Validation de la maintenabilité et de la disponibilité en conception d'un système multi-composants

Thèse en cotutelle présentée à la Faculté des études supérieures de l'Université Laval dans le cadre du programme de doctorat en génie mécanique et l'École Doctorale Mathématiques, Sciences de l'information et de l'Ingénieur de l'Université de Strasbourg.La problématique abordée dans cette thèse concerne la prise en compte et la validation, au stade de la conception, de la maintenabilité et de la disponibilité des systèmes multi composants. Chaque composant est assujetti à des défaillances aléatoires. La défaillance d'un composant entraine la défaillance du système. À chaque composant i on associe un taux de défaillance [Lambda] et une moyenne des temps techniques de réparation MTTR, . Le taux de panne est généralement obtenu à partir de bases de données disponibles ou à partir d'essais accélérés sur des prototypes physiques ou virtuels. Le MTTR, dépend de la structure du système, des types de liaisons utilisés, de l'accessibilité, de l'outillage, de la compétence du réparateur, de l'environnement, des procédures de diagnostic et de localisation des défaillances et des procédures utilisées pour effectuer les tests de bon fonctionnement. La maintenabilité et la disponibilité sont généralement validées a posteriori. Cette thèse propose des outils permettant au concepteur de prendre en compte les exigences de maintenabilité (accessibilité, modularité, testabilité...), d'estimer les M777i, , d'évaluer le MTTR du système et enfin de déterminer les MTTRi qui minimisent le MTTRi du système et qui maximisent, par le fait même, sa disponibilité. Ces outils font appel aux concepts de fiabilité, d'analyse probabiliste des systèmes, de logistique, à la conception assistée par ordinateur, aux approches de conception pour assemblage et désassemblage et aux outils de la programmation mathématique. Cette thèse aborde aussi la prise en compte du contexte d'exploitation pour atteindre le niveau de disponibilité requis. De plus en plus de constructeurs offrent des services de maintenance à leurs clients. Les contrats de services comportent généralement des articles qui spécifient le niveau de disponibilité désiré. Les conditions d'exploitation et de maintenance ont un impacte significatif sur les coûts et la disponibilité des systèmes. Cette thèse propose des modèles mathématiques pour définir la taille et la composition de l'équipe de maintenance qui permet de garantir un seuil de disponibilité du système tout en respectant des contraintes budgétaires. Ces réalisations ont fait l'objet de trois publications et plus de huit communications. Plusieurs extensions de ces travaux sont en cours de réalisation

Multi-component system maintainability and availability validation at the design stage

La problématique abordée dans cette thèse concerne la prise en compte et la validation, au stade de la conception, de la maintenabilité et de la disponibilité des systèmes multi composants. Chaque composant est assujetti à des défaillances aléatoires. De ce fait, la maintenabilité et la disponibilité font parties des caractéristiques essentielles à l'atteinte des objectifs d'exploitation du système. Cette thèse propose des outils permettant au concepteur de prendre en compte et de valider les exigences relatives à ces deux caractéristiques. Elle propose également des outils pour la prise en compte du contexte d'utilisation du système en vue réduire les écarts souvent observés entre les caractéristiques annoncées et les caractéristiques réelles du système en exploitation. Après une analyse des principaux indicateurs disponibles, la Moyenne des Temps Techniques de Réparation (MTTR) et la disponibilité stationnaire (UTR) ont été identifiés et adoptés, respectivement, comme indicateurs de maintenabilité et de disponibilité pouvant être évalués en conception. Une modélisation du processus de validation de ces deux indicateurs est proposée. La décomposition des étapes du processus, les données d'entrée, les données de sortie et les outils à mettre en oeuvre sont détaillés. Parmi les outils, deux procédures d'identification des composants qui pénalisent une solution sont proposées. Une méthodologie et un modèle mathématique ont également été mis au point pour aider le concepteur à sélectionner les types de liaisons, les outils et la séquence de désassemblage appropriés pour minimiser le temps de désassemblage des composants. Une procédure de génération des potentielles séquences de désassemblage de chaque composant, à partir de la matrice de transitions, est proposée. Les transitions sont générées en utilisant un algorithme de désassemblage disponible dans la littérature. Une méthodologie et deux modèles mathématiques sont proposés pour aider le concepteur à définir le nombre et les compétences des opérateurs de maintenance du système. Les résultats qu ils fournissent font partie des recommandations permettant de prendre en compte le contexte d'utilisation. La validation de la cohérence des résultats des modèles mathématiques a été faite à travers des exemples simples. Tous les outils développés ont été conçus dans l'optique de les intégrer à un logiciel de CAO.The problem addressed in this thesis is the consideration and validation, at design stage, of maintainability and availability of multi-component systems. Each component is subjected to random failures. Therefore, maintainability and availability are among the essential characteristics to achieve the objectives of system s exploitation. This thesis provides tools to the designer to consider and validate requirements for these two characteristics. It also offers tools for taking into account the operating context of the system in order to reduce the often observed difference between the claimed and real characteristics of the system. After an analysis of the key indicators available, the Mean Time To Repair (MTTR) and the inherent availability (UTR) were identified and adopted, respectively, as maintainability and availability indicators which can be evaluated in design. A modeling of the validation process of these two indicators is proposed. The decomposition of the stages of the validation process, inputs data, outputs data and tools to implement are detailed. Among the tools, two procedures for identifying components that penalize a solution are proposed. A methodology and a mathematical model has been developed to assist the designer to select the types of links, tools and the disassembly sequence suitable for minimizing the components disassembly time. A procedure for the generation of the potential disassembly sequences of each component, from the transition matrix, is proposed. Transitions are generated using a disassembly algorithm available in the literature. A methodology and two mathematical models are proposed to help the designer to define the number and the qualifications of maintenance operators. The results they provide are among the recommendations allowing taking into account the operational context. The validation of the consistency of the mathematical models has been made through simple examples. All the tools developed have been designed with a view to integrating them into CAD software

Multi-component system maintainability and availability validation at the design stage

La problématique abordée dans cette thèse concerne la prise en compte et la validation, au stade de la conception, de la maintenabilité et de la disponibilité des systèmes multi composants. Chaque composant est assujetti à des défaillances aléatoires. De ce fait, la maintenabilité et la disponibilité font parties des caractéristiques essentielles à l’atteinte des objectifs d’exploitation du système. Cette thèse propose des outils permettant au concepteur de prendre en compte et de valider les exigences relatives à ces deux caractéristiques. Elle propose également des outils pour la prise en compte du contexte d’utilisation du système en vue réduire les écarts souvent observés entre les caractéristiques annoncées et les caractéristiques réelles du système en exploitation. Après une analyse des principaux indicateurs disponibles, la Moyenne des Temps Techniques de Réparation (MTTR) et la disponibilité stationnaire (UTR) ont été identifiés et adoptés, respectivement, comme indicateurs de maintenabilité et de disponibilité pouvant être évalués en conception. Une modélisation du processus de validation de ces deux indicateurs est proposée. La décomposition des étapes du processus, les données d’entrée, les données de sortie et les outils à mettre en oeuvre sont détaillés. Parmi les outils, deux procédures d’identification des composants qui pénalisent une solution sont proposées. Une méthodologie et un modèle mathématique ont également été mis au point pour aider le concepteur à sélectionner les types de liaisons, les outils et la séquence de désassemblage appropriés pour minimiser le temps de désassemblage des composants. Une procédure de génération des potentielles séquences de désassemblage de chaque composant, à partir de la matrice de transitions, est proposée. Les transitions sont générées en utilisant un algorithme de désassemblage disponible dans la littérature. Une méthodologie et deux modèles mathématiques sont proposés pour aider le concepteur à définir le nombre et les compétences des opérateurs de maintenance du système. Les résultats qu’ils fournissent font partie des recommandations permettant de prendre en compte le contexte d’utilisation. La validation de la cohérence des résultats des modèles mathématiques a été faite à travers des exemples simples. Tous les outils développés ont été conçus dans l’optique de les intégrer à un logiciel de CAO.The problem addressed in this thesis is the consideration and validation, at design stage, of maintainability and availability of multi-component systems. Each component is subjected to random failures. Therefore, maintainability and availability are among the essential characteristics to achieve the objectives of system’s exploitation. This thesis provides tools to the designer to consider and validate requirements for these two characteristics. It also offers tools for taking into account the operating context of the system in order to reduce the often observed difference between the claimed and real characteristics of the system. After an analysis of the key indicators available, the Mean Time To Repair (MTTR) and the inherent availability (UTR) were identified and adopted, respectively, as maintainability and availability indicators which can be evaluated in design. A modeling of the validation process of these two indicators is proposed. The decomposition of the stages of the validation process, inputs data, outputs data and tools to implement are detailed. Among the tools, two procedures for identifying components that penalize a solution are proposed. A methodology and a mathematical model has been developed to assist the designer to select the types of links, tools and the disassembly sequence suitable for minimizing the components’ disassembly time. A procedure for the generation of the potential disassembly sequences of each component, from the transition matrix, is proposed. Transitions are generated using a disassembly algorithm available in the literature. A methodology and two mathematical models are proposed to help the designer to define the number and the qualifications of maintenance operators. The results they provide are among the recommendations allowing taking into account the operational context. The validation of the consistency of the mathematical models has been made through simple examples. All the tools developed have been designed with a view to integrating them into CAD software

Validation de la maintenabilité et de la disponibilité en conception d un système multi-composants

La problématique abordée dans cette thèse concerne la prise en compte et la validation, au stade de la conception, de la maintenabilité et de la disponibilité des systèmes multi composants. Chaque composant est assujetti à des défaillances aléatoires. De ce fait, la maintenabilité et la disponibilité font parties des caractéristiques essentielles à l atteinte des objectifs d exploitation du système. Cette thèse propose des outils permettant au concepteur de prendre en compte et de valider les exigences relatives à ces deux caractéristiques. Elle propose également des outils pour la prise en compte du contexte d utilisation du système en vue réduire les écarts souvent observés entre les caractéristiques annoncées et les caractéristiques réelles du système en exploitation. Après une analyse des principaux indicateurs disponibles, la Moyenne des Temps Techniques de Réparation (MTTR) et la disponibilité stationnaire (UTR) ont été identifiés et adoptés, respectivement, comme indicateurs de maintenabilité et de disponibilité pouvant être évalués en conception. Une modélisation du processus de validation de ces deux indicateurs est proposée. La décomposition des étapes du processus, les données d entrée, les données de sortie et les outils à mettre en oeuvre sont détaillés. Parmi les outils, deux procédures d identification des composants qui pénalisent une solution sont proposées. Une méthodologie et un modèle mathématique ont également été mis au point pour aider le concepteur à sélectionner les types de liaisons, les outils et la séquence de désassemblage appropriés pour minimiser le temps de désassemblage des composants. Une procédure de génération des potentielles séquences de désassemblage de chaque composant, à partir de la matrice de transitions, est proposée. Les transitions sont générées en utilisant un algorithme de désassemblage disponible dans la littérature. Une méthodologie et deux modèles mathématiques sont proposés pour aider le concepteur à définir le nombre et les compétences des opérateurs de maintenance du système. Les résultats qu ils fournissent font partie des recommandations permettant de prendre en compte le contexte d utilisation. La validation de la cohérence des résultats des modèles mathématiques a été faite à travers des exemples simples. Tous les outils développés ont été conçus dans l optique de les intégrer à un logiciel de CAO.The problem addressed in this thesis is the consideration and validation, at design stage, of maintainability and availability of multi-component systems. Each component is subjected to random failures. Therefore, maintainability and availability are among the essential characteristics to achieve the objectives of system s exploitation. This thesis provides tools to the designer to consider and validate requirements for these two characteristics. It also offers tools for taking into account the operating context of the system in order to reduce the often observed difference between the claimed and real characteristics of the system. After an analysis of the key indicators available, the Mean Time To Repair (MTTR) and the inherent availability (UTR) were identified and adopted, respectively, as maintainability and availability indicators which can be evaluated in design. A modeling of the validation process of these two indicators is proposed. The decomposition of the stages of the validation process, inputs data, outputs data and tools to implement are detailed. Among the tools, two procedures for identifying components that penalize a solution are proposed. A methodology and a mathematical model has been developed to assist the designer to select the types of links, tools and the disassembly sequence suitable for minimizing the components disassembly time. A procedure for the generation of the potential disassembly sequences of each component, from the transition matrix, is proposed. Transitions are generated using a disassembly algorithm available in the literature. A methodology and two mathematical models are proposed to help the designer to define the number and the qualifications of maintenance operators. The results they provide are among the recommendations allowing taking into account the operational context. The validation of the consistency of the mathematical models has been made through simple examples. All the tools developed have been designed with a view to integrating them into CAD software.STRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocPOITIERS-UFR Sc-Phys.Ingénieur (860622201) / SudocSudocFranceF