaine d’années. Il y a donc encore un grand nombre d’équipements spécifiques différents implantés dans les usines du groupe en fonction des cahiers des charges, des sous-traitants et de l’historique des différentes verreries. La standardisation a permis d’avoir des salariés plus compétents sur certains équipements et le savoir faire peut-être plus facilement transmissible d’une verrerie à l’autre, de même pour des mouvements de personnels. L'étude d'un cas concret de gestion de matériel de maintenance sur un variateur de vitesse va nous permettre de préciser notre propos. 3. Gestion d’équipement (stock, extension de garantie) Nous allons prendre un cas particulier mais transposable à tout équipement pour lequel on doit s’assurer un délai de ré-apprivoisement de quelques heures. Un variateur de fréquence de moteur asynchrone 200kW, U/F constant Schneider ATV 61, 350kg dans une armoire de 2,5m de haut et 0,7m de largeur qui a un coût d’environ 13 000 € HT et une garantie contractuelle classique de 24 mois. Ce variateur alimente un moteur de ventilateur servant à refroidir les moules d’une machine de fabrication de bouteilles. Il fonctionne 24h sur 24h et 365 jour par an dans des conditions de température ambiante de 40 à 50°C. La défaillance la plus fréquente sur un variateur est le vieillissement (séchage) des condensateurs de filtrage entre le redresseur et l’onduleur. Leur durée de vie est d’environ 5 ans à une température ambiante de 45°C [6]. Certains fabricants de variateurs demandent de charger 2 fois l’année les condensateurs pour augmenter leur durée de vie et de stocker le variateur dans un endroit de 25°C. Figure 2 : Armoire du variateur ATV 61 de 200kW chez le réparateur Il est nécessaire de mettre sous tension selon une rampe de tension progressive de 1 à 2 heures au moins une fois par an les condensateurs de filtrage du variateur via les bornes du bus continu [7]. Sur les variateurs, il y a des pannes récurrentes sur le « relais de pré-coupures » qui minimise la pointe de courant des condensateurs de filtrages lors de l’alimentation du variateur. Le variateur doit se mettre en sécurité si la température des transistors de l’onduleur se situe au delà de 100°C. D’ailleurs, le Stratégie de Maintenance : Externalisation de la gestion du stock de matériel La Revue 3EI n°90 Octobre 2017 Thème 10 variateur est protégé en température par un petit ventilateur de 20W. Bien que le capteur de température des transistors de l’onduleur interne au variateur devrait détecter une éventuelle défaillance de ce ventilateur et arrêter l’alimentation du moteur, il arrive parfois qu'un emballement thermique des transistors se produise et conduise à leur destruction. Dans de nombreux variateurs, cette valeur de température limite de fonctionnement des transistors ne peut être paramétrée. Pour obtenir une marge de sécurité, on peut alors surveiller la température à l'aide d'un autre capteur et générer une alarme à partir d'une supervision. Dans le cas des variateurs Leroy Sommer installés dans l'usine, une dynamo tachymétrique indique la vitesse du ventilateur de 20W et c'est parfois celle-ci qui met en défaut le variateur alors que le ventilateur fonctionne correctement ! La fiabilité des composants du variateur est importante, mais celle des composants de sécurités ne l'est pas moins car ils peuvent bloquer le système à cause d’une mesure erronée. Ce moto variateur de 200kW ventile les moules permettant la fabrication des bouteilles de verre sur la machine de la figure 1. En effet, la "thermie" est très importante dans le process verrier. Il faut réguler différentes pressions et températures sur les machines de fabrication des bouteilles pour les refroidir de manières constantes. La gamme de vitesses de ce ventilateur est comprise entre 70% et 100%. Cette plage de variation de vitesse permet de minimiser la consommation d’énergie. Auparavant, la vitesse était constante, on assurait la diminution de la pression en fermant l’ouverture du débit d’air avec un système à aubages mécanique très énergivore. Le variateur de vitesse a permis une régulation bien plus précise mais surtout, a permis une diminution de la puissance absorbée qui passe de 200kW pour 100% de la vitesse à 68 kW avec une vitesse de 70%. En effet, la puissance demandée par le ventilateur correspond à l’équation suivante avec N la vitesse en tr/min: 3 .N r P a  Eq. 1 Sachant que le variateur tourne 50% du temps à 70% avec un prix de l’électricité à 0,08 €/kW.h, le gain de la minimisation de la consommation d’électricité correspond à l’équation 2 suivante : Gain=0,08 €.12h.(200 kW- 68 kW)=127 € / jour Par conséquent, le retour sur investissement de ce variateur est court par rapport à son obsolescence technique car il correspond à l’équation suivante : nbrjour=15 600 € TTC/ 127 € =122 jours Eq. 3 Cette installation implique de gérer le stockage d’un variateur de rechange en cas de défaillance sachant que même sans utilisation du variateur, il y a une obsolescence du produit à cause des condensateurs de filtrage. 3.1. Coût de l'extension de garantie Le fabricant du variateur préconise une extension de garantie après les 24 mois dont le coût le suivant : • Pour 1 an 400 € HT, • Pour 2 ans 800 € HT, • Pour 3 ans 1200 € HT. L'extension de garantie de l’équipement Schneider est en général limitée à 5 ans. Elle peut être étendue à 7 ans si une visite de maintenance à la fin de la 5ième année est prévue avec un changement des condensateurs (Cette visite a un coût de 1400€). Il faut alors prévoir un variateur d’avance pour ne pas avoir d’arrêt de fonctionnement pendant cette maintenance préventive. La solution technique d’un by-pass par contacteur pour alimenter ce moteur ventilateur n’est plus possible car la partie mécanique (aubage) qui régule la pression par bridage de l’aspiration n’existe plus et il faudrait remettre en place un système de démarrage (statorique par exemple). Les prestations de l’extension de garantie pour les variateurs de vitesse de forte puissance comprennent les prestations suivantes : - déplacement sur site en heures ouvrées, - dépannage par des ingénieurs spécifiquement formés et certifiés. Cette opération est en général réalisée par une entreprise sous-traitante agréé par le fabriquant tel que « Devos Vandenhove » sur le soissonnais (spécialiste de la réparation aux composants des variateurs) [4]. De nombreux techniciens supérieurs viennent de l’IUT Génie électrique de Soissons qui ont poursuivi leurs études (école d’ingénieurs, master et surtout licence pro en automatisme) - La fourniture des pièces nécessaires au dépannage. Une extension de garantie représente environ 3% du prix d’achat par an du variateur, ce qui est très raisonnable mais ne garantie pas une rapidité d’exécution de la maintenance. En effet, le constructeur fait un geste commercial sachant qu’il y a 7 variateurs identiques à la vente dans la verrerie de Soissons. L’ensemble de la distribution électrique et tout l’automatisme de l’usine est également de la même marque. Cette extension de garantie a donc un coût mais la possession d’un stock de pièces de rechange a également un coût. Mais quel est-il ? Stratégie de Maintenance : Externalisation de la gestion du stock de matériel La Revue 3EI n°90 Octobre 2017 Thème 11 3.2. Frais de possession d’un stock L’équipementier électrique possède sa propre plateforme de stock mais avec un délai de livraison de 24 heures en général comme nous pouvons l’observer sur la figure suivante. Il peut proposer aussi une solution avec le matériel en stock consignation directement chez le client pour minimiser les temps de livraisons. Figure 3 : Coût entre l’achat et le stockage chez le client avec les délais de livraisons Le stock a un coût entre 20 % à 30 % de la valeur moyenne de l’équipement [5]. Ce pourcentage peut prendre 5% supplémentaire avec les taux d’intérêts s’il y a un emprunt. Ces frais proviennent des charges financières : • Coûts de l’argent immobilisé, • Frais administratifs et impôts. Mais aussi des frais de magasinage : • Coûts de fonctionnement • Amortissements locaux, loyer et équipements • Primes d’assurances (incendie, vol), • Coût d’obsolescence, détérioration du matériel, vol; Il y a aussi les frais de surface qui représente 8 % de la valeur moyenne des stocks, dans le cas ou Schneider Electric constitue un stock de pièces de rechange disponibles dans les locaux du client, il faudra alors tenir compte des frais dits de surface et des frais liés à la responsabilité civil du client. Si l’on prend un coût d’immobilisation de 24% du prix du variateur par an, cela représente près de 3000 € pour la verrerie. Avec une gestion sur une plateforme Schneider le tarif est presque identique à 2900€. On peut observer sur la figure suivante les différents coûts pour les 3 solutions de stockage. Figure 4 : Coût entre l’achat et le stockage par le client (rouge) , le prix du stockage chez le fournisseur (bleu) ou chez le client (vert) du variateur 200kW Sur la figure précédente, nous pouvons remarquer qu’il y a une différence importante entre le coût d’un stock de consignation et l’achat d’un variateur la première année. Cependant, la proposition de stockage sur site proposée par Schneider est très intéressante car étant donné la criticité du variateur, ce dernier sera présent sur site à tout moment pour dépanner la production en cas de besoin et les coûts engagés s’élèveront au coût d’achat du variateur mais seulement au bout de 5 années. De plus, lorsque le client possède l’équipement sur son site, il n’y a pas de frais de prises en charge d’urgence comme on peut l’observer sur la figure suivante : Figure 5 : Client ayant un contrat de maintenance avec l’équipementier sur site En résumé, les avantages et les inconvénients des différents modes de stockages pour la maintenance sont représentés sur la figure suivante : Coût en € du variateur en stock années Stratégie de Maintenance : Externalisation de la gestion du stock de matériel La Revue 3EI n°90 Octobre 2017 Thème 12 Figure 6 : Avantages et inconvénients des différents modes de stockages pour la maintenance Mais quel est le coût de la maintenance après la défaillance du produit ? Après une panne, faut-il acheter un matériel neuf ou faire réparer ? 3.3. Prix de la maintenance curative Début 2016, un des variateurs de 200KW est tombé en panne au bout de 6 ans de bon fonctionnement 24h/24 365j/an. Trois heures ont été nécessaires pour remplacer l’armoire électrique par l’équipe de Verallia. L’afficheur « Pocket » qui a le paramétrage en EPROM n’a pas eut besoin d’être remplacé, ni de re- paramétrage par PC. Le variateur a été réparé pour un coût de 6000 € avec une nouvelle garantie de 12 mois par la société Devos Vandenhove. Le ventilateur de 20W qui est placé à l’arrière du variateur demande une manutention importance. La carte de commande de ce ventilateur était également défectueuse. Parfois, les coûts de la maintenance pourraient être amoindris, si les pièces étaient plus accessibles. Dans ce cas, le produit a été réparé. Mais que ce passe-t-il lorsque les pièces ne sont plus sur le marché ? 3.4. Changement de produit par la marque L’évolution de la technologie des processeurs fait que les variateurs sont renouvelés par les constructeurs environ tous les 8 ans avec de nouveaux algorithmes et de nouveaux « softs » pour les paramétrer. Il faut souvent 1 à 2 journées de formation pour bien manipuler ces outils par un électrotechnicien chevronné. Pour information, ces variateurs peuvent aussi bien commander des moteurs brushless, asynchrone avec une commande scalaire ou flux vectoriel, avec ou sans capteur de position…. Ce renouvellement de gamme occasionne donc des problèmes pour garantir une maintenance rapide surtout si la régulation est complexe. Lorsque l’équipement n’est plus sur le marché, il faut impérativement avoir un variateur paramétré de rechange ou bien une solution alternative type by-pass. 3.5. Test de bon fonctionnement du variateur L’entreprise Devos Vandenhove teste toutes les fonctionnalités du variateur après réparation, en charge dans leurs locaux jusqu’à 200kW. Les ingénieurs aux nombres de 6 réparent environ 15 à 20 variateurs par semaine, avec un rayon d’action de 200km autour de Soissons ainsi que tous types de matériels électroniques. Il y a aussi 6 technico- commerciaux dans ce centre Devos Vandenhove qui font du diagnostic, du paramétrage et pas seulement du démarchage, facturation et autres. Le centre de Soissons possède de nombreux bancs de tests ainsi que l’abonnement électrique pour tester du matériel jusque 200kW comme on peut le voir sur la figure suivante : Figure 7 : Banc de test pour moto variateur de 200kW Sur la figure précédente, On peut observer de nombreuses petites motorisations pour tester les petits variateurs, ainsi que les différentes armoires d’alimentation. Figure 8 : motorisation pour variateur de 200kW (vue de dessus) Génératrice DC Machine asynchrone Machine DC Stratégie de Maintenance : Externalisation de la gestion du stock de matériel La Revue 3EI n°90 Octobre 2017 Thème 13 La maintenance demande d’avoir un matériel assez conséquent pour faire les tests, ainsi que des ingénieurs hautement qualifiés. La société Devos compte d’autres spécialistes sur toute la France qui peuvent être dépêchés d’urgence pour répondre à des besoins spécifiques d’installation ou de maintenance électrique. 4. Conclusion Peut-importe le type de service maintenance (interne ou sous-traitance) que possède une entreprise à feu continu comme les verreries, les pièces de rechange des machines dites « critiques » sont primordiales. Cet article a pu démontrer que le stockage d’équipement coûte relativement cher mais que les fournisseurs proposent certaines solutions économiquement viables. 5. Référence [1] http://www.verallia.com/notre-entreprise/nos-usines [2] https://fr.wikipedia.org/wiki/Gestion_de_maintenan ce_assist%C3%A9e_par_ordinateur#Liste_des_princip aux_.C3.A9diteurs_sp.C3.A9cialistes_GMAO_en_Fra nce [3] https://fr.wikipedia.org/wiki/SAP_(progiciel) [4] http://www.dv-groupe.fr/activities.html [5] l’Usine Nouvelle « Pratique de la gestion des stocks » Pierre ZERMATI et Fabrice MOCELLIN et Hervé BLASSELLE IUT de Metz Département Droit Economie Gestion) [6] Michel Laurent « Condensateurs de puissance : des composants « vivants » au cœur des équipements » http://www.electromagazine.fr/index.php/les-plus-du- mag/les-solutions-techniques/1834-n%C2%B070- condensateurs-de-puissance%20-des-composants- %C2%AB%20vivants%20%C2%BB-au-c%C5%93ur- des-%C3%A9quipements.html [7] https://en.wikipedia.org/wiki/Aluminum_elect rolytic_capacitor