disponibilité opérationnelle - Exercices corriges
La notion de disponibilité sous-entend trois autres notions : .... Commentaire : ce
temps constitue la base de calcul pour déterminer le nombre d'unités d'usage.
part of the document
Sureté de fonctionnement
1 généralités
La mission essentielle de la fonction maintenance est la maîtrise de la disponibilité des équipements stratégiques de lentreprise dans des limites de coûts et de sécurité de fonctionnement imposées.
1.1 - définition de la disponibilité (NFX 60 500)
« Aptitude dune entité à être en état daccomplir une fonction requise dans des conditions données, à un instant donné ou pendant un intervalle de temps donné, en supposant que la fourniture des moyens extérieurs soit assurée ».
Le terme « entité » est défini comme étant tout élément, composant, sous-système, système matériel ou processus que lon peut considérer individuellement.
1.2 introduction au concept de disponibilité
La notion de disponibilité sous-entend trois autres notions :
La fiabilité qui traite de la fréquence des défaillances,
La maintenabilité qui caractérise les durées de maintenance,
La logistique qui traite de lensemble des moyens en matériel, en personnel, en rechange, de la documentation et de la politique de maintenance mise en Suvre.
Le graphe ci-dessous montre l interaction entre la fiabilité, la maintenabilité et la disponibilité
La fiabilité est caractérisée par le taux de défaillance » (t) et la moyenne des temps de bon fonctionnement (MTBF)
La maintenabilité est caractérisée par le taux de réparation M (t) et la moyenne des temps techniques de réparation (MTTR)
Le graphe suivant (extrait de la Norme NFX 60 500) met en évidence la disponibilité intrinsèque et la disponibilité opérationnelle :
La norme NFX 60 503 donne comme définition :
Intrinsèque : qualifie une valeur déterminée dans les conditions de maintenance et dexploitation supposées idéales.
Opérationnelle : qualifie une valeur déterminée dans les conditions de maintenance et dexploitation données.
Le graphe ci-dessus montre limportance à attribuer à la logistique dintervention. Des enquêtes prouvent que le temps de réparation ne représente quun quart des temps dintervention. Ce qui sous-entend que 75 % du temps (immobilisation) est dû à des problèmes de logistique.
2 disponibilité opérationnelle
On prend en compte les conditions réelles dexploitation et de maintenance. Cest la disponibilité du point de vue utilisateur.
2.1 analyse de la disponibilité
2.1.1 Décomposition des temps
2.1.1.1 Etat dune entité (NFX 06 500)
2.1.1.2 notions temporelles relatives aux états dune entité
Les mesures de disponibilité peuvent sappuyer sur une décomposition des temps du type de celle représentée sur le diagramme synthétique de décomposition des temps (NFX 60 500)
Cette décomposition distingue le temps effectif de disponibilité du temps de disponibilité, ce dernier incluant les temps darrêt pour causes extérieures
NATURE DES TEMPSTEMPS TOTALTEMPS REQUISTemps non requisTemps de disponibilitéTemps dindisponibilitéTemps effectif de disponibilitéTemps dincapacitéSITUATIONS CORRESPONDANTESFonction-nementAttenteIncapacité pour causes extérieuresMaintenance préventiveContraintes dexploitationIndisponibilité après défaillanceTemps potentiel de disponibilitéTemps potentiel dindis-
ponibilitéMatériel accomplissant une fonction requiseMatériel non sollicitéManque dalimentation (Énergies)Manque de main duvreManque ou saturation de piècesPièces en amont non-conformesEntretien préventif niveau 1 et 2Inspection - ContrôlesVisiteChangement doutil programméChangement de fabricationContrôle produit fabriquéTemps de réparation, diagnostic réparation remise en serviceRemise en conditionNon détectionAppel à la maintenanceApprovisionnement en outillageAppro. En pièces de rechangeNon besoin de productionTravaux lourds de maintenance
La norme NFX 60 500 donne les définitions des temps relatifs aux états dune entité :
1 Temps total
Période de référence choisie pour l'analyse des temps.
1.1 Temps requis
Période de temps pendant laquelle l'utilisateur de l'entité exige que l'entité soit en état d'accomplir une fonction requise.
Temps effectif de disponibilité
Partie du temps requis correspondant à un état effectif de disponibilité de l'entité (État dans lequel lentité est effectivement apte à accomplir une fonction requise et où la fourniture des moyens extérieurs éventuellement nécessaires est assurée).
Commentaire : ce temps peut comporter des opérations de maintenance n'entraînant pas l'indisponibilité de l'entité.
Temps de disponibilité
Partie du temps requis correspondant à un état de disponibilité (État dans lequel lentité est apte à accomplir une fonction requise, en supposant que la fourniture des moyens extérieurs éventuellement nécessaires est assurée. Cet état est associé à la disponibilité en tant quaptitude).
Temps de fonctionnement
Partie du temps effectif de disponibilité correspondant à un état de fonctionnement de l'entité (Lentité accomplit une fonction requise). Commentaire : ce temps constitue la base de calcul pour déterminer le nombre d'unités d'usage.
111.2 Temps d'attente
Partie du temps effectif de disponibilité correspondant à un état d'attente de l'entité (Lentité est apte à accomplir une fonction requise, mais nest pas sollicitée).
Temps d'incapacité
Partie du temps requis correspondant à un état d'incapacité (Lentité est dans lincapacité daccomplir une fonction requise pour causes imputables à lentité ou extérieures à celle-ci).
112.1 Temps d'incapacité pour causes extérieures
Partie du temps d'incapacité correspondant à un état d'incapacité pour causes extérieures (État dincapacité dune entité apte à accomplir une fonction requise mais ne pouvant fonctionner pour des causes extérieures à lentité (manque dalimentation, de main-duvre, manque ou saturation de pièces, pièces en amont non-conformes).
112.2 Temps d'indisponibilité
Partie du temps d'incapacité correspondant à un état d'indisponibilité (Lentité est inapte à accomplir une fonction requise pour cause inhérente à lentité).
1122.1 Temps d'indisponibilité après défaillance (ou avant remise en service)
Partie du temps d'indisponibilité correspondant à un état d'indisponibilité après défaillance (ou avant remise en service).
11221.1 Temps de non-détection de la défaillance (ou temps de panne latente)
Intervalle de temps compris entre l'instant où survient la défaillance et l'instant où elle est détectée.
11221.2 Temps d'appel à la maintenance
Intervalle de temps s'écoulant entre l'instant où est détectée la défaillance et l'instant où la maintenance est déclenchée.
11221.3 Temps d'indisponibilité pour maintenance corrective
Intervalle de temps correspondant à la maintenance corrective sur l'entité. Commentaire : ce temps comprend les délais inhérents aux opérations de maintenance elles-mêmes.
112213.1 Temps de réparation
Partie du temps d'indisponibilité pour maintenance corrective pendant laquelle les opérations de maintenance corrective sont effectivement réalisées sur l'entité, tous les temps annexes étant exclus.
Commentaires 1 : le temps de réparation peut correspondre aux étapes caractéristiques d'une intervention de maintenance corrective :temps de localisation de la panne, temps de diagnostic, temps de correction de panne, temps de contrôle et d'essais finals.
2 : cette définition suppose donc que tous les moyens en personnel et en outillage sont disponibles auprès de l'entité.
112213.2 Temps annexes de maintenance corrective
Partie du temps d'indisponibilité pour maintenance corrective correspondant aux délais de mise en oeuvre des opérations de maintenance corrective effectuées sur l'entité.
Commentaire : ils peuvent correspondre aux
- Temps administratifs : temps pendant lesquels s'effectuent lés tâches administratives liées aux opérations de maintenance (temps de prise de décision, traitement des docu ments, temps de saisie, etc.).
- Temps logistiques : temps pendant lesquels les opérations de maintenance ne peuvent pas être effectuées, en raison de facteurs logistiques extérieurs par suite de la nécessité de se procurer les ressources nécessaires à ces opérations (attente de pièce de rechange, d'équipes extérieures, d'outillage d'interventions et d'essais).
- Temps techniques : temps correspondant aux opérations techniques auxiliaires associées aux opérations de maintenance proprement dites (refroidissement, stabilisation de la machine, délai lié au cycle de production, etc.).
- Temps de préparation du travail de maintenance (études, méthodes, ordonnancement, etc.).
11221.4 Temps de remise en condition
Intervalle de temps nécessaire après les activités de maintenance pour remettre l'entité en condition de réaliser une fonction requise dans sa configuration de fonctionnement.
1122.2 Temps d'indisponibilité pour maintenance préventive
Partie du temps d'indisponibilité correspondant à un état d'indisponibilité pour maintenance préventive.
1122.3 Temps d'indisponibilité pour contraintes d'exploitation
Partie du temps d'indisponibilité correspondant à un état d'indisponibilité pour contraintes d'exploitation (État dans lequel lentité est inapte à accomplir une fonction requise par suite dactions relatives à son exploitation et influençant sa disponibilité (changement doutil selon les programmes de fabrication, contrôle sur lentité même du produit fabriqué
).
1.2 Temps non requis
Période de temps pendant laquelle l'utilisateur de l'entité n'exige pas que l'entité soit en état d'accomplir une fonction requise.
12.1 Temps potentiel de disponibilité
Fraction du temps non requis pendant laquelle l'entité est disponible.
Commentaire : ce temps peut correspondre à des opérations de mise en conservation et de stockage (voir X 60-211).
12.2 Temps potentiel d'indisponibilité
Partie du temps non requis pendant laquelle l'entité serait inapte à accomplir u ne fonction requise quelle qu'en soit la cause.
Commentaire: ce temps peut être notamment consacré aux opérations lourdes de maintenance, à des opérations de maintenance corrective qui se prolongent hors du temps requis, à un change ment d'outil hors du temps requis, etc.
2.1.2 Mesure de la disponibilité opérationnelle
2.1.2.1 Ratios normalisés (NFX 60 020)
Ratios
Intérêt
Observations
Temps requis
Temps total
Temps effectif de disponibilité
Temps requis
Temps de fonctionnement
Temps effectif de disponibilité
Expression du taux dengagement des biens
Indicateur dévaluation de la disponibilité opérationnelle des biens
Expression du taux dutilisation des biens
Suivant les besoins on peut choisir dautres indicateurs de disponibilité comme le ratio :
Temps de fonctionnement
Temps de fonctionnement +
Temps dindisponibilité après défaillance et préventif
2.1.2.2 AUTRES modèles de disponibilité opérationnelle (non-normalisés)
Selon les résultats cherchés, des approches plus simples pourront être utilisées avantageusement :
Disponibilité moyenne sur un intervalle de temps :
Disponibilité du point de vue « Maintenance ». Tient compte de la carence des moyens de maintenance et dexploitation
Temps de disponibilité
D0 =
Temps de disponibilité + temps dindisponibilité
MTBF FORMULE DE BASE
D0 =
MTBF + MTTR MTTR : Moyenne des temps de techniques de réparation
MTBF : Moyenne de temps de bon fonctionnement
Disponibilité globale :
Tient compte de lincapacité pour causes extérieures : problèmes liés à lentité)
MTBF
Dg =
MTBF + MTA MTA : Moyenne des temps darrêt
TCBF TCBF : Cumul des temps de bon fonctionnement
Dg =
TCBF + TA TA : Temps darrêt
Temps effectif de disponibilité Caractérise le taux global de lutilisation de lentité
Dg =
Temps total
Il est indispensable de réfléchir à lexploitation attendue avant de préciser le contenu dun modèle
Augmenter la disponibilité consiste à diminuer le nombre darrêts (fiabilité) et diminuer le temps mis pour en supprimer les causes (maintenabilité)
2.1.3 Modele de suivi dun matériel de production
La disponibilité, son amélioration ou sa maîtrise étant un des objectifs fréquents des services de maintenance, il peut savérer utile dassurer un suivi de disponibilité.
2.1.3.1 Ventilation des temps darrêt
Cette ventilation permet de mettre en évidence, par période, les temps des différentes actions de maintenance. Ces temps permettent de déterminer certains éléments entrant dans le calcul de la disponibilité opérationnelle.
TAF3
TAF1
TAF2
TAM3
TAM1
TAF4
TAM2
TAM4
TO : Temps douverture ou temps requis
TAF : Temps darrêt imputable à la fabrication (Manque de Main duvre, dalimentation en énergie, manque ou saturation de pièces, pièces en amont non-conforme
TAM : Temps darrêt imputable à la maintenance
2.1.3.2- Suivi des disponibilités
MarsAvrilMaiJuinJuilletCompteur
623,3751,5861,1993,71109,8MTBF22,227,528,924,536,1MTI1,92,21,11,62,3DOUnité10,9210,9260,9630.9380,940Dg Ligne 0,7540,8100,8210,7690,798Dg Ligne0.820.80.780.760.740.72
Ce tableau permet de suivre lévolution de la disponibilité globale Dg en réalisant une analyse tenant compte des Disponibilités Di des différentes unités.
Il permet de détecter sur un équipement « stabilisé » toute variation de performance significative. On peut donc prévenir la dérive et la défaillance.
2.1.3.3 Suivi des LIGNEes de production
Une chaîne est constituée de différentes unités (ou machines) ayant leur vie propre (bon fonctionnement, panne, mode dégradé
), donc leur disponibilité Di. Il est important de connaître linfluence de ces disponibilités propres à chaque unité sur la ligne complète, en particulier sur la disponibilité totale de la chaîne.
2.1.3.3.1 chaînes a unités liées
A Unités en série dépendantes
Sur ce type de ligne, larrêt dune unité entraîne larrêt de la ligne.
Si Di est la disponibilité de la machine Ui et n le nombre de machines en série, la disponibilité opérationnelle de la ligne sera :
EMBED Equation.3
Dans ce type de ligne de production, on peut remarquer que :
Plus le nombre dunités est grand, plus la disponibilité globale a de chance de diminuer
Une perte, même infime de la disponibilité dune unité fait chuter considérablement la disponibilité de la ligne.
Exemple : Soit une ligne de 10 unités ayant chacune une disponibilité Di de 0,99.
Calculez la disponibilité Dg.
..
Réponse : Dg = 0,908
Une unité voit sa disponibilité Di passer à 0,80. Calculer la nouvelle disponibilité Dg :
..
Réponse : Dg = 0,75
B Unités en série indépendantes
Sur ce type de ligne, larrêt dune unité nentraîne pas larrêt de lensemble de la ligne. (Existence dun stock intermédiaire permettant dalimenter la machine en aval de lunité défaillante pendant une durée établie à partir du temps moyen darrêt le plus important enregistré en régime normal)
Les stocks intermédiaires (SI) sont reconstitués en faisant varier les cadences.
D (Ligne) = DU1 x DU2 x DU3 x
DUn
EMBED Equation.3
C Unités A « REMPOTAGE DEPOTAGE »
Sur ce type de ligne, il est possible, en cas de panne dune unité de « rempoter » le stock aval et de « dépoter » le stock amont. Ceci nest souvent possible que pour un court arrêt.
Dans ce cas les machines deviennent indépendantes. La disponibilité globale de la ligne est celle de la machine ayant la plus faible disponibilité Di
Dg = mini de (Di)
2.1.3.3.2 LIGNEs à unités en redondance
Dans ce type de ligne, toutes les unités permettant daccomplir la fonction requise, fonctionnent simultanément. (La fonction est toujours réalisée)
D Ligne = 1 [(1-D1)(1-D2)
..((1-Dn)]
EMBED Equation.3
2.1.3.3.3 LIGNE quelconque
Pour toute ligne liée, il faut se poser la question :
Si un tronçon est défaillant, la ligne entière est-elle arrêtée ?
Si oui, la ligne est effectivement liée, et les tronçons sont effectivement en série. On applique donc la relation précédente.
Exemple :
Si un seul des tronçons est défaillant, la ligne sarrête : la ligne est une ligne « liée », les tronçons sont en série
Pour les tronçons 1,2,3,4,5 et 6, nous déterminerons leur disponibilité opérationnelle D1,D2, D3, D4, D5 et D6.
Pour les tronçons 7 et 8, on déterminera une disponibilité globale de ces 2 éléments D7,8.
D7,8 sera calculée pour 2 éléments montés en parallèle.
Les disponibilités opérationnelles étant connues, nous pourrons alors procéder aux calculs sur une ligne ou tous les éléments seront montés en série.
2.1.3.3.4 amélioration de la disponibilité des chaînes
Pour cela il faut :
Détecter lunité la plus pénalisante
Engager une action de fiabilité / maintenabilité pour lamener au niveau des autres unités (sans la « pousser » au dessus ! )
Vérifier lhomogénéité des disponibilités Di sur lensemble de la ligne
Si la disponibilité de la ligne est insuffisante, on améliorera les Di de chaque unité.
EXERCICE DAPPLICATION
GRENAILLEUSE AUTOMATIQUE
Le service maintenance dune fonderie doit déterminer la disponibilité opérationnelle dune grenailleuse automatique.
Celle-ci fonctionne 18 h par jour.
Lannée compte 303 jours ouvrés.
Lentreprise est fermée pendant le mois daoût.
Le tableau ci-dessous regroupe les temps, exprimés en heures, relatifs à lexploitation de la grenailleuse pendant un an (année 2002)
Donner la valeur pour lannée des temps de disponibilité, dindisponibilité, effectif de disponibilité, dincapacité.
Calculer la valeur du temps non requis.
On veut faire le suivi de disponibilité opérationnelle de cette grenailleuse.
Définir 2 ratios mettant en évidence la disponibilité opérationnelle globale (tenant compte de tous les arrêts) et la disponibilité opérationnelle du point de vue maintenance.
Choisir celui qui représente le mieux la disponibilité opérationnelle de léquipement
Faire un graphe de suivi mensuel de la disponibilité opérationnelle de lentité sur la période dun an (correspondante au tableau).
Quelles conclusions peut-on tirer de ce graphe ?
La disponibilité intrinsèque de lentité est de 0,97.
Est-ce que cette valeur est atteinte. Si non, indiquer les mesures générales à prendre pour remédier à ce problème en mettant en évidence si celui-ci découle de la maintenance ou de la production.
EXERCICE DAPPLICATION
CELLULE DASSEMBLAGE
ETUDE DE DISPONIBILITE
Une cellule d'assemblage de l'unité U est constituée de 4 machines réparties en 2 postes séparés par un stock intermédiaire SI
Le poste A est composé des machines M1 et M2 (machines en série dépendantes).
Le poste B est composé des machines M3 et M4 (machines en redondance active).
L'unité fonctionne 7 h par jour.
II y a 220 jours ouvrés dans l'année.
Une intervention sur la cellule (amélioration de la cadence) est prévue durant l'année. Elle durera 210 h.
Sur l'année, le dépouillement des historiques donne pour des machines les temps d'arrêt suivants
M1 = 20h
M2 = 12h
M3 = 18h
M4 = 24 h
Pour l'année calculer :
le temps requis pour la cellule,
le temps de fonctionnement de chaque poste,
le temps de fonctionnement de chaque machine,
la disponibilité de chaque machine,
la disponibilité de chaque poste,
la disponibilité de la cellule.
2.1.4 analyse de l Indisponibilité
Cest le complément de la disponibilité.
2.1.4.1 - .Mesure de lindisponibilité
Ratios normalisés (Norme NFX 60020)
Temps dindisponibilité correctif + préventif
Exprime la pénalité subie par lutilisateur par
Temps requis le fait de la maintenance
Nombre de défaillance
Taux de défaillance
Temps de fonctionnement
La Norme indique la possibilité dutiliser plusieurs autres ratios faisant apparaître limportance du correctif
2.1.4.2 - Les défaillances
2.1.4.2.1 Définition de la défaillance (NFX 06 500)
Une défaillance est la cessation de laptitude dune entité à accomplir une fonction requise
Après défaillance, une entité est en état de panne.
Une défaillance est un passage dun état à un autre (bon fonctionnement à panne)
2.1.4.2.2 Classification des défaillances
Les caractéristiques dune défaillance doivent être bien identifiées afin de prévoir et dorganiser lintervention nécessaire pour la remise de lentité dans son état initial.
La classification des défaillances peur sappuyer sur le tableau suivant :
La Norme NFX 60 500 donne comme définitions des caractéristiques :
En fonction de la vitesse d'apparition :
Défaillance progressive (par dérive)
Défaillance due à une évolution dans le temps de certaines caractéristiques d'une entité
Défaillance soudaine
Défaillance brutale due à une évolution quasi instantanée des caractéristiques d'une entité.
En fonction de l'instant d'apparition
Défaillance en fonctionnement
Défaillance se produisant sur l'entité, alors que la fonction requise est utilisée
Défaillance à l'arrêt
Défaillance se produisant sur l'entité, alors que la fonction requise n'est pas utilisée.
Commentaire : la panne correspondante est une panne latente jusqu'à ce qu'elle soit détectée
Défaillance à la sollicitation
Défaillance se produisant au moment où la fonction requise est sollicitée.
Commentaire : cette défaillance peut être soit une défaillance à l'arrêt, restée latente jusqu'à la sollicitation, soit une défaillance provoquée par le processus de sollicitation.
En fonction du degré d'importance
Défaillance partielle
Défaillance qui entraîne l'inaptitude d'une entité à accomplir certaines fonctions requises, mais non toutes.
Défaillance complète
Défaillance qui entraîne l'inaptitude totale de l'entité à accomplir toutes les fonctions requises.
En fonction de la vitesse d'apparition et du degré d'importance
Défaillance par dégradation
Défaillance qui est à la fois progressive et partielle.
Défaillance catalectique
Défaillance qui est à la fois soudaine et complète.
En fonction des causes
Défaillance par faiblesse inhérente (de conception ou de fabrication)
Défaillance attribuable à une faiblesse inhérente à l'entité elle-même lorsque les contraintes ne dépassent pas les niveaux prévus lors de la conception, et qui est due :
-à une conception inappropriée de celle-ci (défaillance due à la conception),
- ou à une fabrication non conforme à la conception de l'entité ou aux procédés de fabrication spécifiés (défaillance due à la fabrication).
Défaillance par emploi inapproprié
Défaillance causée par l'application de contraintes en utilisation qui dépassent les possibilités spécifiées de l'entité, ou attribuable à un manque de précaution dans son utilisation.
Défaillance par fausse manuvre
Défaillance d'une entité causée par une opération incorrecte dans son utilisation
Défaillance par vieillissement
Défaillance causée par une dégradation dans le temps des caractéristiques de l'entité, liée à des phénomènes physico-chimiques, mécaniques,... tels qu'usure, fatigue, corrosion.
Défaillance primaire
Défaillance d'une entité dont la cause directe ou indirecte n'est pas une défaillance ou une panne d'une autre entité.
Défaillance secondaire
Défaillance d'une entité dont la cause directe ou indirecte est une défaillance ou une panne d'une autre entité.
En fonction de son origine
Défaillance interne à l'entité
Défaillance dont l'origine est attribuée à l'entité elle-même
Défaillance externe à l'entité
Défaillance dont l'origine est attribuée à des facteurs externes à l'entité elle-même.
Commentaire : une défaillance secondaire est une défaillance externe à l'entité.
En fonction des conséquences
Défaillance critique
Défaillance considérée comme susceptible de causer des dommages corporels, des dégâts matériels importants ou de conduire à d'autres conséquences jugées inacceptables.
Défaillance non critique
Défaillance qui n'est pas considérée comme susceptible de causer des dommages corporels, des dégâts matériels importants ou de conduire à d'autres conséquences jugées inacceptables.
Défaillance majeure
Défaillance susceptible d'affecter de façon importante une fonction considérée comme d'importance majeure
Défaillance mineure
Défaillance qui n'est pas susceptible d'affecter de façon importante une fonction considérée comme d'impor tance majeure.
En fonction de leur caractère
Défaillance systématique
Défaillance liée d'une manière certaine à une cause qui ne peut être éliminée que par une modification de la conception, du procédé de fabrication, du mode d'emploi, de la documentation, ou d'autres facteurs appropriés
Défaillance reproductible
Défaillance qui peut être provoquée à volonté en simulant ou en reproduisant sa (ou ses) cause (s).
Défaillance non reproductible
Défaillance se produisant dans des conditions telles que l'application de sa (ou ses) cause (s) (volontairement ou involontairement) ne reproduit jamais la défaillance, ou que la reproduction est impossible à réalise
Défaillances de cause commune
Défaillances affectant ou pouvant affecter simultanément ou en cascade, à partir d'une même cause, tout ou partie des composants d'une entité ou éventuellement plusieurs entités à la fois.
Une défaillance se caractérise également par le moment ou elle se manifeste par rapport au cycle de vie de lentité :
Elle peut être :
Précoce (en se manifestant au début).
Commentaire : Dans ce cas elle se rapporte à la période de déverminage ou de rodage.
Aléatoire (dont le taux est sensiblement constant durant le cycle de vie de lentité)
Dusure (en fin de cycle de vie de lentité, avec un taux rapidement croissant en fonction du processus de détérioration par usure, corrosion, échauffement
.
2.1.4.3 Collecte des informations
Nature des informations à recueillir
Il sagit de recueillir des données relatives à lexploitation du matériel, profil dutilisation, défaillances et arrêts consécutifs à leur apparition.
Les informations recueillies doivent permettre de caractériser au minimum la nature technique et la fréquence des incidents.
En général on profite de cette saisie dinformations pour recueillir également les durées dimmobilisation qui intègrent à la fois laptitude à la maintenance des matériels concernés et lorganisation de la maintenance (attente de la réparation, des pièces
.)
Parmi les informations à relever possible, on peut citer :
Celles permettant lidentification précise des éléments concernés par la défaillance (ensemble, sous-ensemble, composant réparé ou remplacé
)
Celles relatives à la nature de lintervention et du travail (maintenance préventive, corrective, contrôle, réglage, remontage, démontage, échange de pièces
.)
Celles relatives aux circonstances (conditions denvironnement, mode de marche
)
Celles relatives à la nature de la défaillance (origine, conséquence, importance et vitesse dapparition
)
Des informations temporelles relatives aux défaillances et aux immobilisations (relevés des compteurs (horaires, de cycles, kilomètres, quantités produites
.) au moment de lincident,
Temps de réparation, temps total dimmobilisation
.
A cette liste non limitative, peuvent sajouter des renseignements concernant les intervenants (identités, nombre et qualification des techniciens) et les coûts de maintenance (pièces et main duvre)
Modalités de saisie
Afin de faciliter le recueil et lexploitation des informations, on utilise un formulaire spécial (feuille de pannes, rapport dincident, bordereau de réparation, fiche danalyse de défaillance
)
Dans les pages suivantes vous aurez un exemple de formulaire papier dune fiche danalyse de défaillance et un exemplaire dune fiche établie sur le logiciel de GMAO GIGAMAINT que nous utilisons au lycée.
Qualité des informations
La qualité des informations recueillies est fondamentale car lexploitation de ces données conduit à des actions correctives éventuelles sur les équipements en service et constitue une base pour le futur.
Un certain nombre de vérifications doivent être réalisées afin deffectuer les traitements uniquement sur des données validées.
Centralisation de données
Elle permet de réaliser plus facilement les vérifications énoncées ci-dessus.
La fonction « Recueil et traitement de linformation », confiée à une personne ou à un service permet de garantir la qualité du système mis en place.
Cette organisation facilite aussi la rédaction des états de synthèse (Analyse des résultats sur une période de référence donnée, bilan des résultats à périodicité fixe, évolutions à la suite des modifications réalisées
)
2.1.4.4 analyse des défaillances
2.1.4.4.1 Relevés de défaillance
Les documents à la disposition de lanalyste sont de deux types :
Documents qualitatifs : Fiche danalyse de défaillance, expertise
Documents quantitatifs : historiques donnant les dates dintervention (calcul du TBF), les durées dintervention (TTR), les temps dimmobilisation (TA)
2.1.4.4.2 Étude par familles*
Pour une entité donnée, il est possible de recenser et de codifier les types de défauts répétitifs.
Exemples : Pour un moteur électrique, on peut, à partir du dépouillement des historiques, recenser les défaillances suivantes :
Inducteur à la masse,
Bruit ou vibration,
Induit grillé,
Court-circuit à chaud
On peut en première analyse dégager les défauts réputés « normaux » et éliminer les défauts extrinsèques à corriger si possible (mais non à prendre en compte). Ces défauts sont le plus souvent dus à une mauvaise utilisation ou à une ambiance de fonctionnement exceptionnelle.
Pour les défaillances « normales », une analyse plus fine va permettre dorienter la politique de maintenance à mettre en uvre.
Pour cela, on va tracer trois graphes de Pareto, graphes appelés graphes en EMBED Equation.3
2.1.4.4.3 Diagrammes de Pareto en EMBED Equation.3
Sur ces trois graphes, les ordonnées seront respectivement :
n : nombre de défaillances enregistrées par famille
EMBED Equation.3 : moyenne des durées dinterventions consécutives à ces défaillances
EMBED Equation.3 : produit des données précédentes
EMBED Equation.3 (Représente la durée totale des interventions consécutives à la défaillance)
Graphe en EMBED Equation.3
Cest un indicateur de disponibilité.
Il permet destimer la perte de disponibilité provoquée par chaque famille de défaillances, et donc de sélectionner lordre de prise en charge de chaque défaillance en fonction de leur criticité.
Graphe en n
Cest un indicateur de fiabilité.
Il faut cependant sassurer que léquipement est bien employé selon les préconisations du constructeur.
On peut envisager, après analyse de chaque défaillance, damener
des modifications techniques :
améliorations,
remplacement de composant,
redondance
pérennisation des réglages
des consignes de conduite (pour éviter les fausses manuvres)
des mesures préventives (visites, surveillance accrue par les opérateurs,
des actions de TPM (Total Productive Maintenance) (Étudiée plus tard
)
Graphe en EMBED Equation.3
Cest un indicateur de maintenabilité.
(Amélioration de laptitude du bien à la maintenance)
Après analyse des composantes de EMBED Equation.3 , (déplacements, temps de diagnostic, attente de pièces
), on agira sur :
La logistique : rechanges disponibles, moyens de dépannages (aides au diagnostic), moyens de manutentions, diminutions des temps dessais, gestion des stocks
Lorganisation de la maintenance : Gammes, formation du personnel, développement des échanges standards, conception modulaire, politique multi-réparateurs, ordonnancement
Lamélioration de la maintenabilité : accessibilité, conception débrochable,
Remarque : il sera toujours plus efficace déviter lapparition dune panne, plutôt que de vouloir réduire la durée de larrêt post-panne !
2.1.4.4.4 Les courbes ABC de Pareto
Dans le type danalyse précédent, les graphes de Pareto sont mieux adaptés à la recherche des priorités daction que la courbe ABC.
Toutefois, elles peuvent être utilisées pour une analyse globale dun équipement. (Détermination du sous-ensemble ou du composant le plus pénalisant)
Elles peuvent se tracer après un dépouillement dhistorique en prenant comme critère EMBED Equation.3 ou EMBED Equation.3 (somme des durées darrêt des sous-ensembles ou composants)
La méthode ABC permet au gestionnaire de maintenance de dégager les cibles dactions prioritaires, mai aussi de déterminer les éléments pouvant être négligés dans un premier temps. Il faudra peut-être se poser quand même la question « est-t-il possible déliminer se problème rapidement ? » dans ce cas on fera quand même la démarche corrective !
2.1.5 A.M.D.E.C (NFX 60 510)
2.1.5.1 Présentation
2.1.5.1.1 - Présentation du sigle
AMDEC : Analyse des Modes de Défaillances, de leurs Effets et de leur criticité
2.1.5.1.2 De quoi sagit-il ?
Il sagit dune méthode danalyse permettant, pour chaque composant dun système, de recenser son mode de défaillance et son effet sur le fonctionnement ou sur la sécurité.
Le but de lAMDEC est daméliorer la fiabilité et la disponibilité du matériel.
LAMDEC est une méthode essentiellement adaptée à létude des défaillances des équipements de types différents (électriques, mécaniques, hydrauliques
) ou alliant plusieurs techniques.
LAMDEC est un outil capable de mettre en évidence les points faibles dun système, afin de les surveiller, puis de les corriger par des actions appropriées.
2.1.5.1.3 objectifs
Peut être utilisée au niveau de la conception dun équipement (étude de fiabilité prévisionnelle)
Elle permet de :
Déterminer les parties de léquipement présentant le plus grand risque de défaillance (ensemble, sous ensemble
)
Éviter les modifications coûteuses en exploitation
Établir les conséquences de ces défaillances
Si nécessaire de reconsidérer la conception, la qualité et la maintenabilité des certains constituants
Prévoir des éléments redondants
Prévoir les besoins relatifs à lenregistrement des données et à la surveillance pendant lexploitation
Établir des prévisions de temps de maintenance, de fiabilité et de disponibilité de léquipement
Faciliter la tache des opérateurs en concevant des processus permettant de détecter les défaillances
Elle peut servir de moyen détude des défaillances en cours de vie de léquipement.
Elle permet :
Daméliorer léquipement
Dadapter la politique de maintenance
Daméliorer le suivi des paramètres de fonctionnement
De diagnostiquer les défaillances plus rapidement.
Cest généralement une méthode lourde pour lanalyse de systèmes complexes et qui nécessite un travail de groupe
Le principe et certains outils peuvent cependant être utilisés pour des cas simples.
2.1.5.1.4 Qui pratique ces analyses ?
Un groupe de travail animé par une personne ayant la maîtrise de la méthode. Ce groupe doit comprendre toutes les personnes compétentes qui lui permettront danalyser tous les aspects du problème.
2.1.5.2 Déroulement dune AMDEC
Une AMDEC comprend toujours trois étapes :
Lanalyse
Lévaluation de la criticité (chiffrage du risque)
La définition des actions correctives à apporter
2.1.5.2.1 Analyse
Identifier la mission que doit assurer le système complet dans son environnement
Décomposer ce système en sous-ensemble
Faire linventaire de tous les composants de chaque sous-ensemble
Évaluer les défaillances potentielles pour chaque composant
Le groupe détermine, pour chaque élément du dispositif ou système, les critères présentés ci-dessous et remplit la grille support.
Les résultats de cette analyse seront consignés dans une « Fiche danalyse AMDEC »
Sur cette fiche, pour chaque composant (ligne), les colonnes sont réparties en 4 grandes familles :
Analyse fonctionnelle (colonnes 1 et 2 de la fiche AMDEC ci-dessous)
Analyse de défaillance potentielle (colonnes 3 à 6)
Estimation de la criticité (colonnes 7 à 10)
Mesures à appliquer (colonne 11)
Exemple de feuille AMDEC Moyen de Production
MODES DE Défaillance : (colonne 3)
Le mode de défaillance est leffet par lequel une défaillance est observée (NFX 60 010)
Il est toujours relatif à une fonction de lentité.
Les principaux modes de défaillances généraux sont les suivants :
Fonctionnement prématuré
Ne fonctionne pas au moment prévu
Ne sarrête pas au moment prévu
Défaillance en fonctionnement
Ces modes de défaillances, trop généraux ne permettent pas de réaliser un analyse concluante.
La Norme AFNOR NFX 60 510 propose une liste de 33 modes de défaillance relatifs aux parties commandes. Ils sont indiqués dans le tableau ci-contre :
CAUSEs DE défaillance : (colonne 4)
Circonstances liées à la conception, la fabrication, lutilisation ayant entraîné la défaillance (Norme NFX 60 500)
Le groupe détude doit, à partir du mode de défaillance, effet observable de cette dernière, poursuivre ses recherches pour définir les causes possibles de cette défaillance.
A un mode de défaillance peut correspondre plusieurs causes et réciproquement
Exemple : défaillance dun équipement de démarrage dun moteur électrique
Mode de défaillance : le moteur ne démarre pas (20)
Causes possibles :
Manque de tension dalimentation
Sécurité déclenchée
La liste du tableau des « Modes de défaillance » sert aussi à définir avec plus de précision, à la fois les modes et les causes dune défaillance.
Ainsi, un système dalimentation peut avoir pour mode de défaillance général « défaillance en fonctionnement » (29), comme mode de défaillance spécifique « Perte de la sortie » (31) et comme cause de défaillance « Circuit électrique ouvert » (31)
Effet de la défaillance : (colonne 5 et 6)
Pour chaque élément et pour chaque mode de défaillance, le groupe décrit les conséquences subies par lutilisateur. (effets en local (colonne 5) et sur le système (colonne 6))
Pour lAMDEC « Moyen de production », les conséquences sont relatives à lutilisateur du moyen (fabrication, service maintenance
)
2.1.5.2.2 Évaluation de la criticité
Elle est donnée par lindice de priorité de risques (IPR)
L IPR est égal au produit de 3 paramètres :
G : Indice de gravité de la défaillance (colonne 7)
F : fréquence dapparition de la défaillance (ou O : indice doccurrence) (colonne 8)
D : Indice de probabilité de non-détection de la défaillance (colonne 9)
IPR = G x F xD ou G x O x D
Le calcul de lIPR permet de hiérarchiser les causes de manière à appliquer des actions correctives adaptées.
Les valeurs utilisées pour D, F, G varient de 1 à 4 et sont données dans les tableaux ci-dessous :
GRAVITE : GFREQUENCE : F ou ODETECTION : D
Relative à lEFFET de chaque DEFAILLANCE
Probabilité que la CAUSE se produise et quelle entraîne le MODEProbabilité que la CAUSE et/ou le MODE atteigne lutilisateur du moyen1Arrêt intervention < 1 mn1Moins de 1 défaillance par an1Signe avant-coureur qui permettra à lopérateur par une action préventive déviter la défaillance2Arrêt intervention compris entre 1 mn et 20 mn21 défaillance maximum par trimestre2Le signe avant-coureur existe mais risque que celui-ci ne soit pas perçu par lopérateur3Arrêt intervention compris entre 20 mn et 60 mn31 défaillance maximum par semaine3Le signe avant-coureur nest pas facilement décelable4Arrêt intervention > 60 mn Non-conformité pièces
Sécurité en cause41 défaillance par jour4Aucun signe avant-coureur
2.1.5.2.3 Actions correctives à apporter
A partir dun seuil que le groupe de travail aura arrêté (en général à partir de IPR > 16) des actions daméliorations seront envisagées :
Modifications de conception
Moyens de détection ou consignes de surveillance ou inspections périodiques
Dispositif de remplacement, reconfiguration, repli
Observations, recommandations
. 2.1.5.3 Exemple dAMDEC
EQUIPEMENT : ALESEUSEA.M.D.E.CPhase opérationnelle :
SERRAGEÉdition : Octobre 2003DFGIPRTemps déchangeAction de maintenance propre
Préventif conseillé
Modifications envisagéesEnsemble fonctionnel : SERRAGEIdentification du composant NbModes de défaillanceCauses possibles dune défaillanceEffets sur le sous-système (Effet local)Effet sur le systèmeFonctionEnsemble distribution régulation à tiroir
Commande le mouvement1Commande défectueuse toujours fermée
Toujours ouvertBlocage tiroirArrêt du mouvement en état fermé
Arrêt du mouvement en état ouvertArrêt de la ligne
Risque de dérive géométrique2
2
1
1
2
2
4
4
10 mnInterdiction de fonctionner sans serrage (shunt)
Contrôle de retombée du capteur
Signalisation par voyant
Tuyauterie (y compris raccord)
Alimentation fluide1Fuites aux raccords
RuptureVieillissement
Vibrations
FatigueEffort insuffisant
Impossibilité dassurer la fonctionDérive qualité
Arrêt de la ligne1
2
3
1
2
2
6
4
5 mnMaintenance préventive 1 fois / semaineVérin
Transmet leffort de serrage1Fuite
Grippage, blocageUsure des joints
Déformation de la tigeEffort insuffisant
Fonction non assuréeDérive qualité
Arrêt de la
ligne1
21
12
22
410 mnMaintenance préventive 1 fois / semaineFins de course
Contrôle de position du vérin2Hors serviceUsure, vieillissement
Vibration, déréglagesArrêt du contrôle de positionArrêt de la ligne22285 mnSignalisation par voyant
Soigner laccessibilité - conclusion
LAMDEC est une des techniques danalyse préventive de la qualité et de la fiabilité des produits ou des systèmes
Elle permet denvisager, à priori, des actions correctives
Elle permet daméliorer la conception de produits ou de systèmes dans les domaines de la fiabilité, de la sécurité, de la maintenance.
Elle permet de sensibiliser les concepteurs à lobtention dun produit ou dun système ayant le niveau de qualité désiré.
Obligations :
Nécessité dun travail de groupe formalisé
Nécessité dune étude de défaillances à priori
Nécessité dune mise en commun dexpériences dorigines diverses et, si possible, dune banque de données des défauts et défaillances
Nécessité dune méthodologie simple et objective
Existence dun critère décisionnel : le niveau de criticité établi.
Inconvénients :
Système danalyse lourd et contraignant
Système danalyse délicat à manier (risque de trop détailler
)
2.2 etude de fiabilité
2.2.1 Les lois de degradation
2.2.1.1 usure
Définition :
Lusure est lenlèvement progressif de matière à la surface des pièces dun couple cinématique en glissement relatif. On rencontre en général :
Le freeting-corrosion : (ou usure par micro-débattements) apparaît au contact de deux pièces statiques soumises à des mouvements oscillants (vibrations par exemple). Cest le cas des pièces frettées, des clavetages, ou des roulements maintenus longuement à larrêt et soumis à des vibrations
Lécaillage est lenlèvement dasses grosses « écailles » de matière par fatigue de contact.
Le grippage est la soudure de larges zones de contact, avec arrachement massif de matière
Labrasion est laction dimpuretés ou de déchets (poussières, sables, particules métalliques émises
)
La cavitation se manifeste sur des pièces en contact dans une zone de turbulences liquides. Des bulles dair se forment et en implosant provoquent une onde de choc (accompagnée dune élévation de température ponctuelle), doù arrachement de partidules ; (Hélices, turbines, chemises de moteurs
)
Lérosion est due à lenlèvement de matière par limpact dun fluide ou de particules solides en suspension, ou de phénomènes électriques (arcs
)
Le faïençage est un réseau de craquelures superficielles dû à la fatigue thermique
Le marquage est un enfoncement localisé dû à une charge ponctuelle
Le rayage est la trace laissée par le passage dun corps dur
Les corrosions seront étudiées au § 2.2.1.2
2.2.1.1.1 - Mécanisme de lusure
Ce mode de défaillance est inexorable dès lors que deux surfaces sont en contact et ont un mouvement relatif. Le phénomène dusure engendre une émission de particules (débris) avec perte de côte, de forme, de poids.
2.2.1.1.2 Les lois dusure
Lusure sévalue de deux façons : soit par u = épaisseur mesurée, soit par Vu = volume de matière enlevée.
A partir de la mise en contact initiale des deux surfaces « finies », on peut mettre en évidence trois zones distinctes :
Phase 1 : constituée de labrasion des principales aspérités. Cest la phase de rodage
Phase 2 : cest lusure « stable » linéaire dans le temps. Elle est en général reportée sur une des deux surfaces de contact. Elle est proportionnelle au produit de la pression de contact par la vitesse de glissement.
Phase 3 : dite « usure catastrophique » consiste en émissions particulaires. Ces débris créent un « labourage » de la surface la plus tendre et une dégradation rapide.
Les analyses de lubrifiants permettent de suivre cette dégradation (voir § suivant)
2.2.1.1.3 Lusure et les différentes formes de maintenance
En maintenance corrective :
Labsence de suivi implique usure non contrôlée. Lapparition du grippage déclenche larrêt de la machine, puis lintervention.
En Maintenance préventive avec visites :
On détermine la loi dusure et le seuil dadmissibilité
Lors de la visite on inspecte le paramètre en réalisant sa mesure et en effectuant la comparaison avec la valeur attendue.
On déclenche lintervention préventive dès que le seuil dadmissibilité est proche.
En maintenance préventive systématique :
On fixe la date dintervention périodique correspondant au temps mis par la dégradation à atteindre le seuil dadmissibilité (risque si lusure nest pas constante entre deux visites !)
En maintenance préventive conditionnelle :
On suit un paramètre mesurable dusure et on déclenche lintervention lorsquon ce rapproche du seuil (en tenant compte de lextrapolation possible)
Les analyses des lubrifiants mettent en évidence cette succession de phases en caractérisant le nombre et la taille croissante de particules métalliques libérées.
Les points clés concernant concepteur et responsable de maintenance :
Choix des matériaux utilisés :
En général les trois types de problèmes rencontrés sur des systèmes sont ceux-ci :
Frottements et usures minimaux sur paliers, glissières, engrenages, cames
Frottement maximal et usure minimale pour les freins, embrayages, pneumatiques, semelles
Frottement et usure maximaux pour les meules, limes
.
Eléments de maintenabilité :
Report dusure sur la pièce la plus facile à remplacer,
mise en place de bagues et plaques dusure facile à remplacer,
détection des seuils dusure par capteurs
Modes dobtention des pièces (rectification augmentant lécrouissage des sous-couches
)
Modes de traitements thermiques
Traitements de surface (cémentation, nitruration
)
Revêtements de surface (céramique, oxydes métalliques
)
Eléments de lubrification :
Type de lubrification (limite, hydrodynamique, automatique, mixte
)
Nature du lubrifiant (huile, graisse ou lubrifiant solide, index de viscosité et additifs
)
Organisation (surveillance des niveaux, de la qualité, fréquence des vidanges
)
Suivi par analyse des particules émises (nature, qualité, dimensions
)
Seuils de pollution par rapport au type de machine
Lusure ne se supprime pas mais de nombreuses solutions existent pour la réduire sur site (maintenance) ou mieux, pour la maîtriser lors de la conception.
2.2.1.2 corrosion
Tous les responsables de maintenance sont confrontés aux multiples formes de corrosions aux contacts des métaux et de leur environnement (air atmosphérique, eau plus ou moins chargée, liquides et gaz divers
). Beaucoup de formes de corrosions existent
a ) Corrosion électrochimique
Les surfaces métalliques exposées à un milieu aqueux (atmosphérique ou non) sont soumises à une oxydation du métal avec libération délectrons (rouille)
Lorsque des couples de métaux différents sont plongés dans un quelconque électrolyte, se produit la corrosion galvanique. Dans ce cas, les métaux les plus électronégatifs se corrodent plus rapidement (Mg, Al, Zn, Fe)
b ) Corrosion chimique
Provoquée par la mise en contact fortuite, normale, temporaire ou permanente de surfaces métalliques avec des produits agressifs (acides, composés alcalins, atmosphères réductrices ou oxydantes, ou certains additifs de lubrifiants
réagissant avec la surface quils sont censés protéger !). Elle entraîne par corrosion une perte régulière de matière, une formation de piqûres ou des fissurations.
c ) Corrosion électrique
Sous leffet des « courants de fuites » (mises à la terre défectueuse, charges électrostatiques, courants induits) deus surfaces métalliques voisines peuvent être soumises à une différence de potentiel suffisante pour permettre lamorçage dun arc électrique entre elles. Il y a alors cratèrisation transfert de matière par le phénomène darc)
d ) Corrosion de contact
Elle survient dès que deux pièces en contact sont soumises à des vibrations.
e ) Cavitation
Elle est due à lexplosion de micro bulles de gaz incondensables sous laction dune brutale chute de pression (accélération de la vitesse découlement en régime turbulent) au sein dun liquide. Londe de choc génère du « bruit » et des « cratères » dans la zone de cavitation (sur hélices, rouets de pompes
)
2.2.1.2.1 Conclusion
A chacune de ces familles de corrosion correspondent des symptômes et remèdes particuliers.
Le technicien de maintenance, après avoir observé les symptômes (surface lisse, brillante, terne, piquée, rugueuse, recouverte de dépôt
) et analysé les conditions dapparition de la dégradation, doit se référer à des spécialistes pour la préconisation des actions correctives ou préventives.
Les lois de dégradation dues aux corrosions sont moins bien connues que les lois dusure.
De nombreux paramètres sont en cause et la méthode expérimentale sera la mieux adaptée pour connaître les vitesses de corrosion.
2.2.1.2.2 - Actions de maintenance associées
En préventif systématique : visites de contrôle
En maintenance damélioration : choix dautres matériaux, de nouveaux revêtements de surface, diminution de lagressivité de lambiance
2.2.1.3 Extension des lois de dégradation
Lusure et ses formes voisines que sont labrasion et la corrosion, sont des dégradations particulières.
Dautres modes de dégradations peuvent être « mis en loi » sous réserve quun paramètre estimateur de cette dégradation sois quantifiable.
Ils seront alors gérés selon le même mode détude.
Exemples :
Colmatage dun filtre (pression dans le circuit)
Contamination dun lubrifiant (analyse de la teneur en eau
)
Baisse dun flux lumineux (mesure de léclairement)
2.2.1.4 application « défaillances de pneumatiques »
Exemple dun suivi des pneumatiques dun parc de camions
Défaillances possibles :
Précoce Eclatement à la mise en place (Mauvaise qualité de fabrication, mauvais montage)
Improbable !!!
Aléatoire Crevaisons
Usure Perte dadhérence ou vibrations
Accidentelle Eclatement sur obstacle (non prise en compte car défaillance externe)
Graphique dusure ²établi par lexpérience (valeurs moyennes dusure) :
Interprétations :
La connaissance du seuil limite admissible permet :
En maintenance systématique dintervenir tous les 12 à 13 mois (ne tiens pas compte des km parcourus)
En maintenance conditionnelle dintervenir dès que lusure mesurée atteint 11 mm (tiens compte de lusure réelle)
Il est également possible :
En maintenance de ronde de vérifier périodiquement la pression de gonflage
En préventif de vérifier létat apparent de lusure de manière à affiner la connaissance de la loi dusure.
2.2.2 introduction à la fiabilité
La complexité croissante des matériels et la miniaturisation rendent difficiles les actions de maintenance corrective. De plus, la mise en jeu dinvestissements et de risques de plus en plus élevés, les coûts de perte de production élevés, certaines maintenances impraticables sur site (aérospatiale, nucléaire, travaux sous-marins
) tendent à imposer une connaissance chiffrée de la fiabilité afin dévaluer quantitativement les risques, les moyens logistiques
2.2.2.1 Définition (NFX 60 500)
« La fiabilité est laptitude dune entité à accomplir une fonction requise dans des conditions données, pendant un intervalle de temps donné »
2.2.2.2 Qualité et fiabilité
la qualité est prise ici dans le sens « satisfaction du besoin de lutilisateur ».En général cela se traduit par la conformité du produit aux spécifications initiales.
La fiabilité mesure son aptitude à y demeurer conforme dans le temps.
2.2.2.3 Efficacité optimale dun système (Pertinence)
Cest la zone ou le bilant économique final est optimum en tenant compte de tous les paramètres :
Prix dachat, fiabilité, maintenabilité, coût de la maintenance, sécurité
Ce prix de revient est un élément essentiel. En général, on ne recherche pas la meilleure fiabilité mais le meilleur compromis « prix / fiabilité » pour un ensemble donné de performances.
2.2.2.4 Différents stades pour une étude de fiabilité
Compte-tenu des nombreux paramètres qui influencent la fiabilité dun système, on conçoit facilement quon devra intervenir à toutes les phases dun projet : On trouvera ainsi :
A la conception : la Fiabilité prévisionnelle :
Utilisation de banques de données
Calculs de durées de vies
Méthode théorique
Essais
Méthode expérimentale
A la construction : la Fiabilité théorique de construction :
Prototype
La fiabilité intrinsèque donnée par le constructeur (conditions de maintenance et dexploitation idéales)
La fiabilité opérationnelle (donnée par lutilisateur et tenant compte des conditions de maintenance et dexploitation réelles)
La Norme NF X 06 501 montre bien ces différents stades :
2.2.2.5 Notions fondamentales
2.2.2.5.1 Concept de probabilité
La fiabilité est un caractéristique qui sexprime sous forme de probabilité.
Exemple : Une fiabilité dun roulement de broche pendant 20 000 heures de fonctionnement égale à 0,90 signifie :
Quil y a 90 chances sur 100 PROBABILITE
Pour que le roulement Fonctionne sans signe dusure FONCTION REQUISE
Pendant 20 000 heures TEMPS DONNE
A une fréquence de rotation Moyenne de 1 500 tr/mn DONNEES
Lestimation découlera généralement dune doubles extrapolation :
A partir des résultats obtenus dans un intervalle de temps déterminé (ou suivant le type de dispositif pendant un nombre de cycles déterminé) : extrapolation sur la période de fonctionnement qui intéresse lutilisateur
A partir des résultats obtenus sur un échantillon déquipement : extrapolation sur lensemble de la population déquipement dans laquelle a été prélevé léchantillon.
2.2.2.5.2 Définition du dispositif
Il sagit de lentité à laquelle sapplique létude :
Dispositif réparable
Le dispositif est caractérisé par la possibilité de remplacer un ou plusieurs constituants défaillants par dautres neufs et de même type, sans échange de ceux qui ne sont pas défaillants. (Ceci implique que le nombre de constituants échangés doit être inférieur au total de la nomenclature de ces constituants)
Les défaillances sont distinctes et affectent des fonctions ou des sous-systèmes différent s et indépendants (exemple : sur un véhicule : défaillance dallumage et défaillance sur boîte de vitesse)
Certaines défaillances sont répétitives
Dispositif non-réparable
Ce dispositif est représenté généralement par un constituant généralement mécanique ou électronique ou par un ensemble de pièces dont la défaillance de lune entraîne le remplacement de toutes, cest à dire de lensemble.
Ces systèmes, au moment de lobservation sont soit :
Morts (ils ont eut une défaillance)
Suspendus (ils ne sont plus en service ou en essai pour un motif autre quune défaillance)
Encore en service ou en essai
La détermination de la fiabilité et sa terminologie varient souvent selon le type du dispositif à analyser .
Les procédés de calcul, suivant le type de dispositif, seront traités dans les chapitres ultérieurs
Terminologie
Pour un dispositif réparable, sa fiabilité sera exprimée par :
Son taux de défaillance (
Son temps de fonctionnement t
Sa MTBF
Sa MTTFF (temps moyens jusquà la première défaillance. La remise en service suite à une rénovation est assimilée à une première mise en service)
Pour un dispositif non-réparable, sa fiabilité sera exprimée par :
Son taux de défaillance (
Son temps de fonctionnement t
Sa MTTF (durée de vie exprimée en unités dusage)
2.2.5.2.3 Essais de fiabilité
Lorsque lon veut évaluer la fiabilité dun équipement, on est freiné par 2 facteurs liés : le temps et largent. On va donc sélectionner un certain nombre dessais destinés à connaître la fiabilité ( t ou la durée de vie.
Critères dessais
Durée dessai
Taille de léchantillon (nombres de pièces)
Niveau de confiance ou risque derreur
Différents essais
Essai épuisé (ou complet) : N dispositifs sont essayés : on attend la défaillance du dernier (généralement long et onéreux)
Essai tronqué : Avec ou sans remplacement des défectueux. Lessai est arrêté à un instant fixé à lavance (nous sommes dans un cas semblable à un équipement opérationnel avec un historique des défaillances exploité à une date t)
Essai séquentiel : Aucune limite de la durée ou du nombre de défaillances. On cumule les résultats, on les examine au fur et à mesure et la décision darrêter lessai sera prise suivant les résultats cumulés.
Essai par mort soudaine : On forme « m » groupes de « P » pièces (N = mP). On enregistre la première défaillance de chaque groupe. On arrête lessai quand tous les groupes ont eu une défaillance (lessai de chaque groupe est censuré)
2.2.2.6 Définition des paramètres nécessaires à la mesure de la fiabilité
2.2.2.6.0 - Probabilité P
On veut à partir de défaillances enregistrées dans un intervalle de temps déterminé sur une entité, définir la probabilité de défaillance sur la période de fonctionnement qui intéresse lutilisateur, ou bien à partir de défaillances enregistrées sur un échantillon déquipement, définir la probabilité de défaillance de la population déquipements.
La probabilité dun événement est un nombre compris entre 0 et 1
La somme des probabilités de chacun des événements incompatibles est égal à 1
On aura :
P de défaillance + P de non défaillance = 1
F(t) + R (t) = 1
2.2.2.6.1 Variable « t »
Cest une variable aléatoire qui peut être continue (intervalle de temps entre défaillances consécutives dun matériel : nimporte quelles valeurs de lintervalle)
ou discrète (nombre de défaillances dun matériel sur une période donnée ou pour une quantité fabriquée : elle ne prend que certaines valeurs)
2.2.2.6.2 Fonction de répartition « F(t) »
Cest la probabilité de subir une défaillance à un instant T compris entre 0 et t
(Un dispositif mis en service pour la première fois tombera en panne pour la première fois à un instant T non connu à priori.)
La fonction de répartition se définit par :
F( t ) = P (T < t) = nombre de cas favorables
Nombre de cas possible
2.2.2.6.3 - Densité de probabilité « f (t) »
Cest la probabilité de subir une défaillance à linstant « T » compris entre « t » et « t + dt » (cest à dire juste à linstant « t »)
Dans le cas dune variable aléatoire continue, la densité de probabilité « f (t) » est la dérivée de la fonction de répartition F(t)
f(t) = d/dt F(t)
EMBED Equation.3
Exemple de représentation graphiques des fonctions « Densité de probabilité » f(t), « de répartition » F(t)
2.2.2.6.4 Fonction de fiabilité « R(t) »
Représente la probabilité de non-défaillance dans lintervalle de temps entre 0 et t, cest-à-dire la probabilité de défaillance au delà du temps t (entre t et ()
R (t) = P (T>t)
EMBED Equation.3
Cest aussi la fonction complémentaire de la fonction F(t) :
F (t) + R(t) = 1 donc R(t) = 1 F(t)
2.2.2.6.5 - Fonction du taux de défaillance ( (t)
Cest la probabilité de subir une défaillance à linstant « t » pour une entité ayant vécu jusquà linstant « t »
Exprimée en général en défaillances par unité dusage (généralement en pannes / heure)
Statistiquement, ( (t) caractérise la probabilité de défaillance dans lintervalle (t, pour un dispositif ayant vécu jusquà linstant « t ».
( (t)) est une densité de probabilité conditionnelle car il ne considère que la probabilité de défaillance du matériel encore en fonctionnement.
Remarques :
Si f(t) est la densité de probabilité, nous avons ( (t) = f(t)/R(t)
En intégrant lexpression précédente entre 0 et t, on obtient lexpression :
EMBED Equation.3
Cette relation est fondamentale car quelle que soit la loi de fiabilité, elle permet un tracé expérimental de la fiabilité en fonction du temps (Lévolution du taux de défaillance étant connue)
Durée de vie dun équipement : (courbe en baignoire ou actuariat)
Exemple : Domaine électronique :
Exemple : Domaine MECAnique :
Ces courbes font apparaître trois périodes distinctes :
Période 1
Période de défaillance précoce : (ou période de jeunesse) : le taux de défaillance décroit rapidement jusquà un minimum ou un palier
En mécanique elle peut être réduite par un rodage
En électrique cest la phase de déverminage (peut également être un pré-vieillissement des composants)
Maintenance associée : CORRECTIVE (on ne peut prévenir les défaillances de jeunesse qui en plus vont en régressant)
Période 2
Période de défaillance à taux constant. (ou période de taux constant de défaillance) : Cest la période possible dans la vie dune entité ou le taux instantané de défaillance est pratiquement constant (défaillance aléatoire)
En électronique, sa durée est plus importante du fait de la meilleure stabilité dans le temps des composants. En mécanique le phénomène dusure progressif et constant en réduit la durée
Maintenance associée : CORRECTIVE + VISITES préventives (( est constant et indépendant du temps. Lapparition des défauts est aléatoire, donc imprévisible par nature)
Période 3
Période de défaillance par vieillissement (ou période de fin de vie) : Cest la période finale de vie dune entité pendant laquelle le taux instantané de défaillance croit rapidement à partir dun minimum ou dun palier (défaillance dusure)
( croit rapidement. Il y a des modes de défaillances prédominants. On peut mettre en place des actions préventives après étude des « causes de défaillances ». Pour une certaine valeur de ( (t), le matériel est obsolète, il est alors rebuté ou reconstruit.
Maintenance associée : MAINTENANCE PREVENTIVE SYSTEMATIQUE
Dans le domaine mécanique la loi exponentielle est peu réaliste car les zones 1, 2 et 3 sont peu marquées.
2.2.2.6.6 La M.T.B.F (Mean Time Between Failure)
Elle est souvent traduite comme étant la moyenne des temps de bon fonctionnement.
En réalité, elle représente la moyenne des temps de bon fonctionnement entre deux défaillances
EMBED Equation.3
2.2.2.7 Les estimateurs de fiabilité
F(t) : fonction de répartition
Représente la probabilité de défaillance sur lintervalle [0,t]
R(t) Fonction fiabilité
Représente la probabilité de défaillance dans lintervalle [0,t] F(t) + R(t) = 1
f (t) : Fonction densité de probabilité
Représente la probabilité de défaillance juste au temps « t »
( (t) : Fonction taux de défaillance
Représente la possibilité de défaillance entre « t » et « t + dt » pour une entité ayant survécue jusquen « t »
M.T.B.F
Représente la moyenne des temps entre deux défaillances (assimilée à la moyenne des temps de bon fonctionnement)
A la notion destimateurs, il est essentiel dassocier les notions de niveau de confiance et dintervalle de confiance
Les procédés de calcul de ces estimateurs varient selon le nombre de données que lon possède.
2.2.2.8 Lois dÉchantillonnage
Les données dont on dispose sont des données relatives aux défaillances dune partie de la population du dispositif étudié.
Létude statistique des défaillances sur un échantillon de population ne permettra dextrapoler le résultat sur toute la population quen prenant certaines précautions :
Léchantillon doit présenter tous les caractères dhomogénéité de la population
Les événements sont parfaitement définis (précision et qualité des renseignements)
Homogénéité des événements (groupement en famille)
La première phase du traitement consiste à classer ces données par ordre croissant (du nombre dunités dusage par exemple)
Les procédés de calcul varient suivant le nombre N de données que lon possède.
Principales lois mathématiques utilisées :
Lois de survie (utilisées lorsque le nombre de données est grand (> 50)
Lois exponentielle, Normale, de WEIBULL (utilisées principalement lorsque le nombre de données est faible)
Dans ce cas, les lois de survie ne donnent pas de résultat suffisamment précis.
Ces éléments de calculs utilisant ces lois seront abordés lors des séances de TD
2.2.2.8.1 Cas des grands nombres déchantillons (N>50)
2.2.2.8.2 Cas des petits nombres déchantillons (NðÞÞÞ$$üÿ`&`#$/Ifa$$üÿ`&`#$/If>?@)$üÿ`&`#$/IfÕkdO$$IfF4ÖýÖ\ºÿª)]#, ð Öà
6`üÿ`Ö(ÿÿÿ ÿ ÿ@@@Ö0ÿÿÿÿÿÿöÚ,6öÖÿÿÿÿÖÿÿÿÿ Öÿÿÿÿ Öÿÿÿÿ 4Ö
Faöf4pÖ(ÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿ ÿ ÿ@@@@`stííí$$üÿ`&`#$/Ifa$tu)Õkd°$$IfF4ÖÖ\ºÿªÂ]#, ðg Öà
6`üÿ`Ö(ÿÿÿÀÀÀÿÀÀÀÿ@@@Ö0ÿÿÿÿÿÿöÚ,6öÖÿÿÿÿÖÿÿÿÿ Öÿÿÿÿ Öÿÿÿÿ 4Ö
Faöf4pÖ(ÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÀÀÀÿÀÀÀÿ@@@u ¨Ëâý @ZefgªËâ AX_|èÖÖÖÖÖÖÖÖÖÑÂèèèèèèèèèè$üÿ`&`#$/IfFfQ $$üÿ`&`#$/Ifa$qq$üÿ`&`#$/If]q^q|°ñ*Ifö=>OPèèèèèèèèèèãááÕÈÈ»»È @ÐdÌ]@^Ð @OdÌ]@^O
ÆðФh^ÐFfÝqq$üÿ`&`#$/If]q^qPÎîïê^_vw²³ïåïïïÕö¢q
Æ @ÐdÌ]@^Ð
& F
@dÌ]@gdÆe¸
Æ @OdÌ]@^O$
Æ @OdÌ]@^Oa$ @ÐdÌ]@^Ð$
& F @dÌ]@a$gdÆe¸$@ÐdÌ]@^Ða$
& F ¤ØgdÆe¸$@OdÌ]@^Oa$ ³ µ ¶ _ r s / 0 a b ® ° îÝÌ»»¬|||$
Æ ÐÿO]Ðÿ^Oa$
Æ ð Ð]ð ^Ð$
Æ ]O]]^Oa$
& F 0dÔ]0gdÆe¸$
ÆÐÿO]Ðÿ^Oa$
Æ `Ðd,]`^Ð
Æ `Od,]`^O$
Æ `O]`^Oa$
° Î Ï o ½ ¾ :!!ñ!ò!""Ó"îÝÝÌ¿²¦q
Æ `@dȤ ]`^@ O¤ ] ^O
Æ @¤^@O¤ ^O
ÆÀФØ^Ð ]OdÌ]]^O @ÐdÌ]@^Ð
Æ0ÐÿÐdÈ]Ðÿ^Ð$
Æ0yO]y^Oa$
Æ ÐdÔ]^Ð Ó"###f$f%ä%&À&ë&·')ä)ïïååÒ¶ª¢||$°ààþ¤H]°^à`àþa$$°ààþ¤Ø]°^à`àþa$@¤^@ °O¤ ]°^O
Æ0@¤ ^@ ààþ¤H] ^à`àþ$°à`ú¤]°^à``úa$ @] ^@
Æ `@¤ ]`^@ )))æ)*?*d*+O+¸+÷+f-{-ÿ-%.l.y.Þ.H/f0g0h0j00Å0Æ0æ0ô0õ0"1#1I1J1m1122Õ2Ö2Ø2"33¼334I4J4øíøíøíøíøíøíçíøÙøíøÏËŲ¡ËÅÅÅÅËÅÅË¡ËyËyË hÆe¸5\hÆe¸^JaJ jhÆe¸U^JmHnHuhÆe¸5\^J!hÆe¸56;@\]^JaJ %hÆe¸56;@CJ\]^JaJ
hÆe¸^JhÆe¸hÆe¸OJQJaJhÆe¸56\]^JaJ
hÆe¸aJhÆe¸5\^JaJhÆe¸^JaJ-ä)?*d*+O+¸+÷+f-{-ÿ-%.l.Þ.//g0ïãÔãÈãÔÀ¼À´¡À$@0û¤H]@^0`ûa$dÀ¤ 0ûdÀ¤ ]^0`û°¤ ^°¤
Æð¤ Ð@¤ ]Ð^@$°@¤ ]°^@a$
Æ @¤ ^@°ààþ¤H]°^à`àþg0h0j00Å0Æ0Í0Î0Ö0×0ä0å0ý÷èÙ×Ãó³³³$${&`#$/Ifa$$Á${&`#$/If^Áa$$
& FO¤ð¤
