Maintenance Maintenance Industrielle
1- Sûreté de fonctionnem fonctionnement ent 2- Gestion de la maintenance 1
Partie 1: Introduction à la sûreté de fonctionnement
2
Sûreté de fonctionnement
Maîtrise des dysfonctionnements dysfonctionnements des systèmes et de leurs conséquences
3
Plan de la présentation •
•
•
•
•
•
•
•
Historique Objectifs de la sûreté de fonctionnement (SdF) Du système et de l’environnement Notions de la SdF L’analyse de sûreté de fonctionnement Analyse de Sûreté de fonctionnement et le cycle de vie des systèmes Les méthodes d’analyse en SdF Retour d’expérience 4
1-historique
Historique Les prémices( jusqu’aux années 30) Approche intuitive: mises en parallèle et redondance Approche statistique: notion de taux de défaillance Théorie de la fiabilité (années 30): Aspect prévisionnel
Les débuts des années 40 et 50 2nde guerre mondiale: fiabilité fusée V1 ( loi de Lusser) Illustration: Murphy, ’’ if anhthing can go wrong, it will’’ Fiabilité en électronique (USA, commission AGREE)
Accidents Paris (1794) Meudon (08/05/1848) Titanic( 14/4/1912)
Accidents Tessenderlo (1942) Le mans (13/06/1955) Tcheliabinsk 40 (29/9/1957)
5
1-historique
Apparition des outils et méthodes (années 60) Arbre de causes (aér., A Waston , Nasa: apollo Analyse des modes de défaillance et de leurs effets THERP Technique for Human ERror Prediction, A.D Swain Normes (Dpt of defence et CEI) Tables de taux de défaillances
Aspects prévisionnel et opérationnels (années 70) Analyse des risques (centrales Nucl et ind. chimiques) Collectes des données de fiabilités (banques de données) Essais de dispersion de gaz et de d’explosions Normes internationales de la CEI
Accidents Torry Canyon (18/3/1967)
Accidents SEVESO (10/07/1976) Three mile island (28/3/1979) 6
1-historique Nouveaux outils, extension à toute l’industrie (années 80 à nos jours)
7
Objectifs •
•
•
•
Utiliser une approche générique et globale adaptée à tous les types de systèmes industriels Être en mesure de tenir compte des effets de l’environnement sur un système industriel Être en mesure de tenir compte des effets d’un système industriel sur son environnement Être capable de maîtriser ces effets à l’aide d’actions spécifiques intégrants des aspects globaux 8
Du système et de l’environnement Quelques définitions générales: •
•
•
•
Système: ensemble d’éléments identifiés liés physiquement ou par des interactions présents à l’intérieur d’une frontière déterminée Élément: entité élémentaire supposée non décomposable Frontière, limite: délimitation d’échange et d’évolution d’éléments identifiés d’un système (spatiale, temporelle, …) Environnement: tous les éléments et systèmes en dehors de la frontière du système étudié et susceptible d’interactions avec ce dernier 9
Quelques points de vue …
Système Limite
macroscopique arbitraire de l’entité étudiée (frontière physique)
fonctions/missions structure( composants, interactions internes) Exploitation (Conditions, Environnement, interactions externes)
• • •
Modifications possibles au cours du temps: dynamique
élément Limite
microscopique arbitraire de l’entité étudiée (frontière physique)
fonctions/missions propriétés( défaillance/fonctionnement, dynamique) interactions intra-système et extra-système
• • •
10
Disponibilité, qualité, plan d’expérience, …
Mise en route Utilisation
Fiabilité, maintenabilité, AF
Entretien Satisfaction élimination
Élaboration
Après vente
Fiabilité, maintenance, …
Conception
Marketing Statistiques, analyse des données, besoin SdF
11
Notions de sûreté de fonctionnement But = assurer le fonctionnement attendu
d’un système industriel Moyens Modélisation du fonctionnement du système (identification des fonctions du système: Analyse fonctionnel) Modélisation du dysfonctionnement du système (identification des pertes et des dégradation possibles des fonctions) 12
Notion de risque
Notion de risque Le risque = Probabilité d’occurrence & conséquences (effet) Mesure du risque = criticité = F(Probabilité, gravité) Probabilité d’occurrence • •
•
défaillance des composants et des interfaces internes défaillance des interfaces avec l’environnement variabilité de l’environnement (intégrité/adaptabilité)
Conséquences (mesures = gravité) • •
•
dégradation des composants et des interfaces dégradation des interfaces avec l’environnement dégradation de l’environnement 13
Notion de risque
ZONE 1 = zone non critique Zone 2 = zone critique Problème de détection (observabilité) Niveau de détection (probabilité de non détection) 1: très efficace 2: efficace 3: détection peu fiable 4: aucune détection possible 14
Les 4 pôles
Les quartes pôles fondamentaux en SdF •
•
• •
Recueil , exploitation et mise en place du retour d’expérience Analyse de fonctionn fonctionnement ement et de dysfonctionnement du système Évaluation Év aluation des grandeurs de SdF et du risque Mise en place d’amélioration et de systèmes adaptés pour atteindre atteindre les objectifs de la SdF (amélioration/optimisation (amélioration/optimisation des performances des techniques et des organisation à l’aide des méthodes d’allocation: système de sécurité et de reconfiguration, mesure, contrôle, système de diagnostique et maintenance) 15
Reconfiguration Maintenance 4 Actions Réduction des risques
Comportements observables
Système
Mesures Observations
Données hétérogènes
Stratégie Moyens Environnement
Décision 3 Évaluation des risques Critères préétablis
Diagnostic/pronostic
Grandeurs de SdF Diagnostic/évaluations État du système; 3 grandeurs de SdF
4
Grandeurs comportementales
Traitement des 1 données Données de retour d’expérience Analyse du comportement du système 2 Modélisation/analyse
Les quatre pôles constitutifs de l’approche « sûreté de fonctionnement » 16
Partie 2: Les grandeurs fondamentales en SdF
17
Les quarte grandeurs fondamentales en SdF
1. 2. 3. 4.
Fiabilité Maintenabilité Disponibilité Sécurité
18
Les 4 grandeurs de SdF
Fiabilité Définition (AFNOR X 60 500) = Reliability
Aptitude d’une entité d’accomplir une fonction requise dans des conditions données, pendant un intervalle de temps donné Mesure : R(t) = P(E fonctionne sur [0,t]) MTT(F)F = Mean operating Time To (First) Failure
Durée moyenne de fonctionnement d’une entité avant la première défaillance
19
Les 4 grandeurs de SdF
Maintenabilité Maintenabilité (NF X 60-500) = Maintainability
Dans les conditions données d’utilisation, aptitude d’une entité à être maintenue ou rétablie, sur un intervalle de temps donné, dans un état dans lequel elle peut accomplir une fonction requise, lorsque la maintenance est accomplie dans des conditions données, avec des procédures et des moyens prescrits. Mesure:
M(t) = P(E en panne en 0 et réparée sur [0,t])
= 1-P(E non réparée sur la durée [0,t]) Maintenance (NF X 60-500) = Maintenance
Ensemble des actions destinées à maintenir ou rétablir une entité dans un état dans lequel elle peut accomplir une fonction requise Mean Time To Restoration /Repair MTTR Durée moyenne de remise en service /réparation 20
Les 4 grandeurs de SdF
Disponibilité Disponibilité (NF X 60-500) = Availability
Aptitude d’une entité à être en état d’accomplir une fonction requise dans des conditions donnée, à un instant donné ou pendant un intervalle de temps donné, en supposant que la fourniture des moyens extérieurs nécessaires soit assurée Mesure: A(t) = P(E fonctionne en t)
A(t) est instantané ----le système peut être en panne puis réparé avant t R(t) mesurée sur la durée [0,t]
Disponibilité = Fiabilité si le système est non réparable
21
Les 4 grandeurs de SdF
Mean Up Time (MUT) : la durée moyenne de fonctionnement après réparation
Mean DownTime (MDT) : Durée moyenne d’indisponibilité détection/réparation + remise en service indisponibilité pour maintenance Mean operating Time Durée moyenne de fonctionnement entre Between failures (MTBF)) deux défaillance consécutives MTBF = MUT + MDT Sécurité = safety
Aptitude d’une entité à éviter de faire apparaître des événement critiques ou catastrophique pour le système et son environnement dans des conditions donnée Mesure : Gravité (qualitative/quantitative) 22
Les 4 grandeurs
23
Les 4 grandeurs
24
Notions de défaillance •
Défaillance d’un composant ( cf. NF X 60 -500) = failure –
–
Cessation de l’aptitude d’une entité à accomplir une fonction requise. Panne (cf. NF X 60-500) )= fault •
L’état d’une entité inapte à accomplir une fonction requise, dans des conditions données d’utilisation
25
Défaillance
Mode de défaillance ou de panne (cf. NF X 60-500) = failure mode Un des états possible d’une entité en panne pour une fonction requise. Modes de défaillance génériques
Fonctionnement prématuré ( démarrage intempestif) Non fonctionnement au moment prévu (refus de démarrage) Non arrêt au moment prévu (refus d’arrêt) arrêt en fonctionnement non prévu (arrêt intempestif) • •
• •
Types de pannes
Intermittente Fugitifs (intermittente no détectables) Permanente (maintenance curative/corrective) Latentes ou cachés (non détectées)
• • • •
26
Défaillance
Défaillances interdépendantes Dépendances structurelles: Défaillances de mode commun ou de cause en commune Dépendances temporelle: Effet « domino » (processus dynamique par voisinage) Défaillance différées Effets des dégradations et dynamiques Défaillances particulières Défaillance hors fonction ou a l’arrêt dégradation par processus interne ou par l’environnement) Défaillance à la sollicitude ou au démarrage •
27
Défaillance et cycle de vie
28
Défaillance
Taux de défaillance (cf. NF X 60 – 500) = failure rate
Limite, s’elle existe, du quotient de la probabilité conditionnelle pour que l’instant de défaillance d’une entité soit compris dans l’intervalle de temps [t, t+∆t], par la durée ∆t, lorsque ∆t tend vers 0 sachant que l’entité n’a pas été défaillante entre 0 et t. λ(t) = la densité de probabilité conditionnelle:
Evolution en fonction du temps: 1. Jeunesse (déverminage, adaptation) 2. Stabilité ( stationnaire, équilibre) 3. Fin de vie (dégradation, vieillissement) 29
Défaillance
Si λ(t) = Cte : la fiabilité R(t) = e -λ.t La densité de défaillance ou de défiabilité est f(t):
30
Défaillance
Taux de défaillance Définition:
le taux de défaillance λ(t) représente représente la proportion de machines ou de dispositifs survivants à l’instant t
d’utilisation λ(t) = proportion de défaillances/durée d’utilisation Pour déterminer déterminer le taux de défaillance sur une période de temps t e on découpe cette période en k intervalle de temps ∆t nommées classes de temps . K = sqrt(N) où N est le nombre total de défaillance
Ou K = 1+3.3log(N) (règle de Sturges) ∆t = te/K
31
Défaillance
Exemples •
Exemple 1: –
–
–
–
–
Pour un nombre total de 100 défaillances au bout de 1000h de fonctionnement d’un système; système; on cherche le taux de défaillance de ce système. k = sqrt(100) = 10 intervalles de temps de 100h ∆ti = ti+1 – t – ti Soit Ni le nombre de machines en service à l’instant ti ni le nombre de défaillances entre entre ti et ti+1 32
Défaillance
Exemple 1 t0
1000h 100h
200h
Ni ti
Ni+1
ni ∆ti
ti+1
Une estimation du taux de défaillance λ(t), supposé constant par intervalle de temps ∆t i , est déterminé par
(t i ) N .t ni
i
i
33
Application Exemple 2: 41 défaillances ont été réparées sur 70 véhicules pendant une période allant de 80000 à 90000 km. Quel est le taux de défaillance relatif à cette période?
(t )
41 70*(9000080000)
0.585.104 pannes / km
34
Défaillance
Exemple 3 •
On teste un lot de 50 électrovannes soumises en continu à 8 impulsions/minute. A la 50ème heure, il en reste 33. A la 60ème heure, il en reste 27. Quel est le taux de défaillance sur cette classe, par heure et par impulsion (t )
33 27 33*10
0.018 défaillanc e/heure
060.01*88 3.79.105 défaillanc e / impulsion
35
Défaillance
Exercice 1 Tracer la courbe du taux de défaillance relative au tableau suivant (N = 50 machines): Intervalles de temps ∆ti = ti+1 – ti
Nombre de défaillances par intervalle ni
Machines n’ayant pas encore atteint ti+1
Nombre de machines en service à l’instant ti Ni
0-500
5
3
50
500-1000
3
4
1000-1500
2
3
1500-2000
2
6
2000-2500
4
-
Taux de défaillance λ(ti)
36
La fiabilité Exemple: (phénomène d’absentéisme) Dans la classe GL-x le contrôle de l’absence a été fait 20 fois pour la séance de 8h à 10h, sur les 20 fois s’avère que l’étudiant X était absent 15 fois. Quelle est la probabilité d’avoir cet étudiant présent pendant la prochaine séance de 8h à 10h? •
37
Fiabilité
La fiabilité •
La fiabilité est une probabilité et peut être définie comme suit
R(t ) •
•
•
Nombrecas favorables Nombre cas possibles
1
Fiabilité opérationnelle Fiabilité prévisionnelle Fiabilité extrapolée 38
Fiabilité
Fiabilité opérationnelle Fiabilité opérationnelle (observée ou estimée) déduite de l’analyse d’entités identiques dans les mêmes conditions opérationnelles
Fiabilité Idéale =1
Fiabilité Opérationnelle
Défaillance de Conception
Défaillance d’utilisation
Défaillance de composants
Défaillance de fabrication
Défaillance de montage
39
Fiabilité
Fiabilité prévisionnelle Correspond à la fiabilité future d’un système, et établie par son analyse connaissant les variations de fiabilité de ses composants •
Soit: – – – –
N: le nombre d’éléments fonctionnant à t 0 Ni: nombre d’éléments fonctionnant à t i ni: nombre d’éléments défaillants entre t i et ti+1 Δt: intervalle de temps d’étude égale à (t i+1-ti)
On définit la fonction de défaillance cumulée F(ti) par: F(ti) = (N-Ni)/N = 1-(Ni/N) On définit la fonction de fiabilité R(ti) par: R(ti) = Ni/N = 1 – F(ti) R(ti): probabilité de bon fonctionnement à l’instant t i F(ti) +R(ti) = 1 40
Fiabilité
Application •
•
•
•
Un service de maintenance d’une entreprise décide d’étudier la fiabilité de ses machines en vue d’instaurer une action de maintenance préventive systématique. Sachant que l’entreprise possède 14 machines, compléter le tableau de calcule du taux de défaillance puis tracer la courbe de taux de défaillance en fonction du temps et conclure Représenter graphiquement la fiabilité en fonction du temps 41
Fiabilité
Application Intervalle Δt (en heure)
Nombre ni de matériels défaillant pendant Δt
Nombre Ni de matériels en service au début de Δt
0-150
1
14
150-300
2
300-450
4
450-600
5
600-750
2
Taux de défaillance (défaillance/h) λ(ti) = n /(N i i *Δti)
Fiabilité R(ti) =Ni/N
42
Relation entre le taux de défaillance et la loi de fiabilité •
Montrer que t
( t ) dt
R(t ) e
0
43
Lois de fiabilité •
•
La loi exponentielle –
Le taux de défaillance constant ( λ=Cste)
–
R(t) = exp(- λt)
Exemple –
Si λ = 2.10-6 Déf/h et t = 500h Alors
–
R(t=500) = exp(-2.10-6x500) = 0,999= 99.9%
–
MTBF = 1/λ = 5.105h
45
Approximation de la fonction de défaillance •
•
•
•
L’étude de la fiabilité est généralement basée sur les données provenant de l’historique de défaillance d’une entité (système). Généralement la variable prise en compte en fiabilité est le temps On enregistre les dates de N défaillances d’un système On calcule le TBF , et on les classes par ordre croissant 46
Approximation de la fonction de défaillance •
•
•
•
Si N>50, on regroupe les TBF par classes d’étendu ∆t
Le nombre de classes peut être donné par K = sqrt(N) F(ti) = Nb de défaillances avant ti/nb de défaillance total Si N<50 –
–
–
On classe les TBF par ordre croissant en donnant un rang i à chaque défaillance Si 20
La moyenne des temps de bon Fonctionnement (MTBF) •
Le MTBF est un indicateur de fiabilité, cette moyenne peut être estimée par: n
MTBF
i 1
•
•
•
k
TBFi n
Ni N .ti i 1
0
K c’est le nombre d’intervalles de temps Δti k
R(t ).t Lorsque Δti tend vers 0 et K vers l’infini on aura R(t) = Ni/N0 et par la suite
MTBF
i
i
1
MTBF R(t )dt 0
48
Exercice •
Trouver R(t): –
λ(t) = at +b
–
λ(t) = a t2
49
Le modèle de weibull (1/2) •
La loi de weibull est utilisée dans le cas où λ
•
est variable (jeunesse et vieillesse) La loi de fiabilité de weibull est donnée par
R(t ) 1 F (t ) e •
•
•
(
t )
ß: paramètre de forme( positif) η: paramètre d’échelle (strictement positif) γ : paramètre de position (réel) 50
Le modèle de weibull (2/2) •
•
•
•
Détermination des paramètres de weibull Par le biais de l’historique de fonctionnement d’un système on peut déterminer les fonctions de défaillances cumulées F(t ) pour toute instant t . On place les points M(F(t i),t i) sur le papier de weibull On ajuste le nuage de points par une droite dite de weibull 51
Papier de Weibull
52
Détermination des paramètres de la loi de Weibull
63.2
53
Résultats de l’application de la loi de weibull •
Si γ = 0 et ß=1 donc R(t) = e-(t/η) –
•
λ=1/ η = 1/MTBF
λ(t) = (ß/ η) . exp[(t-γ)/ η]ß-1
•
MTBF =
R(t )dt .(1 1 )
0
54
La durée de vie Nominale •
•
La durée de vie nominale L10 associée à la probabilité provisionnelle R(L10) =0.9, c’est la durée atteinte ou dépassé par 90% des équipements. Pour une fiabilité R(t) la durée de vie associée est:
t [ln •
1 1 / R ( t )
]
Démonstration à faire. 55
Exercice 1 •
•
•
•
•
On considère qu’une machine de taux de défaillance constant λ ne présentera aucune défaillance sur une période de 100 heures, avec une probabilité de 0.5. Déterminer λ, MTTF et la densité de fiabilité et de défiabilité du système Quelle est la probabilité que la machine survit 500h sans défaillance? Quelle est la probabilité que la défaillance survienne avant 1000h de fonctionnement, lorsqu’on sait que la machine a déjà fonctionné 500h? Quelle est la probabilité que la machine fonctionne au moins 1000h , sachant qu’elle a déjà fonctionné 500h? 56
Exercice 2 •
•
On a mesuré pour un échantillon de 20 machines de même type le temps écoulé avant la première défaillance, on obtient le tableau suivant: Temps t
[0, 500]
[500, 1000[
[1000, 1500[
[1500, 2000[
[2000, 2500[
[2500,3 000[
[3000, 4000]
Nombre d’appareils
7
4
3
2
2
1
1
Estimer la valeur de F(t) selon la valeur de t en utilisant – – –
La méthode des rangs bruts La méthode des rangs moyens La méthodes des rangs médians 57
Réparation •
•
Le taux de remise en service (cf. NF X 60 -500) Limite, si elle existe, du quotient de la probabilité conditionnelle pour qu’une entité soit remise en service dans un intervalle de temps [t, t+∆t], sachant qui elle a eu une défaillance à l’instant 0 et que la remise en service n’a pas encore été effectué à l’instant t, par la durée ∆t de l’intervalle de temps, lorsque ∆t tend vers 0 59
réparation
µ(t) densité de probabilité conditionnelle:
Si µ(t) = Cste alors la maintenabilité M(t) = 1-e- µt La densité de remise en service ou de maintenabilité g(t) est exponentielle
60
Temps moyen de réparation (MTTR) •
Définition MTTR
•
Lorsque μ(t) est Cste –
–
•
temps cumulé de réparation pourmaintenance corrective Nombre total d'interventions
M(t) = 1-exp(-μt) MTTR = 1/μ
TTR caractérise la maintenabilité 61
Disponibilité •
Si les taux de défaillance et de remise en service λ et μ sont constants, il est possible d’exprimer la disponibilité d’un système par:
A(t ) •
e
( ) t
Si t est assez grand alors la disponibilité peut être approximée par:
A
62
Disponibilité •
Si μ et λ sont constants alors –
–
MTTR = 1/μ et MTBF = 1/λ A = (MTBF/(MTBF + MTTR))
A
1 MTTR 1 MTBF
MTTR Rapport de maintenance MTBF
63
Disponibilité •
•
•
•
Le TTR ne prend pas en compte les temps d’attente pour indisponibilité des ressources de maintenance Lorsque les TAs sont très grands par rapport au TTR on utilisent les expressions suivantes pour définir la disponibilité Ag = MTBF/(MTBF + MTA), MTA moyenne des temps d’arrêt A = MTBM/(MTBM+MMT) –
–
MTBM est la moyenne des temps entre actions de
maintenance MTT moyenne des temps d’interventions préventives et correctives 64
Disponibilité •
A= MTBF/(MTBF + MTTR+MTL) –
•
MTL: moyenne des temps logistique
A = (MTBF+RT)/(MTBF+RT+MDT) –
–
RT: Ready time = temps moyen pour lequel le système peut fonctionner mais reste en attente MDT = mean down time
65
Exercice 1 •
•
Soit S un système formé par n composants de loi de fiabilité Ri(t), on suppose que la défaillance d’un composant entraine la défaillance de l’ensemble (système en série) Questions Calculer R(t) Calculer MTTF –
–
–
Si λ1 = λ2=10-4 déf/h comparer les fiabilités des composants avec celle du système pour t = 1000h 66
Exercice 2 •
•
Soit S un système formé par n composants de loi de fiabilité Ri(t), on suppose que la défaillance du système ne survient que lorsque tous les composants sont défaillants (système en parallèle) Questions –
–
–
Calculer R(t) Calculer MTTF Si λ1 = λ2=10-4 déf/h comparer les fiabilités des composants avec celle du système pour t = 1000h 67
Redondance •
Redondance active Plusieurs composants réalisent la même fonction en même temps alors qu’une seule réalisation de la fonction est nécessaire Redondance passive Plusieurs composants à l’arrêt peuvent réaliser la même fonction réalisée par un composant en fonction? Et prêt à prendre le relais à tout instant Redondance majoritaire m/n n composants réalisent une même fonction élémentaire alors que m occurrence de celle-ci suffisent pour réaliser la fonction globale requise. –
•
–
•
–
68
Redondance Active R1, D1
R2, D2
Rn, Dn
µ1, 1 S1
S2
Sn
µ2, 2
µn, n
69
Partie 3 Analyse prévisionnelle des dysfonctionnements des systèmes
70
Étapes d’une analyse de SdF 1/5 Définition des objectifs
Définition du système/environnement Recueil d’informations/REX
Analyse fonctionnelle Identification des risques Analyse dysfonctionnelle Analyse qualitative Et quantitative Synthèse des résultats
Décision
Fin d’analyse
71
Étapes d’une Analyse SdF 2/5 1. Définition des objectifs d’un système –
But: réduction des coûts, amélioration de la
–
maintenance, de la productivité, diminution des conséquences sur l’environnement, … Orientation: sécurité, intégrité, fiabilité, ..
2. Définition du système- recueil d’information –
–
But: appréhender le système par ses fonctions, sa
structure Description du système ( composants, interfaces, frontière, … 72
Étapes d’une Analyse SdF 3/5 3. Analyse fonctionnelle ( A.F Interne et externe) But: réaliser un modèle fonctionnel du système Choix d’une méthode adaptée (APTE, SADT, …) Problème: approche qualitative 4. Identification des risques But: identification des risques dus aux pertes et aux dégradations de fonctions Adéquation avec les objectifs définis méthode (APR) 5. Analyse de dysfonctionnement But: réaliser un modèle dysfonctionnel du système avec passage aux aspects matériels Méthodes de types Bloc-diagramme (DF/S, DBF, Dflux, …) – – –
–
–
–
–
73
74
Étapes d’une Analyse SdF 4/5 6. Analyse qualitative –
–
But: évaluer la SdF d’un système par des considération
fonctionnelles et matériels sans utilisation de la probabilité Scénarios de défaillance du système (AdD-DDB, Simulation, …), et effet de défaillance du système ( AMDE-C, HAZOP)
7. Analyse quantitative –
–
But: évaluer la SdF d’un système par des considération
fonctionnelles et matériels avec probabilité Évaluation des trois grandeurs probabilistes ( FMD) de SdF (DdB-DDB, modèles à graphes d’états: processus markoviens, modèles à graphes d’événement: RdP)
75
Étapes d’une Analyse SdF 5/5 8. Synthèse des résultats –
– –
But: intégration des résultats qualitatifs et
quantitatifs Évaluation de la criticité (risque) à partir de FMD Évaluation de la gravité (sécurité) à l’aide de : AMDEC
9. Décision compte tenu des objectifs Comparer les résultats aux objectifs initiaux 2 possibilités 1. Acceptation des risques résiduels ( fin de l’étude) 2. Remise en cause du système: Proposition des modifications et une nouvelle analyse
– –
76
Les méthodes d’analyse de SdF
77
Les principales méthodes en SdF •
Analyse Préliminaire des dangers/risque( APD/APR)
•
AMDE-C
•
Hazard and operability study (HAZOP)
• • • •
•
Méthode du diagramme de succès/fiabilité ( MDS/MDF) Méthode de l’arbre de causes/défaillance (MAC/MAD)
Méthode de la table de vérité/décision (MTV/MTD) Méthode de l’arbre de conséquences/événements (MAC/MAE) Méthode de diagramme causes-conséquences ( MDCC)
•
Méthode de l’espace d’états Méthode markovienne
•
Méthodes avancées: diagramme de flux, réseaux de Petri
•
78
Retour d’expérience But= apporter des informations utiles pour une meilleure estimation des performances de sûreté de fonctionnement
Moyens: dispositifs et organisation de recueil des données de retour d’expérience Méthodes de traitements des données hétérogènes Méthodes statistiques et d’IA adaptés aux modèles utilisés en analyse de sûreté de fonctionnement •
•
•
79
Utilisation des données de REX •
•
•
•
•
Exploitation prévisionnelle des données Méthodes causales paramétriques Méthodes de prévision: séries temporelles Raisonnement à base de cas Réseaux de neurones et logique floue
81
82
Partie 4 Maintenance
83
84
Généralités sur la maintenance •
Définition (NF EN 13306) –
–
–
La maintenance est 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 Bien: tout élément, composant, mécanisme, soussystème, unité fonctionnelle, équipement ou système qui peut être considéré individuellement Fonction requise : fonction ou ensemble de fonctions d’un bien considérées nécessaires pour fournir un service donné. 85
Les niveaux de maintenance (1/3) •
•
Les niveaux dans un processus de maintenance pour lesquels constructeurs et utilisateurs de machine sont différemment impliqués. Premier niveau –
–
–
Réglages simples prévus par le constructeur au moyen d’organes accessibles sans aucun démontage ou ouverture de l’équipement, Échange d’éléments consommables accessibles en toute sécurité, huiles, filtres, … Type d’intervention effectuée par l’exploitant sans outillage et à l’aide des instructions d’utilisation 86
Les niveaux de maintenance (2/3) •
2ème Niveau: –
– –
– –
•
Dépannage par échange standard des éléments prévus à cet effet, Opération mineures de maintenances préventive, Type d’intervention effectuée par un technicien habilité de qualification moyenne Outillage portable défini par les instructions de maintenance, Pièces de rechange transportable sans délai et à proximité du lieu d’exploitation
3ème niveau: identification et diagnostic des pannes – – –
Échange de constituants, Réparation mécanique mineures Réglages et réétalonnage des mesures 87
Les niveaux de maintenance (3/3) •
4ème niveau: travaux importants de maintenance corrective ou préventive –
–
–
•
Démontage, réparation, remontage, réglage d’un système Révision générale d’un équipement (exemple: compresseur) Remplacement d’un coffret d’équipement électrique
5ème niveau: –
Travaux de rénovation, de reconstruction ou réparation importante 88
Politiques de maintenance Réalisée pour réduire la probabilité de défaillance
Maintenance Effectuée après défaillance
Maintenance
Maintenance PREVENTIVE
CORRECTIVE
Maintenance curative Maintenance effectuée selon un échéancier établi selon le temps ou le nombre d’usage
Subordonnée à un type d’événement
Maintenance palliative Maintenance PREVENTIVE Systématique
Maintenance PREVENTIVE Conditionnelle 89
La maintenance corrective •
Définition: –
•
Palliative: –
–
•
Maintenance exécutée après détection d’une défaillance et destinée à remettre un bien dans un état dans lequel il peut accomplir une fonction requise Action de maintenance corrective destinée à permettre à un bien d'accomplir provisoirement tout ou partie d'une fonction requise. Appelée couramment « dépannage » la maintenance palliative est principalement constituée d'actions à caractère provisoire qui doivent être suivies d'actions curatives.
Curative –
La maintenance curative qualifie une réparation par laquelle un bien retrouve son état initial 90
La maintenance préventive •
•
Objectif : anticiper les défaillances et réduire la probabilité leur occurrence. Types de la maintenance préventive –
–
Maintenance préventive systématique (MPS) Maintenance préventive Conditionnelle/ prévisionnelle (MPC/MPP)
91
Maintenance préventive systématique •
•
Maintenance exécutée à des intervalles de temps préétablis ou selon un nombre défini d’unités d’usage, mais sans contrôle préalable de l’état du bien Objectifs: – – – – – –
Limiter le vieillissement du matériel Amélioration de l’état du matériel Limiter les risques de panne Réduire les temps d’arrêt Éviter la consommation des pièces … 92
Maintenance préventive conditionnelle •
Maintenance basée sur la surveillance du fonctionnement du bien et/ou des paramètres significatifs de ce fonctionnement intégrant les actions qui découle –
Objectif : Prévision des pannes/défaillances via REX • • • •
•
Analyse des bruits Vibrations, Ondes de choc, ….
Si la maintenance conditionnelle est exécutée en se basant sur des prévisions extrapolées de l’analyse et de l’évaluation des paramètres d’un système, alors elle portera le nom de maintenance prévisionnelle 93
Logique pour le choix d’un type de Maintenance
•
Une MPC demande une analyse rigoureuse du bien, les modes de dégradation, les moyens à mettre en ouvre, les coûts induits, ….
94
La panne a-telle un impact important sur la production ou sur la sécurité
non
La coût de la panne est-il acceptable?
oui
est-il possible de d’utiliser les techniques de contrôle? oui
oui
Maintenance Corrective
non Maintenance systématique
non Maintenance conditionnelle
L’utilisation de ces techniques est-il rentable? oui
95
Les éléments prioritaires pour la gestion de maintenance •
•
•
La différence d’importance existante entre les éléments d’un système impose un classement de ces éléments selon leur priorité: La règle d’or a suivre est de ne pas traiter les problèmes sur le même pied d’égalité Il faut donc déceler les problèmes les plus importants: –
–
•
Qualitatifs: fiche d’analyse Quantitatifs: REX (historique, date et les causes de défaillances, le conséquences, ….)
Utilisation des outils méthodologiques: –
La méthode ABC 96
La méthode ABC •
Objectif: –
•
Mettre en évidence les éléments ( les défaillances) les plus importants qui doivent avoir un traitement particulier.
Les règles: –
–
–
Définition de la nature des éléments à classer (pièces, défaillances, …) Le choix de critère de classement: (coût, fiabilité, disponibilité, nombre d’heure d’utilisation,…) Détermination de la période représentative: les valeurs du critère choisi doivent correspondre à une période représentative pour le caractère étudié. 97
Exemple de la méthode ABC Numéros de la machine ou type de panne N°
Classement par ordre décroissant de coût Ci
Cumul des coûts ∑Ci
%des coûts cumulés ∑Ci /Ct
% des machines ou type de panes
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
Intervention N°
Coût (MAD)
Classement
1
200
5
2
34000
1
3
5000
3
4
300
4
1. Remplir le tableau 1 2. Tracer la courbe pourcentage de coûts cumulés en fonction des pourcentages de pannes cumulées.
98
Exercice N° de machines
Nombre d’heure d’arrêt
Nombre de pannes
1
100
4
2
32
15
3
50
6
4
19
14
5
4
3
6
30
8
7
40
12
8
80
2
9
55
3
10
150
5
Construire deux courbes ABC avec les critères suivants: 1. Nombre de panne 2. Nombre d’heure d’arrêt
99
Les coûts de maintenance •
Analyse des coûts de maintenance –
L’analyse des coûts permet au responsable de la politique de maintenance d’effectuer ses choix principaux : •
•
•
•
•
•
Etablissement d’un budget prévisionnel annuel Suivi des dépenses et respect du budget Niveau de maintenance préventive à mettre en œuvre Vérifier l’efficacité des actions de maintenance Décider du recours ou non à la sous-traitance et à la main d’œuvre externe Problème du renouvellement du matériel –
–
–
Remplacement : achat à l’identique ou non Réfection mineure : remise à niveau Réfection majeure : reconstruction
100
Les coûts de maintenance
•
•
Les coûts directs de maintenance Les coûts indirects de maintenance
101
Les coûts directs de maintenance •
Coûts de la main d’œuvre
•
C’est le produit « temps passés » x taux horaire Frais généraux du service maintenance –
•
Ce sont les frais fixes du service, calculés au mois et ramenés à l’heure d’activité (parfois estimé en % de DM). Ils contiennent : –
–
–
Les appointements des cadres, employés de bureau… Les loyers, assurance, impôts directs… Les frais de climatisation, éclairage, téléphone, véhicules de service…. 102
Les coûts directs de maintenance •
•
Les coûts de possession de stocks, des outillages, des machines Consommation de matière, de fournitures, de produits –
•
•
•
Factures d’achats + Frais de transport + Coût de passation de Commande
Consommation des rechanges Coûts des contrats de maintenance Coûts des travaux sous-traités 103
Synthèse des coûts directs de maintenance
104
Les coûts indirects d’arrêt de production •
coûts de perte de: –
–
–
•
•
•
produits non fabriqués des matières premières en cours de transformation de qualité, perte de produits déclassés
coûts de main d’œuvre non occupée coûts d’amortissement du matériel arrêté Frais induits 105
Les coûts indirects d’arrêt de production •
Frais induits : –
délais non tenus •
•
•
–
perte de qualité de fabrication: •
•
pénalités de retard, perte de clients, image de marque ternie… rebuts
Frais de remise en route du processus de production. 106
Indicateurs de la TPM
107
TRE-TRG-TRS •
Taux de Rendement Economique TRE = E / temps total –
•
Taux de Rendement Global TRG = E / A –
•
Le TRE traduit une vision de financier ou d'investisseur, soucieux de rentabiliser son investissement sur la plus longue utilisation possible. Le TRG est intéressant dans un marché non saturé, fortement demandeur, contexte dans lequel toute unité produite peut être vendue est où l'on a intérêt à maximiser le temps de production.
Taux de Rendement Synthétique TRS = E/B –
Le TRS est intéressant dans un marché saturé, fortement concurrentiel, contexte dans lequel on a intérêt à ne produire que les unités susceptibles d'être vendues.
108
Mesurer la performance d'une machine •
Taux de charge : –
•
Disponibilité opérationnelle : –
•
temps requis / temps d'ouverture temps de fonctionnement / temps requis
Taux de performance : temps net / temps de fonctionnement –
•
Taux de qualité : temps utile / temps net –
109
Mesures de performance d’une machine •
•
Le TRS = temps utile / temps requis ou E/B, ce qui peut aussi s'écrire : TRS = E/B = E/D x D/C x C/B,
en vertu de –
•
E/B = E/D x D/C x C/B
Or, –
–
–
E/D = Taux qualité D/C = Taux de performance C/B = Disponibilité opérationnelle.
110
Exemple •
• • • •
• •
Un atelier travaille en équipe de journée pendant 8 heures soit 480 minutes. L'ouverture machine constatée est de 440 minutes. Les arrêts machine d'un total de 40 minutes sont ventilés comme suit : Changement de série = 20 minutes Panne = 15 minutes Réglages = 5 minutes Le temps de cycle théorique est de 120 pièces / heure mais la mesure d'un temps de cycle réel donne une cadence de 100 pièces / heure seulement. Quantité réalisée : 600 pièces / jour Quantité rejetée : 18 pièces, 12 étant récupérables, 6 irrécupérables. 111
Exemple •
•
•
Taux de fonctionnement brut Il représente les pertes liées au non fonctionnement de la machine
Tb = [(480-40) / 480] x 100 = 91,6 %
112
Taux de performance •
• •
•
• •
Il représente les pertes dues à un fonctionnement non optimal de la machine
Une cadence de 100 pièces par heure équivaut à 0.6min/pièce. C'est le temps net de fonctionnement, soit le temps utile à fabriquer des pièces bonnes. C = B - perte de performance=temps de cycle réel * nombre de pièces. Tf = C/B = [(0.6 minute/pièce x 600pièces) / (480-40)] x 100 = 82 % Rendement vitesse = (100/120) x 100 = 83,3 % (quotient entre le temps de cycle théorique et réel, ou entre les cadences théorique et réelle)
113
Taux de qualité •
•
•
•
Il représente les pertes dues à de mauvaises fabrications
Taux de qualité = [(600-18) / 600 ] x 100 = 97 % Taux de rendement synthétique
Le TRS est le produit de ces indicateurs, soit 73 %.
114
Ratios liés à la maintenance •
1-Coûts de maintenance/chiffre d’affaire relatif à la production
•
Indicateur financier mettant en Evidence la part budgétaire de la Maintenance par rapport à la production
•
2- Coûts du personnel de maintenance/coût de la maintenance
•
Part de la charge budgétaire de Maind’oeuvre sur le coût de Revient de la maintenance
• •
•
3- Valeur du stock de maintenance/valeur du matériel à maintenir 4- Temps propre pour indisponibilité pour maintenance/temps total d’indisponibilité
Permet d’évaluer la justification Des choix en investissement de Pièces de rechange
•
Proportion occupée par les Activités de maintenance dans L’indisponibilité réelle des systèmes
115
Ratios liés à la maintenance •
5- Temps de réparation/temps actif de maintenance
•
Proportion de la réparation Dans le temps effectif de Maintenance des systèmes
•
6- Nombre de pannes/temps de fonctionnement
•
Indicateur de fiabilité excluant Les temps de fonction ralentie
116
•
•
Dans le cas des exemples précédents de ratios, les mesures envisageables en cas de besoins sont 1 - Coûts de maintenance/ chiffre d’affaire relatif à la production –
–
–
–
Augmentation de la part de maintenance préventive. Optimisation des moyens. Diminution de la quantité de travaux sous-traités. Révision du programme d’investissement…. 117
•
Dans le cas des exemples précédents de ratios, les mesures envisageables en cas de besoins sont
maintenance/coût de la maintenance 2- Coûts du personnel de maintenance/coût –
–
–
Ajustement des effectifs. Augmentation du nombre d’actions de prévention, Justification des investissements…
3- Valeur du stock de maintenance/valeur du matériel à maintenir –
Gestion des stocks…
4- Temps propre pour indisponibilité pour maintenance/temps total d’indisponibilité –
–
–
Révision de la logistique de maintenance. Amélioration des méthodes de diagnostic. Modification des procédures d’appel, équipement en moyens de communication…
118
TPM MERIDE AMDEC 119
les buts de la TPM •
•
•
•
Construire une culture d'entreprise qui améliore d'efficience du système de production (mesuré avec le TRS) Construire un système supprimant toute perte et gaspillage : "zéro accidents, zéro défauts et zéro pannes" Couvre tous les départements, incluant incluant Production, Développement, Marketing et Administration Requiert une complète implication du top management aux employés Atteint zéro pertes en engageant des activités d'amélioration en petits groupes 120
Objectifs de la TPM •
L'idéal
•
L'idéal c'est anéantir les pertes et gaspillages pour atteindre :
•
Zéro accident
•
zéro défauts
•
zéro arrêts
•
Réduire puis éliminer les gaspillages, c'est : –
–
–
•
minimiser les arrêts machines, améliorer les machines du parc existant optimiser l'utilisation des machines,
Ces gains permettent de : –
–
–
réduire les frais financiers, retarder ou rendre inutiles les investissements capacitaires, introduire de nouveaux équipements en tenant compte de l'expérience du passé (ne pas refaire les mêmes erreurs, mutualiser les bonnes pratiques) 121
Objectifs de la TPM •
En pratique, il faut :
•
augmenter la productivité des machines
•
différer les investissements capacitaires (nouveaux équipements pour
•
•
•
assurer la capacité de production) fiabiliser les machines = trouver et éliminer les causes de micro-arrêts rentabiliser rapidement les investissements (générer la VA plus vite) améliorer les méthodes de travail : rationaliser la maintenance et y trouver la place de l'homme (c'est un capteur à 5 sens !) valoriser la fonction "conduite de machine " –
–
–
améliorer les conditions de travail
–
diminuer les actions du type " pompiers" (interventions soudaines et
acrobatiques...) 122
TPM •
•
•
•
•
•
Signification de TPM
La signification du sigle TPM, Maintenance Productive Totale s'explique ainsi : Maintenance : maintenir en bon état = réparer, nettoyer, graisser et accepter d'y consacrer le temps nécessaire. Productive : essayer de l'assurer tout en produisant ou en pénalisant le moins possible la production. Totale : considérer tous les aspects (même repeindre la machine) et y associer tout le monde. Les idées de base :
123
TPM •
Les idées de base :
•
La propreté et l'ordre : c'est la première phase nécessaire à la TPM; pas de gain de
•
•
•
•
temps possible en fouillant dans le désordre, pas de détection facile des signes précurseurs de pannes, les fuites par exemple, dans un environnement sale... Ces pré requis sont les 5S, qu'il faut appliquer avant tout. Connaître les machines : leur fonctionnement (de façon précise), leurs performances et leurs faiblesses. Suivre quotidiennement les performances des machines, des ateliers, fixer un objectif (très) ambitieux et essayer de l'atteindre, puis de conserver ces performances. Associer tout le monde : pour relever les données, suivre les évolutions, générer des idées, accroître les connaissances, garder la motivation. N'oublions pas que les opérateurs connaissent leurs machines de manière intime. Ils développent une relation presque affectueuse pour leur outil de travail et sont de merveilleux capteurs à cinq sens pouvant détecter une anomalie à l’odeur, aux bruits, couleur ou encore vibrations inhabituelles... 124
