Sûreté de fonctionnement

4.1.3.1 Contexte

La sûreté de fonctionnement est l'aptitude au maintien dans le temps de la qualité du service que délivre le produit. Elle regroupe la fiabilité, la maintenabilité, la disponibilité et la sécurité.

- La fiabilité est l'aptitude d'une entité à accomplir une fonction requise; - La maintenabilité est l'aptitude d'une entité à être maintenue;

- La disponibilité est l'aptitude d'une entité à être dans l'état d'accomplir une fonction requise;

- La sécurité est l'aptitude d'une entité à ne pas générer des événements critiques.

L'analyse fonctionnelle permet l'analyse qualitative de la sûreté de fonctionnement. La modélisation du système permet d'évaluer les variables pertinentes sur lesquelles on peut ensuite conduire des études de sensibilité.

L'analyse des Modes de Défaillances et de leur Etat de Criticité (AMDEC) est un outil permettant l'évolution de la conception dans le sens de la sûreté de fonctionnement.

4.1.3.2 Sûreté de fonctionnement locale

Cette vision locale concerne les fonctions à risques que le concepteur définit comme structurantes parce que, soit il s'agit de fonctions sur la réalisation desquelles il n'a aucune expérience, soit par le retour d'expérience issu des services après-vente.

La maîtrise de la réalisation de la fonction et l'expertise du fonctionnement attendu fait appel aux critères exprimés ci-avant (§4.1.2.2).

4.1.3.3 Sûreté de fonctionnement globale ▪ Fiabilité

L'outil RELIASEP [Pit 97] utilisé industriellement, se base sur une gestion statistique à partir des qualifications connues de chaque bloc fonctionnel du produit. L'analyse fonctionnelle permet donc, au stade de la conception préliminaire, d'avoir des indications sur la fiabilité. L'analyse des blocs fonctionnels et de leurs interfaces permet de définir ces critères.

Pour la fiabilité, les critères sont notamment :

- Nombre d'éléments et d'interfaces, complexité des couplages entre ces interfaces à chaque niveau concerné;

- Fiabilité de chaque entité névralgique; - Variables de traitement statistique.

▪ Maintenabilité

Il s'agit de s'assurer des possibilités d'intervention sur le produit

A ce stade, la définition des interfaces donne une idée des possibilités de maintenance. On peut minimiser et standardiser les outils utilisés et diminuer les montages et démontages.

L'analyse des tâches et des moyens de maintenance va permettre de définir la fréquence et la durée des interventions.

Pour la maintenabilité, les critères sont notamment : - Nombres d'interfaces;

- Variables intervenant dans les modèles d'interaction entre les blocs fonctionnels; - Temps cumulé d'intervention.

▪ Disponibilité

La disponibilité peut se voir à deux niveaux :

- le produit doit être rapidement en état de fonctionner lorsqu'on veut l'utiliser; - le produit doit être rapidement opérationnel en cas de panne ou d'action corrective.

On doit pouvoir mettre le produit en fonctionnement quelle que soit la période d'arrêt ou les conditions de mise en route. Le produit doit, par exemple, être rapidement mis en température, ce qui se traduit par une minimisation des masses thermiques du système ou par une orientation des flux thermiques et des dilatations au démarrage ; cela permet d'éviter les risques de bridage, de serrage ou pour s'assurer d'une humidité compatible avec le bon fonctionnement de l'ensemble. Cette analyse rejoint les risques liés aux problèmes de dysfonctionnements électriques ou électroniques dus à des isolations (encrassement, oxydation, vieillissement, fatigue) ou à des courts-circuits intempestifs qui vont empêcher le démarrage. Il faut aussi ajouter les problèmes de compatibilité électromagnétique (CEM).

Dans le second cas, les critères pertinents sont des temps de disponibilité (Mean Up Time MUT), d'indisponibilité (Mean Down Time MDT), de durée d'action corrective (Mean Time To Repair MTTR), d'attente d'intervention due au personnel (Mean Personal Delay Time MPDT), à la gestion des stocks (Mean Storage Delay Time MSDT) ou à l'administration (ADM) [PRE 94].

Pour la disponibilité, les critères sont les suivants : - Masse thermique globale, locales;

- Flux thermiques;

- Dilatations, déformations, jeux, etc. ;

- Variables d'état (température, pression, teneur en eau); - Potentiels chimique;

- Champs magnétiques.

▪ Sécurité

La sécurité des systèmes, pour les grands secteur industriels, est liée à des réglementations et des labels (EuroNCAP par exemple : European New Car Assesment Program, directives européennes pour le secteur automobile) qui définissent des règles et critères. On ne peut ici les énumérer tous.

L'intervention des hommes amène des facteurs moraux et physico-sociologiques difficilement quantifiables.

Les risques en terme de sécurité de fonctionnement du système peuvent se juguler en bornant des variables pertinentes et en s'assurant d'un écart significatif entre la valeur maximale atteinte et la valeur maximale admissible.

Ces variables concernent des tenues sous sollicitations mécaniques, des tenues au feu, des risques d'explosion ou d'emballement chimiques ou nucléaire.

Les codes de calculs professionnels (CODAP, ASME, EUROCODES, Règles sismiques, RCCM,…) fournissent des éléments pour traduire les effets que l'on veut éviter.

Ils quantifient la sécurité par des limites admissibles pondérées de coefficients de sécurité. On peut accroître la sécurité en traduisant l'éloignement à ces références admises par les syndicats professionnels ou les organismes publics garants de la construction.

Pour la sécurité, les critères sont les suivants :

- Variables particulières liées à la sécurité du système; - Eloignement à des références.

4.1.4 Synthèse

Nous avons proposé un panorama des méthodes et critères qu'utilisent les concepteurs pour s'assurer de la pertinence des choix au stade de la conception préliminaire. L'analyse effectuée couvre la qualification de la réalisation des fonctions, la pertinence des choix, l'évolution vers le développement durable et l'éco-conception. Enfin, on traduit le fonctionnement en terme de fiabilité, de disponibilité, de maintenabilité et de sécurité.

Ces différents critères sont évalués par des variables critères : ils sont récapitulés dans le Tableau 4. Nous allons voir dans le paragraphe suivant comment intégrer ces variables critères dans le modèle du problème.

La démarche présentée Chapitre 5 doit permettre de les identifier à chaque stade de l'analyse et structuration du problème.

Type Critère de qualification

concepteur Variables critères

-Coûts non récurrents -Coûts récurrents -Coûts objectifs -Coûts en temps -Coûts en énergie

-Coûts en masses (masse de bruts) Coûts

-Coûts en volume (emballage, …) Vision globale

du produit

Rendement de conception -Coût du juste nécessaire / coût de la solution -Masse vierge

-Km parcourus par les pièces avant asseblage -Energie spécifique des matériaux

-Consommation énergétique du produit (utilisation) -Masse des matériaux non valorisés

-Contributions à de la pollution -Durabilité du produit

-Temps de démontage Critères d'éco-conception

-Volume des emballages

Indicateurs environnementaux -Indicateurs des dommages causés : dégradation de la santé, de l'écosystème

Démontage, démantèlement -Coût -Outillage Développement

durable

Recyclage, valorisation -Taux de réutilisation

-Contenu énergétique (transformation en énergie) Satisfaction des critères

d'appréciation du CdCF -Variables pertinentes de la réalisation d'une fonction -Variables de référence des codes de calculs professionnels ou des acquis de l'entreprise.

Loi d'intégralité des parties -Nombre d'entités concernées par le contrôle Loi de la conductivité

énergétique -Pertes énergétiques -Niveau exergétique Qualification de

la réalisation des fonctions

Loi de coordination des rythmes -Fréquence, phase, amplitude

SDF locale : fonctions à risque -Variables pertinentes des fonctions à risque SDF globale :

-Fiabilité -Nombre d'éléments et d'interfaces -Fiabilité d'entité -Variables de traitement statistique -Maintenabilité - Nombres d'interfaces

- Variables intervenant dans les modèles d'interaction entre les blocs fonctionnels

- Temps cumulé d'intervention -Disponibilité - Masse thermique globale, locales

- Flux thermiques

- Dilatations, déformations, jeux

- Variables d'état (température, pression, teneur en eau) - Potentiels chimique

- Champs magnétiques Sûreté de

fonctionnement

-Sécurité - Variables particulières liées à la sécurité du système - Eloignement à des références