TUYAUTERIE, AMELIORES

Domaine de 1 ' invention

La présente invention concerne le domaine de la fabrication de supports de tuyauterie pour des salles d'équipements d'un site industriel (centrale nucléaire, centrale électrique, usine de l'industrie chimique ou autre...), telles que les salles des machines, l'ilot nucléaire et ses auxiliaires, ou l'ilôt conventionnel de la centrale nucléaire.

Dans une salle d'équipements de ce type, les tuyauteries utilisées notamment pour alimenter en fluide certaines machines, sont fixées aux parois de la salle par l'intermédiaire de dispositifs de suspension autrement nommés supports .

Un dispositif de suspension de ce type est généralement composé d'une embase rectangulaire, fixée contre la paroi de la salle à équiper, d'une attache en forme de collier entourant la tuyauterie, et d'un tronçon rigide à section transversale rectangulaire ou circulaire, s 'étendant entre l'embase et l'attache en étant rigidement fixé par ses extrémités à celles-ci.

Etat de la technique et ses inconvénients

La demande de brevet américain US 2011/0304628 décrit un procédé permettant de configurer par ordinateur le profil de tuyauteries dans une salle d'un site industriel, équipée de machines, après avoir obtenu une détection tridimensionnelle de type nuage de points, de la salle et de ses équipements.

Ce programme calcule automatiquement les formes, longueurs, diamètres d'une succession de tronçons de tuyauterie ou de coudes destinés à former lorsque mis bout à bout la tuyauterie elle même, pour éviter aux opérateurs d'effectuer eux mêmes une sélection de tronçons et de coudes standards au sein d'un catalogue.

La géométrie des tronçons et des coudes ainsi déterminée peut être utilisée pour la fabrication de ces tronçons de tuyauterie en dehors de la salle, ce qui diminue les risques d'accidents et autorise l'accès à cette salle pendant la fabrication.

Les tronçons de tuyauterie sont profilés automatiquement par ordinateur à partir de la forme tridimensionnelle de la salle et des équipements dont elle est pourvue, ce qui accélère leur fabrication et est censé faciliter 1 ' intégration de la tuyauterie obtenue dans la salle .

Cependant, ce progrès réalisé pour profiler les tronçons de tuyauterie est mis à mal lorsqu'il s'agit de fixer la tuyauterie dans la salle, les supports standards utilisés pour cette fixation ne garantissant pas nécessairement un positionnement précis de celle-ci à l'emplacement prévu et ainsi pas non plus une intégration dans la salle conforme celle programmée par ordinateur.

Au mieux, ils sont modifiés pour que le positionnement des tuyauteries soit conforme au plan théorique, mais cette transformation s'effectue sur le site par découpe et soudage, ce qui augmente les risques d'accidents, diminue la possibilité d'accès à la salle pour d'autres équipes d'intervention et affecte les opérations réalisées dans les salles environnantes.

En effet, la méthode de réalisation traditionnelle des supports de tuyauterie consiste généralement à la mise en oeuvre des étapes suivantes :

• à partir d'un plan théorique de la salle incluant la répartition des tuyauteries au sein de celle-ci, et celle de leurs supports, on commence par réaliser les barres rigides des supports en découpant des tronçons intégrant chacun et à chacune de leurs extrémités, des sur-longueurs de l'ordre de 50 à 100 mm par exemple vis à vis de la barre rigide correspondante à réaliser. Ces sur-longueurs seront découpées sur site pour former des chanfreins permettant d'assurer un positionnement correct de la barre rigide du support ainsi réalisée malgré l'écart existant éventuellement entre le plan défini par la paroi contre laquelle le support est réellement fixé dans la salle considérée, et le plan théorique.

• Les embases des supports des tuyauteries sont disposées à leurs emplacements prévus dans la salle, en étant plaquées contre la paroi correspondante de la salle,

• des opérateurs estiment pour chaque tronçon à fixer sur une embase, le plan de découpe et la longueur de la portion découpée permettant d'assurer au tronçon fixé sur l'embase considéré, la position théorique de la barre du support (horizontale ou verticale)

• les opérateurs soudent les tronçons chanfreinés et découpés pour constituer les barres des supports, aux embases correspondantes par la réalisation de cordons de soudure sur site

• les opérateurs fixent les attaches aux extrémités des barres des supports

les tuyauteries sont montées sur les attaches.

L'on comprend bien que cette pose traditionnelle des tuyauteries génère une forte activité sur le site et multiplie les risques d'accidents professionnels. Elle peut s'avérer par ailleurs relativement longue et coûteuse compte tenu de la quantité de supports pouvant être présents dans une salle de site industriel (une tranche d'EPR compte plus de 50.000 supports et plus de 1600 salles).

De plus, le retour d'expérience de Fukushima a permis de mettre en évidence des faiblesses autour des systèmes de support des tuyauteries qui sont en parties relatives au procédé en lui-même de mise en œuvre des tuyauteries .

Cette problématique a crée un besoin de traçabilité des efforts, contraintes, modifications subies par les supports pour répondre à des exigences de sûreté nucléaire, et de perfectionnement à apporter au dimensionnement de ces supports pour que le positionnement de l'axe de la portion de tuyauterie qu'ils supportent, soit garanti.

Solution proposée par 1 ' invention

Afin de remédier à ces inconvénients, l'invention concerne selon son acception la plus générale un procédé de fabrication d'une série de supports de tuyauterie comportant :

les étapes successives :

d'implantation physique sur les parois de la salle, de marqueurs comportant un identifiant unique apte à une acquisition sans contact, ces marqueurs étant positionnés sur des embases réparties sur les parois de la salle à équiper, aux emplacements prévus pour la fixation des supports

de relevé par acquisition sans contact :

o de l'identifiant de chaque marqueur et

o du positionnement spatial de chaque embase portant un marqueur par rapport à un point de référence PO présent dans la salle, par relevé tridimensionnel o

de fabrication de supports de tuyauterie associés chacun à un marqueur particulier identifié, avec une géométrie dépendant du positionnement spatial de l'embase correspondante

et d'identification de chaque support ainsi fabriqué, en lien avec le marqueur associé. L'invention propose ainsi un procédé perfectionné d'acquisition automatique de données relatives à des marqueurs disposés dans une salle, permettant le lancement de la fabrication de supports à façon à partir de supports standards .

L'ensemble des éléments constitutifs du support associés à un même marqueur peut en outre être dimensionné de façon à garantir un positionnement particulier du tronçon de tuyauterie supporté par ce support.

La présence de ces marqueurs, et des identifiants pour les supports associés permet également la mise en place d'une traçabilité des efforts supportés et/ou des modifications intervenues sur chaque support.

La fabrication des supports à façon peut en outre s'effectuer en dehors du site et de manière industrielle, ce qui réduit les risques d'accidents et la gêne occasionnée sur le site. L'invention peut par ailleurs présenter l'un et/ou l'autre des aspects suivants :

- un point caractéristique tridimensionnel et un vecteur sont déterminés à partir des points de référence,

- les points de référence sont déterminés par rapport à un élément fixe présent dans la salle, faisant office d'origine d'un référentiel et possédant ses propres points de références relevés par acquisition sans contact ,

- le procédé peut comprendre une étape de détermination du chemin de relevé des points de référence des différents marqueurs le plus rapide par acquisition sans contact, et une étape de relevé de ces points selon le chemin le plus rapide déterminé

- l'étape de détermination du chemin le plus rapide peut prendre en compte la présence d'obstacles dans la salle susceptibles de rendre nécessaire un déplacement du dispositif d'acquisition sans contact, tels que la présence d'échafaudages) - durant l'étape de fabrication d'un support, la barre rigide de chaque support est usinée suivant un plan dépendant des points de référence du marqueur associé, cette extrémité modifiée étant destinée à être fixée sur l'embase du support

- durant l'étape de fabrication d'un support, la longueur de la barre rigide de chaque support et/ou le positionnement de l'attache le long de la barre, et/ou l'inclinaison de l'attache par rapport à la barre, sont dimensionnés en fonction des points de référence du marqueur associé afin de garantir une conformité de la tuyauterie installée avec la tuyauterie selon la représentation numérique théorique

- chaque élément constitutif d'un support fabriqué à façon, à savoir la platine, la barre rigide, l'attache d'un même support, porte un identifiant qui le relie au marqueur correspondant ,

- les identifiants des différents éléments constitutifs d'un même support fabriqué à façon sont listés ensemble et rattachés à l'emplacement du marqueur correspondant et ainsi positionnés dans une salle particulière du site industriel et à un emplacement particulier de cette salle, de façon à pouvoir assurer une traçabilité de chacun des éléments constitutifs et d'identifier par exemple l'emplacement au sein du site, d'un support dont un élément aurait été déclaré comme défectueux après son installation sur le site

- la géométrie des éléments constitutifs d'un support est dimensionnée en outre en fonction du positionnement de l'axe longitudinal du tronçon de tuyauterie à fixer sur le support tel que défini dans un plan théorique incluant un élément d'origine théorique correspondant à l'élément d'origine présent dans la salle

- l'identifiant d'un support intègre l'enregistrement de mesures de contraintes physiques subies par le support telles que les mesures délivrées par un capteur d'effort, une jauge de contrainte

- lorsque qu'un support est modifié, après sa fixation à l'emplacement du marqueur associé, l'identifiant du support intègre les nouvelles caractéristiques du support modifié ,

- lorsqu'un identifiant d'un élément constitutif d'un support, et/ou lorsque le marqueur de l'embase est scanné par un terminal mobile d'un opérateur, une interface de gestion de maintenance s'ouvrira sur le terminale mobile et permettra :

* de prendre connaissance de la maintenance

particulière à effectuer sur l'élément correspondant du support,

* éventuellement sous la forme d'étapes successives de maintenance, chacune devant être validée par une action de l'opérateur dans l'interface (validation d'un objet informatique « ok », signature électronique requise, prise d'une image représentant la tâche effectuée...) pour confirmer l'achèvement de l'étape considérée avant de pouvoir accéder dans l'interface à l'étape suivante.

* l'ensemble des étapes de maintenance effectuées pour chacun des éléments constitutifs du support étant stocké pour conserver une traçabilité de la maintenance réalisée sur chacun des éléments constitutifs du support et connaître à tout moment les actions de maintenance réalisées sur l'élément en question, durant son cycle de vie (maintenances préventives et correctives ) .

L'invention concerne également un système de fabrication d'une série de supports de tuyauterie à façon, chaque support de tuyauterie comprenant une embase à fixer contre une paroi de la salle une attache à fixer sur la tuyauterie, et une barre rigide reliant l'embase à l'attache, les supports étant destinés à équiper une salle afin de fixer la tuyauterie, qui permet la mise en œuvre du procédé ci-dessus.

Selon l'invention, le système comprend :

un dispositif d'acquisition sans contact apte à procéder au relevé :

o de l'identifiant de chaque marqueur et

o du positionnement spatial de chaque embase portant un marqueur par rapport à un point de référence PO présent dans la salle, par relevé tridimensionnel, un serveur en communication avec une unité de fabrication d'éléments constitutifs des supports, et susceptible de traduire les relevés de positionnement spatial de chaque embase, en géométries particulières pour les éléments constitutifs du support associé.

Le système selon l'invention peut par ailleurs présenter l'une et/ou l'autre des caractéristiques suivantes : le dispositif d'acquisition sans contact comprend une unité de calcul du chemin de relevé des points de référence des différents marqueurs par acquisition sans contact, le plus rapide, et une unité de commande du relevé des points de référence selon le chemin le plus rapide calculé,

le dispositif d'acquisition sans contact comprend :

o des moyens de détection d'éléments de construction présents dans ou derrière une paroi latérale de la salle, tels que des armatures de rigidification de la paroi considérée, et

o des moyens de relevé du positionnement spatial de ces éléments de construction vis à vis du point de référence PO,

o le serveur étant apte à communiquer à l'unité de fabrication d'éléments constitutifs des supports, les relevés de positionnement spatial de chaque éléments de construction de façon à ce que la géométrie de l'embase et/ou l'implantation des orifices de fixation de cette embase sur la paroi soit adaptée pour éviter de positionner un orifice de fixation de l'embase en vis à vis d'un élément de construction détecté.

Par exemple, la détection d'éléments de construction pourra être effectuée par mesures magnétiques dans le cadre de béton armé ou de conduites présentes derrière le mur, éléments de construction qui devront être évités lors du positionnement des fixations des supports sur l'embase.

Description des figures

L'invention sera maintenant décrite en référence aux figures annexées parmi lesquelles :

- la figure 1 illustre schématiquement la problématique de la fixation d'un support standard sur la paroi latérale d'une salle de machine, non verticale,

- la figure 2 représente schématiquement le chanfrein réalisé à une extrémité du support standard de la figure 1, conformément au procédé selon l'invention, pour permettre à ce support de conserver une position horizontale même si la paroi à laquelle il est fixé n'est pas parfaitement verticale et de garantir un positionnement correct de l'axe de la portion de tuyauterie fixée au support.

Description détaillée des figures

L'invention concerne un procédé de fabrication d'une série de supports de tuyauterie à façon permettant une acquisition automatique de données relatives au positionnement de ces supports sur le site, dont seront déduites les dimensions des supports à réaliser. Ce procédé permet en outre la mise en place d'une traçabilité des contraintes subies par chaque support.

Il permet de s'affranchir des écarts existants entre un plan théorique d'une salle d'un site à équiper en tuyauterie, et la géométrie réelle de la salle, tout en accélérant la fabrication des supports.

Dans ce procédé, on commence par préparer une maquette virtuelle de l'espace interne de la salle d'implantation des tuyauteries à partir par exemple d'un plan d'architecte 2D ou 3D de la salle fourni par le site industriel (contenant les côtes des murs, la présence de fenêtres, éventuellement la présence de machines ou équipements...) et à intégrer dans cette maquette, la configuration de la tuyauterie à installer. Les tuyauteries ainsi configurées sont considérées comme des invariants du système.

On détermine à partir de cette maquette virtuelle, l'emplacement de différents supports standards (rectilignes ou en forme de coude) le long de la tuyauterie, et celui de platines 1 qui constitueront les embases des supports de ces tuyauteries .

Aux emplacements choisis dans la salle de cette maquette virtuelle, les platines présentent chacune un point caractéristique théorique P _t (ses coordonnées dans un espace xt, yt, zt par rapport à un point de référence PO coïncidant avec un point de référence correspondant PO dans la salle réelle) et un vecteur V _t (par exemple le vecteur normal au plan défini par la paroi sur laquelle la platine est implantée dans la salle de cette maquette virtuelle).

Sur le site, dans la salle réelle, on fixe des platines et des marqueurs sur ces platines et intégrant un identifiant type puce RFID dans lequel aura été enregistré le point caractéristique théorique P _t et le vecteur V _t du support associé. Ces marqueurs sont disposés approximativement aux emplacements correspondants à ceux des supports de la salle virtuelle, contre les parois (murs, plafond, sol) de la salle réelle .

Dans la salle réelle, on procède à une acquisition de type sans contact des données portées par les marqueurs ainsi qu'à l'acquisition du positionnement spatial tridimensionnel des platines. Par exemple, on acquiert ou l'on détermine à partir du positionnement spatial de chaque platine, les coordonnées tridimensionnelles numériques de points caractéristiques pour cette platine : au moins un point P _c caractéristique de chacune desdites platines, et au moins un vecteur caractéristique de chacune desdites platines. Par exemple, le point Pc pourra coïncider avec le centre de la platine et le vecteur Vc représenter le vecteur normal à la platine. Par exemple, le positionnement spatial de chaque platine pourra être déduit des coordonnées tridimensionnelles d'un point central de la platine, et de quatre points positionnés à mi-longueur de chacun de ses quatre bords.

Cette acquisition peut être effectuée par un système de captation 3D mobile et autonome (caméra 3D, drone, robot) ou d'un système de captation manuel permettant la capture de l'espace réel dans la salle.

Par exemple, on calcule ensuite les écarts D _p et D _v existants entre chaque platine fixée dans la salle réelle et la platine correspondante de la maquette virtuelle, et ainsi entre respectivement le point P _c et le point P _t , et entre le vecteur V _c et le vecteur V _t _

En fonction des écarts relevés pour chaque platine Dp et Dv, on modifie en dehors de la salle, voire du site, la géométrie de la barre rigide 2 de chacun des supports standards Ss sélectionnés (i.e. création d'un chanfrein 3 à l'extrémité de la barre devant être soudée sur la platine 1 suivant un plan de coupe orienté et positionné le long de cette barre en fonction des écarts Dp et Dv, et donc en fonction du positionnement spatial réel de l'embase sur le site, adaptation de la longueur de cette barre rigide, et/ou du positionnement de l'attache le long de la barre, et/ou de l'inclinaison de l'attache par rapport à la barre).

Egalement grâce à ces écarts, les géométries des éléments constitutifs du support sont dimensionnés en outre en fonction du positionnement l'axe longitudinal du tronçon de tuyauterie à fixer sur le support tel que défini dans un plan théorique incluant un élément d'origine théorique correspondant à l'élément d'origine présent dans la salle.

Et on enregistre pour chacun des supports modifiés Sm, un identifiant qui le relie à la platine correspondante de la salle réelle.

Le système de captation enregistre en outre l'identifiant du volume à enregistrer (dans notre cas : salle des machines, Ilot nucléaire, Station de pompage, Galeries...) . Cet identifiant peut-être une puce de type RFID, un code à barre ou une identification manuelle.

Cet identifiant précise alors le nombre d'éléments (marqueurs) à scanner dans l'exercice de captation et incrémente le fichier informatique d'ordonnancement. Si ces identifiants sont des puces de type RFID, le système de captation enregistre la localisation spatiale de tous les éléments à scanner. Le système informatique d'ordonnancement calcule et planifie le « trajet de captation optimum » synthétisé au travers du fichier d'ordonnancement.

Le système de captation scanne l'identifiant de l'élément à enregistrer, dont les coordonnées sont pré enregistrées dans la mémoire de l'appareil. Dans le cas où la salle ou l'élément n'est pas équipé de ces repères permettant le lien au modèle 3D, un cheminement permettra de rattacher les points de repère mis en place par le Géomètre dans la salle, sur au moins deux points contractuels (choisis le plus favorablement).

Les relevés sont réalisés à l'aide d'un calage spatial X/Y/Z de l'appareil en station.

Les ouvrages étant définis dans le système de coordonnées local, toutes les prestations de relevé, implantations, etc.. sont rattachées à ce système de coordonnées.

Dans le cas d'une captation automatique, le système de captation ne s'acquittera de la phase de captation d'un exercice que lorsque l'ensemble des identifiants faisant partie du volume seront enregistrés dans le fichier d ' ordonnancement .

Dans le cas d'une captation automatique, le système de captation ne passera à la captation d'un nouvel élément que lorsque les coordonnées du précédent élément du fichier d'ordonnancement auront été enregistrées.

Une fois la captation effectuée, la différence entre les marqueurs de la maquette virtuelle et les marqueurs réels est interprétée.

Un contrôle de consistance fondamentale est performé sur les côtes fonctionnelles. La valeur d'écart entre la longueur réelle et la longueur fonctionnelle issue de la note de calcul est déterminée.

Les calculs réalisés en amont, sont basés sur la position théorique des platines. Une fois les nouvelles coordonnées « réelles » mises à jour, le contrôle de consistance fournit des avertissements en cas d'instabilité des calculs. Tous les avertissements doivent être traités afin de rendre la note de calcul «définitive » et alors qualifier l'élément de « Position conforme » .

Ce contrôle n'a pas l'ambition d'être étanche mais avertira quand même quand le calcul des cotes fonctionnelles souffre de problèmes de stabilité importants.

L'élément de supportage est qualifié « Position conforme » dès lors que la modification de ses coordonnées permet de garantir que l'axe nominal de la tuyauterie reste exactement sur l'axe du modèle théorique.

Pour s'assurer de la validité des côtes fonctionnelles reprises dans la feuille de sortie des résultats, la feuille même de la note de calcul devra être vérifiée dans son intégralité .

Ci-dessous, sont décrits tous les contrôles effectués, garantissant le maintien des calculs :

Contrôle de la définition de la position spatiale de l'ensemble « Support-Platine »

Contrôle du maintien de la morphologie correcte de l'ensemble « Support-Platine »

Contrôle de la détermination du plan de platine

Contrôle de la planéité des points d'intersection calculés

Contrôle de la longueur fonctionnelle minimale

Une fois le statut de l'élément qualifié de « position conforme » , le bureau des méthodes détermine la longueur du fer principal du support ainsi que le plan de coupe sur les 3 axes de son extrémité à souder en interface avec la platine, qu'il reporte sur le plan de celui-ci. L'indice du plan de support tient compte de cette modification, est incrémenté et suivi de la mention : « Mise à jour suite au relevé de position de la platine »

Les lancements en fabrication de ces supports tiennent alors compte des détections réalisées sur site.

Le support est alors produit « à façon » en atelier et expédié sur site, prêt à monter. Sans la moindre activité d'usinage de la pièce sur site, le soudeur effectue la pose du support en le soudant sur tout son périmètre.

Comme visible sur la figure 2, la longueur de la barre rigide de chaque support et/ou le positionnement de l'attache le long de la barre, et/ou l'inclinaison de l'attache par rapport à la barre, sont dimensionnés en fonction des points de référence du marqueur associé.

La géométrie des éléments constitutifs du support peut même être dimensionnée en outre en fonction du positionnement l'axe longitudinal du tronçon de tuyauterie à fixer sur le support tel que défini dans le plan théorique pour garantir la position de l'axe de la tuyauterie dans la salle conformément au plan théorique.

Le procédé tel que décrit ci-dessus présente différents avantages dans les domaines suivants :

Santé-sécurité :

• Il évite l'usinage des éléments constitutifs du support sur le site, ce qui permet de s'affranchir de requérir un permis de feu en phase de montage et diminue les co- activités dans la salle, l'intervention pour la mise en place des supports étant réduite essentiellement aux taches de montage.

• Réduction des interfaces avec les autres corps de métier • Possibilité de réaliser des essais de tenue sismique par éléments finis car les enveloppes 3D des supports sont disponibles .

Opérationnel :

• Fabrication des tuyauteries à leur juste longueur

• Fabrication des supports « à façon » et 100% fini à leur arrivée sur site

• Sur Flamanville, taux de qualité : 98,5%

• Maintenant on installe 100% des supports puis les tuyaux.

• Gains majeur en termes de correspondance de timing.

• Absence de Moyens temporaires de supportage

• Propreté accrue des zones de montage

Qualité / traçabilité :

• Installation de puces RFID en atelier sur les supports pour :

o La traçabilité logistique des supports et des lots de supports

o La reconnaissance de la concordance sur site

( platine/support )

o Des assurances de traçabilité vis-à-vis des autorités de sûreté nucléaire (traçabilité de chaque support et facilité de repérage pour les actions de maintenance ) .

• Calcul précis de la tenue sismique des supports

Facilité de mise en œuvre

Lorsque la captation du positionnement spatial de chaque embase portant un marqueur, s'effectue de façon automatique, c'est à dire par un système de captation autonome ne nécessitant aucune intervention humaine pour mener à bien les mesures, la prise de mesure en est d'autant accélérée.

Notamment, cette acquisition automatique permet de s'affranchir de la nécessité d'acquisition pour chaque embase d'un point « 0 » de référence par une personne compétente, de la nécessité d'un positionnement précis du dispositif de mesure par l'opérateur vis à vis de l'embase et de la multiplication du nombre d'opérateurs à faire intervenir en fonction du nombre d'embases présents sur le site.

Ainsi, une captation de mesures, analyse, identification et transmission groupée mesures/identifiant, qui pouvait prendre plusieurs jours lorsqu ' effectuée par des opérateurs sur le site, ne prend plus que plusieurs heures grâce à la captation automatique, par drone ou robot.