Contributions de la surveillance à la maîtrise des risques et

à la sûreté de fonctionnement

Emmanuel Arbaretier, André Lannoy V1-2, 29 08 2010

RésuméLa surveillance contribue fortement à la sûreté de fonctionnement des systèmes-

structures-composants (SSC), critiques pour les enjeux de sûreté et de performances industrielles, à condition qu’un mécanisme de dégradation ait bien été identifié et corrèlé à la fois à l’état du SSC et à un indicateur physique mesurable représentatif de cet état. L’exposé présente tout d’abord l’intégration de la surveillance au processus de conception puis sa contribution au processsus d’exploitation. C’est d’abord pour répondre aux enjeux d’optimisation de la maintenance qu’il est fait appel à la surveillance. Par contrecoup, la surveillance va également répondre aux enjeux de disponibilité, de sûreté et de durabilité. Partie intégrante du retour d’expérience technique, les données de surveillance ne dispensent pas de l’analyse de sûreté, de l’analyse du retour d’expérience, du déroulement du processus RCM (Reliability Centered Maintenance, et de sa réactualisation), de l’anticipation, de la gestion des actifs industriels, de l’estimation des incertitudes, de l’adaptatation permanente de la maintenance à l’amélioration de la fiabilité... bien au contraire. Elle en est certainement un des supports importants. Souvent associée à la physique des processus puisqu’elle s’intéresse à des phénomènes continus, puisqu’elle se focalise principalement sur l’analyse des dégradations, la surveillance oublie quelquefois les indicateurs élaborés de la sûreté de fonctionnement, en particulier la fiabilité, qui est pourtant un indicateur de surveillance agrégé , souvent prédominant dans la plupart des études de sûreté de fonctionnement. Ces indicateurs sont périodiquement évalués et peuvent faire l’objet de recueils de données de fiabilité qui traduisent la qualité d’exploitation – maintenance de l’entreprise, sa transparence vis-à-vis de la sûreté. L’exposé présentera très brièvement les principales difficultés liées à la détermination de cette fiabilité: son caractère multiforme, la complexité du SSC, la taille du retour d’expérience et sa nécessaire validation avant tout usage, l’effet perturbateur de la maintenance préventive qui vise à réduire la probabilité de défaillance, le choix d’une méthode d’estimation ce qui suscite souvent de vives controverses entre les « fréquentiels » et les « bayésiens ». En conclusion, la prise en compte de la surveillance dans la sûreté de fonctionnement conduit à une évolution culturelle des pratiques classiques de conception et d’exploitation. Elle permet à la fois de comprendre le passé et de préparer le futur. Elle ne dispense pas d’être pragmatique et de toujours juger et mesurer ses résultats à l’aune du bon sens physique. Les enjeux opérationnels et les pistes de R&D à développer dans un proche avenir sont évoqués

Sommaire

– 1 Sûreté de fonctionnement et surveillance– 2 Quelques définitions préalables– 3 Conception et SdF– 4 Exploitation et SdF– 5 Conclusions et perspectives de R&D– 6 Quelques références

1 Sûreté de fonctionnement et surveillanceQualité FiabilitéMaintenabilitéDisponibilitéSécuritéSûretéSurveillanceDurabilitéLogistiqueCommunication...

1 Sûreté de fonctionnement et surveillance

• En conception• Prévention: qualité des

matériaux, choix des conditions de fonctionnement

• Surveillance: existence de systèmes de protection

• Moyens d’action: existence de systèmes de sauvegarde

• En exploitation• Préparation, qualité des

activités d’exploitation-maintenance

• Réalisation de contrôles, essais périodiques, surveillance des SSC, inspections, indicateurs fiabilistes…

• Actions à engager en cas de défaillance, traitement des anomalies

1 ... à la maîtrise des risques...

Risque: effet de l’incertitude sur l’atteinte des objectifs (ISO 31000, 2009)

Deux dimensions (Bernoulli, 1738), déterministe et probabiliste

L’analyse de risque est un processus, qualitatif et quantitatif, nécessitant 4 phases:

1 identification, compréhension;2 évaluation, hiérarchisation; 3 mitigation, décision; 4 contrôle, retour d’expérience.

2 Quelques définitions préalables(1)

[Définitions extraites de la norme EN13306 (2001)]

– Sûreté de fonctionnement: ensemble des propriétés qui décrivent la disponibilité et les facteurs qui la conditionnent: fiabilité, maintenabilité et logistique de maintenance - la sécurité n’est pas incluse; S est une contrainte d’optimisation, FMD sont des objectifs

– Surveillance: activité exécutée manuellement ou automatiquement ayant pour objet d’observer l’état réel d’un bien – ce n’est pas l’inspection; elle est généralement effectuée sur un bien disponible, en continu; elle peut permettre la prévision d’une durée de vie résiduelle

2 Quelques définitions préalables(2)

[Définitions extraites de la norme EN13306 (2001)]

– Fiabilité: aptitude d’un bien à accomplir une fonction requise, dans des conditions données, durant un intervalle de temps donné – notion qualitative, également utilisée pour désigner la valeur de la probabilité d’être en état de bon fonctionnement, confiance technique

– Durabilité: aptitude d’un bien à accomplir une fonction requise, dans des conditions données d’usage et de maintenance, jusqu’à qu’un état limite soit atteint –sous-entend l’existence d’une limite, réglementaire, technico-économique, maintenabilité...

2 Quelques définitions préalables(3)

[Définitions extraites de la norme EN13306 (2001)]– Défaillance: cessation de l'aptitude d'un bien à

accomplir sa fonction requise – perte de fonction, “tout ou rien”, vieillissement fiabiliste

• Maintenance corrective: maintenance exécutée après détection d'une panne et destinée à remettre un bien dans un état dans lequel il peut accomplir une fonction requise – remise en état de bon fonctionnement, aspect technologique - SLI, réactivité

2 Quelques définitions préalables(4)[Définitions extraites de la norme EN13306 (2001)]• Dégradation: évolution irréversible d'une ou plusieurs

caractéristiques d'un bien liée au temps, à la duréed'utilisation ou à une cause externe – altération de fonction, phénomène continu, vieillissement physique

• Maintenance préventive: maintenance exécutée à des intervalles prédéterminés ou selon des critèresprescrits et destinés à réduire la probabilité de défaillance ou la dégradation du fonctionnement d’un bien – éviter la perte de fonction, notion probabiliste, anticipation, prévision

2 Quelques définitions préalables(5)

[définitions extraites de (Villemeur, 1988)]

– Composant: la plus petite partie d’un système qu’il est nécessaire et suffisant de considérer pour l’analyse du système – actif ou passif, pièce d’usure ou de rechange, feuille terminale de l’ arborescence fonctionnelle - matérielle

– Système: ensemble déterminé d’éléments (comme des composants) connectés entre eux, en interaction –à noter: SSC; ensemble composite d’éléments divers: équipements, procédures, acteurs humains, ...

3 Conception et SdF

- Le contexte en conception- Les objectifs- Les différentes phases du cycle de vie- La démarche- Les méthodes associées

Le contexte en conception

• Innovation• Coût de production bas• Délai court de développement• Qualité totale• Zéro défaut

Objectif en conception

Atteindre les exigences de fiabilité• Elimination des points faibles• Aide à la décision pour les choix

technologiques• Démonstration de l’exigence de fiabilité• Qualité

Les objectifs, exemple de l’EPR• Projet PWR – REP, 1650 MW• Profiter du retour d'expérience et des pratiques

étrangères• Objectifs:Disponibilité > 90%Indisponibilité fortuite < 2%Durée de vie prévue: 60 ans30% de réduction du volume de déchets à vie longue

• Contrainte: fusion du coeur < 1. E-6 / tranche / an, grâce au doublement de la redondance de circuits

Les objectifsTout processus de conception s’apparente à un problème

d’optimisation sous contraintes (par la recherche d’un compromis performances – coûts), par exemple:

Maximiser la disponibilité ou minimiser le coût de productionSous contraintes:- Contrainte de sécurité liée à la fusion du coeur- Respect des contraintes réglementaires (séismes, appareils

sous pression, explosions, ...)- Respect de l’environnement- Enveloppe budgétaire

Les objectifs (EPR)Minimiser le coût moyen de production, comprenant les coûts d’investissement, d’exploitation-maintenance, de combustibles, de déconstruction et incluant les enseignements du retour d’expérience

Sous contraintes:- Respect des contraintes réglementaires- Protection de l’environnement- Probabilité de fusion du coeur- Enveloppe budgétaire

Les phases du cycle de vie, de l’avant-projet sommaire au démantèlement.

La démarche de conception (1)• Une optimisation globale• Des besoins: disponibilité, maintenance, SLI, retour

d’expérience, sûreté, (dosimétrie)• Une évaluation quantitative des différents paramètres• Une traçabilité (et une automatisation) des études• Un système d’information capable de collecter et

gérer les données manipulées afin de faciliter la gestion de la conception, la définition de la stratégie de maintenance et la transmission à l’exploitation

La démarche de conception (2)• Une démarche globale, un caractère pluridisciplinaire,

un puzzle d’activités techniques, le problème de la gestion des flux d’informations

• De nouvelles pratiques en conception• Une démarche itérative:

interactions avec le processus usuel de conceptioninteractions permanentes entre la modélisation et

l’évaluation de la SdF et la préparation du programme de maintenance

• Des difficultés organisationnelles (management, ingénierie “traditionnelle”, SdF, maintenance, SLI, CAO, SI...)

• Le caractère stratégique du retour d’expérience

La démarche globale.

Méthodes utilisées dans une démarche de conception (a minima)

– Analyse fonctionnelle– Méthodes d’allocation d’objectifs de SdF– Modélisation de la disponibilité– Evaluation de l’indisponibilité fortuite– Adaptation de la méthode OMF - RCM à la conception– Analyse des coûts de maintenance – Evaluation de la durée d’un arrêt programmé– Analyse du retour d’expérience et évaluation

quantitative des paramètres de SdF

La nécessité d’un système d’information

– Un modèle de données à concevoir– Une intégration (liaison) souhaitée dans la CAO– L’intégration des arborescences fonctionnelle – matérielle– Des informations sur les dysfonctionnements, les

défaillances, les modes, les mécanismes de dégradation, les tâches de maintenance, les paramètres de SdF

– Faire la distinction entre les valeurs “comparée”, allouée, prévue (à la conception ou en exploitation), mesurée

– Des outils logiciels connectés au SI: a minima, analyse fonctionnelle, allocations, analyse et traitement du retour d’expérience, modèle de disponibilité, OMF

La surveillance à la conception

• La maintenance conditionnelle peut se trouver prise en compte dès la conception, ce qui permet de simplifier l’instrumentation.

• Objectif: assurer le suivi continu afin de prévenir les éventuelles défaillances (évidence expérimentale d’un défaut, approche d’un seuil limite)

La surveillance à la conception, conditions

• Analyse d’un retour d’expérience précédent• Criticité du SSC (résultat d’une analyse OMF)• Un mécanisme de dégradation bien identifié• Nature de la dégradation, modélisation physique• Corrélation entre l’état du SSC et un effet mesurable

représentatif de cet état• Possibilité de fixer un seuil de dégradation acceptable• Nécessité de mise en place de chaînes de mesures

(souvent lourdes)• Mise en œuvre sur des critères technico - économiques

4 Exploitation et SdF

• Le contexte en exploitation• Les analyses du retour d’expérience technique• Les méthodes de fiabilité opérationnelle• L’exigence de la sûreté• RCM-OMF – l’optimisation de la MP• La durabilité, la démarche LCM• La démarche AP-913

Le contexte en exploitation

• Sûreté • Performances, compétitivité• Prolongation de la durée d’exploitation• Coûts d’exploitation-maintenance faibles• Respect de l’environnement• Risque zéro

Objectif en exploitationMaintenir et améliorer les

exigences de SdF• Vérification des clauses de SdF• Calcul de la fiabilité opérationnelle• Données EPS• OMF, efficacité de la maintenance• Surveillance des paramètres de SdF• Estimation de la durabilité• Valorisation technico - économique

Les analyses et les traitements du retour d’expérience technique

• Vérification des clauses de SdF• Bilans de comportement des matériels

importants (« sourcebooks »)• Indicateurs de management• Calcul d’une loi de durée de vie (objectifs:

comportement fiabiliste, sûreté, vieillissement, durabilité, optimisation de la maintenance préventive, compétitivité); la fiabilité apparait comme le paramètre prédominant à la fois pour l’optimisation de la sûreté et des performances

Méthodes et outils d'évaluation d'une loi de fiabilité opérationnelle

Retour d'expérience (données de défaillance, historique de maintenance, temps de fonctionnement)

Type de composant Absence de données Quelques données de défaillance Plus de 20 données de défaillance

Actif Méthode du Khi-2Méthodes bayésiennesMéthodes fréquentielles avec simulation des données incomplètes

Méthodes fréquentielles (maximum de vraisemblance …) (ou bayésiennes)

Actif en attente Méthode du Khi-2 Méthodes bayésiennes Méthodes fréquentielles (maximum de vraisemblance …) (ou bayésiennes)

Passif Méthodes contrainte-résistanceAnalyse de fiabilité des structures

Analyse de fiabilité des structures ou méthodes bayésiennes

Méthodes fréquentielles (maximum de vraisemblance …) (ou bayésiennes)

On consultera (Bacha et al, 1998), (Lemaire, 2005), (Lannoy, Procaccia, 2006), (Ferton et al, à paraître) pour la présentation de méthodes de calcul d’une loi de fiabilité.

Méthodes utilisées pour le calcul d’une fiabilité opérationnelle

• Khi 2: cette méthode est retenue dans le cas du zéro défaillance, s’il n’est pas possible d’enrichir un échantillon, sur la base de la médiane (approche acceptée par les autorités de sûreté).

• Analyse de fiabilité des structures : existence de progiciels (probabilisation de l’équation de défaillance) , d’outils fiabilistes adaptés à des composants passifs (par exemple : cuve, générateur de vapeur, coudes moulés, tuyauteries, … ) ou également des outils adaptés à des mécanismes de dégradation, par exemple l’érosion-corrosion, la fatigue...

• Méthodes utilisées pour une modélisation explicative de la fiabilité; elles nécessitent un retour d’expérience important: techniques de data mining, régression (multinomiale, logistique, ...), modèle de Cox, réseaux bayesiens , ...; ce sont des techniques couramment utilisées pour l’analyse des données de surveillance.

Les difficultés rencontrées

• Le caractère multiforme de la fiabilité• La complexité du SSC• La taille du retour d’expérience• L’effet perturbateur de la maintenance

préventive• La controverse fréquentiel / bayésien

Le caractère multiforme de la fiabilité

• Fiabilité comparée: opérationnelle (avant-projet, études préliminaires)

• Fiabilité allouée: exigence dans un cahier des charges, valeur seuil (spécification)

• Fiabilité prévue à la conception: calculée et comparée à la fiabilité allouée (conception, fabrication, essais de développement)

• Fiabilité prévue lors de l’exploitation: calculée et comparée à un seuil (par exemple: taux de défaillance critique EPS) (exploitation, avec l’intention de la prolonger au delà de la durée de vie prévue à la conception)

• Fiabilité mesurée: opérationnelle ( exploitation)

La complexité du composant

Actif Passif

Complexe, multiples mécanismes de dégradation et modes de défaillance

Faible nombre de mécanismes de dégradation (souvent un seul) et quelques modes

Vieillissement fiabiliste Vieillissement physique

Quelques données complètes, nombreuses données censurées

Défaillances rares, dégradations lentes et progressives

Modélisation physique très difficile Modélisation physique et statistique, loi de dégradation

Evolution fréquente des programmes de maintenance, démarche OMF-RCM

Surveillance, inspection, comparaison à une valeur seuil, estimation d’une durée de vie résiduelle

Approche fiabiliste Approche physico-fiabiliste

Le retour d’expérience

•Maigre à la conception•Incomplet en exploitation•Le problème du zéro défaillance•La nécessité de le valider avant toute utilisation, avant tout calcul•Généralement un faible nombre de défaillances•Et une forte proportion de données censurées (souvent censurées à droite, tronquées type I dans le cas d’un retour d’expérience industriel)

Le retour d’expérience technique

Mécanisme dedégradation

Effet mesurable

RETOUR D’EXPERIENCE(DONNEES BRUTES)

Cause dedéfaillance

Défaillance

- dégradation- défaillance

Mode dedéfaillance

Analyse dedéfaillance

- cause- cause origine

Modèle demaintenance,arborescencefonctionnelle-

matérielle.

Analyse des Modesde Défaillance etde leurs Effets

(AMDE)

Circonstance :- conception- fabrication- exploitation- vieillissement- maintenance

Processusphysique

- Perte de fonction- Altération de la

fonction

Effet par lequelse manifeste la

défaillance

- Circonstance- Cause origine :

. matérielle

. humaine

. environnementet exploitation

. externeCritères dedéfaillance

Données desûreté de

fonctionnement

- Défaillance critiqMode communCause commune

- Constance

- Evolution

- AMDEC

(DONNEESELABOREES

{

DEFAILLANCESPOTENTIELLES

Le processus de validation, d’estimation

Temps deDéfaillance Dégradation fonctionnement à la fin d’observation

d’observation

RETOUR D’EXPERIENCE

Perte defonction

Maintenancecorrective

Donnée complète

Altération dela fonction

Maintenancepréventive

Donnée censurée

Bon fonctionnement

Donnéecensurée

VALIDATION(justesse et pertinence)

Expertise

Analyse des défaillances et des dégradations

Estimation d’un modèle de durée de vie

L’effet de la maintenance préventive•Une notion probabiliste•La question d’un rajeunissement et donc d’un âge virtuel (fictif)•Quelle hypothèse pour l’efficacité de la maintenance?

–AGAN–ABAO–généralement entre ces deux extrêmesdépendant de la criticité du composant, de sa position dans l’arborescence, de son usage, de la difficulté de la tâche de maintenance,...

•Détermination de la fiabilité intrinséque vraie du bien, donnée indispensable pour la conception, l’optimisation de la maintenance, ...

La controverse fréquentiel / bayesien –Le point de vue fréquentiel

•Un point de vue de physicien, les conditions expérimentales d’obtention des données sont bien connues.•L’analyse fréquentielle repose sur les seules données objectives; elle est en défaut lorsque les données sont en nombre insuffisant, le processus non répétitif, le nombre de paramètres à estimer important.•Le fréquentiel refuse d’introduire une a priori dans l’analyse.•Il effectue une analyse complète préalable suivie d’une interprétation physique.•Une volonté d’objectivité.•Utilisation: analyse de données, fiabilité opérationnelle, qualité,...

La controverse fréquentiel / bayesien –Le point de vue bayésien

•Un point de vue d’ingénieur, de décideur, une philosophie séduisante, une démarche d’apprentissage•L’analyse intégre toutes les informations disponibles, en particulier l’expertise•Nécessité d’introduire une a priori (souvent subjective), mais l’impact doit être réduit le plus possible par le retour d’expérience (considéré aussi essentiel).•Un outil d’aide à la décision par excellence, on peut exprimer des préférences•Utilisation: fiabilité prévisionnelle, incertitudes, aide à la décision,...

L’évaluation probabiliste de la sûreté:les défaillances critiques

Validation et analyse

Examen du retour d’expériencepar rapport aux critères

de défaillance critique EPS

Données élaborées EPSModes de défaillance

Taux de défaillance en fonctionnement,

Probabilité de défaillance à la sollicitation

Durée de réparation

Durée d’indisponibilité des matériels

Profil de fonctionnement

Défauts de cause commune

Intervalles de confiance

Taille de l’échantillon

Extrait du recueil EIReDA’2000. Données concernant les pompes alimentaires principales (centrales REP 900 MW)

On constate une réactualisation bayésienne des données de fiabilité : l’a priori correspond à l’observation des défaillances critiques pour la sûreté sur la période 78/87 (distribution a priori des données EPS) ; la vraisemblance correspond aux défaillances observées sur la période 88/98 ; la distribution a posteriori (loi gamma, loi beta) des performances de fiabilité est précisée, ainsi que la moyenne et l’intervalle de crédibilité à 90% ; une comparaison est faite avec un autre recueil (ici le recueil EG&G) ; EF est le facteur d‘erreur

Ce qu’on observe dans la pratique

Composant actif,cas le plus souventobservé, effet positif de la maintenance

âge

taux dedéfaillance

constant

taux dedéfaillance

âge

Plutôt composantpassif, légère évolution défavorable

Composant actif,dont un sous-composant vieillit

âge

taux dedéfaillance

constant

constant

taux dedéfaillance

âge

Loi intrinsèque Composant échangeable

Composant non réparable

Composant réparable

Les recueils de données de fiabilité

Quelques recueils recommandés• Composants électroniques: MIL-HDBK 217F (1991),

UTE C80810 (2000), FIDES (2ème éd., 2009)• Composants mécaniques, électriques,

électromécaniques: EIReDA’2000 (2000), OREDA (5ème

éd., 2009), T-Book(6ème éd., 2005), ZEDB (2008)Le recueil traduit la qualité d’exploitation – maintenance de

l’industrie, la transparence vis-à-vis de la sûreté.Le recueil de fiabilité et son actualisation sont des

outils de surveillance.

L’optimisation de la maintenance préventive: la démarche OMF – RCM-

les données de fiabilité nécessaires

• Tâche 1 - Hiérarchiser les composants par leur contribution à la sûreté, à la disponibilité et aux coûts.

Taux d'occurrence de chaque mode - Criticité.

• Tâche 2 - Identifier le mécanisme de dégradation. Retour d'expérience - Historique de maintenance.

• Tâche 3 - Elaborer les tâches de maintenance. Optimisation - Efficacité des tâches de maintenance préventive.

• Tâche 4 - Surveiller (voir les recueils de données)Calcul des paramètres de fiabilité et de leurs incertitudes.

La méthode OMF appliquée aux composants actifs

Recherche des matériels etmodes de défaillance significatifs

(AMDE)

Recherche des matériels et modes de défaillance critiques(AMDEC)

Analyse et sélection des tâches de maintenance

Analyse du retour d’expérienceévènements - coûts

Orientations de maintenance(criticité, REX)

Choix final de maintenanceProgramme de maintenance préventive

Regroupement des tâches de maintenance

Matériels et modes dedéfaillance significatifs

Fiabilité, coûts demaintenance

Matériels et défaillances

Tâches de maintenance

Évaluation des enjeux

Évaluation des performances

Optimisation de la maintenance

non critiques

critiques

Maintenance Corrective

Les bénéfices de l’analyse RCM - OMF

• Optimisation de la MP, réduction des coûts (jusqu’à 30%)

• Meilleure connaissances des processus de dégradation, de l’évolution des paramètres de fiabilité

• Le retour d’expérience est indispensable: il permet la réactualisation (OMF vivant), l’estimation de l’efficacité de la MP

• L’OMF est un encouragement pour la qualité du retour d’expérience

Les différents modes de défaillance

• Modes critiques: impact sur la sûreté et les performances économiques; surveillance ou inspection; évaluation fiabiliste; asset management (58%, US Nuclear Industry)

• Modes nécessitant un remplacement: MP programmée ou systématique (5%)

• Modes non critiques: run to failure, MC (33%)

• Modes récurrents: reconception (4%)

En conséquence, les différentes MP

• Programmée: maintenance préventive exécutée selon un calendrier préétabli ou selon un nombre défini d’unités d’usage

• Systématique: maintenance préventive exécutée à des intervalles de temps préétablis ou selon un nombre défini d’unités d’usage mais sans contrôle préalable de l’état du bien

• Conditionnelle: maintenance préventive basée sur une surveillance du fonctionnement du bien et/ou des paramètres significatifs de ce fonctionnement intégrant les actions qui en découlent

La méthode OMF appliquée aux composants passifs (structures,

tuyauteries, ...)

Analyse fonctionnelle du système

Recherche des Composants et Modes

De Défaillance Significatifs (Utilisation

des EPS, AMDE)

Recherche des Composants et Modes

de Défaillance Critiques (AMDEC)

Évaluation des indicateurs de fiabilité

(Modèles de fiabilité et avis d’experts)

Analyse évènementielle

et économique du retour d’expérience

Analyse de la pertinence

(modèles de dégradation)

Analyse et sélection des tâches de maintenance

(tâches, périodicités, sous-ensemble de composants)

Choix final de maintenance et groupement des tâches

Optimisation de la maintenance

Évaluation des enjeux Évaluation des performances

La durabilité: la démarche LCM(Life Cycle Management)

Intégration de l’ingénierie, de l’exploitation, de la maintenance, de la réglementation, de l’environnement et de la planification économique pour :

• maîtriser le vieillissement,

• valoriser les actifs industriels (asset management),

• optimiser la durée d’exploitation,

• maximiser le retour d’investissement,

tout en maintenant la sûreté (Sliter, 2003).

Le processus LCM de gestion du cycle de vie

Sûreté

LCM

Optimiser la durée d’exploitation

État physique de l’installation

Maximiser la valeur

Maîtrise du vieillissement physique Optimisation économique

• Fiabilité• Maintenance• Maîtrise du vieillissement

Ingénierie, Maintenance, Réévaluation de sûreté

Économie et

Finance

Valorisation des actifs

• Arrêt prématuré• Prolongation de l’exploitation

Maîtrise du vieillissement et de l’obsolescence

Maîtrise du vieillissement (EPRI, 1993)

• Ageing = general process in which characteristics of a System, Structure or Component (SSC) gradually change with time or use.

• Ageing management = engineering, operations and maintenance actions to control within acceptable limits ageing degradation and wearout of SSCs

Deux conceptions du vieillissement

Le vieillissement fiabiliste:- défaillance = perte de fonction- vision « tout ou rien»

Le vieillissement physique: processus de dégradation progressif et continudes propriétés et des fonctions des composants

Vision Vieillissement fiabiliste Vieillissement physique

SSC Plutôt les actifs Plutôt les passifsMécanismes de dégradation Nombreux Souvent unique

Vitesse d’apparition du vieillissement Relativement rapide, quelquefois catalectique Lente, phénomène continu

Modes de défaillance Nombreux Souvent unique, peut être évité grâce à la surveillance

Modélisation Probabiliste Physique (si le mécanisme est connu et si les connaissances sont suffisantes) ou statistiques (à partir des effets mesurables)

Données principales Défaillances (perte de fonction) Effets mesurables des dégradations

Autres données Données de survie (censures à droite), expertise

Eventuellement données physiques, expertise, retour d’expérience analogue

Indicateurs recherchés Taux, intensité de défaillance ; probabilité de défaillance ; durabilité

Probabilité de défaillance ; durée de vie résiduelle ; covariables influentes

Domaine Fiabilité et maintenance, démarche RCM-OMF Approche physico-fiabiliste, surveillance

Approche fiabiliste Surveillance

Investissement faible Modéré

Démarche mathématique Loi de dégradation souvent inconnue

Données de défaillance (perte de fonction) et de maintenance

Effets mesurables

Petits échantillons Echantillons importants rendant l’analyse difficile

Incertitudes, simulations Prévisions à court terme

La maîtrise du vieillissementet la durabilité

• Le retour d’expérience permet la surveillance, en particulier des SSC critiques pour la sûreté ou la compétitivité

• Indispensable à la détermination d’une loi de survie à long terme, traduit la durée de vie déjà consommée

• Indispensable à la mise en place des dossiers de SSC critiques (les sourcebooks)

L’anticipation

• Identification, avant qu'ils ne se produisent, des événements potentiellement pénalisants en termes de sûreté, disponibilité et coûts. Elle couvre la durée de vie restante (court terme: 3 à 10 ans, long terme)

• La démarche (Bouzaïène-Marle, 2004)Identification des mécanismes de dégradation potentielsEtude de la pertinence de ces mécanismesAnalyse des mécanismes pertinents: leur cinétique, les défaillances

potentielles, leur criticité, les modes, les conséquencesIdentification des parades potentiellesEtude de la pertinence de ces parades, en termes d'efficacité et de

coût

L’anticipation

• a) sélection d'un SSC critique• b) collecte des informations (notamment: schémas

techniques, découpage, matériaux, conditions d'environnement – exploitation – maintenance, retour d’expérience, retour d’expérience analogue)

• c) validation et analyse des informations• d) détection du vieillissement et démarche d'anticipation• e) recherche des options et pertinence

L’anticipation

• f) calcul de la fiabilité prévisionnelle, pour chaque option• g) optimisation technico – économique• h) choix de l'option• i) capitalisation des données, démarche et résultats• j) validation après l' arrivée d'un nouveau retour

d’expérience

La démarche AP-913

• Démarche industrielle (Advanced Process)• Appliquée dans le nucléaire• Combinant l’évaluation de la fiabilité et de

la durabilité, la gestion des actifs industriels, la surveillance et le suivi par le retour d’expérience

La démarche AP-913

Identification des composants critiques

SSC critiques et non critiques• Identification des fonctions importantes• Recherche de la criticité des SSC (impact

sur la sûreté ou sur les performances)• Estimation des conséquences sur la

sûreté et les performances et de la probabilité d’occurrence

• Hiérarchisation

Surveillance des performances des équipements

Evaluation des performances• Collecte et analyse du retour d’expérience• Performances des SSC, recherche de tendances

d’évolution sur les paramètres de SdF• Collecte et analyse des données de surveillance• Collecte et analyse des données d’inspections;

spécification de valeurs seuils• Analyse des rapports de maintenance sur site et en ligne

(maintenance de ronde)• Identification des problèmes de vieillissement et

d’obsolescence• Rédaction de rapports de bilans de comportement des

SSC critiques (actualisation des sourcebooks)

Actions correctives

Analyse des causes et anticipation des défaillances potentielles

• Analyse des défaillances, analyse des causes origines, analyse des retours d’expérience et expertises

• Anticipation des défaillances potentielles et évaluation de nouvelles options de maintenance

• Collecte et analyse du retour d’expérience analogue• Evaluation, hiérarchisation des problèmes de

vieillissement et d’obsolescence, priorités SSC

L’amélioration continue de la fiabilité des SSC

Programme de maintenance vivant• Réévaluation continue du comportement fiabiliste• Analyse des dégradations: détection, suivi par la maintenance de

ronde, l’instrumentation d’exploitation ou la surveillance• Analyse RCM• RCM2: recherche et évaluation des options de maintenance et

couplage avec des modèles technico-économiques de gestion des actifs

• Réactualisation du programme de maintenance (la plus petite ressource conduisant à la fiabilité la plus importante du SSC)

• Estimation des incertitudes (des risques) • Ajustement continu des programmes de maintenance (tâches et

fréquences), détermination de leur efficacité• Actualisation de la documentation sur les programmes de

maintenance

Gestion du cycle de vie

Prolongation de l’exploitation, extension de durée de vie

• Vision à long terme: anticipation, estimation des comportements à long terme et des vulnérabilités

• Amélioration continue de la gestion des SSC critiques se fondant sur la surveillance et l’anticipation

• Asset management• Hiérarchisation des actions d’amélioration

Mise en place de la maintenance préventive

Mise en place rigoureuse et retour d’expérience• Management de la maintenance préventive• Pour les composants à suivre (à titre indicatif):10% de MP programmée ou systématique90% de surveillance – inspection

• 85% MP conditionnelle, maintenance de ronde• 15% MP conditionnelle , technologique (vibrations,

CND, …)• Efficacité des programmes de MP• Constitution du retour d’expérience

5 Conclusions et perspectives de R&D (1)•Plusieurs surveillances possibles: ronde, inspections, surveillance, recueils de fiabilité•Toujours s’appuyer sur les données réelles du retour d’expérience et les conditions de leur collecte. Le retour d’expérience est stratégique mais il faut le valider avant tout usage. Toute donnée est précieuse.•Recueillir et intégrer l’expertise disponible, même si elle est vague•Le fiabiliste doit être pragmatique, le contexte détermine toujours l’approche, fréquentielle ou bayesienne, la mieux appropriée•Quelle que soit l’approche, pratiquer l’analyse de sensibilité et ne pas perdre le bon sens physique

5 Conclusions et perspectives de R&D (2)

La fiabilité pour comprendre le passé•De nombreuses défaillances / dégradations ne peuvent être expliquées par les modèles déterministes.•Compréhension du vieillissement, des mécanismes de dégradation, des modèles, du retour d’expérience, ...•La fiabilité permet de mettre en évidence les SSC et leurs sous-composants critiques, les variables importantes où il faut faire un effort de retour d’expérience pour réduire les incertitudes.

5 Conclusions et perspectives de R&D (3)La fiabilité pour anticiper et prévoir le futur• Toujours améliorer le niveau de sûreté•Augmenter les performances (pour répondre aux besoins du marché)•Optimiser les stratégies d’exploitation – maintenance

•Besoins:–Estimations plus précises, compréhension des marges–Réduction des incertitudes et des pessimismes–Surveillance des SSC critiques–Modélisation du vieillissement et analyse des dégradations, afin d’optimiser les évaluations technico – économiques–Anticipation des options de maintenance pour une meilleure optimisation technico-économique

5 Conclusions et perspectives de R&D (4)

•La fiabilité ne peut suppléer la compréhension physique.

•Elle a des limites: qui peut (sait) définir une fiabilité acceptable? Quelle confiance dans un seuil?

•Il faut toujours respecter les exigences déterministes de sûreté.

5 Conclusions et perspectives de R&D (5)Les grands concepts-La nécessité d’une évolution culturelle: une vision pluridisciplinaire, une rupture méthodologique ...-L’intégration aux processus organisationnels: management de projet, activités de conception et de maintenance, ...- Une information disponible la meilleure possible: les évènements, les retours d’expériences (classique, des inspections, de surveillance), les expertises, la gestion des connaissances, ...- Un traitement de l’incertitude: prise en compte d’objectifs en compétition dans la prise de décision (recherche d’un compromis)- Une gestion dynamique: prendre en compte la survenue d’évènements, l’état physique du SSC, l’évolution du contexte et des connaissances , l’évolution de la fiabilité et de l’efficacité des options de maintenance, la réglementation...

5 Conclusions et perspectives de R&D (6)

• Quelques points de R&D prioritairesL’analyse des dégradationsLa fiabilité prévisionnelle des SSCL’impact des variabilitésLa perception humaine pour la maintenance sur site ou en ligneLa fiabilité des capteurs et la probabilité de détection d’un défautL’efficacité des parades (de la maintenance en particulier)La surveillance des structures vieillissantesLa gestion des actifs industrielsL’aide à la décision multicritères

6 Quelques références pour en savoir plus...Normes

EN 13306: 2001, Terminologie de la maintenance.

EPRI, 1993, Common aging methodology

INPO, AP-913, 2001, Equipment Reliability Process description

ISO 31000: 2009, Management des risques - Principes et lignes directrices.

ISO 13824: 2009. Bases for the design of structures – general principles on risk assessment of systems involving structures.

Articles et ouvrages.

Bacha M., Celeux G., Idée E., Lannoy A., Vasseur D.,(1998), Estimation de modèles de durées de vie fortement censurées, Collection de la direction des études et recherches d’Electricité de France, Eyrolles.

Baroth J. et al (2010), Fiabilité des ouvrages, sûreté, sécurité, variabilité, maintenance, ouvrage à paraître.

Bourgade E., Degrave C., Lannoy A. (1998), Performance improvements for electrical power plants: designing in the context of availability, Probabilistic Safety Assessment, CacciabueC., Papazoglou I.A. Editors, Springer and Verlag, Heidelberg, pp 158-162, voir ESREL’1998.

6 Quelques références pour en savoir plus...

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De Azevedo C. (2009), Gestion des actifs industriels – Si les machines parlaient..., Dunod – L’Usine Nouvelle.EIReDA’2000 (2000), European Industry Reliability DAta bank , CUP, Crete

University Press, 2000 (mary@physics.uoc.gr).ESReDA (2006), Ageing of components and systems, edited by L. Pettersson,

K. Simola, Det Norske Veritas.ESReDA (2010-2011) , SRA into SRA – Reliability of degraded structures in

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Editions Tec&Doc.

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Jardine AKS, Makis V., Banjevic D., Ennis M.(2001) , A control limit policy and software for condition – based maintenance optimisation, Infor vol 39, 1.

Lannoy A., Procaccia H. (2005), Evaluation et maîtrise du vieillissementindustriel, Lavoisier, Editions Tec&Doc, 2005.

Lannoy A., Procaccia H. (2006), Evaluation de la fiabilité prévisionnelle, outil décisionnel pour la conception et pour le cycle de vie d’un bienindustriel, Lavoisier, Editions Tec&Doc.

Lemaire Maurice (2005). Fiabilité des structures, couplage mécano –fiabiliste statique, en collaboration avec Alaa Chateauneuf et Jean-Claude Mitteau, Hermès Lavoisier

Sliter George,(2003), Life cycle management in the US nuclear power industry, SMIRT 17, Prague, 17-22 août.