Sûreté de Fonctionnement - Exercices corriges
La fiabilité mesure l'aptitude du système à conserver ses caractéristiques ... et qui
n'aurait pas pu être prévues par un examen ou une surveillance antérieure.
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Sûreté de Fonctionnement
Principaux concepts
Les différentes moyennes utilisées en fiabilité :
MTTF : Mean time to failure : Temps moyen dapparition moyen de la première défaillance ou temps moyen de bon fonctionnement
MTTR : Mean time to repair : temps moyen de réparation
MUT : Mean Up Time : Temps moyen où le système est opérationnel
MDT : Mean time down : Temps moyen où le système est hors service
MTBF : Mean time between failure : Temps moyen entre 2 défaillances
MTBF
MTTF MDT MUT
Premiere Panne MTTR Remise en service après réparation
Détection de panne + durée dintervention Durée de remise en service
Qualité et fiabilité :
La qualité dun produit est caractérisé par :
sa conformité aux spécifications qui la définissent
son aptitude à rester conforme à ses spécifications pendant sa durée de vie.
La fiabilité mesure laptitude du système à conserver ses caractéristiques dorigine. Cest une des caractéristiques fondamentales dun produit qui concourt alors à sa qualité.
La sûreté de fonctionnement est lensemble des aptitudes dune entité lui permettant de disposer de performances fonctionnelles spécifiée pendant la durée voulu, au moment voulu sans dommage pour lui-même.
La sûreté de fonctionnement est caractérisée par :
La fiabilité
La maintenabilité
La disponibilité
La sécurité
Mais aussi : la durabilité la continuabilité la survivabilité linvulnérabilité la servibilité
La sûreté de fonctionnement est la science des défaillances
En anglais : sûreté de fonctionnement = DEPENDABILITY
R(t) = Fiabilité
= P(Système BFO -> t)
Disponibilité :
Cest laptitude dune entité a être en état daccomplir une fonction requise dans des conditions données et à un instant donné.
Cela inclut le fait que le système puisse être tombé en panne (à linverse de la fiabilité)
On la note :
A(t) =P (E non défaillante à linstant t)
Indisponibilité = 1 A(t) = A barre
Maintenabilité :
Cest laptitude dune entité a être maintenue ou rétabli dans un étant dans lequel elle peut accomplir une fonction requise.
On la note M(t) = P( La maintenance de E est achevé au temps t)
La sécurité :
Cest laptitude dune entité a éviter de faire apparaître des dans conditions données, des événements critiques ou catastrophiques
On la note Sécurité = P (Entité non défaillante de façon critique sur [0 ; t])
La durabilité :
Cest laptitude dune entité a demeurer en état daccomplir une fonction requise dans des conditions donnée dutilisation et de maintenance jusquà ce quun état critique soit atteint.
Linvulnérabilité :
Cest laptitude dun produit à maintenir son intégrité physique fonctionnelle lorsquil est soumis à des agressions que lon a spécifiées.
Sûreté de fonctionnement
Disponibilité Sécurité
Fiabilité Maintenabilité
Défaillance :
La défaillance est la cessation de laptitude dune entité à accomplir une fonction requise.
On les classe en plusieurs types :
Défaillance progressive : Défaillance due à une évolution dans le temps des caractéristiques dune entité
Défaillance soudaine : Défaillance qui ne se manifeste pas par une perte progressive des performances et qui naurait pas pu être prévues par un examen ou une surveillance antérieure.
En fonction de leur amplitude :
Défaillance partielle : défaillance résultant de déviation dune ou des caractéristiques mais telle quelle nentraîne pas une disparition complète de la fonction requise.
Défaillance complète : Défaillance résultant de déviation dune ou des caractéristiques entraînant une disparition complète de la fonction requise.
En fonction de leur rapidité :
Défaillance catalectique : soudaine et complet
Défaillance par dégradation :
Il y a 3 périodes de défaillances :
Défaillances précoces.
Défaillances à taux constant
Défaillances dusure
Classement par effet :
Défaillance mineure : qui nuit au bon fonctionnement en causant un dommage négligeable au système sans présenter un danger pour lhomme
Défaillance significative : qui nuit au bon fonctionnement en causant un dommage négligeable au système sans présenter un danger notable pour lhomme
Défaillance critique : Défaillance qui entraîne la perte dune fonction essentielle dun système, cause des dommages au système et peut entraîner un risque négligeable de blessures ou mort
Défaillance catastrophique : Défaillance qui entraîne la perte dune fonction essentielle dun système, cause des dommages au système et peut entraîner un risque important de blessures ou de mort.
Classement par cause :
Défaillance première : Défaillance dune entité dont la cause directe ou indirecte nest pas la défaillance dune entité
Défaillance seconde : Défaillance dune entité dont la cause directe ou indirect est la défaillance dune autre entité et pour laquelle cette entité na pas été qualifié ou dimensionnée.
Défaillance de commande : Défaillance dune entité dont la cause directe ou indirecte est la défaillance dune autre entité et pour laquelle cette entité a été qualifiée et dimensionné.
Panne :
Une panne est linaptitude dune entité à accomplir une fonction requise.
Après lapparition dune défaillance on considère donc que lentité est en panne : une panne résulte toujours dune défaillance
Classement :
Panne intermittente
Panne Fugitive : intermittente et difficilement constatable
Panne permanente
Panne latente : panne qui existe mais qui na pas encore été détectée
Mode de défaillance : cest leffet par lequel une défaillance est observée.
Les modes de défaillance sont dénommés du nom de leffet sur les fonctions du composant.
Causes de défaillance Défaillance dun composant Mode de défaillance
Un défaut : Ecart entre une caractéristique de lentité et une caractéristique voulue.
Notion de risque :
Plus un risque est grave, plus sa fréquence est faible et inversement.
Notion de mesure de prévention/mesure de protection
R = Somme des Rs = Somme (Fs Gs As)
S = Scénario potentiellement dangereux
Fs = probabilité de survenue du scénario S
Gs= Gravité des conséquences du scénario S
As = Coefficient daversion vis-à-vis du scénario S
Le coefficient daversion est une notion subjective qui prend en compte lintérêt de la population pour le risque.
Les relations Fondamentales
Estimateur de la fiabilité
N(t) = Nbre déquipement en Bon Fonctionnement à linstant t
N(o) = Nbre déquipement en Bon fonctionnement à t = 0
N(t) / N(o) = indicateur de la fiabilité
Taux de panne instantané
t t + 1
N(t) N(t+1)
[N(t+1) N(t)] / N(t) = N(t) / N(t)
N(t) = Système BF = A
Système en panne = B
A U B = Omega
A n B = 0
P(AUB) = p(a) + p(b) p(a n b)
P(a U b) = p(a) + p(b)
P(omega) = 1
Dou finalement
P(a) + p(b) = 1 avec :
P(a) = R(t) fiabilité
P(b) = D(t) défiabilité
R(t) + D(t) = 1
EMBED Equation.DSMT4
Relation entre fiabilité et densité de probabilité de panne
R(t) + D(t) = 1
EMBED Equation.DSMT4
F(t) = densité de probabilité de panne
Relation entre la fiabilité et le taux instantané de panne
EMBED Equation.DSMT4
MTTF et MTTR
MTTF : Mean time to failure : Temps moyen dapparition moyen de la première défaillance ou temps moyen de bon fonctionnement
MTTR : Mean time to repair : temps moyen de réparation
Calcul du MTTF :
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4
Intégration par partie
EMBED Equation.DSMT4
T = 0 t x R(t) =0
T tend vers linfini t x R(t) = ?
Donc : EMBED Equation.DSMT4
Pour le calcul du MTTF, il peut être intéressant dutiliser la transformée de Laplace
EMBED Equation.DSMT4
On a finalement
EMBED Equation.DSMT4
Calcul du MTTR
EMBED Equation.DSMT4
M(t) : Maintenabilité
De la représentation logique des systèmes
Cest le cur du métier !
Introduction
La modélisation dun système, cest la clef de la SDF.
Sans ces modèles
Pas de calcul possible
Pas danalyse qualitative possible
Recherches points faibles
Redondance inutile
Si le modèle est faux : TOUT EST FAUX !
Objectif : La méthode est détablir la représentation la plus simple.
Pour obtenir les autres représentations, on emploie des logiciels.
On sintéresse alors à des systèmes avec n éléments.
Ces n éléments peuvent être dans plusieurs états possibles.
Il existe 2 grandes catégories déléments :
Eléments nominalement en fonctionnement
2 états possibles
- il marche
- il est en panne
2- Eléments (de secours) nominalement à larret
4 états possibles
- il est en marche.
- il est en réparation.
- il est à larrêt en bon fonctionnement.
- il est à larrêt en panne.
Pour les 2 derniers états, il y a un problème dobservabilité.
Au delà des éléments du système, on devra prendre en compte les événements extérieurs
Environnement
Erreurs humaines
Représenter la logique dun système cest représenter lensemble des état de bon fonctionnement OU lensemble des états de panne du système et lensemble des liaisons entre ces états. (il sagit dun OU exclusif ! )
On ne réalise jamais un modèle de toutes les fonctions du système !
Méthodes des diagrammes de succès
Autre appellation : diagramme de fiabilité.
Cest une représentation de la logique de bon fonctionnement.
(en) Blocks diagram
Les éléments, les fonctions, les événements extérieurs sont représenté par des blocs.
E S
Règles de construction :
Cas simple : Système à 2 éléments A et B
Si la panne dun seul élément met en panne le système alors on place en série les blocs correspondant à ces éléments
SHAPE \* MERGEFORMAT
Si par contre, il faut que les 2 éléments soient en panne, pour que le système soit en panne alors on place les blocs.
SHAPE \* MERGEFORMAT
Représentation redondance r / n
Redondance r : n
Au démarrage système, on a les n éléments en BF, mais le système continu à fonctionner tant quil existe au moins r éléments en BF.
SHAPE \* MERGEFORMAT
Représentation redondance froide
Eléments en fonctionnement nominal (éléments principaux)
Eléments secours (nominalement à larrêt) et quon ne fait démarrer que lors dune panne dun élément principal.
1er cas :Système à 1 éléments principal et 3 élements secours
1ère représentation :
SHAPE \* MERGEFORMAT
2ème représentation :
SHAPE \* MERGEFORMAT
Cas plus complexe :
Systèmes à 2 éléments principaux et 3 éléments secours.
-Ceci veut dire que le système a besoin à tout instant de 2 éléments en BF.
1ère représentation : 2ème représentation :
SHAPE \* MERGEFORMAT SHAPE \* MERGEFORMAT
Le résultat : diag de ce type
SHAPE \* MERGEFORMAT
Chemin de succès :
Cest un ensemble déléments (blocs) qui conduit au BF du système.
Un chemin de succès minimal est un chemin de succès qui ne contient aucun autre chemin de succès.
Exemple :
SHAPE \* MERGEFORMAT
S1 = {A, B, D1}
S2= {A, B, E}
S3 = {A, C, E}
S4 = {A, C, D2} Ce sont les chemins de succès minimaux
S5 = {A, B, D1, E} ce nest pas un chemin de succès minimum
La fonction de marche :
A chaque bloc, on associe une fonction booléenne yi
Telle que yi = 1 quand élément i est en BF
yi = 0 quand est en panne
f(y1, y2, y3,
, yn) = 1 si et seulement si (y1, y2, y3,
, yn) correspond à 1 bon état de fonctionnement du système. On lappelle FONCTION DE MARCHE
La fonction de marche se construit avec les chemins de succès minimaux.
A -> y1 B-> y3 C -> y3 D-> y4 E->y5 F -> y6
F= y1y2y4 + y1y2y6 + y1y3y6 + y1y3y5
S1 S2 S3 S4
Coupe : Une coupe est un ensemble déléments (blocs) dont la panne conduit à la panne du système.
Coupe minimale : est une coupe qui ne contient aucune autre coupe.
SHAPE \* MERGEFORMAT
C1 = {A}
C2 = {B,C}
C3 = {B,E D2}
C4 = {C, E, D1}
C5 = {D1, E, D2} minimal
C6 = {B, C, E} pas minimal
Fonction de panne :
F(x1, x2, x3,
xn) = 1 quand (x1, x2, x3,
xn) correspond à 1 état de panne du système.
Avec xi = 1 quand un élément i est en panne
xi = 0 quand un élément i est en BF
Exemple :
F = x1 + x2x3 + x2x6x5 + x3x4x6 + x4x5x6
C1 c2 c3 c4 c5
Méthode pour déterminer mathématiquement les coupes minimales.
On part du constat que la fonction de panne est la fonction duale de la fonction de marche :
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4 ¨
Rappel :
EMBED Equation.DSMT4
{A} {B,C} {B,D2,E}{C,D1,E} {D1,E,D2}
Exercice 1
SHAPE \* MERGEFORMAT
Le système est considéré comme fonctionnant tant quau moins 1 des transformateurs délivre du courant aux abonnés.
Etablir le diagramme de succès
Trouver les chemins de succès minimaux
Etablir la fonction de marche
Déterminer les coupes minimales
Etablir la fonction de panne.
1 -
SHAPE \* MERGEFORMAT
2 Chemins de succès minimaux
{source, disj, T1}
{Source disj, T2}
3 Fonction de marche
f = y1y2y3 + y1y2y4 avec y1 = source y2 = disjoncteur y3 = T1 y4 = T2
4 Coupes minimales
C1 = {source}
C2 = {disjoncteur}
C3 = {T1,T2}
5 Fonction de panne
F = x1 + x2 + x3x4
F = EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4
Exercice 2
SHAPE \* MERGEFORMAT
1 Diagramme de succès
2 Chemins de succès minimaux
400kv on le note S1
20kv on le note S2
Le diesel on le note D
Lalternateur on le note A
SHAPE \* MERGEFORMAT
Recensement des chemins de succès :
1 S1 C1 T1 C2 C3 C4
2 - S1 C1 T1 C2 C8 C4
3 S2 C6 T2 C7 C3 C4
4 - S2 C6 T2 C7 C8 C4
5 S A C5
Exercice 3 :
Groupe électrogène Temps zéro
SHAPE \* MERGEFORMAT
Question :
Etablir le diagramme de succès
Trouver les chemins de succès minimaux
1. Etablir le diagramme de succès.
SHAPE \* MERGEFORMAT
2 chemin de succès
C1 = {EDF,CEDF, MAS, VI, Paliers, ARBRE, ALT, MFT, EMBouv, CUT, CMD}
C2 = {Reservoir, Diesel, EMBferme, ARBRE, PALIERS, VI, ALT, MFT, CUT, CMD}
Ces éléments sont en communs
Exercice 4 :
Faisceau Hertzien
SHAPE \* MERGEFORMAT
Chemins de succès
C1 = {ALIME ; Term E ; EM1 ; Ant1, F1, Ant2, R1, Term R, AlimR}
C1 = {ALIME ; Term E ; EM2 ; Ant1, F2, Ant2, R2, Term R, AlimR}
Diagramme de succès :
SHAPE \* MERGEFORMAT
Méthode de larbre des causes
Généralités
Les événements de base peuvent être :
des pannes
des erreurs humaines
des événements éxtérieurs
Exemple :
SHAPE \* MERGEFORMAT
Evénement redouté ( non fonctionnement du système
SHAPE \* MERGEFORMAT
Représentation
SymboleEvénement correspondant SHAPE \* MERGEFORMAT Evénement de base Evénement indépendant (panne, erreur, evt extérieur) dont on connaît la probabilité doccurrence
SHAPE \* MERGEFORMAT Evt supposé de base pour larbre considéré. En fait, cet evt est subdivisable en evts intermédiaires et de base. On fait pointer ce losange vers un autre arbre des causes.
Exemple :
SHAPE \* MERGEFORMAT
SHAPE \* MERGEFORMAT Evénement dont les causes nont pas encore été développées ( il reste du travail à faire ! SHAPE \* MERGEFORMAT Evénement résultant : Evt résultant de la combinaison de plusieurs évenement.
En général, (99% des cas) vous avez une porte logique sans evt R.
1% restant, on a sous R, un evt de base SHAPE \* MERGEFORMAT Evénement de base : intervenant normalement pendant le fonctionnement du système (ce nest pas une panne, ce nest pas une erreur) SHAPE \* MERGEFORMAT Représentation dun evt conditionnel,il est toujours associé à 1 porte logique.
Exemple :
SHAPE \* MERGEFORMAT SHAPE \* MERGEFORMAT La partie qui suit SHAPE \* MERGEFORMAT se retrouve sous lemplacement de SHAPE \* MERGEFORMAT ce groupe de symbole nest utilisable que pour des morceaux darbre ayant la même logique et dont les evt de bases ont 1 à 1 les même probabilités.
Exemple :
Arbre sans utilisation de la symbologie
SHAPE \* MERGEFORMAT SHAPE \* MERGEFORMAT On retrouve la première partie sous la deuxième partie avec la même logique mais les evts nont pas les mêmes probabilités.
SHAPE \* MERGEFORMAT
Représentation des opérateurs logiques
(Encore appelés porte logique)
SymboleType de porte EMBED PBrush Porte ET EMBED PBrush Porte OU EMBED PBrush Porte combinaison dès que lon a combinaison dau moins 2 ou 4 evts alors quil y occurrence de levt résultant R EMBED PBrush Porte ET avec condition EMBED PBrush Porte OU avec condition SHAPE \* MERGEFORMAT Porte SI SHAPE \* MERGEFORMAT Porte délai : R apparaît 10 minutes après E1 SHAPE \* MERGEFORMAT Porte matricielle
On sait que R résulte de la combinaison des 4 événements mais ces combinaisons ne sont pas explicité EMBED PBrush Porte quantification toujours en entrée de porte sommation EMBED PBrush Porte sommation EMBED PBrush Porte comparaison
Elaboration de larbre des causes
Il y a 5 grands principes encadrant la méthodologie de construction de ces arbres.
Recherche des causes immédiates nécessaires et suffisantes
On parle de cause INS (premier principe)
Cette règle sappelle Think small Rule
Exemple : circuit électrique
SHAPE \* MERGEFORMAT
Arbre des causes :
SHAPE \* MERGEFORMAT
Classement événements intermédiaires
(2ème principe)
En dessous dune partie logique, on peut trouver 3 types devt intermédiaires.
evts de base
défaut de composant, lui-même décomposable en 3 types dévénements
défaillance première
défaillance seconde
défaillance de commande
en bleu : On parle du 3ème principe
Souligné : evt système décomposable en dautre evts
SHAPE \* MERGEFORMAT
Recherche des causes INS des evts intermédiaires (Ei) jusquà lobtention des evts de base
SHAPE \* MERGEFORMAT
Démarche itérative
(5ème principe)
Lanalyse dévénements intermédiaires de niveau plus bas peut mener à des remises en question de la construction de larbre. On est souvent obligé de revenir sur des analyses dEi lors de la construction (meilleurs connaissances du sujet, 1 état de fonctionnement non étudié). On a besoin de précisions sur certains éléments ou événement. On est alors en attente.
Exemple dapplication
SHAPE \* MERGEFORMAT
Evt redouté = échauffement des fils AB
Fonctionnement trop long du moteur conduit à 1 court-circuit du coté du moteur
Si un courant élevé traverse la palette de relais, la palette du relais reste collée
La zone AB contient des vapeurs inflammables.
Défaillance première : usure du moteur, on y peut rien.
BP : bouton poussoir
SHAPE \* MERGEFORMAT
On prend en compte les evts qui ont une probabilité non négligeable. (mais pour cela, il faut avoir un certain retour dexpérience)
La MDE doit être un réservoir dinfo pour les causes.
Coupes minimales et implicants premiers
Les coupes minimales
Même définition que pour les diagrammes de succès.
Cest un ensemble dévénement qui conduit à lévénement redouté. Une coupe minimale est une coupe qui ne contient aucune autre coupe.
Conversion arbre en équation booléenne
T = (A+B+C).(C+AB)
T = AC+BC+CC+A.AB+B.AB+CAB
En vertu de la loi de lidempotence
X.X=XT=AC+BC+AB+ABC+CUtilisation des algos de réduction de Karnaugh ou McCluckey et tison
T=C+AB
C et Ab sont les coupes minimales
Permettent de réduire larbre de def réduit
SHAPE \* MERGEFORMAT
Implicants premiers
Equivalent des coupes minimales pour les systèmes non cohérents.
Systèmes cohérents :
Tous les éléments en BF, système en BF
Tous les éléments sont en panne, système HS
Système en BF, alors aucune réparation dun élément défaillant ne conduit à la panne du système.
Système panne, aucune nouvelle dun élément conduit à la remise en BF du système.
EMBED Equation.DSMT4
Exercice 1
SHAPE \* MERGEFORMAT
Evt indésirable : non alimentation de la barre « abonnés »
Faire larbre des causes.
SHAPE \* MERGEFORMAT
SHAPE \* MERGEFORMAT
Exercice 2
SHAPE \* MERGEFORMAT
Arbre des causes
SHAPE \* MERGEFORMAT
Exercice 3
SHAPE \* MERGEFORMAT
Il ne faut pas que lembrayage soit collé quand on est branché sur lEDF sinon ça ne marche pas.
Il faut que lembrayage soit collé quand on utilise le diesel.
Le commande contrôle est piloté par le mft
SHAPE \* MERGEFORMAT
SHAPE \* MERGEFORMAT
Exercice 4
SHAPE \* MERGEFORMAT
Evt indésirable : « non réception information sur terminal réception »
SHAPE \* MERGEFORMAT
SHAPE \* MERGEFORMAT
Tables de vérité
Tableau booléen listant les différentes combinaisons de BF et de panne des elts constituant un système.
2 TV ( BF SHAPE \* MERGEFORMAT
Panne
SHAPE \* MERGEFORMAT
On associe à chaque équipement 1 variable booléenne.
Source ( VB S
S=1 qd source est en BF
S=0 qd source est HS
Disj ( VB D
T1 ( VBT1
T2 ( VB T2
Table de vérité BF :
SDT1T2111111011110Chaque ligne du tableau correspond à 1 état de BF du système (> recenser les chances de succès
Tableau de vérité Panne système
Chaue ligne du tableau correspond à 1 état de panne recenser les coupes
SDT1T200000100001000000110
Et le tableau continue
.
Méthode de représentation des états ( graphe de états
MDS + MAC valides uniquement lorsque les éléments constitutifs du système sont indépendants au niveau fonctionnel et maintenance.
Dès quil y a dépendance, il faut passer à un nouveau niveau type de modélisation.
(Cest le graphe des états
(Réseaux de pétri
Dans les graphes des états, on a 2 entités pour la représentation.
- Le sommet correspond à un état du système.
Arcs valués. Ils sont associés à une valeur numérique
- »x cas de panne
- ¼ x cas de réparation
Un arc relie 2 sommets
Si on a un système comprenant n éléments, chaque élément a 2 états possibles alors on aura au maximum 2n sommets (2n états)
Exemple :
On a un système constitué de 2 éléments fonctionnant simultanément.
Il suffit dun élément en BF pour que le système fonctionne (redondance chaude). On ne dispose que dun réparateur. Le réparateur finit toujours de réparer le premier équipement en panne. Le taux de panne de chaque élément vaut » lorsque les 2 équipements sont en fonctionnement.
S il ne reste qu un équipement en BF, alors sont taux panne » Le taux de réparation de chaque «équipement » vaut ¼.
Recensement des états
On note 1 elt1 et 2 elt2
EMBED Equation.DSMT4 EMBED Equation.DSMT4
12
EMBED Equation.DSMT4 EMBED Equation.DSMT4
SHAPE \* MERGEFORMAT
Exercice 1
SHAPE \* MERGEFORMAT
Source ( S »S ¼S
Disj ( D »D ¼D
Transfo 1 ( T1 »T1 ¼T1
Transfo 2 ( T2 »T2 ¼T2
On a un réparateur qui s occupe du disj + 2 disj et un réparateur EDF
Le premier répare en priorité le premier élément tombé en panne
Recensement des états possibles du système.
Remarque : quand les taux de transitions sont constants, il s agit d un graphe de markov.
SHAPE \* MERGEFORMAT
Exercice 2
SHAPE \* MERGEFORMAT
Terminal T ( T »T ¼T
Emetteur E ( E »E ¼E
1 réparateur pour l alimentation
1 réparateur pour le terminal et lémetteur qui répare en priorité le 1er élément qui tombe en panne.
Recensons les états :
SHAPE \* MERGEFORMAT
Les réseaux de Pétri
Introduction
Létude de la Sdf de systèmes séquentiels complexes conduit à une modélisation par graphe des états difficile à établir
Pour recenser les états des systèmes complexes mais aussi pour comprendre le fonctionnement des systèmes on peut utiliser une nouvelle technique en loccurrence les réseaux de pétri, technique bien adaptée au systèmes séquentiels.
(Réseau de Pétri
Modèle
Règles
Modélisation
Réseau de pétri :
( il sagit de graphe orientés marqué et constitué de 3 grands types dentités
Place
Transition
Arc
La place
SHAPE \* MERGEFORMAT
Cercle marqué
La marque rouge est appelée « jeton »
Transition
Représentée par une barre ou un trait
Arc
Arc amont : qui relie 1 place à une transition
arc aval : qui relie 1 transition à 1 place
La représentation est une flèche (
A quoi ressemble un réseau de pétri :
SHAPE \* MERGEFORMAT
Lévolution du marquage du réseau
Cest lobjet principal de la modélisation
En effet :
Un marquage donné du réseau correspond à 1 état du système.
lévolution du marquage conduit à représenter lévolution de létat du système.
Lévolution du marquage est régie par des règles de validation et de tri des transitions.
Règle de validation dune transition
Pour quune transition soit valide, il faut quil y ait au moins 1 jeton dans chacune des places amont associés à cette transition.
SHAPE \* MERGEFORMAT
Règle de tir dune transition
Pour tirer une transition, il faut quelle soit validée. Le tir consiste à retirer 1 jeton dans chacun des places amont liées à la transition et à placer un jeton dans chacune des places aval associées à cette transition.
SHAPE \* MERGEFORMAT
1er exemple dapplication
SHAPE \* MERGEFORMAT
Ce réseau correspond à la modélisation dun système constitué dun élément réparable.
P1 = elt en BF
P2 = elt en panne
T1 = Lélément tombe en panne
T2 = lélément finit dêtre réparé
SHAPE \* MERGEFORMAT
1 est ici la seule transition valide. On peut tirer T1 (( panne de lélément) et le réseau devient
SHAPE \* MERGEFORMAT
La seule transition possible est T2 et le réseau redevient :
SHAPE \* MERGEFORMAT
Un exemple de linterêt du réseau de Pétri pour la prise en compte des dépendances fonctionnelles
Les processus industriels : plusieurs sous-systèmes utilisant la même ressource ( dépendance car quand des s/s utilisent la ressources, les autre s/s doivent attendre
idem pour les équations de maintenance
Exemple : 2 S/S avec un seul réparateur
SHAPE \* MERGEFORMAT
SHAPE \* MERGEFORMAT
( État initial :
T1 et T4 valides
( Tirons T4 :
°
° °
° °
° °
T1 et T5 valides
( Tirons T5 :
°
° °
° °
° °
T1 et T6 valides
( SS2 tjs en réparation, SS1 tombe en panne : ti de T1 :
°
° °
° °
° °
T6 valide
( Tir de T6 :
°
° °
° °
° °
T2 et T4 valides
Les arcs inhibiteurs
Cest un outil de simplification du réseau, il permet de supprimer des places. Si la place amont associée à cet arc est marquée par au moins 1 jeton, alors la transition sur laquelle pointe larc est inhibée (transition devenant non valide)
Exemple :
Calcul de la fiabilité des systèmes non réparables à fonctionnement permanent à partir des diagrammes de succès
Cas dun diag de succès série
SHAPE \* MERGEFORMAT
Rs(t) = P[Syst en BF de 0 à t]
Rs(t) = P[A1BF et A2 et
et An]
Les Ai étant indépendants, on a donc :
Rs(t) = P(A1)xP(A2)x
xP(An)
avec
P(A1)= R1
P(A2)= R2
P(An)= Rn
Avec Ri = R(Ai)
Rs(t) = EMBED Equation.DSMT4
Taux de pannes instantané ( »s)
Hypothèse :
Le Taux de panne »i des éléments sont constants
( Ri(t) = EMBED Equation.DSMT4
Rs(t) = EMBED Equation.DSMT4 EMBED Equation.DSMT4
Rs(t) = EMBED Equation.DSMT4
D où finalement
»s = taux de panne d un système
EMBED Equation.DSMT4
On a » constant
MTTFs
EMBED Equation.DSMT4
Cas du diagramme de succès parallèle
SHAPE \* MERGEFORMAT
Ds(t) = défiabilité d un système
EMBED Equation.DSMT4
car les éléments sont indépendants
EMBED Equation.DSMT4
Taux de panne du systèmes
EMBED Equation.DSMT4 (Rappel chap II)
f = densité de probabilité de panne
R = fiabilité
EMBED Equation.DSMT4
exemple :
SHAPE \* MERGEFORMAT
Les taux de panne des éléments sont constants
Ds = DA1 x DA2
or
EMBED Equation.DSMT4
Rappel ch II : R + D = 1
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4
Doù finalement
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4
Généralisation :
SHAPE \* MERGEFORMAT
EMBED Equation.DSMT4
Regardons d un peu plus près le comportement des »S quand t est très faible (T(0) et quand T est très grand.
Cas T très faible
EMBED Equation.DSMT4
Comme t est petit, je ne garde que le terme du développement où lexposant de t est le plus faible
EMBED Equation.DSMT4
On a finalement quand t est petit (début de vie du système
EMBED Equation.DSMT4
Quand t est grand
EMBED Equation.DSMT4
Calcul du MTTFs
EMBED Equation.DSMT4
exemple simple
SHAPE \* MERGEFORMAT
Car où »1 et »2 constant
EMBED Equation.DSMT4
Prenons l hypothèse : »1 = »2 = »
EMBED Equation.DSMT4
cas à n éléments en parallèle dans le diagramme de succès
EMBED Equation.DSMT4
Diagramme de succès mixtes
Diagramme parallèle série
SHAPE \* MERGEFORMAT
Rij = fiabilité éléments j de létage i
Dij = 1-Rij = Défiabilité élément j de létage i
1ère étape :
On regroupe par macro-éléments
SHAPE \* MERGEFORMAT
EMBED Equation.DSMT4
Avec Ri = fiabilité du macroélément i
2ème étape :
Calcul de la fiabilité des macro-éléments (Ri)
Calcul de R1
SHAPE \* MERGEFORMAT
D1 = 1-R1
EMBED Equation.DSMT4
Pour les autres Ri, on fait le même calcul
EMBED Equation.DSMT4
Diagramme succès série parallèle
SHAPE \* MERGEFORMAT
Rij = fiabilité élément j de la branche i
et Dij = 1 Rij
1ère étape :
Regroupement en macro éléments.
On a donc :
SHAPE \* MERGEFORMAT
EMBED Equation.DSMT4
SHAPE \* MERGEFORMAT
EMBED Equation.DSMT4
On aura le même calcul pour les autres éléments
Doù finalement
EMBED Equation.DSMT4
Calcul de la fiabilité dans le cas dune redondance r/n
SHAPE \* MERGEFORMAT
Exemple simple :
SHAPE \* MERGEFORMAT
On se place dans le cas où EMBED Equation.DSMT4
Recensons les cas de bon fonctionnement
1 A1 A2 A3 P1 = R1R2R3
EMBED Equation.DSMT4 EMBED Equation.DSMT4
Rs=P(1 ou 2 ou 3 ou 4)
Rappel :
P(± u ²) = P(± ) + P(²) p(± et ²)
si ± et ² incompatibles
P(± u ²) = P(±) + P(²)
Heureusement 1 2 3 et 4 sont incompatibles
d où Rs = P1+P2+P3+P4
d où finalement
EMBED Equation.DSMT4
cas où R1=R2=R3=R4
cas le plus usuel
EMBED Equation.DSMT4
Astuce du jour
Uniquement quand la fiabilité des éléments est identiques
EMBED Equation.DSMT4
Application
SHAPE \* MERGEFORMAT
Tous les éléments ont la même fiabilité R
EMBED Equation.DSMT4
Généralement r/n
EMBED Equation.DSMT4
Cas des diagrammes de succès complexes
Cas où le diagramme nest ni parallèle ni série, ni une combinaison parallèle série ou série parallèle.
Exemple simple dun diagramme complexe :
SHAPE \* MERGEFORMAT
1ère étape :
On recense les éléments gênants pour le calcul et on en choisit 1
Il sagit ici de lélément C
Rappel : Théorème des probabilités totales
S.C.E : système complet dévénements
EMBED Equation.DSMT4
Utilisons ce théorème
EMBED Equation.DSMT4
On a la relation suivante :
EMBED Equation.DSMT4
Calcul P (cas1)
Cas 1 ( C en BF
On remplace dans le Diag C par un trait
SHAPE \* MERGEFORMAT
SHAPE \* MERGEFORMAT
P(cas 1) = R ± x R ²
SHAPE \* MERGEFORMAT
D ± = Da x Db
1-R ± = (1-Ra)(1-Rb)
(R ± = Ra + Rb RaxRb
Pour ²
Rb = Rd + Re RdxRe
Calcul P(cas 2)
Cas où C est en panne. on remplace le bloc C pr du vide :
SHAPE \* MERGEFORMAT
On a donc finalement
SHAPE \* MERGEFORMAT
Dcas2 = D ± x D ²
1-P(cas2)=(1-R ± )(1-R ² )
P(cas 2) = R ± + R ² R ± x R ²
R ± = Ra x Rd
R ² = Rb x Re
D où le résultat final :
Rs = P(cas1) x Rc + P(cas2) x (1-Rc)
avec P(cas1) = R ± x R ²
avec R ± = Ra + Rb RaRb
et R ² = Rd + Re + RdRe
P(cas2) = R ± + R ² R ± x R ²
avec R ± =Ra x Rd
et R ² = Rb x Re
Cas où 1 bloc est dupliqué dans le diagramme
Les méthodes des paragraphes 1 à 5 ne marchent que lorsque aucun bloc n est dupliqué dans le diagramme. En fait le bloc dupliqué, cest le bloc gênant, on va donc utilisé le théorème des probabilités totales.
SHAPE \* MERGEFORMAT
Rs = P(S/A) x Ra + P(S/A)x(1-RA)
car A dupliqué est gênant.
P(cas 1)
SHAPE \* MERGEFORMAT
P(cas1) = RC + RbRd RcRbRd
P(cas 2)
SHAPE \* MERGEFORMAT
P(cas 2) = 0
doù finalement
Rs = (Rc + RbRd RcRbRd) x Ra
SHAPE \* MERGEFORMAT
Rs = Ra x R ±
D ± = 1- R ² = Dc x D ²
= (1-Rc)(1-RbRd)
R ± = Rc + RbRd RcRbRd
Exercices
Exercice 1
SHAPE \* MERGEFORMAT
Ra = fiab A
Rb = fiab B
etc &
E1, E2, E3, E4 ont la même fiabilité Re
Rs ?
On recense en macroéléments.
SHAPE \* MERGEFORMAT
Rs = R ± x Rf
Calcul R ±
SHAPE \* MERGEFORMAT
D ± = D ± 1 x D ± 2
(1 R ±) = (1 R ± 1)(1 R ± 2)
R ± = R ± 1 + R ± 2 R±1xR±2
Calcul de R ±1
SHAPE \* MERGEFORMAT
Calcul de R ±11
D ±11 = Db x Dc
SHAPE \* MERGEFORMAT ±21
Calcul R ±21
SHAPE \* MERGEFORMAT
Tous les éléments ont la même fiabilité Re
On peut appliquer l astuce
(Re + Re)^4=Re^4+4Re^3De+6Re²De²
Rs = R ± x Rf
avec R ± =R ±1 + R ± 2 R ±1xR ±2
avec R ±1= Ra x R ±11
avec R ±11 = Rb+Rc-RbRc
avec R ±2 = Rd x R ±21
R ±21 = Re^4+4Re^3(1-Re)+6Re²(1-Re)²
Exercice 2
SHAPE \* MERGEFORMAT
SHAPE \* MERGEFORMAT
Rs = Ra x R ±
R ± = P( ±/E)Re + R( ±/ EMBED Equation.DSMT4 )(1-Re)
cas 1 cas 2
Calcul R ±
SHAPE \* MERGEFORMAT
H et E gênants
R ± = P( ±/E)Re + R( ±/ EMBED Equation.DSMT4 )(1-Re)
cas 1 cas 2
Calcul cas 1
On remplace E par un trait
SHAPE \* MERGEFORMAT
H nous gêne
P(cas 1) = P(cas 1/H)Rh + P(cas1/ EMBED Equation.DSMT4 )(1-Rh)
cas 11 cas 12
Calcul P(cas 11)
On remplace H par un trait
SHAPE \* MERGEFORMAT
On se retrouve finalement avec
SHAPE \* MERGEFORMAT
P(cas11) = R ±1+RfRg R ±1 RfRg
avec R ±1 = Rb x [Rc + Rd - RcRd]
Calcul P (cas12)
H en panne
on le remplace par un vide
SHAPE \* MERGEFORMAT
P(cas 2) = RbRC + RfRgRi RbRcRfRgRi
SHAPE \* MERGEFORMAT
Calcul cas 2 (E HS)
SHAPE \* MERGEFORMAT
(> SHAPE \* MERGEFORMAT
Calcul de la fiabilité à partir de larbre des causes.
Hypothèse 1 : Calculs valides uniquement pour les systèmes non réparables à fonctionnement permanent.
Hypothèse 2 : Calculs valides uniquement quand aucun événement nest dédoublé.
Cas de la porte ET
SHAPE \* MERGEFORMAT
EMBED Equation.DSMT4
Hypothèse 3 : On considère les événements comme indépendants
EMBED Equation.DSMT4
Cas de la porte OU
Porte OU à 2 entrée
SHAPE \* MERGEFORMAT
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4 et EMBED Equation.DSMT4 nont aucune raison à priori dêtre incompatibles
EMBED Equation.DSMT4
en vertu de lhypothèse 3, on a :
EMBED Equation.DSMT4
Calcul directement sur larbre
SHAPE \* MERGEFORMAT
Cas de la porte combinaison (r/n)
Exemple :
EMBED PBrush
EMBED Equation.DSMT4
Théorème de Poincaré
EMBED Equation.DSMT4
Quand EMBED Equation.DSMT4 ce qui est le cas le plus fréquent, on a alors :
EMBED Equation.DSMT4
Astuce du jour !
EMBED Equation.DSMT4
On garde les termes du développement dont les exposants sont >= au chiffre au dessus de la barre de fraction sur la porte
EMBED Equation.DSMT4
Eléments ayant même fiabilité D
EMBED Equation.DSMT4
Exercice
Soit un système de détection/extinction incendie dune salle informatique dont le schéma de principe est ci-dessous :
SHAPE \* MERGEFORMAT
Pour avoir une détection incendie, il faut la détection par au moins 2 détecteurs
Extinction obtenue si au moins 1 rampe diffuse de la poudre
Réservoir : Dr = 10-6
Vanne : V = 10-4
Pompe : P = 10-4
Vanne MV : Dmv = 10-2
Rampe de diffusion : Drampe = 10-6
Détecteur : Dd = 10-3
Central détection : Dcd = 10-5Commande contrôle : Dcc = 10-5
Événement redouté= non détection dun incendie
EMBED Equation.DSMT4 SHAPE \* MERGEFORMAT
Cas des arbres des causes présentant des événements dédoublés
exemple
SHAPE \* MERGEFORMAT
La méthode présentée aux paragraphes 1 et 3 nest plus directement applicable.
( Utilisation du théorème des probabilités totales :
EMBED Equation.DSMT4
Cas 1 : A ne tombe pas en panne
SHAPE \* MERGEFORMAT
Cas 2 : A est en panne
EMBED Equation.DSMT4
On aura finalement
EMBED Equation.DSMT4
Reprenons lexercice dapplication
Schéma 1 sur feuille
EMBED Equation.DSMT4
Cas 1 :
EMBED Equation.DSMT4 narrive pas
( je commande lextinction
EMBED Equation.DSMT4
Cas 2 :
R± a lieu SHAPE \* MERGEFORMAT
EMBED Equation.DSMT4
Calcul de la fiabilité des systèmes à éléments indépendants à fonctionnement séquentiel
Système dont les éléments principaux et secours ont le même taux de panne en fonctionnement et le taux de panne des éléments secours est nul quand ils sont à l arrêt.
Système à un élément principal et un élément secours.
SHAPE \* MERGEFORMAT
» = taux de panne en fonctionnementde A1 et A2
» = taux de panne à l arrêt élément secours = 0
» est constant
1ère étape recensement des états de BF.
SHAPE \* MERGEFORMAT
2ème étape calcul probabilité doccurrence de ces différents états
SHAPE \* MERGEFORMAT
3ème étape
EMBED Equation.DSMT4
Calcul du MTTF :
EMBED Equation.DSMT4
Système à 2 éléments secours
SHAPE \* MERGEFORMAT
» = constante = taux de panne A, B, C, D en fonctionnement
» = 0 = taux de panne à l arrêt des éléments secours C et D
1ère étape Recensement des états de bon fonctionnement
SHAPE \* MERGEFORMAT
2ème étape Calcul probabilité d occurrence des états de BF
1 -
EMBED Equation.DSMT4
donc on a : EMBED Equation.DSMT4
2 -
EMBED Equation.DSMT4
3
EMBED Equation.DSMT4
4
EMBED Equation.DSMT4
3ème étape : calcul de RS
EMBED Equation.DSMT4
Généralisation (Loi de Poisson)
SHAPE \* MERGEFORMAT
Il y a M éléments principaux et N éléments secours
EMBED Equation.DSMT4
Cas où les éléments ont des taux de panne en fonctionnement différents et les éléments secours ont un taux de panne nul à larrêt
Partons dun exemple
SHAPE \* MERGEFORMAT
Cas BF :
SHAPE \* MERGEFORMAT
Calcul des proba :
EMBED Equation.DSMT4
Calcul de RS
EMBED Equation.DSMT4
On peut encore écrire rs sous la forme suivante :
EMBED Equation.DSMT4
Cest sous cette forme que lon va procéder à la généralisation en 2 étapes :
SHAPE \* MERGEFORMAT SHAPE \* MERGEFORMAT
EMBED Equation.DSMT4
Cas où les éléments en fonctionnement ont des taux de pannes différents et les taux de panne des éléments secours quand ils sont à larrêt sont non nuls.
SHAPE \* MERGEFORMAT
SHAPE \* MERGEFORMAT
Calcul des probas
1-
EMBED Equation.DSMT4
2
EMBED Equation.DSMT4
Introduction de la fiabilité de lorgane de décision/commutation
SHAPE \* MERGEFORMAT
Cas BF :
SHAPE \* MERGEFORMAT
Calcul des probabilités :
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4
R(t)
t
A
A
B
A
B
E
S
A1
A2
A3
An
r/n
E
S
A1
A2
A3
A4
E
S
E
S
A1
A2
A3
A4
S
E
A5
A4
A3
A2
A1
2 éléments nécessaires
en BF pour que le système fonctionne
A2
S
E
A4
A5
A3
A1
A
B
C
D
E
F
G
H
I
2/3
A
B
C
D1
E
D2
E
S
A
B
C
D1
E
D3
Source
disj
T1
T2
source
disj
T1
T2
400 KV
20 KV
ALT
Diesel
C1
C6
T1
T2
C2
C7
C3
C8
C4
C5
S1
S2
C1
C6
T1
T2
C2
C7
C3
C8
C3c
D
A
C5
E
S
Réservoir
Diesel
EMB
ALT
commandecontrole
MFT
MAS
EDF
Ligne darbre
Volant dinertie
palier
Abonnés
Cut
Relié à tout.
Non fonctionnement système
Non fonctionnement branche 2
Non fonctionnement branche 2
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4
R
condition
exclusif
1
1
1
1
1
R
DEF branche1
DEF branche1
X1
X2
X3
X4
Arbre sans utilisation de la symbologie
Arbre sans utilisation de la symbologie
1
1
DEF branche1
X2
X1
DEF branche1
R
2
2
10-4 10-3 10-4 10-3
10-4 10-3 10-5 10-6
2
2
DEF branche1
X2
X1
DEF branche1
R
Arbre sans utilisation de la symbologie
Arbre sans utilisation de la symbologie
X4
X3
DEF branche1
X2
X1
DEF branche1
R
R
E1
Condition
R
10 minutes
E1
R
E1
E2
E3
E4
RESER
EDF
CEDF
MAS
EMB OUVERT
Paliers
MFT
ALT
VI
DIESEL
EMB fermé
CUT
ARB
CCTRL
A
B
C
D
E
Signal dentrée
Evt redouté :
« Pas de signal en entrée de E
Pas de signal entrée E
EMBED Equation.DSMT4
Pas de signal entrée D
Pas de signal sortie B
Pas de signal sortie C
EMBED Equation.DSMT4
Définition EI
Ei est 1 evt de base
Ei déf composant
Recherche def 1ère
Defaut système
Rech def seconde
Recherche def Cdl
Defaut nouveaux EI
EVT
DEBASE
EVT
redouté
Recherche
Causes INS
Obtention
Des 1ères Ei
Recherche des
Causes INS
Nouveaux Ei
Tous les Ei sont-ils des événements de base ?
2ème et 3ème principes
NON
Larbre est fini
OUI
+
Batterie
-
BP
Relais
+ -
Batterie
Fusible
moteur
A B
1er circuit
2ème circuit
Surchauffe fil ab
Court-circuit moteur
Def 1ère
Palette relais restée collée
2ème circuit reste fermé
Court-circuit moteur
Def 1ère
Contact BP reste collée
Def 1ère
Opérateur reste appuyé sur BP
Palette relais restée collée
Fusible nouvre pas le circuit
Def 1ère
Fusible mal calibré
Contact BP reste collée
Def 1ère
Court-circuit moteur
Palette relais
co,-.ah|¸Ýßåæù + - W Y _ m ¡ ¼ ¿ ß &
(
óêæß×ÓÌÄÌÓ̹±¥±Ì±Ì±¹ÌÄÌxqxcjhê?UmHnHuhê?hê?hê?hhê?h6hê?h5hp)íhp)íhp)íh6hp)íhhh6mH sH hmH sH hhmH sH hh6hhhhCJ(aJ(hß*hpx.hÓ'èh5CJ(aJ(hh5CJ(aJ("-.`aÞß X Y à á â &
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|
ß
à
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hÜNhÜN>*CJUVaJjhÜNhÜN>*UhÜNhÜN>*h]NPhÜNhÜNjhÜNUjhÜNU!ا`¨Æ¨È¨ê¨ì¨"©$©^©©©Ø©ª^ª`ªªªÎªÐª
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