L'intégration des Activités de Maintenance dans la Conception des Systèmes d'Automatisation

165 Pages·2015·3.77 MB·French

Université Lille 1

Centre de Recherche en Informatique,
Signal et Automatique de Lille
UMR 9189
Ecole Doctorale Sciences Pour l’Ingénieur
EDSPI 072

THESE DE DOCTORAT

Présentée par

Ziad IMAM

Pour obtenir le grade de Docteur de l’Université de Lille1
Spécialité Automatique et Informatique Industrielle

L’intégration des Activités de Maintenance
dans la Conception des Systèmes
d’Automatisation

Thèse soutenue le 24/06/2015 devant le jury composé de :

M. Jean Marc THIRIET Professeur Université Joseph Fourier Grenoble (Rapporteur)
M. Ghaleb HOBLOS EC-HDR ESIGELEC - IRSEEM (Rapporteur)
M. Abdessamad KOBI Professeur Université d'Angers (Examinateur)
Mme. Mireille BAYART Professeur Université Lille1 (Directrice)
M. Blaise CONRARD MCF Polytech’Lille (Co-Encadrant)

À mes parents,
ils sauront pourquoi ..

emerciements
R
Je
voudrais tout d’abord exprimer mes plus profonds remerciements à
mes directeurs de thèse, Madame Mireille BAYART, et Monsieur Blaise
CONRARD pour la confiance qu’ils m’ont accordée en acceptant d’enca-
drer ce travail de recherche, pour leurs multiples conseils et pour toutes
les heures qu’ils ont consacrées à diriger cette étude doctorale. J’ai été ex-
trêmement sensible à leurs qualités d’écoute et de compréhension tout au
long de ce travail. Je les remercie également pour m’avoir appris à être
plus autonome tout au long de ce travail de thèse que je n’aurais jamais
pu réaliser sans leur soutien.
Je souhaiterai aussi adresser ma gratitude aux autres professeurs qui
s’occupent des différentes activités du laboratoires. Et j’adresse aussi mes
remerciements aux personnes qui travaillent directement et indirectement
en faveur des doctorants que cela soit au laboratoire, à l’université ou à
l’école doctorale.
Je tiens également à remercier ma famille, mes collègues, mes amis
pour leur soutien et leurs affections.
24 2015
Villeneuve d’Ascq, le juin .
v
able des matières
T
able des matières
T vi
iste des figures
L vii
réface
P 1
1 ackground
B 9
11 éfinitions et erminologie 11
. D T . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2 La Sûreté de Fonctionnement (Dependability) . . . . . . . 14
1.2.1 Lafiabilité(Reliability) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.2.2 Ladisponibilité(Availability) . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.2.3 Lamaintenabilité(Maintainability) . . . . . . . . . . . . . 25
1.2.4 Lasécurité(Safety) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.3 Les défaillances (Failures) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.3.1 Classificationdesdéfaillances(NFEN13306)(NFX60500) 31
1.3.2 Lesmodesdesdéfaillances. . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.3.3 Lanotionduvieillissement . . . . . . . . . . . . . . . . 33
1.3.4 Différentesdistributionsdesdéfaillances . . . . . . . . . 34
1.3.5 Analysesqualitativesdessystèmes . . . . . . . . . . . . 35
14 a maintenance 37
. L . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.4.1 Cinqniveauxdemaintenance . . . . . . . . . . . . . . . 37
1.4.2 Degrésdemaintenance . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
1.4.3 Différentstypesoustratégiesdemaintenance . . . . . . 39
15 onclusion 46
. C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 odèle d optimisation de la maintenance préventive
M ’ 49
21 ntroduction 51
. I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22 escription du problème 51
. D . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.1 Sélectiondel’architectureoptimaledusystème . . . . . . 52
2.2.2 Sous-problèmes:Adaptationàl’histoiredelamaintenance 55
2.2.3 Hypothèses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
23 ptimisation de maintenance 58
. O . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.1 Besoind’optimisationdemaintenance . . . . . . . . . . 58
2.3.2 Lesdifférentesméthodesd’optimisation . . . . . . . . . 59
2.3.3 Modèlesd’optimisationdemaintenance . . . . . . . . . 60
2.3.4 Lamaintenancecommeobjectifdeconceptionoptimale . 65
2.3.5 L’optimisationmulti-objectiveduremplacementpréventif 68
24 e remplacement des composants 69
. L . . . . . . . . . . . . . .
2.4.1 Importancedesétudes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
25 onclusion 71
. C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
vi
3 éthode de sélection des actions de maintenance et
M ,
intégration de la méthode dans la conception
73
31 ntroduction 75
. I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
32 odélisation du système 75
. M . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.1 Modélisationetarchitectured’unsystème . . . . . . . . 75
3.2.2 Modélisationdysfonctionnelledescomposants . . . . . . 77
3.2.3 Modélisationdysfonctionnelled’unsystème . . . . . . . 77
3.2.4 Modélisationdelamaintenance . . . . . . . . . . . . . . 80
33 éthodededéterminationdesactivitésdemaintenance 81
. M
3.3.1 Descriptionduprocessus . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
3.3.2 Évaluationdelafiabilité . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
3.3.3 Processusdedéterminationoptimaledesactionsdemain-
88
tenance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
34 éthode de sélection de larchitecture optimale du
. M ’
système 94
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
35 onclusion 98
. C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4 pplications et exemples de la méthode de décision
A 101
41 e convoyeur pneumatique 103
. L . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1.1 Descriptiondusystème . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
4.1.2 Évaluerlafiabilité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
4.1.3 Définirlamissiondusystème . . . . . . . . . . . . . . . 106
4.1.4 Ladémarche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
42 onclusion du chapitre 132
. C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
onclusion générale
C 133
nnexes
A A 137
1 ois d algèbre de oole 139
A. L ’ B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 ois de probabilité 140
A. L . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3 tatistiques 143
A. S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4 onctions de distributions 145
A. F . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 aux des défaillances 146
A. T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
otations
N 147
iste des figures
L
1 7
Structure du mémoire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11 11
. Comportement d’un système . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12 12
. Structure du système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13 12
. Système en parallèle, en série et combiné . . . . . . . . . . .
14 13
. Étape du système de service à base d’une mission . . . . . .
15 16
. Arbre de sûreté de fonctionnement . . . . . . . . . . . . . . .
16 17
. Résistance, charges, défaillance . . . . . . . . . . . . . . . . .
vii
1.7 Fiabilité R, dé-fiabilité R . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
18 18
. Fonction de densité de probabilité et fonction de répartition
19 19
. Fonction de densité de probabilité . . . . . . . . . . . . . . .
110 20
. Fonction de distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
111 21
. Courbe en baignoire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
112 22
. MTTF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
113 22
. MTTFF, MTBF, MTTF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
114 23
. L’état du système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
115 23
. Disponibilité, indisponibilité . . . . . . . . . . . . . . . . . .
116 24
. MUT, MDT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
117 26
. MTTR d’un système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
118 28
. Réduire les risques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
119 30
. Défaillance, erreur et panne . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
120 31
. Transition de la faute à l’état de panne . . . . . . . . . . . . .
121 34
. Processus de dégradation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
122 40
. Activités et temps de la maintenance corrective . . . . . . .
123 41
. Coûts de maintenance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
124 43
. Fiabilité avec et sans maintenance préventive . . . . . . . . .
125
. Remplacement par bloc, PM : maintenance préventive et
43
CM : maintenance corrective . . . . . . . . . . . . . . . . . .
126 43
. Remplacement basé sur l’âge . . . . . . . . . . . . . . . . . .
127
. Seuil du remplacement avec une dégradation moyenne
2004 44
(Rausand Hoyland, ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
128
. Garantirladisponibilitédusystèmeexigel’optimisationdes
46
coûts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
129 47
. Stratégies de maintenance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
21 52
. Possibilités de définir l’objectif de la conception . . . . . . .
22
. Sélection de l’ensemble des architectures admissibles du
53
système, puis la meilleure architecture . . . . . . . . . . . . .
23
. Des choix multiples des architectures, la méthode est ca-
pable de déterminer l’architecture optimale du système
53
pour telles conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
24 53
. Les actions de maintenance proposées lors de l’intervention
25 54
. Dégradation de performance . . . . . . . . . . . . . . . . . .
26 55
. Nature du système de maintenance . . . . . . . . . . . . . .
27
. Adaptation aux événements non planifiés, après avoir une
défaillance, la méthode fournit des solutions adaptées au
56
changement non-planifié . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
28
. Inspection à des durées différentes et donc pas forcément
56
périodiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
29
. Il n y a pas de restriction par rapport aux variations des
57
taux des défaillances au cours du temps . . . . . . . . . . . .
210
. Impact direct des actions proposées sur la fiabilité du sys-
tème - R : limite de fiabilité . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
sp
211 60
. Processus d’optimisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
212 61
. Durées d’inspections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
213
. Lesystèmedesoutienchargédesupporterlafonctionnalité
66
du système conçu pendant l’exploitation . . . . . . . . . . .
viii
214
. Objectifs d’optimisation pour la maintenance (B.S. Dhillon,
2006 67
) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31 76
. Modèle fonctionnel hiérarchique . . . . . . . . . . . . . . . .
32 76
. Des exemples de diagrammes des blocs . . . . . . . . . . . .
33 78
. Décomposition des missions . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
34 79
. Exemple de défaillance du système. . . . . . . . . . . . . . .
35 82
. Les étapes du processus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
36 83
. Processus de la prise de décision . . . . . . . . . . . . . . . .
37 84
. Définition de la fiabilité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
38 84
. Fiabilité conditionnelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
39 85
. Densité de défaillance, et fonction de répartition . . . . . . .
310 85
. Sous-structures de base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
311
. Évaluation de fiabilité pour un système pour une mission
de durée d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
312
. Représentation de la défaillance du système à deux compo-
sants en redondance pour une mission d . . . . . . . . . . . 87
313
. Dans le cas général, la représentation de la défaillance du
système résultant (cid:102) entre t et t+d . . . . . . . . . . . . . . . 88
3.14 Validation du système pour une mission entre t et t+d . . 89
315 90
. Démarche d’optimisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
316
. Impact direct des actions proposées sur la décision des ac-
94
tions suivantes selon la fiabilité . . . . . . . . . . . . . . . . .
317 95
. Problème de détermination de l’architecture optimale . . . .
318 96
. Sélectionner l’architecture optimale . . . . . . . . . . . . . .
319
. L’algorithme du processus de conception, je re-précise que
les coûts d’action, de défaillance et le prix de composant
99
sont déjà fournis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
41 103
. Schéma simplifié du système de convoyeur pneumatique . .
42 104
. L’unité d’aspiration du système de convoyeur . . . . . . . .
43 104
. Variation des taux des défaillances . . . . . . . . . . . . . . .
44 105
. Structure du système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
45 105
. Représentation de la défaillance du système . . . . . . . . .
4.6 Validité du système pour une mission d . . . . . . . . . . . . 107
47 108
. Les démarches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
48 110
. Variation des taux des défaillances . . . . . . . . . . . . . . .
49
. Application de la méthode d’une manière périodique -
NoMa signifie no maintenance et Re pour indiquer au rem-
112
placement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
410 112
. Application de la méthode d’une manière non-périodique .
411 115
. Adaptation de la méthode à l’historique de la maintenance
412 119
. Le principe du sous-système de diagnostic . . . . . . . . . .
413 120
. La modification de l’architecture du système . . . . . . . . .
414 120
. La détection d’une erreur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
415 121
. BDD du système de convoyeur . . . . . . . . . . . . . . . . .
416
. Lenombreannueld’accidentsimpliquantdescapteursdans
les secteurs industriel automatisés par secteur d’activité
1992 2011 125
entre et [ARIA] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
417 126
. Seuil de décision du capteur pour déclencher l’alarme . . .
ix
418 126
. Deux modes de dysfonctionnement du capteur . . . . . . .
419
. Arbre de décision décrivant les différents états du système
127
de convoyeur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
420 135
. Système de la cuve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 140
A. Opérateurs logiques (wikimeca.org) . . . . . . . . . . . . . .
A.2 X et Y des évènements de S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
3 143
A. Le médian . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4 144
A. Le mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 2008 145
A. Fonctions de distribution (Bertsche, ) . . . . . . . . . . .
6 2008 146
A. Taux des défaillances (Bertsche, ) . . . . . . . . . . . . .
x