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1 N°2005-01 Année 2005 T H E S E T H E S E T H E S E T H E S E Présentée devant

1 N°2005-01 Année 2005 T H E S E T H E S E T H E S E T H E S E Présentée devant L'ECOLE CENTRALE DE LYON L'ECOLE CENTRALE DE LYON L'ECOLE CENTRALE DE LYON L'ECOLE CENTRALE DE LYON Ecole doctorale MEGA Spécialité : Mécanique pour obtenir le titre de Docteur Par Mathieu GLADE Mathieu GLADE Mathieu GLADE Mathieu GLADE Titre de la thèse Titre de la thèse Titre de la thèse Titre de la thèse Modélisation des c Modélisation des c Modélisation des c Modélisation des coûts de cycle de vie oûts de cycle de vie oûts de cycle de vie oûts de cycle de vie : : : : prévision des coûts de maintenance et de la fiabilité prévision des coûts de maintenance et de la fiabilité prévision des coûts de maintenance et de la fiabilité prévision des coûts de maintenance et de la fiabilité Application à l’aéronautique Application à l’aéronautique Application à l’aéronautique Application à l’aéronautique Soutenue le 21 janvier 2005 devant la commission d'examen Directeur de thèse Directeur de thèse Directeur de thèse Directeur de thèse P.Lyonnet P.Lyonnet P.Lyonnet P.Lyonnet Professeur des Universités, LTDS/ENISE UMR5513 Professeur des Universités, LTDS/ENISE UMR5513 Professeur des Universités, LTDS/ENISE UMR5513 Professeur des Universités, LTDS/ENISE UMR5513 Président Président Président Président du Jury du Jury du Jury du Jury A.Vautrin A.Vautrin A.Vautrin A.Vautrin Professeur Professeur Professeur Professeur des Universités, Ecole des Mines Saint Etienne des Universités, Ecole des Mines Saint Etienne des Universités, Ecole des Mines Saint Etienne des Universités, Ecole des Mines Saint Etienne Rapporteur Rapporteur Rapporteur Rapporteur J.C Boquet J.C Boquet J.C Boquet J.C Boquet Professeur des Universités, Ecole Centrale Paris Professeur des Universités, Ecole Centrale Paris Professeur des Universités, Ecole Centrale Paris Professeur des Universités, Ecole Centrale Paris Rapporteur Rapporteur Rapporteur Rapporteur M. Chatelet M. Chatelet M. Chatelet M. Chatelet Pr Pr Pr Professeur des Universités, ISTIT, ofesseur des Universités, ISTIT, ofesseur des Universités, ISTIT, ofesseur des Universités, ISTIT, Troyes Troyes Troyes Troyes Examinateur Examinateur Examinateur Examinateur J.M Bergheau J.M Bergheau J.M Bergheau J.M Bergheau Professeur de Professeur de Professeur de Professeur des Universités, LTDS/ENISE UMR5513 s Universités, LTDS/ENISE UMR5513 s Universités, LTDS/ENISE UMR5513 s Universités, LTDS/ENISE UMR5513 Examinateur Examinateur Examinateur Examinateur R.Toscano R.Toscano R.Toscano R.Toscano Maître de conférences, LTDS/ENISE UMR5513 Maître de conférences, LTDS/ENISE UMR5513 Maître de conférences, LTDS/ENISE UMR5513 Maître de conférences, LTDS/ENISE UMR5513 Examinateur Examinateur Examinateur Examinateur M.Longère M.Longère M.Longère M.Longère Chef du service maintenance Eurocopter Chef du service maintenance Eurocopter Chef du service maintenance Eurocopter Chef du service maintenance Eurocopter 2 3 Remerciements Mes remerciements s'adressent en premier lieu à toutes les personnes qui ont permis le bon déroulement de ces travaux de thèse. Je remercie sincèrement le Professeur Patrick LYONNET, responsable de recherche sur le thème de la maintenance à l’Ecole Nationale d'Ingénieur de St Etienne, qui a assuré le suivi de mes travaux en me fournissant le support scientifique et les conseils nécessaires à ma formation de jeune chercheur. Je souhaite de plus exprimer ma gratitude à M. Jean-Yves LONGERE, responsable du service Maintenance Design de la société EUROCOPTER. Je citerai également MM. Stefan DOMENGE, Joris CEZARD et Frédéric MATHERON avec qui j'ai pris plaisir à travailler durant les trois ans de cette thèse. Enfin j'accorde une mention spéciale à ma fiancée Thoai-An, ma famille et mes amis pour leur affection et leur soutien constants. 4 5 Sommaire REMERCIEMENTS .............................................................................................................................................1 SOMMAIRE ..........................................................................................................................................................5 INTRODUCTION ...............................................................................................................................................11 CHAPITRE I. CONCEPTION ET COUTS D'EXPLOITATION..................................................................13 1. LE PROCESSUS DE CONCEPTION .......................................................................................................13 1.1. AVANT PROPOS.......................................................................................................................................13 1.2. L'ACTIVITE DE CONCEPTION...................................................................................................................13 1.3. LES METHODES DE CONCEPTION.............................................................................................................14 1.3.1. Préambule......................................................................................................................................14 1.3.2. Historique : de l’analyse de la valeur à la conception par coût objectif du cycle de vie...............15 1.3.3. Les méthodes de conception...........................................................................................................16 1.3.3.1. L’Analyse de la Valeur.............................................................................................................................. 16 1.3.3.2. Conception à coûts objectifs......................................................................................................................17 1.3.3.3. Conception par objectifs « Design To Goal »............................................................................................ 19 1.3.4. Conception par coûts objectifs : problèmes soulevés. ...................................................................19 2. CONCEPTION ET CYCLE DE VIE D'UN PRODUIT...........................................................................21 2.1. INTRODUCTION.......................................................................................................................................21 2.2. LE CYCLE DE VIE D'UN PRODUIT..............................................................................................................21 2.2.1. Cycle de vie d'un produit ...............................................................................................................21 2.2.2. Cycle de Vie d’un Projet................................................................................................................22 2.3. LES COUTS GLOBAUX DE POSSESSION .....................................................................................................24 2.3.1. Avant propos..................................................................................................................................24 2.3.2. La modélisation des coûts de cycle de vie......................................................................................26 2.3.2.1. Introduction ...............................................................................................................................................26 2.3.2.2. Définitions .................................................................................................................................................27 2.3.2.3. La modélisation du "life cycle cost" .......................................................................................................... 28 2.3.3. L'impact de la maintenance dans les coûts de cycle de vie............................................................30 2.4. CONCLUSION ..........................................................................................................................................32 3. LA MAINTENANCE ET SES COUTS .....................................................................................................33 3.1. LA MAINTENANCE : CONCEPTS FONDAMENTAUX....................................................................................33 3.1.1. Définitions......................................................................................................................................33 3.1.1.1. Définitions générales ................................................................................................................................. 33 3.1.1.2. Maintenance et sûreté de fonctionnement..................................................................................................33 3.1.1.3. Le processus de maintenance..................................................................................................................... 34 3.1.2. Politiques de maintenance .............................................................................................................35 3.1.2.1. Les politiques de maintenance................................................................................................................... 35 3.1.2.2. La maintenance corrective ......................................................................................................................... 36 3.1.2.3. La maintenance préventive ........................................................................................................................ 36 3.1.2.4. Les indicateurs de performance de la maintenance....................................................................................37 3.2. LES COUTS DE MAINTENANCE.................................................................................................................38 3.2.1. Définition et concepts.....................................................................................................................38 3.2.2. Les coûts de maintenance indirects................................................................................................39 3.2.3. Les coûts de maintenance directs...................................................................................................39 3.2.3.1. Analyse des coûts de maintenance............................................................................................................. 39 3.2.3.2. Le DMC.....................................................................................................................................................40 6 3.3. ESTIMATION DES COUTS DE MAINTENANCE............................................................................................ 41 3.3.1. Description.................................................................................................................................... 41 3.3.1.1. Coût de maintenance d’une usine...............................................................................................................42 3.3.1.2. Estimation des coûts de support par l'USAF ..............................................................................................42 3.3.1.3. Estimation du coût de maintenance de l’avionique d’un appareil ..............................................................43 3.3.1.4. Estimation du coût de pièces de rechanges.................................................................................................43 3.3.1.5. Evaluation des coûts de maintenance d’un aéronef en centre d’entretien...................................................44 3.3.1.6. Coût global d’une automobile....................................................................................................................45 3.3.2. Limites perçues aux modèles existants.......................................................................................... 46 4. LE COSTING : OUTILS ET METHODES ............................................................................................. 47 4.1. LES BASES DU COSTING.......................................................................................................................... 47 4.1.1. Présentation .................................................................................................................................. 47 4.1.2. Modèle d'évaluation de coûts........................................................................................................ 47 4.1.2.1. Méthode d’estimation des éléments de coût...............................................................................................48 4.1.2.2. Influence de la temporalité et conventions économiques de comparaison .................................................49 4.1.2.3. Les méthodes d'estimation de coût.............................................................................................................52 4.2. LES MODELES PARAMETRIQUES ............................................................................................................. 54 4.2.1. Introduction................................................................................................................................... 54 4.2.1.1. Processus de développement d’un modèle paramétrique ...........................................................................54 4.2.1.2. Mesure de la performance de l’estimation..................................................................................................55 4.2.2. Les modèles régressifs................................................................................................................... 57 4.2.2.1. Régression linéaire simple..........................................................................................................................57 4.2.2.2. Régression non linéaire..............................................................................................................................58 4.2.2.3. Régression multiple....................................................................................................................................59 4.2.2.4. Combinaison de relations linéaires et non linéaires....................................................................................60 4.2.2.5. La régression floue.....................................................................................................................................61 4.2.3. Les Modèles cognitifs.................................................................................................................... 62 4.2.3.1. Les réseaux de neurones.............................................................................................................................62 4.2.3.2. La logique floue .........................................................................................................................................65 4.2.4. Synthèse sur les modèles paramétriques ....................................................................................... 67 4.3. MODELES ANALYTIQUES ....................................................................................................................... 68 4.3.1. Introduction................................................................................................................................... 68 4.3.2. Méthodes " à la main ".................................................................................................................. 69 4.3.2.1. Présentation du modèle ..............................................................................................................................69 4.3.2.2. Exemple d’application................................................................................................................................69 4.3.3. La Méthode ABC........................................................................................................................... 70 4.3.3.1. Introduction à la méthode ABC..................................................................................................................70 4.3.3.2. Exemple d’application................................................................................................................................73 4.3.3.3. Commentaires ............................................................................................................................................75 4.3.4. La méthode des Unités de Valeur Ajoutée (UVA) ......................................................................... 75 4.3.4.1. Présentation................................................................................................................................................75 4.3.4.2. Exemple d’application................................................................................................................................76 4.3.4.3. Conclusion .................................................................................................................................................77 4.3.5. Conclusion sur l'usage des modèles analytiques........................................................................... 78 4.4. LES MODELES ANALOGIQUES ................................................................................................................. 78 4.4.1. Présentation .................................................................................................................................. 78 4.4.2. Conclusions et limites des modèles analogiques........................................................................... 80 4.5. BILAN SUR LES METHODES D'EVALUATION DE COUTS ............................................................................ 81 5. CREATION DE MODELES DE COUTS DE MAINTENANCE........................................................... 83 5.1. PRINCIPES GENERAUX............................................................................................................................ 83 5.1.1. Mise en œuvre de modèles de coût de maintenance...................................................................... 83 5.1.1.1. Recherche de zones de coût critiques.........................................................................................................83 5.1.1.2. Recherche de paramètres influents.............................................................................................................83 5.1.1.3. Quantification de l’influence des paramètres .............................................................................................83 5.1.1.4. Construction du modèle .............................................................................................................................84 5.1.2. Structure de modélisation des coûts de maintenance.................................................................... 84 5.1.2.1. Architecture globale des modèles...............................................................................................................84 5.1.2.2. Modèle de coût nominal de maintenance ...................................................................................................85 5.1.2.3. Modèle de maturité.....................................................................................................................................85 5.1.2.4. Résistance aux contraintes de service.........................................................................................................86 5.1.2.5. Typologie d'usage en maintenance.............................................................................................................86 5.1.3. Prise en compte de la fiabilité....................................................................................................... 87 5.2. MODELE DMC D'ELEMENTS MECANIQUES D'HELICOPTERE.................................................................... 87 7 5.2.1. Introduction et analyse technique..................................................................................................87 5.2.2. Modélisation des coûts de maintenance.........................................................................................88 5.2.2.1. Recherche de zones de coûts critiques.......................................................................................................88 5.2.2.2. Recherche de paramètres influents ............................................................................................................ 89 5.2.2.3. Forme du modèle....................................................................................................................................... 90 5.2.2.4. Recalage empirique du modèle principal...................................................................................................91 5.2.3. Conclusions et limites du modèle...................................................................................................93 5.3. COUTS DE MAINTENANCE D'UNE SERVOCOMMANDE D'HELICOPTERE......................................................93 5.3.1. Introduction ...................................................................................................................................93 5.3.1.1. Servocommande : définition...................................................................................................................... 93 5.3.1.2. Introduction à la modélisation ...................................................................................................................94 5.3.2. Les réseaux de neurones ................................................................................................................94 5.3.3. La modélisation par réseau de neurones .......................................................................................97 5.3.4. Résultats et analyse......................................................................................................................100 5.3.5. Bilan.............................................................................................................................................101 5.4. COUTS DE MAINTENANCE DE SYSTEMES AVIONIQUES...........................................................................102 5.4.1. Préambule....................................................................................................................................102 5.4.2. Analyse des coûts.........................................................................................................................102 5.4.2.1. Les coûts logistiques................................................................................................................................ 102 5.4.2.2. Coût des tests de détection et de validation.............................................................................................. 103 5.4.2.3. Coût de stock ........................................................................................................................................... 104 5.4.2.4. Coût de l’échange standard......................................................................................................................105 5.4.2.5. Eléments de rechange ..............................................................................................................................105 5.4.2.6. Présentation du modèle complet ..............................................................................................................106 5.4.3. Bilan sur les coûts de maintenance de l'avionique.......................................................................107 5.5. CHOIX D'UNE MODELISATION ADAPTEE ................................................................................................107 6. CONCLUSION SUR LA MODELISATION DES COUTS DE MAINTENANCE.............................110 CHAPITRE II. LA PREVISION DE FIABILITE..........................................................................................113 1. INTRODUCTION .....................................................................................................................................113 1.1. PREAMBULE..........................................................................................................................................113 1.2. HISTORIQUE..........................................................................................................................................114 1.3. PRESENTATION DU PLAN.......................................................................................................................115 2. FIABILITE : PRINCIPES ET DEFINITIONS ......................................................................................116 2.1. AVANT PROPOS.....................................................................................................................................116 2.2. DEFINITION ET NOTATIONS ...................................................................................................................116 2.2.1. Fiabilité........................................................................................................................................116 2.2.2. Défaillance et taux de défaillance................................................................................................117 2.2.3. Temps de fonctionnement.............................................................................................................119 2.2.3.1. Le MTBF ................................................................................................................................................. 120 2.2.3.2. Fiabilité et maintenance préventive. ........................................................................................................120 2.3. LES METHODES PREVISIONNELLES DE FIABILITE...................................................................................122 2.3.1. Introduction .................................................................................................................................122 2.3.2. Le retour d'expérience et ses traitements.....................................................................................122 2.3.2.1. Préambule................................................................................................................................................ 122 2.3.2.2. Analyse de fiabilité en exploitation .........................................................................................................123 2.3.2.3. Traitement des données ...........................................................................................................................124 2.3.2.4. Les limites du retour d'expérience ...........................................................................................................125 2.3.3. L'avis d'expert ..............................................................................................................................126 2.3.3.1. Les données d’expertise...........................................................................................................................126 2.3.3.2. Recensement des données........................................................................................................................127 2.3.3.3. L'usage des expertises.............................................................................................................................. 127 2.3.3.4. Le traitement de l’expertise .....................................................................................................................128 3. LES MODELES PARAMETRIQUES DE FIABILITE.........................................................................129 3.1. INTRODUCTION.....................................................................................................................................129 3.2. PRISE EN COMPTE DE L'IMPACT DES STRESS SUR LA FIABILITE ..............................................................129 3.2.1. Présentation.................................................................................................................................129 3.2.2. uploads/Litterature/ these-le-controle-de-gestion.pdf