• Aucun résultat trouvé

Les parties précédentes se sont concentrées sur la définition qualitative et quantitative de la

fiabilité ainsi que sur la modélisation stochastique de la défaillance d’une entité. L’objectif

affiché dans cette dernière partie est de définir les outils méthodologiques à notre

disposition pour intégrer la structure du système dans l’évaluation de la fiabilité.

Pour évaluer la fiabilité d’un système, une première approche consiste à considérer le

système comme un tout, sans envisager une décomposition en composants élémentaires. La

modélisation de la fiabilité du système complet est alors basée directement sur les modèles

présentés dans les parties précédentes. Cette approche, appelée « boite noire », ne permet

pas d’intégrer la structure générale du système dans l’évaluation de la fiabilité.

Par opposition, une seconde approche appelée « boîte blanche », vise à prendre en compte

cette structure dans le calcul de la fiabilité. Dans ce cadre, il va falloir être capable de

modéliser la fiabilité de chaque composant élémentaire et de définir la logique de

40

fonctionnement du système. Afin de répondre aux objectifs détaillés dans le chapitre 1,

cette approche est retenue dans la suite de cette thèse.

Dans cette partie, nous présentons premièrement les méthodes à notre disposition pour

analyser et représenter la logique de fonctionnement du système. Dans un second temps,

nous détaillons les calculs de fiabilité associés aux différents types de structures

élémentaires.

2.4.1 Analyse et représentation de la structure fiabiliste

Pour définir la logique de fonctionnement d’un système, l’objectif est de déterminer

comment le fonctionnement ou la panne de chaque composant élémentaire va impacter le

système global. Pour atteindre cet objectif, une première étape consiste à réaliser une

Analyse des Modes de Défaillance, de leurs Effets et de leur Criticité (AMDEC) (Rausand &

Høyland, 2004).

Cette technique est apparue initialement dans le secteur aéronautique, puis s’est répandue

dans les principales industries (automobile, chimique, nucléaire, etc…). Elle est utilisée pour

identifier les modes de défaillances des composants élémentaires et pour étudier les effets

que ces pannes peuvent entraîner sur le système. Durant cette analyse, chaque panne est

considérée individuellement. Les conséquences engendrées par la présence de plusieurs

pannes sur des composants élémentaires ne sont pas étudiées. Cette propriété ne permet

donc pas de s’adapter à la structure du système étudié si celui-ci contient des redondances.

Cette limite conduit le plus souvent à considérer une AMDEC comme un travail préliminaire

avant des études de fiabilité plus poussées.

Figure 2.10: Représentation d'un diagramme de fiabilité

Pour remédier à cette limite, plusieurs méthodes complémentaires peuvent être envisagées:

diagrammes de fiabilité, arbre de défaillance, graphe de Markov, réseau de Petri, etc... Dans

la suite de cette thèse, nous nous intéressons uniquement à des systèmes constitués de

composants élémentaires non réparables. Pour ces systèmes, nous supposons que les

composants élémentaires sont indépendants et que l’ordre dans lequel les pannes

apparaissent n’a pas d’importance. Dans ce cadre, le diagramme de fiabilité apparait comme

la représentation la plus pertinente (Rausand & Høyland, 2004).

1 2 6

Sortie

Entrée 3

5

4

41

Le diagramme de fiabilité est utilisé pour analyser et calculer la disponibilité des systèmes

(Pagès & Gondran, 1980). Il correspond à une représentation logique du fonctionnement du

système sous forme de graphe. A l’intérieur de ce graphe, les blocs représentent les

composants élémentaires du système et les arcs traduisent les relations entre ces

composants (cf. figure 2.10). Notons que les liens entre les composants ne correspondent

pas à des liens physiques mais uniquement à des liens fonctionnels.

Le système est considéré en marche si au moins un chemin, composé exclusivement de

composants en fonctionnement, existe entre son point d’entrée et de sortie. Ce parcours

permettant au système de réaliser sa fonction est appelé chemin de succès. Ce cadre de

modélisation permet ainsi de s’adapter à la structure du système étudié.

L’intérêt de cette représentation est double (Mihalache, 2007). Premièrement, le

diagramme de fiabilité permet de réaliser une analyse qualitative du système en analysant

les chemins de succès et les scénarios qui entrainent la panne du système appelés des

« coupes ». Cet outil vise également à mener une analyse quantitative en définissant la

fiabilité du système étudié à partir de la fiabilité de ses constituants. Ces calculs sont illustrés

dans la sous-partie suivante pour des systèmes à structure élémentaire.

2.4.2 Calculs de fiabilité pour des structures élémentaires

Dans les études de fiabilité, nous distinguons généralement deux grands types de structures:

les structures élémentaires et les structures complexes (Pagès & Gondran, 1980). Par

définition, une structure élémentaire est composée de composants indépendants dont le

fonctionnement peut être modélisé par des liaisons séries, parallèles ou une combinaison

des deux. Un système qui se décompose uniquement en structures élémentaires est nommé

système simple ou compliqué suivant le nombre de composants impliqués. Par opposition,

un système à structure complexe considère des dépendances entre les composants et ne se

résume pas à des liaisons séries/parallèles.

Par la suite, nous faisons l’hypothèse que les systèmes considérés peuvent être modélisés

par des structures élémentaires et non complexes. Dans cette sous-partie, les calculs de

fiabilité liés à ces systèmes sont détaillés. Pour exprimer cette fiabilité, nous introduisons les

notations suivantes:

- 𝑇

𝑠𝑦𝑠𝑡

: la durée de bon fonctionnement du système

- 𝑇

𝑖

: la durée de bon fonctionnement du composant 𝑖

- 𝑅

𝑠𝑦𝑠𝑡

(𝑡) : la fiabilité du système à l’instant 𝑡

- 𝑅

𝑖

(𝑡): la fiabilité du composant 𝑖à l’instant 𝑡

Définition 6 Un système série est en capacité de remplir sa fonction spécifique uniquement si

42

Figure 2.11: Diagramme de fiabilité d'un système série

La figure 2.11 illustre la logique de fonctionnement de ce système. On en déduit donc que la

panne dans un système série intervient dès lors qu’un de ses composants ne fonctionne

plus. En supposant que le système série est composé de 𝑛 composants, on peut donc écrire

que:

𝑇

𝑠𝑦𝑠𝑡

= min

𝑖=1 à 𝑛

𝑇

𝑖

(2.29)

La fiabilité du système est alors:

𝑅

𝑠𝑦𝑠𝑡

(𝑡) = 𝑃(𝑇

𝑠𝑦𝑠𝑡

> 𝑡) = 𝑃 ( min

𝑖=1 à 𝑛

𝑇

𝑖

> 𝑡) (2.30)

Comme nous avons fait l’hypothèse que les composants étaient indépendants, la fiabilité du

système ci-dessus devient:

𝑅

𝑠𝑦𝑠𝑡

(𝑡) = ∏ 𝑅

𝑖

(𝑡)

𝑛

𝑖=1

(2.31)

Définition 7 Un système parallèle est en capacité de remplir sa fonction spécifique si au

moins un de ses constituants fonctionne.

Figure 2.12: Diagramme de fiabilité d'un système parallèle

Autrement dit, le système est en panne quand tous ses composants sont en panne. Cette

propriété est illustrée par la figure 2.12 ci-dessus. Contrairement à un système série, la

1 2

Sortie

Entrée

1

2

Sortie

Entrée

43

durée de bon fonctionnement d’un système parallèle est basée sur le composant de durée

de vie maximale. On a alors:

𝑇

𝑠𝑦𝑠𝑡

= max

𝑖=1 à 𝑛

𝑇

𝑖

(2.32)

En conservant les mêmes hypothèses, la fiabilité du système parallèle devient:

𝑅

𝑠𝑦𝑠𝑡

(𝑡) = 𝑃(𝑇

𝑠𝑦𝑠𝑡

> 𝑡) = 𝑃 ( max

𝑖=1 à 𝑛

𝑇

𝑖

> 𝑡) = 1 − ∏(1 − 𝑅

𝑖

(𝑡))

𝑛

𝑖=1

(2.33)

Cependant, dans de nombreux cas, un système à structure élémentaire est constitué d’une

combinaison de systèmes série et parallèle. Pour évaluer la fiabilité de ces systèmes, dits

mixtes, on veillera à décomposer le calcul afin de se ramener aux configurations série et

parallèle connues.