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UNIVERSITÉ DU QUÉBEC À TROIS-RIVIÈRES MÉMOIRE PRÉSENTÉ À L'UNIVERSITÉ DU QUÉBEC

UNIVERSITÉ DU QUÉBEC À TROIS-RIVIÈRES MÉMOIRE PRÉSENTÉ À L'UNIVERSITÉ DU QUÉBEC À TROIS-RIVIÈRES COMME EXIGENCE PARTIELLE DE LA MAÎTRISE EN GÉNIE INDUSTRIEL (PRODUCTIQUE) par Pierre Paquin, ing. INTÉGRATION DES CONCEPTS DE LA FIABILITÉ ET DE LA MAINTENABILITÉ DANS LA CONCEPTION MÉCANIQUE JANVIER 2003 Université du Québec à Trois-Rivières Service de la bibliothèque Avertissement L’auteur de ce mémoire ou de cette thèse a autorisé l’Université du Québec à Trois-Rivières à diffuser, à des fins non lucratives, une copie de son mémoire ou de sa thèse. Cette diffusion n’entraîne pas une renonciation de la part de l’auteur à ses droits de propriété intellectuelle, incluant le droit d’auteur, sur ce mémoire ou cette thèse. Notamment, la reproduction ou la publication de la totalité ou d’une partie importante de ce mémoire ou de cette thèse requiert son autorisation. REMERCIEMENTS Je tiens à remerCIer plus particulièrement ma conjointe Céline qUI m'a permIS de poursuivre ce rêve parallèlement à mes obligations familiales. Je tiens spécialement à remercier MM. Demagna Koffi, Ph.D. et Georges Abdul-Nour, Ph.D. respectivement directeur et codirecteur de recherche de ce projet qui m'ont offert leur support et leur collaboration tout au long de mes études de maîtrise en plus de contribuer significativement au présent document par leurs commentaires lors des nombreuses discussions. Page i SOMMAIRE Dans l'optique de l'amélioration de la qualité et de la productivité, la fiabilité et la maintenabilité des équipements de production sont d'une importance capitale pour une entreprise. Le contexte actuel de mondialisation accroît la concurrence, ce qui force les dirigeants à investir dans des équipements fiables et faciles à maintenir en production. Les auteurs s'entendent pour dire que les notions de fiabilité et de maintenabilité doivent être prises en compte au début du processus de conception. Ce qui justifie la mise en œuvre d'une méthodologie de développement et de conception des équipements. La méthodologie proposée se veut une philosophie de travail plutôt qu'une recette. Sa mise en œuvre demandera une formation de l'équipe de conception afin de rendre la méthode transparente au processus normal. Certains outils d'amélioration tels que l'arbre fonctionnel, l'analyse des modes de défaillance (AMDE) et une approche comparative des composantes d'un système font partie intégrante de la méthodologie. Ces techniques devront aussi être présentées à l'équipe de conception. La méthode proposée débute par la cueillette des données de base et la rédaction d'un cahier des charges, étape normale du processus de conception. L'accent sera mis sur la communication entre les divers intervenants et sur la mise à jour de données de base tout au long du développement de l'équipement. L'étape suivante consistera en la construction de l'arbre fonctionnel et en l'élaboration de la liste de matériel (ou des composantes). Les deux étapes précédentes permettront de bien définir les performances requises de l'équipement et des sous-systèmes en regard avec le cahier des charges. Page ii L'analyse des modes de défaillance (AMDE) sUivra afin d'identifier les failles du système et, dans la mesure du possible, de corriger les lacunes. Lorsque les budgets de construction et de conception ne sont pas illimités, ce qui est généralement le cas, des compromis de qualité d'équipement doivent être faits. C'est pourquoi l'implication du client dans le processus de conception permettra un échange d'information efficace et une validation des choix de conception faite pour rencontrer les objectifs budgétaires. L'analyse par arbre de défaillance (FTA) fournira aux gens de maintenance les informations requises à l'analyse des bris. De plus, la FT A servira de base à l'élaboration du programme de maintenance préventive. La conception se terminera par une analyse visant à assurer que l'équipement conçu répond en tous points aux exigences du cahier des charges. L'application d'une telle méthodologie servira de cadre de conception et d'outil d'amélioration. Les exigences de tels exercices fourniront au concepteur des informations autrement inaccessibles, surtout dans le cas d'équipements conçus pour la première fois. Ces informations seront le résultat des analyses supplémentaires faites lors de la mise en oeuvre de la méthodologie. Page iii TABLE DES MATIÈRES REMERCIEMENTS ..................................................................................................... 1 SO MM.AIRE ................................................................................................................ II LISTE DES FIGURES .............................................................................................. VU LISTE DES TABLEAUX ........................................................................................ VIII INTRODUCTION ......................................................................................................... 1 1. 1 GÉNÉRALITÉS ....... .................. ... ... ................. ..... ....... ... .. .. ... .. .. ...... ...... .... .. ..... .. 1 1.2 PROBLÉMATIQUE .... .... ........... .... ... ..... .. ........ .... ....... ....... ................................... 2 1.3 BUT DE LA RECHERCHE ............ ... ... ........ .................. ...... .. .... ........ ............. ... ..... 6 1.4 COMPOSITION DU MÉMOIRE .. .................. .... ........ .... .......................................... 9 RECENSION DES ÉCRITS ET CADRE THÉORIQUE ......................................... Il 2.1 L 'ÉTAT DES CONNAISSANCES ..... .... .... ....... ....... .. ........ .. .. ... ... ........... ....... ..... .... Il 2.2 CADRE TIIÉORIQUE ................. ................... ................................. ... .. ...... ... ... ... 12 2.2.1 Modèles probabilistes ............................................................................ 13 2.2.2 Modèles déterministes ............................................................................ 13 2.2.3 Modèles qualitatifs ................................................................................. 13 2.3 DÉFINITION DES CONCEPTS, DES TERMES ET DES PRINCIPAUX UTILISATEURS ..... 14 2.3.1 Fiabilité ................................................................................................. 1-1 2.3.2 Maintenabilité ........................................................................................ 15 2.3.3 Intégration des deux concepts ................................................................ 15 2.3.4 Définitions des termes ............................................................................ 15 2.3.5 Phases de conception ............................................................................. 16 2.4 CONCEPTS CONNEXES ........................ ............. ....... ........................ ........ .... .... . 17 2.4.1 Conception pour "1 'utilisabilité" ........................................................... 17 2.4.2 Conception pour la fabrication .............................................................. 18 2.4.3 Conception pour l'assemblage ............................................................... 19 2.4.4 Conception pour l'essai et la maintenance ............................................. 21 2.4.5 Conception pour l'environnement .......................................................... 21 2.4.6 Conception pour l'opération .................................................................. 22 2.4.7 Conception pour la construction ............................................................ 24 2.5 OUTILS D'AMÉLIORATION DE LA CONCEPTION .... .... .... ....... ....... ..... ...... ... ... .... ... 25 2.5.1 Déploiement de lafonction qualité, QFD ............................................... 25 2.5.2 Grille d'analyse de risque (RISK) .......................................................... 27 2.5.3 Analyse des modes de défaillance, AMDE .............................................. 29 2.5.-1 Arbre de défaillance ............................................................................... 32 2.5.5 Analyse sécuritaire, HAZOP .................................................................. 35 2.5.6 Chaîne de Markov .................................................................................. 36 2.5.7 Analyses multicritères ............................................................................ 3 7 2.5.8 Ingénierie simultanée ............................................................................. -10 2.5.9 Méthode Taguchi ................................................................................... -Il Pageiv 2.6 CONCLUSION ..................................... ........................ .. .............. ........... .......... 46 MÉTHODOLOGIE DE CONCEPTION ................................................................... 47 3.1 MÉTHODE USUELLE DE TRAVAIL .......................................................... 47 3.2 MATRICE D'INTÉGRATION ....... ...... ...... ..... ....................................................... 49 3.2.1 Matrice propre aux phases du projet.. .................................................... -19 3.2.2 Matrice de relation entre les objectifs et les outils .................................. 50 3. 3 RÉSULTATS ATTENDUS ................................................................................... 51 3.4 MÉTHODOLOGIE D' ANALySE ..... .. .................................................................... 51 3.4.1 Méthode d'analyse proposée .................................................................. 51 3.4.2 Autresfacteurs influençant la conception ............................................... 5-1 3.4.3 Données de base .................................................................................... 55 3.4.4 Normalisation des composantes commerciales ....................................... 55 3.4.5 Arbrefonctionnel ................................................................................... 56 3.4.6 Liste de matériel ou liste de matériel normalisé ...................................... 57 3.4.7 Analyse des modes de défaillance ........................................................... 58 3.4.8 Arbre de défaillance ............................................................................... 59 3.4.9 Évaluation de la maintenabi/ité .............................................................. 60 3.4.10 Validation de la conception .................................................................... 61 3.4.11 Synthèse de la méthodologie .................................................................. 61 3.4.12 Mise en application de la méthode de conception ................................... 63 APPLICA TION ........................................................................................................... 65 4.1 CONCEPTION DES ÉQUIPEMENTS ...................................... .. .... .... ........ ........ .. .... 65 4.1.1 Équipements de production, données de base générales ......................... 65 4.1.2 Oualité des composants standards .......................................................... 66 "T 4.1.3 Eléments structuraux .............................................................................. 67 4.1.4 Alimentation électrique et systèmes de contrôle ...................................... 71 4.2 CONVOYEUR À COURROIE ................... .. .................. ......................... ....... .. .... .. 72 4.2.1 Description ............................................................................................ 72 4.2.2 Conception ............................................................................................. 73 4.2.3 Autresfacteurs influençant la conception ............................................... 7-1 4.2.4 Arbre fonctionnel ................................................................................... 77 4.2.5 Analyse des modes de défaillance ........................................................... 78 4.2.6 Arbre de défaillance ............................................................................... 80 4.2.7 Comparaison avec les données de base et les critères de conception ...... 83 4.2.8 Points faibles de l'équipement.. .............................................................. 8-1 4.3 ANALYSE DE MAINTENANCE .......................................... ....... ...... ......... .. ... .... .. 84 4.3.1 Méthodes d'analyse ................................................................................ 8-1 4.3.2 Mesure de performance .......................................................................... 86 CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS ........................................................... 87 5. 1 RÉCAPITIJLA TION .................. ........................... .... ..... ....... ... .... ... ........ ...... .. .... 87 5.2 DISCUSSION ..... ........ .. ............... ... ......... .................................... .... ....... ........... 88 5.3 CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS ..... ............ ........... ...... ............. ... .......... . 89 Page v BmLIOGRAPHIE ...................................................................................................... 91 , ANNEXE 1 DONNEES DE BASE .............................................................................. 93 ANNEXE II NOTES DE CALCUL ............................................................................ 96 ANNEXE III ARBRE FONCTIONNEL DU CONVOYEUR ................................. 105 ANNEXE IV ANALYSE DES MODES DE DÉFAILLANCE ................................ 112 ANNEXE V ARBRE DE DÉFAILLANCE .............................................................. 128 ANNEXE VI FIGURE ET TABLEAU .................................................................... 143 Page vi LISTE DES FIGURES Figure 1-1 Phases d'ingénierie ...................................................................................... 4 Figure 2-1 Principaux utilisateurs ............................................................................... 8 Figure 2-2 Formulaire d'analyse de conception [1] .................................................. 20 Figure 2-3 Cycle de vie environnemental .................................................................. 22 Figure 2-4 Éléments de support à l' opération ........................................................... 23 Figure 2-5 Processus d'une AMD E ............................................................................ 31 Figure 2-6 AMDE, conception ................................................................................... 32 Figure 2-7 Arbre de défaillance, système de refroidissement ................................... 34 Figure 2-8 Représentation des états possibles d'un système à deux composantes ... 37 Figure 2-9 Ingénierie parallèle et série [1 ] ................................................................. 41 Figure 2-10 Fonction de perte .................................................................................... 42 Figure 2-11 Taguchi, partie 1 [2] ............................................................................... 44 Figure 2-12 Taguchi, suite [2] .................................................................................... 45 Figure 3-1 Organigramme de la méthode proposée ...•...........••..•.............................. 52 Figure 3-2 Organigramme d'implantation ................................................................ 64 uploads/Management/ 000102561.pdf