Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

INPG : Ecole ESISAR 5ème Année, module AC-512 Département : AUTOMATIQUE Auteur

INPG : Ecole ESISAR 5ème Année, module AC-512 Département : AUTOMATIQUE Auteur : Damien KOENIG Damien Koenig AC-541 – Sûreté de fonctionnement Page1 SURVEILLANCE : APPROCHE SURETE DE FONCTIONNEMENT L’une des évolutions essentielles dans la conception des systèmes automatisés, qu'ils soient unitaires (moteurs, machines industrielles, produits grand public) ou complexes (systèmes de production, de communication, etc) concerne la prise en compte, dès les premières phases, des préoccupations relatives à leur sûreté de fonctionnement. La sûreté de fonctionnement caractérise les performances d'un système en ceci qu'elle rend compte de son aptitude à remplir sa mission. Elle est liée à sa capacité à résister aux défaillances matérielles, logicielles et humaines, et aux agressions de son environnement. Les domaines aéronautique et nucléaire, ont été les premiers à exprimer et à résoudre les besoins en matière de sûreté de fonctionnement. Toutefois, c'est dans un objectif d'amélioration de la productivité, de cohérence de ses stratégies de maintenance que le monde industriel se pose ces questions et recherche des méthodologies qu'il souhaiterait systématiques. Une approche sûreté de fonctionnement (probabilité d’atteindre un état de défaillance) Elle confère à améliorer la sûreté de fonctionnement (S.D.F.) par redondance matérielle. Cet objectif est réalisé par la combinaison d'une réduction de la probabilité d'apparition des défaillances des composants que compose le système à surveiller et par l'amélioration de la structure du système. Améliorer la structure du système équivaut à introduire des redondances dont l'objectif est d'augmenter le nombre et la probabilité des états de bon fonctionnement par rapport aux états de défaillance. Les outils nécessaires à la résolution des problèmes posés seront restreints aux diagrammes de fiabilité et aux chaînes de Markov. "Ce cours" s'adresse aux étudiants des écoles d'ingénieurs et des universités INPG : Ecole ESISAR Surveillance : approche Sûreté de Fonctionnement Damien Koenig AC-41 Sûreté de Fonctionnement Page 2 SOMMAIRE SURVEILLANCE : APPROCHE SURETE DE FONCTIONNEMENT ......................................................... 1 SOMMAIRE ............................................................................................................................................................ 2 1 SURETE : FIABILITE, MAINTENABILITE ET DISPONIBILITE..................................................... 5 1.1 COMPOSANTES DE LA SURETE DE FONCTIONNEMENT............................................................................. 5 1.1.1 Fiabilité ............................................................................................................................................. 5 1.1.2 Maintenabilité ................................................................................................................................... 6 1.1.3 Disponibilité...................................................................................................................................... 7 1.2 TEMPS CARACTERISTIQUES POUR LA S.D.F............................................................................................ 7 1.3 RELATIONS FONDAMENTALES POUR LA FIABILITE.................................................................................. 8 1.3.1 Densité de probabilité de défaillance (ou fonction de distribution)................................................. 8 1.3.2 Taux de défaillance ........................................................................................................................... 8 1.3.3 Relation entre λ(t) et R(t).................................................................................................................. 9 1.3.4 Relation entre λ(t) et f(t) ................................................................................................................. 10 1.3.5 Calcul du MTTF.............................................................................................................................. 10 1.4 RELATIONS FONDAMENTALES POUR LA MAINTENABILITE.................................................................... 11 1.4.1 Densité de probabilité de réparation (ou fonction de distribution) ............................................... 11 1.4.2 Taux de réparation.......................................................................................................................... 11 1.4.3 Relation entre µ(t) et M(t)............................................................................................................... 12 1.4.4 Relation entre µ(t) et g(t) ................................................................................................................ 13 1.4.5 Calcul du MTTR.............................................................................................................................. 13 1.5 RELATIONS FONDAMENTALES POUR LA DISPONIBILITE........................................................................ 14 1.6 DIAGRAMMES DE FIABILITE OU DIAGRAMMES DE SUCCES.................................................................... 15 1.6.1 Système série ................................................................................................................................... 16 1.6.2 Système parallèle............................................................................................................................. 17 1.6.3 Système mixte .................................................................................................................................. 18 1.6.4 Remarque sur la nature des diagrammes de fiabilité..................................................................... 19 1.6.5 Outils complémentaires................................................................................................................... 20 1.6.6 Exercices ......................................................................................................................................... 24 1.7 FIABILITE DES SYSTEMES REPARABLES (FORMULATION MARKOVIENNE)............................................ 30 1.7.1 Principe ........................................................................................................................................... 30 1.7.2 Architectures ................................................................................................................................... 37 1.7.3 Calcul rapide de l'indisponibilité asymptotique ............................................................................. 40 1.7.4 Exemple final................................................................................................................................... 43 1.7.5 Calcul de la Maintenabilité (MDT) et du MTBF............................................................................ 47 1.7.6 Introduction à la tolérance aux fautes............................................................................................ 53 2 CONCLUSION ............................................................................................................................................ 55 3 REFERENCE............................................................................................................................................... 55 4 ANNEXE....................................................................................................................................................... 56 4.1 EXAMEN 2001/2002.............................................................................................................................. 56 INPG : Ecole ESISAR Surveillance : approche Sûreté de Fonctionnement Damien Koenig AC-41 Sûreté de Fonctionnement Page 3 INTRODUCTION GENERALE L'amélioration de la productivité passe par une automatisation de l'outil de production. Automatisation signifie mise systématique et fidèle des actions permettant la réalisation d'un produit avec une variance contrôlée des grandeurs caractéristiques du produit. Une bonne automatisation doit permettre la mise en œuvre d'une solution quasi optimale du processus de fabrication. Le premier gain à espérer est une amélioration de la qualité du produit fini ou, à qualité égale, un gain économique provenant d'un décalage des spécifications techniques à un niveau moins onéreux. Des exemples classiques peuvent être donnés : processus de fabrication du papier pour lequel la variable principale est le grammage; l'automatisation de fabrication du papier permet de réduire la variance du grammage et déplace la qualité en un point plus proche de la qualité spécifiée. Ceci permet un gain économique. Figure : Distribution de qualité L'amélioration de la productivité passe bien par une meilleure maîtrise de l'outil de production à travers son automatisation mais également par une maîtrise de la disponibilité. L'automatisation a mis en évidence ce problème car précédemment l'opérateur humain réalisait de façon non explicite un certain nombre de fonctions de maintenance. A l'automatisation doit donc être associée une stratégie de maintenance qui permettra d'assurer un certain niveau de disponibilité. Pour maintenir, il faut : - prévoir le temps de bon fonctionnement moyen (MTBF), - détecter et diagnostiquer puis réparer. Ces deux approches donnent lieu à deux types de stratégies de maintenance : - la maintenance programmée, (section 1) - la maintenance selon l'état (section 2 et 3). L'outil de production, qu'il soit du type machine ou processus, est constitué d'un certain nombre d'éléments ou systèmes qui auront des temps de vie ou de bon fonctionnement très différents, certains étant relativement fixes et les autres essentiellement variables selon l'utilisation. Distribution de qualité avant automatisation Distribution de Qualité après automatisation qualité Qualité spécifiée qs qa q0 INPG : Ecole ESISAR Surveillance : approche Sûreté de Fonctionnement Damien Koenig AC-41 Sûreté de Fonctionnement Page 4 Par exemple, le vilebrequin d'un moteur à explosion ou l'arbre d'une machine tournante ont des durées de vies liées à la fatigue mécanique. Un compteur de cycles permet alors d'en déterminer le "potentiel restant"; sont ainsi développés à partir de calculs de fiabilité et par décrémentation, des compteurs de cycles du potentiel restant simplement dénommés compteurs de potentiels. La maintenance programmée est la stratégie qui a longtemps prévalu et qui consiste à partir d'observations statistiques à déterminer quels sont les temps moyens de bon fonctionnement. On fera une introduction à ce type de maintenance dans la première section du cours. Il peut arriver cependant qu'une pièce casse avant d'atteindre le MTBF, créant ainsi une panne. Pour contrer ce type de panne, la maintenance selon l'état s'appuie sur : "la prise en compte de l'état actuel du système et des équipements associés se servant de toute technique pouvant aller du capteur humain à des systèmes assistés par calculateur, le but étant de prédire la panne et de réaliser la maintenance seulement après identification d'une panne potentielle et en accord avec la production, minimisant ainsi la perte de disponibilité de l'outil de production. L'objet des sections 2 et 3 est de sensibiliser le lecteur au fait que les outils de détection, diagnostic et pronostic sont des éléments nécessaires pour résoudre le problème de disponibilité qui, à son tour est inclus dans une politique de maintenance. Ceci est symbolisé sur la figure suivante : Figure : Hiérarchie des problèmes et résultats associés Les problèmes doivent être étudiés selon cette hiérarchie et avant tout traités au stade de la conception de façon à inclure capteurs et système de traitement de l'information dans une approche système globale. L'objectif de ce cours est donc de rassembler les outils pluridisciplinaires nécessaires à la bonne formulation et à la construction de système de diagnostic dans le cadre d'une stratégie de maintenance. Nous nous appuierons fortement sur l'utilisation de modèles, bien qu'en matière de détection diagnostic il s'agisse avant tout de satisfaire les fonctions pour développer un système fiable. Détection de défaut et localisation Diagnostic Pronostic Politique de Maintenance Machine tolérante aux pannes Disponibilité Qualité produit INPG : Ecole ESISAR Surveillance : approche Sûreté de Fonctionnement Damien Koenig AC-41 Sûreté de Fonctionnement Page 5 MAINTENANCE PROGRAMMEE 1 SURETE : FIABILITE, MAINTENABILITE ET DISPONIBILITE La prise en compte des impératifs de la sûreté de fonctionnement dès les premières phases de la conception d'une application n'est pas immédiate. Les techniques classiques d'analyse de sûreté de fonctionnement permettent une première approche de la fiabilité d'un système en particulier par le biais d'indicateurs instantanés et moyens ou encore par l'identification de scénarios de pannes. Pour tenir compte de la fiabilité humaine, des méthodes s'appuyant sur l'ergonomie, la psychologie cognitive, … sont également développées. Un aspect important de cette approche réside dans la nécessité d'utiliser le retour d'expérience que ce soit en conception ou en exploitation, c'est à dire de tenir compte de l'apparition de défauts de leurs caractéristiques afin d'ajuster les données statistiques utilisées dans les modèles quantitatifs d'évaluation de la sûreté de fonctionnement. La sûreté de fonctionnement peut être vue comme étant le traitement des fautes (s'attaquer aux sources des défaillances) : • prévention des fautes, • tolérance aux fautes, • élimination des fautes, • prévision des fautes. 1.1 Composantes de la sûreté de fonctionnement Si l'entité1 est non repérable alors la composante maintenabilité n'existe pas et A(t) = R(t). Si au contraire l'entité est réparable alors A(t) ≥ R(t). 1.1.1 Fiabilité A l'origine (1960) sciences des défaillances. Traduction de l'anglais Reliability. Définition : Aptitude d'une entité à accomplir une fonction requise dans des conditions données, pendant une durée donnée. Mesure: La uploads/Industriel/ ac512.pdf