Recommandations pour la conception - Priorisation des actions de conception

6.3 Priorisation des actions de conception

6.4.3 Recommandations pour la conception

Les premières étapes de la méthodologie ont permis d’évaluer le 𝐶

_𝐸𝑥

moyennant une

politique de maintenance donnée et d’identifier les points faibles du système. Le composant

𝐴

₁

a ainsi été désigné comme le composant prioritaire pour les actions de conception.

Celui-ci contribue à hauteur de 29% aux coûts d’exploitation du système.

Gérer les caractéristiques de fiabilité des composants

Pour réduire l’impact de ce composant sur les coûts d’exploitation, une première solution

est de travailler sur ses caractéristiques de fiabilité. A titre d’illustration, nous considérons

0 2 4 6 8 10 x 10⁵ 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 t [km] F ia b ili té A 1 A 2 A 3 A 4 A 5 A 6

133 que de nouveaux composants capables de se substituer au composant 𝐴

₁

sont disponibles

sur le marché.

Nous supposons que ces nouveaux composants se décomposent en deux groupes. Le

premier groupe permet d’améliorer le MTTF du composant initial de 10 à 50% suivant les cas

considérés. Pour ces composants, la variance reste inchangée. En contrepartie, nous faisons

l’hypothèse qu’une augmentation de x% du MTTF entraine une augmentation de x% du coût

de la pièce. Le tableau 6.3 synthétise les caractéristiques des composants appartenant à ce

premier groupe.

Modèle de

fiabilité ^{MTTF (en km)} ^Variance 𝑨_𝟏(en €)

Conception initiale _W(3.5e5,2) ₃₁₀₁₇₉ _2.62e10 ₅₀₀

Conception 1 _W(3.9e5,2.2) _{341194 (+10%)} _2.62e10 _{550 (+10%)}

Conception 2 _W(4.2e5,2.5) _{372213 (+20%)} _2.62e10 _{600 (+20%)}

Conception 3 _W(4.5e5,2.7) _{403233 (+30%)} _2.62e10 _{650 (+30%)}

Conception 4 _W(4.9e5,2.9) _{434250 (+40%)} _2.62e10 _{700 (+40%)}

Conception 5 W(5.2e5,3.1) 465266 (+50%) 2.62e10 750 (+50%)

Tableau 6.3: Caractéristiques des composants appartenant au premier groupe

Pour chaque proposition de conception, il s’agitd’adapter le modèle de maintenance initial

afin d’évaluer l’impact sur le coût d’exploitation du système. Les résultats sont présentés à la

figure 6.8. Parmi les différentes propositions de conception, le meilleur résultat est obtenu

par la Conception 4. En considérant que les autres propriétés du modèle de maintenance

restent stables, la substitution du composant 𝐴

₁

initial par la Conception 4 permet d’obtenir

une diminution de l’ordre de 9% des coûts d’exploitation.

Figure 6.8: Coûts d’exploitation du système pour différentes propositions de conception

Conception initiale Conception 1^1.05 Conception 2 Conception 3 Conception 4 Conception 5 1.1 1.15 1.2 1.25 1.3^{x 10} 4 C oût s d' ex plo it at ion

134 Le second groupe permet de diminuer la variance du composant initial de 10% à 50% suivant

les cas considérés. Pour ces composants, le MTTF reste inchangé. En contrepartie, nous

supposons qu’une diminution de x% de la variance entraine une augmentation de x% du

coût de la pièce. Le tableau 6.4 synthétise les caractéristiques des composants appartenant à

ce second groupe.

Modèle de

fiabilité ^{MTTF (en km)} ^Variance 𝑨_𝟏(en €)

Conception initiale W(3.5e5,2) 310179 2.62e10 500

Conception 6 _W(3.5e5,2.1) ₃₁₀₁₇₉ _{2.37e10 (-10%)} _{550 (+10%)}

Conception 7 _W(3.5e5,2.3) ₃₁₀₁₇₉ _{2.1e10 (-20%)} _{600 (+20%)}

Conception 8 _W(3.5e5,2.4) ₃₁₀₁₇₉ _{1.84e10 (-30%)} _{650 (+30%)}

Conception 9 W(3.5e5,2.7) 310179 1.58e10 (-40%) 700 (+40%)

Conception 10 _W(3.5e5,2.9) ₃₁₀₁₇₉ _{1.31e10 (-50%)} _{750 (+50%)}

Tableau 6.4: Caractéristiques des composants appartenant au second groupe

De manière similaire aux composants du premier groupe, le modèle de maintenance initial

doit être adapté à chaque proposition de conception. Les résultats, présentés à la figure 6.9,

illustrent leurs impacts sur le coût d’exploitation du système. Parmi les différentes

propositions de conception, le meilleur résultat est obtenu par la Conception 6. Notons

néanmoins, que la diminution, de l’ordre de 1%, du coût d’exploitation est beaucoup plus

faible que pour la Conception 4. Ce résultat est bien évidement à mettre en perspectives

avec les hypothèses posées dans le tableau 6.4.

Figure 6.9: Coûts d’exploitation du système pour différentes propositions de conception

Globalement, après avoir étudié ces diverses propositions de conception pour le

composant 𝐴

₁

, la Conception 4 semble la solution à privilégier. Le tableau 6.5 présente les

facteurs d’importance pour les différents composants du système, en supposant que le

Conception initiale Conception 6 Conception 7 Conception 8 Conception 9 Conception 10

1.18 1.2 1.22 1.24 1.26 1.28 1.3 1.32^{x 10} 4 C oût s d' ex plo it at ion

135 composant 𝐴

₁

initial a été remplacé par la Conception 4. Nous constatons que les efforts de

conception au niveau des caractéristiques de fiabilité du composant 𝐴

₁

permettent de faire

diminuer son impact sur les coûts d’exploitation de 29% à 22%.

𝑪_𝑬𝒙= 𝟏𝟏𝟕𝟐𝟒€ ^𝐀𝟏 (Conception 4) 𝐀_𝟐 𝐀_𝟑 𝐀_𝟒 𝐀_𝟓 𝐀_𝟔 𝑪𝑰,𝒂 (en €) 700 500 500 500 500 500 𝑪𝑹,𝒂(en €) 950 759 1315 687 1328 661 𝑪𝑺𝑪,𝒂(en €) 917 423 755 143 261 121 𝑪𝑺𝑫,𝒂(en €) 34 34 34 34 34 34 𝑰_𝒂(en %) 22 15 22 12 18 11

Tableau 6.5: Facteurs d’importance pour le système après remplacement du composant 𝑨

_𝟏

par la Conception 4 (MFOP=50000; NC=80)

Faire évoluer l’architecture de surveillance

Une seconde solution consiste à investir dans une architecture de surveillance plus complète

pour le système étudié. Pour l’illustration, nous considérons qu’un capteur est disponible sur

le marché pour renseigner sur l’état de fonctionnement du composant 𝐴

₁

. La mise en place

de ce capteur va entrainer un coût 𝐶

_𝑁𝐼,1

= 50€ qui correspond à 10% du coût du

composant. Le résultat de cette proposition de conception que l’on nomme « Conception

11 » est présenté dans le tableau 6.6.

𝑪_𝑬𝒙= 𝟏𝟐𝟖𝟓𝟓€ ^𝐀𝟏 (Conception 11) 𝐀_𝟐 𝐀_𝟑 𝐀_𝟒 𝐀_𝟓 𝐀_𝟔 𝑪_𝑰,𝒂(en €) 550 500 500 500 500 500 𝑪_𝑹,𝒂(en €) 1975 773 1309 683 1304 659 𝑪𝑺𝑪,𝒂(en €) 1263 404 616 283 225 121 𝑪𝑺𝑫,𝒂(en €) 0 38 38 38 38 38 𝑰_𝒂(en %) 29 13 19 12 16 10

Tableau 6.6: Facteurs d’importance pour le système après ajout d’un capteur sur le

composant 𝑨

_𝟏

(MFOP=50000; NC=80)

De façon générale, ce résultat montre que la proposition de Conception 11 entraine une

légère augmentation des coûts d’exploitation du système. Si on excepte le coût initial et le

surcoût de diagnostic du composant 𝐴

₁

, les valeurs répertoriées dans le tableau 6.6 sont les

mêmes que pour le système initial. Ce résultat est lié à la structure du système

multi-composant étudié et au niveau d’information de surveillance disponible.

En effet, dans un système série, savoir que le système fonctionne implique que tous les

composants du système fonctionnent. Cela signifie que le capteur n’apporte aucune

information nouvelle quand le système est en marche. Les décisions de maintenance sont

136 le capteur permet d’éviter le diagnostic sur le composant 𝐴

₁

, ce qui explique que 𝐶

_𝑆𝐷,1

= 0.

Pour avoir une influence sur les décisions de maintenance dans un système série, il est

nécessaire d’avoir accès au niveau de dégradation des composants du système.

Ajouter des redondances

Il est également possible d’envisager la mise en place d’une redondance sur le

composant 𝐴

₁

. Comme nous l’avons décrit précédemment, cet outil de conception a pour

but d’augmenter la fiabilité globale du système en diminuant le nombre d’immobilisations

liées au composant 𝐴

₁

.

Dans cette illustration, nous considérons qu’une redondance passive est mise en œuvre.

Cette redondance est matérialisée par un septième composant placé en parallèle du

composant 𝐴

₁

. Contrairement à une redondance active où les deux composants en parallèle

fonctionnent en même temps, dans une redondance passive un seul composant fonctionne

à la fois. Le second composant est en attente et prend instantanément le relai quand le

composant qui fonctionne tombe en panne (Gaudoin, 2014).

Les propriétés du composant 𝐴

₇

sont supposées identiques au composant 𝐴

₁

. Quand le

composant 𝐴

₁

tombe en panne, le composant 𝐴

₇

prend alors le relai jusqu’à la fin de la

MFOP. Le composant 𝐴

₁

, en panne, est alors remplacé sans entrainer une immobilisation du

système. L’âge du composant 𝐴

₇

correspond au kilométrage auquel il va se substituer au

composant 𝐴

₁

. Nous supposons également qu’il n’est pas maintenu en cas de défaillance.

Enfin, pour mettre en place cette redondance passive, un capteur capable de renseigner sur

l’état de fonctionnement du composant 𝐴

₁

est nécessaire. La mise en place de ce capteur va

entrainer un coût 𝐶

_𝑁𝐼,1

= 50€ qui correspond à 10% du coût du composant. Le résultat de

cette proposition de conception que l’on nomme « Conception 12 » est présenté dans le

tableau 6.7.

𝑪_𝑬𝒙= 𝟏𝟐𝟎𝟑𝟐€ 𝐀_𝟏 𝐀_𝟐 𝐀_𝟑 𝐀_𝟒 𝐀_𝟓 𝐀_𝟔 (Conception ^𝐀^𝟕 12) 𝑪_𝑰,𝒂(en €) 550 500 500 500 500 500 500 𝑪_𝑹,𝒂(en €) 1941 752 1311 681 1299 659 0 𝑪𝑺𝑪,𝒂(en €) 0 413 633 305 249 129 0 𝑪𝑺𝑫,𝒂(en €) 0 22 22 22 22 22 0 𝑰_𝒂(en %) 21 14 20 13 17 11 4

Tableau 6.7: Facteurs d’importance pour le système après ajout d’une redondance sur le

composant 𝑨

_𝟏

(MFOP=50000; NC=80)

Cette solution de conception permet de réduire de 6% les coûts d’exploitation du système.

De plus, l’impact du composant 𝐴

₁

sur ces mêmes coûts d’exploitation passe de 29% à 21%.

137 La redondance passive sur ce composant permet d’éviter les immobilisations dues à la panne

du composant 𝐴

₁

.

Gérer l’accessibilité des composants

Nous envisageons enfin de travailler sur l’accessibilité du composant 𝐴

₁

.A titre d’illustration,

nous supposons que ces travaux permettent de diminuer de moitié le temps de

remplacement de la pièce, nous avons donc 𝐷

₁

= 30 min. Nous considérons également que

les modifications apportées au système entrainent une augmentation du prix de la pièce de

l’ordre de 10%. Le résultat de cette solution de conception appelée « Conception 13 » est

synthétisé dans le tableau 6.8.

𝑪_𝑬𝒙= 𝟏𝟐𝟔𝟓𝟔€ ^𝐀𝟏 (Conception 13) 𝐀_𝟐 𝐀_𝟑 𝐀_𝟒 𝐀_𝟓 𝐀_𝟔 𝑪_𝑰,𝒂(en €) 550 500 500 500 500 500 𝑪_𝑹,𝒂(en €) 1416 873 1457 681 1322 661 𝑪𝑺𝑪,𝒂 (en €) 1621 380 471 142 231 117 𝑪𝑺𝑫,𝒂(en €) 39 39 39 39 39 39 𝑰_𝒂(en %) 29 14 19 11 17 10

Tableau 6.8: Facteurs d’importance pour le système après amélioration de l’accessibilité

du composant 𝑨

_𝟏

(MFOP=50000; NC=80)

Tout d’abord, nous constatons que cette solution de Conception 13 permet de réduire de

1,5% les coûts d’exploitation du système par rapport à la configuration initiale. En regardant

plus en détails les différents coûts associés au composant 𝐴

₁

, nous constatons que le coût de

remplacement a diminué et que le surcoût correctif a augmenté. Selon les hypothèses

considérées pour la Conception 13, nous notons que le coût (pièce + main d’œuvre) du

composant 𝐴

₁

a augmenté. Cette augmentation va avoir pour conséquence de modifier les

décisions de maintenance sur le composant 𝐴

₁

en diminuant le nombre de remplacements

préventifs. Nous illustrons ainsi l’importance de prendre en compte la politique de

maintenance pour faire des choix en termes de conception.

6.5 Conclusion

La méthodologie présentée fournit au concepteur un outil d’aide à la décision permettant de

hiérarchiser l’impact des composants sur les coûts d’exploitation du système et d’évaluer les

propositions de conception disponibles. Pour hiérarchiser l’impact des composants, un

facteur d’importance basé sur les coûts a été introduit. La plus-value de cette méthodologie

se trouve dans la prise en compte de la structure du système et de la politique de

maintenance pour faire des recommandations de conception.

Parmi les recommandations possibles, nous pouvons citer le choix entre des composants aux

138 surveillance plus complète, le choix d’envisager de mettre un composant en redondance ou

encore le choix de travailler sur l’accessibilité des composants.

A noter que cette méthodologie n’a pas vocation à déterminer la conception optimale pour

un système donné. Elle va avoir pour prétention de guider le concepteur dans ses choix en

intégrant les problématiques de maintenance. Le but étant de diminuer les coûts

139

Chapitre 7

Application à un sous-système du

véhicule industriel

Dans ce chapitre, le système multi-composant considéré fait référence à un sous-système du

véhicule industriel. Par souci de confidentialité, le nom de ce système n’est pas précisé.

L’objectif est d’appliquer la politique de maintenance exposée précédemment en tenant

compte de la structure du système étudié et des informations de surveillance disponibles.

Pour ce faire, les différentes étapes conduisant à la mise en place de cette politique sont

détaillées. Précisons que cette application a été menée dans le cadre d’un projet interne de

recherche dans le groupe Volvo.

Le chapitre est construit comme suit. La première partie se concentre sur le contexte de

notre étude. Les recommandations qui ont entrainé la sélection du système sont précisées

et un inventaire des données disponibles est réalisé. La seconde partie spécifie la

construction du modèle de maintenance. Dans ce cadre, les différentes hypothèses

inhérentes à la modélisation du système et à la politique de maintenance sont introduites.

En s’appuyant sur ce modèle, une évaluation de la politique est présentée dans une

troisième partie. Une comparaison avec la politique de maintenance actuellement appliquée

est effectuée.

Dans le document Modélisation et optimisation de la maintenance et de la surveillance des systèmes multi-composants - Applications à la maintenance et à la conception de véhicules industriels (Page 157-164)