L’ANALYSE DE LA DISPONIBILITE DANS LE CADRE D’UNE EXPLOITATION DE SYSTEMES

DISPONIBILITE DES SYSTEMES COMPLEXES : UN ENJEU INDUSTRIEL

   Dans un contexte de concurrence internationale accrue, la complexité croissante des systèmes ainsi que la généralisation de la tolérance aux conditions sévères d’usage impliquent non seulement une maîtrise de la phase d’exploitation mais également des processus de production. En effet, l’exploitation d’un système sera étroitement liée à la réalisation d’un bien ou d’un service. L’exploitation d’un système peut se présenter dans ce sens comme un vecteur de productivité qu’il est nécessaire de maintenir en vue d’assurer la continuité des services de l’exploitant. Ce niveau de service peut-être caractérisé par un certain nombre d’indicateurs de performance. On emploie souvent les concepts de disponibilité, de fiabilité, de taux d’engagement, de rendement. Ces concepts bien que complémentaires ont des significations et des finalités différentes. Nous nous intéresserons, dans cette thèse, plus particulièrement au concept de disponibilité et à la façon de l’évaluer. Dans ce cadre, on parlera de plus en plus de la notion de maîtrise de la disponibilité. En effet, la disponibilité d’un système est une caractéristique complexe à définir, à expliciter et à appréhender tant pour l’exploitant que pour les industriels. Par le passé, les industriels exploitaient la notion de disponibilité au stade de la conception pour quantifier et classer des variantes de solutions techniques. Les modèles de disponibilité alors développés étaient centrés sur les caractéristiques techniques des systèmes telles que la fiabilité et la maintenabilité. Aujourd’hui, l’évolution de l’usage de la notion de disponibilité tend de plus en plus vers un engagement contractuel, corollaire d’un environnement de plus en plus contraint. En effet, l’ambition actuelle des exploitants de systèmes complexes (Aéronefs, Trains, Navires, Centrales électriques,..) est de réduire au maximum leurs coûts de soutien et de fonctionnement en envisageant une implication contractualisée plus importante des industriels qui conçoivent et fabriquent ces systèmes. Dans ce nouveau contexte, la prise en compte de la disponibilité en tant qu’engagement contractuel nécessite de disposer de modèles intégrant l’ensemble des facteurs d’influence et en fournissant une vision partagée par l’ensemble des acteurs : industriels et exploitants. Pour atteindre cet objectif, les industriels doivent avoir à leur disposition des méthodes et des outils permettant de modéliser l’exploitation des systèmes pour pouvoir en évaluer la disponibilité et la maîtriser. Les modèles résultant permettront d’agir sur les leviers d’optimisation de la disponibilité et de guider les industriels dans leurs décisions.

Les enjeux de la sûreté de fonctionnement

   La sûreté de fonctionnement représente « l’ensemble des aptitudes d’un produit qui lui permettent de disposer des performances fonctionnelles spécifiées, au moment voulu, pendant la durée prévue, sans dommage pour lui-même et son environnement » [Auge 98]. Ainsi la sûreté de fonctionnement englobe dans son périmètre les quatre caractéristiques d’un produit que sont la fiabilité, la sécurité, la maintenabilité et la disponibilité.
Fiabilité La fiabilité représente « l’aptitude d’un dispositif à accomplir une fonction requise, dans des conditions données, pendant une durée donnée » [AFN98]. Dans l’industrie aéronautique, la conception basée sur la fiabilité ou DFR* (Design For Reliability) consiste à produire des systèmes nécessitant le moins possible de maintenance, ce qui conduit à la conception de produits robustes. Cet aspect est développé dans [Poncelin 09].
Maintenabilité La maintenabilité est « l’aptitude d’un bien à être maintenu ou rétabli dans un état dans lequel il peut accomplir la fonction requise lorsque la maintenance est réalisée dans des conditions données, avec des procédures et des moyens prescrits » [AFN98]. Dans l’industrie, les activités inhérentes à la maintenabilité sont généralement constituées de deux parties distinctes. L’une consiste à prouver les performances attendues par le client en termes de maintenabilité et l’autre consiste à définir les éléments logistiques adéquats pour constituer l’Analyse de Soutien Logistique ASL* (LSA* : Logistic Support Analysis).
Sécurité La sécurité est « l’aptitude d’un système à accomplir sa fonction sans causer de lésion ou d’atteinte à la santé » [AFN98]. Cette composante est mise en évidence, dans l’industrie par des analyses de sécurité faites dès le stade de conception mais concerne également l’analyse des remontées des incidents majeurs au constructeur permettant d’améliorer la maintenance de nouveaux produits.
Disponibilité La disponibilité est, quant à elle, « l’aptitude d’un bien, sous les aspects combinés de sa fiabilité, maintenabilité et de l’organisation de sa maintenance, à être en état d’accomplir une fonction requise, dans des conditions de temps déterminées » [AFN98]. Dans l’industrie, cette notion est transversale aux bureaux d’études et au support client permettant l’amélioration des performances opérationnelles du produit ainsi que l’amélioration des performances du client en lui proposant des services de soutien adapté. Cette notion va être explicitée dans les paragraphes suivants.

Maintenance préventive

   La décision d’intervenir précède l’apparition du dysfonctionnement. Ce mode de maintenance permet de diminuer le nombre de défaillances, il doit induire un gain économique substantiel issu de la différence entre les coûts générés par l’intervention et la disponibilité qu’elle procure. Parmi l’ensemble des types de maintenance préventive, on en distinguera principalement deux [Dascau 01] :
• La maintenance systématique est caractérisée par la connaissance des dates de visite, l’intervalle d’inspection étant déterminé arbitrairement ou en fonction des lois de comportement du système.
• La maintenance conditionnelle se base sur des signes précurseurs annonçant l’imminence d’un dysfonctionnement ou sur l’atteinte par l’équipement d’un certain seuil de dégradation. Le système est alors soumis à des contrôles et inspections. Dans la réalité, une opération de maintenance systématique peut déclencher des opérations de maintenance conditionnelle. On parle également de la maintenance de conduite, axée sur la surveillance au quotidien du système par son utilisateur, qui est par conséquent un mode combiné de maintenance conditionnelle et systématique.

Inducteurs liés à l’exploitation de systèmes

   Les autres inducteurs impacteront l’organisation de l’exploitant dans la planification des missions, la planification de la maintenance et la gestion des ressources.
o Planification des missions : Cet inducteur permet de mettre en œuvre des méthodes d’amélioration du temps d’attente d’un système. Cette activité est de grande importance pour des exploitants de systèmes de processus discontinus (avions, navires,..). Elle se résume en général à cette interrogation : Quel appareil dois-je utiliser pour cette mission, compte tenu de sa maintenance future ?
o Planification de la maintenance : Cet inducteur consiste à organiser les échéances de maintenance de manière à adapter les opérations de maintenance à la demande en mission. Cette activité utilise principalement les méthodes de réordonnancement pour réorganiser les échéances en respectant les contraintes de tolérance.
o Gestion des ressources: Cette activité consiste à mettre à disposition les ressources nécessaires pour réaliser les opérations de maintenance.
En phase d’exploitation du système, l’organisation des échéances de maintenance conditionne généralement les deux autres inducteurs à savoir la gestion des ressources et de la chaîne d’approvisionnement et la gestion de l’attente des systèmes.

Diagnostic des performances opérationnelles d’une exploitation

   Le diagnostic des performances opérationnelles consiste à dresser un état des lieux d’une exploitation. Ce diagnostic est au centre d’une activité qui est encore insuffisamment développée au sein de l’industrie, notamment dans l’industrie aéronautique. Cette activité vise à identifier les sources d’indisponibilité qu’elles soient d’ordre organisationnel ou systémique. Cet axe de recherche a pour objectif de donner une visibilité à l’exploitant sur son activité. Le travail consiste donc à proposer plusieurs scénarios d’exploitation sur un horizon plus ou moins long terme. Ces scénarios d’exploitation seront proposés en utilisant des méthodes de prévision de la demande et de la maintenance que l’exploitant pourrait avoir à réaliser. De ce fait, il sera possible de prévoir la disponibilité opérationnelle de chaque scénario et de mettre en œuvre des méthodes de choix de scénario permettant d’aider l’industriel dans sa prise de décision et par là même de focaliser les contributeurs d’indisponibilités.

Concepts de disponibilité

   La disponibilité d’un système est sa capacité pratique à accomplir un service déterminé à un instant donné. Elle dépend de la fréquence des aléas*, donc de la fiabilité, mais également de la durée des périodes de perturbation* qui ponctuent son fonctionnement. La mesure de l’indisponibilité prend donc en compte les temps durant lesquels le système ne peut assurer sa mission (dépannages, réparations, contraintes de fonctionnement, aléas inhérents à la fonction ou provenant d’évènements extérieurs) (Figure 7).
Disponibilité Intrinsèque La disponibilité intrinsèque* est, de par sa conception et sa réalisation, l’aptitude théorique d’un bien à accomplir un service. Cette notion est particulièrement intéressante dans la mesure où elle ne fait intervenir que les aspects de l’indisponibilité* qui trouvent leurs origines dans la conception d’un système. Cet indicateur permet ainsi de mesurer et comparer les performances d’un ou plusieurs systèmes en termes de disponibilité (figée par la conception, la fiabilité), mettant en évidence les principaux facteurs d’indisponibilité imputables au constructeur.
Disponibilité théorique La disponibilité théorique* prend en compte les conditions environnementales et de fonctionnement théoriques. Cette disponibilité que l’on appellera, dans le cadre de ce travail de recherche, la disponibilité réalisable*, prendra en compte l’ensemble des indisponibilités liées à la maintenance (Programmée*, non Programmée*) et cela dans un environnement* idéal d’utilisation (ressources logistiques infinies).
Disponibilité réelle ou opérationnelle La disponibilité réelle* ou opérationnelle* est la seule qui peut être évaluée ou mesurée à partir des données d’activité. Elle constitue l’aptitude d’un système – sous les aspects combinés de sa fiabilité, de sa maintenabilité* et de la logistique de maintenance – à remplir ou être en état de remplir une fonction à un instant donné ou dans un intervalle de temps donné [AFNOR 86]. La notion de disponibilité est vue sur plusieurs niveaux : technique et contractuel. Les définitions de la disponibilité que nous venons de voir, reflète le niveau technique. Le niveau contractuel est défini par la notion de disponibilité de service.
Disponibilité de service La disponibilité de service est l’aptitude d’un service – sous les aspects combinés des performances qu’il nécessite et de la disponibilité du système mis en œuvre pour le fournir – à être assuré à l’intérieur de tolérances et dans des conditions spécifiées à la demande de l’utilisateur [AFNOR 86]. La disponibilité opérationnelle se distingue de la disponibilité de service par la notion d’engagement. La disponibilité opérationnelle d’un système ou d’un ensemble de système se restreint à la performance de ce système alors que la disponibilité de service englobe l’organisation dans sa globalité contenant le(s) système(s) ainsi que l’organisation qui soutient ce(s) système(s).

Table des matières

CHAPITRE I : INTRODUCTION GENERALE
I. DISPONIBILITE DES SYSTEMES COMPLEXES : UN ENJEU INDUSTRIEL
II. PROBLEMATIQUE GENERALE
III. CADRE ET OBJECTIFS DE LA RECHERCHE
III.1. Cadre de la recherche
III.2. Objectifs de la recherche
IV. ORGANISATION DU MEMOIRE
IV.1. Plan de lecture
IV.2. Repères typographiques
CHAPITRE II : L’ANALYSE DE LA DISPONIBILITE DANS LE CADRE D’UNE EXPLOITATION DE SYSTEMES
I. INTRODUCTION : L’EXPLOITATION D’UNE FLOTTE DE SYSTEMES
II. NOTIONS PRELIMINAIRES DE LA DISPONIBILITE
II.1. Les enjeux de la sûreté de fonctionnement
II.1.1. Fiabilité
II.1.2. Maintenabilité
II.1.3. Sécurité
II.1.4. Disponibilité
II.2. Les enjeux de la maintenance des systèmes complexes
II.2.1. Définitions générales
II.2.2. Processus de maintenance
II.2.3. Politique de maintenance
II.2.3.1. Maintenance préventive
II.2.3.2. Maintenance corrective
II.2.3.3. Indicateurs de maintenance
II.3. Lien entre la disponibilité et l’exploitation d’un système
II.3.1. Définitions générales
II.3.2. Inducteurs de disponibilité
II.3.3. Enjeu de la disponibilité pour l’exploitation de systèmes
III. BESOIN INDUSTRIEL : MAITRISER LA DISPONIBILITE
III.1. Contexte opérationnel d’une exploitation
III.1.1. Maîtriser les contraintes opérationnelles relevant du secteur d’activité
III.1.2. Maîtriser l’organisation de la logistique de maintenance d’un système complexe
III.2. Axes de travail de la maîtrise de la disponibilité
III.2.1. Diagnostic des performances opérationnelles d’une exploitation
III.2.2. Réordonnancement du programme de maintenance
III.2.3. Le dimensionnement du soutien logistique
IV. BILAN : EMERGENCE DE LA PROBLEMATIQUE DE LA MAITRISE DE LA DISPONIBILITE
CHAPITRE III : LA DISPONIBILITE, DEFINITIONS ET MODELES
Résumé
I. INTRODUCTION : DE LA DEFINITION A L’EVALUATION DE LA DISPONIBILITE
II. DISPONIBILITE D’UN SYSTEME : TERMINOLOGIE ET CONCEPTS
II.1. Concepts de disponibilité
II.1.1. Disponibilité Intrinsèque
II.1.2. Disponibilité théorique
II.1.3. Disponibilité réelle ou opérationnelle
II.1.4. Disponibilité de service
II.2. Mesures de disponibilité
II.3. Disponibilités pratiques
II.3.1. Disponibilité instantanée en formation
II.3.2. L’employabilité
II.3.3. Taux de réussite de mission
III. REVUE DE LITTERATURE: METHODES D’EVALUATION EXISTANTES DE LA DISPONIBILITE
III.1. Approches combinatoires
III.1.1. Arbres de défaillances
III.1.2. Diagrammes de fiabilité
III.1.3. Réseaux Bayésiens
III.2. Approches stochastiques
III.2.1. Chaînes de Markov
III.2.2. Réseaux de Petri
III.2.3. Monte-Carlo
IV. BILAN D’ETAT DE L’ART ET POSITIONNEMENT
CHAPITRE IV : ETAT DE L’ART DES PRATIQUES DE REORDONNANCEMENT
Résumé
I. INTRODUCTION : GESTION DE L’ORDONNANCEMENT
II. ORDONNANCEMENT D’UNE ACTIVITE : DEFINITIONS
II.1. Quelques rappels d’ordonnancement
II.1.1. Définition
II.1.2. La notion de tâche
II.1.3. La notion de ressource
II.1.4. Contraintes de temps et de ressources
II.1.5. La notion d’objectif et de critère
II.1.6. Méthodes classiques de résolution
II.1.6.1. Méthodes exactes
II.1.6.2. Méthodes approchées
II.2. Les sources d’incertitudes et robustesse
II.2.1. Les sources d’incertitudes
II.2.2. Notion de robustesse en ordonnancement
II.2.3. Flexibilité et robustesse
III. REVUE DE LITTERATURE : APPROCHES D’ORDONNANCEMENT ROBUSTES EXISTANTES
III.1. Approches réactives
III.1.1. Généralités
III.1.2. Caractéristiques
III.1.3. Discussion
III.2. Approches prédictives
III.2.1. Généralités
III.2.2. Caractéristiques
III.2.3. Discussion
III.3. Approches proactives
III.3.1. Généralités
III.3.2. Caractéristiques
III.3.3. Discussion
IV. BILAN D’ETAT DE L’ART ET POSITIONNEMENT
CHAPITRE V: UNE METHODE DE MODELISATION DE L’EXPLOITATION
Résumé
I. INTRODUCTION : VERS L’EVALUATION DE LA DISPONIBILITE D’UN ENSEMBLE DE SYSTEMES
II. CADRE METHODOLOGIQUE D’UN MODELE D’EXPLOITATION
III. PROPOSITION D’UNE METHODE DE MODELISATION DE L’EXPLOITATION
III.1. Modélisation de la Demande
III.1.1. Contexte de modélisation
III.1.2. Processus de modélisation
III.1.2.1. Demande stochastique
III.2.1.2. Demande déterministe
III.2.1.3. Synthèse
III.2. Modélisation de l’affectation
III.2.1. Rappel et définition : caractéristiques d’une file d’attente
III.2.2. Méthode de modélisation de l’affectation
III.2.3. Synthèse
III.3. Modélisation de la maintenance
III.3.1. Modélisation de la maintenance programmée
III.3.1.1. Description du processus de maintenance programmée
III.3.1.2. Evaluation des temps de maintenance programmée
III.3.2. Modélisation de la maintenance non programmée
III.3.2.1. Description du processus de maintenance non programmée
III.3.2.2. Evaluation des temps de maintenance non programmée
III.4. Evaluation de la disponibilité
IV. BILAN DE LA MODELISATION
CHAPITRE VI : PROPOSITION D’UNE METHODE DE RE ORDONNANCEMENT PROACTIF D’UN PROGRAMME DE MAINTENANCE D’UN SYSTEME COMPLEXE
Résumé
I. INTRODUCTION : CONTEXTE ET PROBLEMATIQUE
II. PROPOSITION D’UNE APPROCHE DE REORDONNANCEMENT PROACTIF DE MAINTENANCE
II.1. Descriptif des étapes de la méthode
II.2. Sélection des heuristiques d’ordonnancement
III. PROPOSITION DES HEURISTIQUES DE REORDONNANCEMENT DU PROGRAMME DE MAINTENANCE
III.1. Présentation des heuristiques de réordonnancement
III.1.1. Notations
III.1.2. Les heuristiques de réordonnancement
III.2. Heuristique de réordonnancement par décalage
III.2.1. Présentation générale de l’heuristique
III.2.2. Description détaillée de l’heuristique
III.2.2.1. Sélection des tâches potentielles
III.2.2.2. Décalage des tâches de maintenance sélectionnées
III.2.2.3. Evaluation des performances
III.2.3. Synthèse
III.3. Heuristique de réordonnancement par agrégation
III.3.1. Présentation générale de l’heuristique
III.3.2. Description détaillée de l’heuristique
III.3.2.1. Identification des temps non requis
III.3.2.2. Agrégation des tâches de maintenance
III.3.2.3. Evaluation des performances
III.3.3. Synthèse
III.4. Heuristique de réordonnancement par désagrégation
III.4.1. Présentation générale de l’heuristique
III.4.2. Présentation détaillée de l’heuristique
III.4.2.1. Sélection des visites candidates
III.4.2.2. Identification des temps non requis
III.4.2.3. Désagrégation des visites de maintenance
III.4.2.4. Evaluation des performances
III.4.3. Synthèse
IV. BILAN DE LA MODELISATION
CHAPITRE VII : APPLICATION DE LA METHODOLOGIE POUR LA MAÎTRISE DE LA DISPONIBILITE D’UNE FLOTTE D’HELICOPTERES
Résumé
I. CONTEXTE
I.1. Confidentialité des résultats
I.2. Exploitation étudiée
I.2.1. Description des caractéristiques organisationnelles
I.2.2. Description de la demande
II. MODELISATION DE L’EXPLOITATION ET EVALUATION DE LA DISPONIBILITE
II.1. Introduction
II.2. Modélisation déterministe de l’exploitation
II.2.1. Modélisation de la demande
II.2.2. Modélisation de l’affectation
II.2.3. Modélisation de la maintenance
II.2.3.1. Modélisation de la maintenance programmée
II.2.3.2. Modélisation de la maintenance non programmée
II.2.4. Evaluation de la disponibilité
II.3. Modélisation stochastique de l’exploitation
II.3.1. Modélisation de la maintenance
II.3.1.1. Modélisation de la maintenance programmée
II.3.1.2. Modélisation de la maintenance non programmée
II.3.2. Evaluation de la disponibilité
II.4. Conclusions
III. ANALYSE DES LEVIERS D’AMELIORATION DE LA DISPONIBILITE
III.1. Introduction
III.2. Analyse des gains en disponibilité
III.2.1. Analyse de sensibilité
III.2.2. Bilan et Recommandations
III.3. Conclusions
IV. AMELIORATION DE LA DISPONIBILITE PAR L’OPTIMISATION DU PROGRAMME DE MAINTENANCE
IV.1. Introduction
IV.2. Analyse du Programme de maintenance
IV.2.1. Sélection des heuristiques potentielles
IV.2.2. Proposition du programme de maintenance
IV.2.3. Mise en place du programme de maintenance
V. BILAN DE L’ETUDE : VERS UN MODELE DE MAÎTRISE DE LA DISPONIBILITE DE L’EXPLOITATION
CHAPITRE VIII : EVALUATION DES PROPOSITIONS
Résumé
I. DEMARCHE DE VALIDATION
I.1. Double évaluation
I.2. Méthode de validation
II. EVALUATION DES PROPOSITIONS DANS LE CADRE DU DOMAINE AERONAUTIQUE
II.1. Evaluation de la méthode de maîtrise de la disponibilité
II.2. Description des applications industrielles réalisées dans le cadre des analyses de disponibilité
II.3. Evaluation de l’impact de nos propositions au niveau des acteurs projets
III. EVALUATION DE L’APPLICABILITE DE LA DEMARCHE SUR D’AUTRES SYSTEMES INDUSTRIELS
III.1. Contraintes opérationnelles et hypothèses d’applicabilité
III.2. Eléments de réflexion sur l’application de la méthode sur d’autres secteurs étudiés
IV. BILAN DE VALIDATION
CHAPITRE IX : BILAN DES TRAVAUX DE RECHERCHES ET PERSPECTIVES
I. BILAN GENERAL
II. RESULTATS SCIENTIFIQUES ET INDUSTRIELS
II.1. Etude de l’existant
II.2. Proposition méthodologique de maîtrise de la disponibilité
II.3. Expérimentation et évaluation
III. PERSPECTIVES DE RECHERCHE
III.1. Perspectives à court terme
III.2. Perspectives à moyen/long terme
ANNEXES
I. GLOSSAIRE
II. PUBLICATIONS PERSONNELLES
III. REFERENCES

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