Soutenance mémoire
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.
CADRE ET OBJECTIFS DE LA RECHERCHE
Cadre de la recherche
Ces travaux ont débuté en juin 2007. Ils ont été menés au sein de la société Eurocopter appartenant au groupe EADS. Né en juillet 2000, ce groupe est le résultat de la fusion du groupe français Aérospatial-Matra, de l’allemand DASA (Daimler Chrysler Aerospace) et de l’espagnol CASA (Construcciones Aeronauticas). Ce groupe se trouve en position de leader du marché de l’aérospatiale civile (80 % de son activité) depuis 2003 et de l’industrie militaire européenne (20% de son activité). L’activité du groupe est divisée en cinq segments : Airbus dans l’aviation civile, les avions de transport militaire, les hélicoptères avec Eurocopter, les systèmes de défense et de sécurité, et l’espace. Nous nous intéresserons dans notre étude au cas particulier du secteur de l’hélicoptère. Ces travaux ont également été réalisés en collaboration avec le Laboratoire des Sciences de l’Information et des Systèmes (LSIS UMR n°6168) et le Laboratoire Organisation Gestion Industrielle Logistique (LOGIL Arts et Métiers PARISTECH).
L’EXPLOITATION D’UNE FLOTTE DE SYSTEMES
De nos jours, un des objectifs majeurs d’une entreprise est de devenir et de demeurer compétitive. En effet, une entreprise doit produire toujours mieux et à moindre coût. L’avènement de l’automatisation et de l’informatisation ont permis de faire progresser considérablement l’efficacité de la production. Parallèlement, un système de production doit de moins en moins subir des temps de non production en rapport avec les objectifs de disponibilité. En d’autres termes, exceptés les arrêts inévitables dus à la production elle-même, les systèmes de production doivent le moins possible connaître l’occurrence de défaillances tout en fonctionnant à un régime offrant le rendement maximal. Cet objectif est un des buts de la fonction maintenance d’une entreprise. Il s’agit de maintenir un bien dans un état lui permettant de répondre de façon optimale à sa fonction.
NOTIONS PRELIMINAIRES DE LA DISPONIBILITE
Expliciter la notion de disponibilité doit être considéré dans un périmètre construit autour des concepts de Sûreté de Fonctionnement et de Maintenance.
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.
Les enjeux de la maintenance des systèmes complexes
La maintenance a fait l’objet de nombreux travaux ces dernières années. Cette notion complexe se trouve au centre de concepts comme la sûreté de fonctionnement et le soutien logistique. Ce paragraphe présente des éléments de définitions de la maintenance et les interactions existant entre ces concepts.
Définitions générales
L’AFNOR définit la maintenance comme étant : « l’ensemble de toutes les actions techniques, administratives et de management durant le cycle de vie d’un bien, destinées à le maintenir ou à le rétablir dans un état dans lequel il peut accomplir la fonction requise ». [AFN01] Une telle définition, peut être complétée par la définition de la gestion (management) de la maintenance. « Elle concerne toutes les activités des instances de direction qui d’une part, déterminent les objectifs, la stratégie et les responsabilités concernant la maintenance, et d’autre part les mettent en application par des moyens tels que la planification, la maîtrise et le contrôle de la maintenance, l’amélioration des méthodes dans l’entreprise (y compris dans les aspects économiques) » [Glade 05].
Processus de maintenance
L’analyse du processus de maintenance présenté par la figure 2, peut être décomposée en 3 parties [Zwingmann 96]. La première partie est composée des politiques de maintenance mises en place pour assurer le soutien du produit. La seconde partie est composée des évènements déclencheurs de la maintenance, incluant le test et le diagnostic mais aussi les opérations de maintenance déclenchées par l’atteinte d’une échéance de maintenance. La troisième partie du processus de maintenance est composée des différentes tâches permettant de remettre en état de bon fonctionnement le système considéré.
Politique de maintenance
La politique de maintenance donne lieu à un ensemble de documents dont l’objectif est de définir les moyens à mettre en œuvre lors d’une opération de maintenance que nous appellerons : programme de maintenance. Dans le domaine des systèmes complexes, la maintenance est l’un des centres de coûts les plus importants. Elle peut conditionner la performance d’une organisation.
A ce titre, nous ne pouvons évoquer des problématiques d’amélioration d’une exploitation par la disponibilité sans évoquer les éléments essentiels des politiques de maintenance à savoir : la maintenance préventive, la maintenance corrective ainsi que les indicateurs de maintenance.
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.
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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
Résumé
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 : CONCLUSION
