3. Les Méthodes de représentation et de modélisation

3.1. Décomposition d'un système de Maintenance (Processus)

Nous donnons une classification selon la nature des informations techniques échangées entre les modules. Ces informations sont : 1) le Dossier Machine, 2) les Documents Techniques ''historique des défaillances, analyse AMDEC, etc.'', 3) les Gammes de déroulement et les plannings d’ordonnancement des tâches d’intervention, 4) les Procédures à suivre pour l’exécution de ces interventions et 5) les Règles de décision pour l’allocation des ressources.

Module ‘’Equipement’’ :

Chaque équipement est caractérisé par différents modes d’exploitation.
Nous pouvons classer ces modes de marche en trois familles distinctes :
1- les modes de fonctionnement normaux,
2- les modes d’arrêt,
3- les modes de défaillance.

Dans la première famille sont regroupés tous les modes de fonctionnement normal, de marche, de préparation, de vérification, de test et de clôture entreprises avant ou après que le service ait été rendu.
La seconde comprend tous les modes qui conduisent à un arrêt du système pour des raisons extérieures: arrêt en état initial, arrêt en fin de cycle, arrêt dans un état déterminé.
Dans la troisième famille sont inclus tous les modes conduisant à la perte du service (arrêt du système) suite à l’apparition d’une défaillance. On y trouve les modes suivants : arrêt d’urgence entraînant l’arrêt du service si la défaillance engendre des risques (matériels, humains, environnementaux), marche dégradée entraînant ainsi une sous productivité, diagnostic et/ou traitement des défaillances.

Module ‘’Défaillance’’ :

Une défaillance est « l’altération ou la cessation de l’aptitude d’un ensemble à accomplir sa ou ses fonctions requise(s) avec les performances définies dans les spécifications techniques ». Un ensemble est défaillant si ses capacités fonctionnelles sont interrompues (panne ou arrêt volontaire par action d’un système interne de protection ou une procédure manuelle équivalente). Dans le cas d’une dégradation sans perte totale de la fonction, on considère qu’il s’agit d’une défaillance si sa performance tombe en dessous d’un seuil défini, lorsqu’un tel seuil minimum est contenu dans les spécifications fonctionnelles du matériel.

La décomposition fonctionnelle

La décomposition fonctionnelle peut être décrite sous la forme d’une représentation descendante. Pour chaque fonction principale (niveau 0) réalisée par un système on identifie les fonctions de niveau inférieur (niveau –1) en utilisant éventuellement des symboles logiques « et » et « ou » pour prendre en compte les redondances éventuelles. On identifie également les modes de défaillance associés à la fonction de niveau 0. Parallèlement à cet arbre fonctionnel, on représente au niveau 0 les groupements de matériels qui accomplissent les fonctions principales. A chaque niveau de décomposition il est impératif d’identifier les modes de défaillances associés. Le dernier niveau donnera les causes physiques. Un avantage incontestable de la représentation fonctionnelle arborescente est de clarifier les notions de défaillance fonctionnelle, de modes de défaillance et de cause de défaillance. La figure 2 explique le cheminement d’une défaillance affectant un composant élémentaire dans une décomposition fonctionnelle à 4 niveaux. En prenant comme postulat de départ que la cause de défaillance engendre un effet physique mesurable constaté sur le composant matériel (érosion, rupture, fissuration, etc.), la cause physique de la défaillance va se répercuter fonctionnellement sur la fonction de niveau –3. Les conséquences de cette cause de défaillance peuvent induire la perte de la fonction. Cette perte de la fonction sera observable par ses modes de défaillance spécifiques à la fonction de niveau –3.
En remontant les événements, il est ainsi possible de modéliser toutes les relations de cause à effet. Les arbres fonctionnels présentent des avantages indiscutables pour faciliter la recherche des liens entre les causes et les effets de défaillances. Ces défaillances, compte tenu de leurs manifestations, de leurs effets et de leurs conséquences ont fait l’objet de plusieurs classifications.

Figure 2: Cheminement d’une défaillance et ses conséquences

Typologie des défaillances

Le tableau 1 donne une liste non exhaustive des défaillances génériques susceptibles d’être rencontrées sur des matériels industriels.

Tableau 1: La liste des défaillances génériques (AFNOR)

Une lecture attentive du contenu de ce tableau conduit au constat que l’on y trouve à la fois des défaillances matérielles (ex : fuite) et des défaillances fonctionnelles (ex : ne démarre pas). De plus en plus, la maintenance basée sur la fiabilité et Les AMDEC fonctionnelles ne font appel qu’aux défaillances fonctionnelles

Classification des défaillances

Les défaillances énumérées dans le tableau 1 peuvent faire l’objet d’une classification selon plusieurs critères. Le tableau 2 donne les types de défaillances en fonction des critères retenus.

Tableau 2 : La classification des défaillances

Description du module ‘’Processus Maintenance’’

Nous examinons ci-dessous les activités liées au processus de déclenchement d’une intervention du type maintenance curative.
Ces activités sont liées au processus de maintenance, du type autonome et/ou commandée. Contrairement aux activités de production, ce ne sont pas nécessairement des activités de transformation de produits mais des activités ayant pour but de maintenir un équipement en bon état de fonctionnement.

Les activités

Les différentes activités associées au processus de maintenance sont dans leur majorité des activités de service. Nous traitons le cas de la maintenance curative, donc l’ensemble des tâches à accomplir suite à une panne machine.
Ce processus est déclenché par une demande d’intervention adressée par le service production au service maintenance. Dans ce cadre, nous distinguons différents types d’activités de surveillance :
* Réaliser l’acquisition des données / informations de surveillance : activité permettant de capter des informations sur l’état du système sous surveillance. Cette activité d’acquisition des informations est constituée du relevé des signaux et de l’acquisition des données et paramètres définissant l’état actuel de l’équipement sous surveillance. Cette opération est obtenue au moyen de capteurs adaptés aux types d’information que l’on souhaite acquérir.
* Filtrage des données : elle consiste à extraire, des données acquises, les paramètres ou les informations significatifs de l’état du système,
* Détecter la défaillance : activité qui, au travers des informations de surveillance associées à un composant, permet de détecter un fonctionnement anormal de la fonction opératoire ou du composant considéré.
Elle consiste à comparer l’état courant du système avec un état désiré prédéterminé. La détection d’un état anormal fournit des symptômes qui constituent les données d’entrée de l’opération suivante : la localisation. Cette étape de détection peut être basée sur l’établissement des seuils et des tests relatifs aux paramètres issus de l’étape de filtrage des données mais est néanmoins sous-tendue par une analyse statistique reposant sur une période d’apprentissage.
* Localiser la défaillance : permet de situer le composant à l’origine de la défaillance ou de la dégradation,
* Diagnostiquer la défaillance : il doit fournir la cause première de la défaillance ou la dégradation du composant.
Le diagnostic consiste à analyser les symptômes suivant des stratégies systématiques de localisation des défauts et à déterminer le type, la cause et le degré de gravité de celui-ci. Le diagnostic d’un équipement (machine) défaillant consiste à faire une comparaison entre son mode de fonctionnement normal et à l’état défaillant.
L’activité du diagnostic peut être parfois associée à une activité de pronostic qui vise à analyser les dérivent d’état des éléments de la machine, à établir leurs causes et à déterminer le temps de fonctionnement correct qui subsiste avant la défaillance des éléments défectueux, ceci en vue de la planification d’une intervention préventive ; le diagnostic repose soit sur une connaissance a priori des lois d’évolution des phénomènes de vieillissement, soit sur une phase d’apprentissage,
* Correction de la défaillance : suivant le type, la gravité de la défaillance ou les ressources de maintenance disponibles on choisira une action corrective adaptée, par exemple, basculement sur un élément redondant, mode dégradé, maintenance …
Cette activité a un double objectif : tout d’abord, permettre à un concepteur de sélectionner le mode de correction qu’il souhaite mettre en place pour réagir à l’apparition des défaillances ou des dégradations ; ensuite, corriger le problème rencontré.
* Informer l’opérateur : activité liée à la précédente et en particulier au mode de correction qui a été choisi.

Elle a pour objectif :
· d’attirer l’attention de l’opérateur sur l’apparition d’un fonctionnement anormal d’un composant,
· de prévenir l’opérateur qu’une action de correction a été entreprise automatiquement ou qu’il doit participer à sa réalisation.

Dans le cas où c’est une action de maintenance qui doit être entreprise, il est également nécessaire de prévenir l’opérateur des tâches qu’il doit réaliser (de façon autonome ou avec l’aide d’un agent de maintenance).

Le métamodèle suivant (Figure 3) modélise l'ensemble des concepts et des relations inter-concepts utilisés pour modéliser le processus de la maintenance corrective.

Figure 3 : Le métamodèle du processus de Maintenance

3.2. Décomposition d'un Système Automatisé de Production

Représentation d'un système automatisé

Chaque système automatisé comporte trois parties :

* Une partie opérative (PO) matérialisée par les actionneurs (moteurs, pompes verins, ...) agissant sur le processus automatisé

* Une partie commande (PC) qui coordonne (pilote) les différentes actions de la partie opérative (transmission de consignes, dialogue avec inter machine, entre l'homme et la machine, avec l'environnement de la machine).

* Une partie animation (PA) qui est constituée essentiellement de composants jouant le rôle aussi bien de la partie commande que celui de la partie opérative (distributeurs, relais).

Il est évident que chaque système de production automatisée est décomposable en 3 parties : opérative, commande et animation.

Définition et rôle d'un système technique

Un système technique est un ensemble d'éléments organisés en fonction d'un but : exercer une activité sur une des matières d'oeuvre pour satisfaire un besoin.

On dit que le système remplit une fonction d'ausage en produisant une valeur ajoutée. Celle-ci réside dans la production d'un bien ou d'un service

Il est possible de définir le système par des fonctions reliées entre-elles par des contraintes. Les fonctions réalisent grâce à des moyens techniques des activités qui opèrent sur les entrées. Les contraintes sont des interfaces qui véhiculent les grandeurs physiques prises en compte par les fonctions. Ces grandeurs physiques caractérisent les matières d'oeuvre qui circulent au sein du système (produit, énergie, informations).

 

3.3. Décomposition d'un Mécanisme

On peut décomposer un mécanisme en sous-ensembles de pièces qui n'ont pas de mouvement entre elles. Chaque sous-ensemble constituera une classe d'équivalence : Une pièce ne peut-être que dans une et une seule classe, et l'ensemble des classes d'équivalences forme l'ensemble du mécanisme.

Une classe d'équivalence est un groupe de pièces n'ayant aucun mouvement relatif les unes par rapport aux autres pour une phase de fonctionnement donnée. Il est très important de savoir dans quelle phase on se situe. En effet, dans une phase de réglage, les mobilités du mécanisme sont plus nombreuses que lors d'une phase d'utilisation. Le nombre de classes d'équivalences sera donc plus élevé.

La recherche des classes d'équivalence passe par la localisation de toutes les liaisons encastrement (liaisons complètes) réalisées à l'intérieur du mécanisme pour la phase de fonctionnement étudiée.

La représentation (schématisation) d'un mécanisme sous forme de schéma cinématique minimal nécessite l'identification des pièces cinématiquement liées (classes d'équivalences). Sur le schéma, chaque classe sera représentée par une et une seule pièce représentative de toutes les pièce de la même classe d'équivalence.

On peut repérer ces classes par coloriage sur le dessin d'ensemble, en affectant une couleur par classe : les pièces de la même couleur appartiendront à la même classe, c'est à dire n'auront pas de mouvement relatif entre-elles.

Deux pièces quelconques sur un schéma cinématique doivent avoir au moin un degrès de liberté entre-elle, constituant, avec toutes les autres pièces, les différentes liaisons mécaniques qui définissent le degré d'hyperstaticité ou de liberté du mécanisme étudié.

- A chaque type de liaison mécanique, on peut lui associer le torseur cinématique correspondant caractérisé par un nombre de degrés de libertés ou de mobilités : ''rotation (s) ou / et translation (s)''

- A chaque type de liaison mécanique, on peut lui associer le torseur transmissible correspondant, caractérisé par le nombre de degrés de liaison (s).

- Les deux torseurs sont complémentaires : les éléments non nuls dans l'un sont nuls dans l'autre.

 

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Auteur : Pr. A. TALBI

Date de la dernière mise à jour : 11 septembre 2005

Université Sidi Mohamed Ben Abdellah - Ecole Supérieure de Technologie