La maîtrise du comportement du matériel passe par la connaissance de la F. M. D. S








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Sûreté de fonctionnement
La maîtrise du comportement du matériel passe par la connaissance de la F.M.D.S :


FIABILITÉ

MAINTENABILITÉ

DISPONIBILITÉ

SÛRETÉ DE FONCTIONNEMENT

Ces 4 termes sont étroitement liés entre eux par leur définition mais aussi par leur interprétation mathématique.
Composantes de la sûreté de fonctionnement :





Le besoin de sûreté :

Les sociétés modernes sont caractérisées par une exigence croissante de sûreté pour les systèmes qui y participent. Cette exigence a pour origines :

Une dimension humaine

La constatation d'un écart croissant entre la qualification requise pour utiliser un système et celle requise pour maîtriser la compréhension de son fonctionnement conduit à le concevoir de plus en plus sûr.

Une dimension technico-économique

La complexité et l'interdépendance croissante des systèmes techniques engendrent des risques parfois catastrophiques en cas de défaillance :

- risques sur les personnes ou sur l'environnement, de par le danger, d'un procédé des secteurs nucléaire ou chimique, du transport de matières dangereuses...

- risques économiques en cas d'arrêt de production, fatal au produit fabriqué ou aux équipements, en cas d'interruption de service de réseaux d'énergie ou d'informations...

Une dimension sociale

Le niveau de sûreté perçu comme "admissible " est subjectif et évolutif, et fonction de l'évolution des sociétés et des mentalités. Un regard historique, sur l'apparition puis l'évolution de la législation du travail, ou sur l'évolution des connaissances relatives à la disponibilité des systèmes complexes, est éloquent. La comparaison avec la situation de pays encore en voie de développement ne fait que renforcer ce caractère subjectif.

8.1 – DÉFAILLANCES, PANNES ET RÉPARATIONS. TEMPS D’ÉTATS :


Définitions (projet de norme X 60-500

Défaillance : cessation aléatoire de l’aptitude d’une entité à accomplir une fonction requise.

Panne : état d’une entité inapte à accomplir une fonction requise.

- après défaillance d’une entité, celle-ci est en état de panne.

- une défaillance est un passage d’un état à un autre, par opposition à une panne qui est un état.



Remarques :

- Ce schéma s’applique pour le cas de système réparable, où une remise en état permet à nouveau le fonctionnement de l’entité. Dans le cas de système non réparable, la fiabilité sera le seul indicateur du comportement de ce matériel. Sachant que la fiabilité est une probabilité de bon fonctionnement sur un intervalle de temps donné.

- Un système réparable est constitué à son tour de composants réparables et non réparables

- Pour un système non-réparable, la fiabilité sera l’aptitude à fonctionner le plus longtemps possible sans défaillance.

- se rappeler que la mesure de la fiabilité est le taux de défaillance (t).


8.2 – QUELQUES PRÉCISIONS AU SUJET DU MTBF – MUT – MDT – MTTR :

Il est nécessaire au préalable de donner quelques indications sur les termes employés, en particulier, pour les MTBF, MUT, MTTR, MDT qui souvent sont confondus, suite à une mauvaise traduction de MTBF, qui se comprend facilement.

P

MUT : Mean Up Time

MDT : Mean Down Time

MTBF : Mean Time Between Failure

MTTR : Mean Time To Repair

Si MTTR « MTBf alors MUT = MTBF

Dans la suite du texte MUT ou MTBF seront employés indifféremment. Ceci suppose donc comme hypothèse que : MTTR  MDT « MTBF

Remarque : pour les matériels non réparables on utilise le terme de MTTF (Mean Time To Failure)
our les matériels réparables, on a le chronogramme suivant :
8.3 – DISPONIBILITÉ INTRINSÈQUE ET DISPONIBILITÉ OPÉRATIONNELLE :
Suivant la norme NF X 60 010 la disponibilité est « aptitude d’un bien, sous les aspects combinés de la fiabilité, maintenabilité et de l’organisation de maintenance, à être en état d’accomplir une fonction requise dans des conditions de temps déterminées ».
La disponibilité (D) sur un intervalle de temps donné put être évaluée par le rapport :

D = TEMPS DE DISPONIBILITÉ / (TEMPS DE DISPONIBILITÉ + TEMPS D’INDISPONIBILITÉ

D = MUT / (MUT + MDT)

D = MTBF / (MTBF + MTTR)

8.3.1 – DISPONIBILITÉ INTRINSÈQUE :

Elle exprime le point de vue du constructeur. Ce dernier a conçu et fabriqué le produit en lui conférant un certain nombre de caractéristiques intrinsèques, c’est à dire des caractéristiques qui prennent en compte les conditions d’installation, d’utilisation, de maintenance et d’environnement, supposées être idéales.
8.3.2 – DISPONIBILITÉ OPÉRATIONNELLE :

Il s’agit de prendre en compte les conditions réelles d’exploitation et de maintenance. C’est la disponibilité d’un point de vue utilisateur.
Exemples :
1- un fabricant de contacteurs indique que tel type de contacteur peut supporter un million de cycles de manœuvres dans des conditions d’utilisation bien spécifiées.Le constructeur d’un onduleur électronique précise que le temps moyen de fonctionnement entre défaillances, MTBF, est 0,5.105 heures et que le temps moyen avant remise en service, MTTR, est de 10 heures. D’où une disponibilité intrinsèque Di de :
Di = 0,5.105 / ( 0,5.105+ 10) = 0.998 (99.8%)

2- Un fabricant de machines outils prévoit en accord avec son client la disponibilité intrinsèque d’une machine en prenant en compte des conditions idéales d’exploitation et de maintenance :

  • 1 changement de fabrication par mois, temps moyen du changement : 6 heures.

  • maintenance corrective :

- taux de défaillance : 1 panne/mois

- temps moyen de réparation : 4 heures

  • 3 heures de maintenance préventive par mois.

Calcul de la disponibilité intrinsèque Di (les temps sont exprimés en heures) : temps d’ouverture : 1 mois = 400 heures



Di = (160 + 127 + 50 + 50) / ( (160 + 127 + 50 + 50) + (4 + 6 + 3) ) = 0.97 (97%)

La machine de l’application précédente a fait l’objet d’une étude en exploitation qui a conduit à l’historique suivant :




Do = (60 + 80 + 120 + 60 + 60) / ( (60 + 80 + 120 + 60 + 60) + (3 + 5 + 3 + 6 + 3) = 0.95 (95%)
Soit une différence de 2% par rapport à la disponibilité intrinsèque de la même machine.

8.3.3 – DÉCOMPOSITION TEMPORELLE ET DÉFINITION DES DISPONIBILITÉS ASSOCIÉES :

La norme NF X 60-500 définit avec précision les différents types d’arrêts associés aux états d’une entité.


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Disponibilité intrinsèque : Di = 1/(1+2).

Caractérise les qualités intrinsèques d’une entité. La carence des moyens extérieurs et des moyens de maintenance ne sont pas pris en compte.

Disponibilité du point de vue de la maintenance : Dm = 1/(1+3).

Conforme à la définition de la norme, seule la carence des moyens de maintenance est prise en compte.

Disponibilité opérationnelle : Do = 1/(1+4).

Caractérise les conditions réelles d’exploitation et de maintenance.

Disponibilité globale : Dg = 1/(1+5).

Caractérise le taux global d’utilisation de l’entité.



DISPONIBILITÉ INTRINSÈQUE : DI

Caractérise les qualités intrinsèques d’une entité. La carence des moyens extérieurs et des moyens de maintenance ne sont pas pris en compte.

DISPONIBILITÉ DU POINT DE VUE MAINTENANCE : DM

Conforme à la définition de la norme, seule la carence des moyens de maintenance est prise en compte.

DISPONIBILITÉ OPÉRATIONNELLE : DO

Caractérise les conditions réelles d’exploitation et de maintenance

DISPONIBILITÉ GLOBALE : DG

Caractérise le taux global d’utilisation de l’entité




8.3.4 – AMÉLIORATION DE LA DISPONIBILITÉ :

Une entité (processus, système matériel, sous-système ou composant) présente des caractéristiques intrinsèques : d’utilisation, de maintenance, de fiabilité et de maintenabilité.

Exemple : 15 secondes de changement d’outil pour son utilisation, un graissage par mois pour sa maintenance, une panne par mois pour sa fiabilité et un temps moyen avant remise en service de 2 heures pou sa maintenabilité.

Toutes ces caractéristiques confèrent à l’entité une certaine disponibilité intrinsèque à partir de laquelle :

- le service production peut prévoir des conditions d’utilisation,

- le service maintenance peut établir le planning des interventions

toutes ces conditions sont considérées idéales. Dans la réalité de l’exploitation, certains aléas risquent de se produire :

- aléas de production : manque de pièces, pièces non conformes, casse d’outillage,…

- aléas de maintenance : indisponibilité du personnel de maintenance, manque de pièces de rechange,…

- aléas d’environnement : absence du personnel pour grève, manque d’énergie,…

C
es différents aléas confèrent à l’entité la disponibilité opérationnelle que le service de maintenance doit améliorer au moindre coût (voir modèle de Wilson).
A partir de la mesure des différentes disponibilités, il doit être recherché des solutions d’améliorations de la disponibilité opérationnelle.

E
xemples d’améliorations :

8.4 – LA DISPONIBILITÉ OPÉRATIONNELLE :

8.4.1 – ANALYSE DE LA DISPONIBILITÉ :

La mise en œuvre d'une analyse type AMDEC en maintenance nécessite l'utilisation d'un historique de défaillance afin que le groupe puisse déterminer avec le maximum de précision les indices de criticité. En effet, l'utilisation exclusive de l'expérience des membres du groupe ne paraît pas être suffisante dans la détermination des indices de gravité et de fréquence. De plus, l'utilisation de banques de données formalisées (type CNET, MILL MDBK, AVCO) est assez lourde de mise en œuvre dans la mesure où les critères standard doivent être personnalisés aux conditions d'exploitation des matériels propres à l'entreprise.
La plupart des services de maintenance ont maintenant intégré dans leur gestion technique la notion d'historique de pannes ; toutefois l'expérience a souvent montré que ces historiques ne possèdent pas de caractéristiques suffisamment détaillées pour être exploitées par l'AMDEC.
L'utilisation de l'informatique dans le domaine du recueil de données d'exploitation des matériels permet, aujourd'hui, de pouvoir constituer rapidement des historiques techniques pour une utilisation en AMDEC. Pour ce faire, la méthode consiste à surveiller le moyen à fiabiliser en recueillant systématiquement tous les incidents survenant en exploitation.
Au cours de la surveillance, les critères suivants seront systématiquement relevés :

- effets constatés ;

- composant incriminé ;

- cause initiale de la défaillance ;

- durée de la réparation.

L'analyse et le traitement des critères permettront alors de connaître :

- le nombre d'incidents par sous-ensemble ;

- la répartition des causes initiales sur les sous-ensembles ;

- la formalisation des pannes répétitives ;

- la quantification du temps moyen de réparation ;

- la quantification du temps moyen de bon fonctionnement.
Aujourd'hui, trois démarches sont possibles pour la réalisation de ces audits techniques.

- La démarche manuelle, avec feuilles de pannes au pied des machines et traitement par système informatique sur un tableur. C'est une démarche longue, fastidieuse, et peu fiable.
- La démarche automatique, avec carte de diagnostic couplée à l'automate du moyen. Cette démarche nécessite une mise en œuvre matérielle très lourde et surtout ne peut s'appliquer qu'aux moyens pilotés par automate programmable compatible avec les cartes de diagnostic du marché.
- La démarche semi-automatique, avec une saisie automatisée par collecteurs de données portables (saisie par lecture de codes barres, écrans tactiles, etc.) et traitements automatiques sur une base de données informatique.

Ces trois démarches suggèrent deux objectifs différents incompatibles dans leurs réalisations : le suivi permanent de la disponibilité du moyen de production ou la campagne de mesure en audit industriel.
En marge des méthodes du recueil de données, ce type d'analyse doit permettre de connaître les critères quantitatifs et qualitatifs de la disponibilité.

Au chapitre des critères quantitatifs, les résultats de la démarche retenue doivent fournir les répartitions entre :

- le temps de production de pièces bonnes ;

- le temps de production de pièces mauvaises ;

- le temps de non-production par dérive de temps de cycle ;

- le temps de non-production pour aléas ;

- le temps de non-production pour arrêts fonctionnels ;

- le temps de non-production pour arrêts induits.
Au chapitre des critères qualitatifs, les résultats de la démarche retenue doivent fournir une indication sur :

- la répartition des temps d'aléas par sous-ensemble ;

- la répartition des temps d'aléas par causes initiales de défaillance ;

- la répartition des temps d'aléas par effets constatés ;

- la répartition des temps d'arrêts fonctionnels par nature ;

- la répartition des temps d'arrêts induits par nature.



La détermination de chacun des paramètres énumérés ci avant permet de réaliser des analyses complètes avec des indications qualitatives et quantitatives. Les analyses croisées sur l'ensemble des résultats obtenus permettent ensuite d'amorcer les opérations de fiabilisation de façon plus concrète. L'analyste pourra par exemple utiliser les résultats de l'analyse de disponibilité comme préambule à une analyse de fiabilité type AMDEC.
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