CRAN - Campus Sciences
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Sujet de Thèse : Stratégies de regroupement dynamique des opérations de maintenance prévisionnelle pour un système à composants multiples avec dépendances
Dates : 2016/04/07 - 2019/03/31
Etudiant : Ho Si Hung NGUYEN
Directeur(s) CRAN : Benoît IUNG , Van Phuc DO
Description : Contexte:
Au milieu des années 90, l’émergence des TIC dans les systèmes industriels a permis de doter ces derniers de processus avancés de surveillance afin de faire évoluer leurs stratégies d’exploitation et de maintien en condition opérationnelle (MCO) vers de l’anticipatif basées sur l’état réel de chaque composant/matériel et son évolution potentielle. Par cette orientation, il est envisageable par exemple de déployer, au bon moment, des opérations de maintenance qui ont pour objet de prévenir, éviter ou confiner des dysfonctionnements et par voie de conséquence leurs impacts sur les performances du système. Cette vision performance est d’autant plus intéressante pour les systèmes à composants multiples et typologies variés, puisqu’elle peut amener à regrouper les opérations de maintenance de façon à tenir compte des dépendances structurelles/fonctionnelles, stochastiques ou encore économiques entre les composants. Concrètement cela requiert de mettre en œuvre des politiques de regroupement dynamique d’opérations élémentaires de maintenance, visant à économiser (mutualiser) le déploiement global du plan de maintenance (dépendances économiques). En ce sens, l’état réel des composants (dégradation) et son évolution potentielle, sont des informations pertinentes pour adapter en ligne les plannings de maintenance et les décisions de regroupement. Cependant le développement, à l’échelle industrielle, de ces orientations stratégiques de maintenance majoritairement prévisionnelle manque encore cruellement de conceptualisation, de méthodes et d’outils. Par conséquent, la proposition de méthodologies supportant, entre autres, la modélisation et la formulation des dépendances, la modélisation des dégradations tenant compte de ces dépendances et la prise de décision dynamique en maintenance à partir de l’évolution de ces dégradations et dépendances constitue un défi scientifique majeur pour favoriser l’implantation de telle stratégie en entreprise. Ce défi s’inscrit pleinement dans la discipline scientifique/industrielle PHM (Prognostics and Health Management) initiée récemment par la NASA.
Par conséquent dans le contexte de ce défi, l’objectif global de la thèse proposée est de développer des modèles de regroupement dynamique des opérations de maintenance prévisionnelle pour un système à composants multiples avec dépendances. Ce travail doit se structurer sur trois phases majeures : (1) le développement de modèles de dégradation au niveau composant prenant en compte l’impact des différents facteurs d’influences. A partir des résultats de ces modèles, il est possible de calculer des indicateurs dynamiques (fiabilité/durée de vie résiduelle, efficacité énergétique, composants critiques, …) au niveau système intégrant les dépendances entre composants et l’ensemble des informations disponibles sur le système à un instant donné (niveaux de détérioration des composants, consommation énergétique, performances exploitées, ...) ; (2) la modélisation de règles de décision pour le regroupement dynamique de maintenance et pour la reconsidération des politiques d’inspections. Les règles à développer doivent permettre de fournir, à partir d’algorithmes adaptés, un planning de maintenance «optimale » en tenant en compte à la fois les exigences liées au système principal (productivité, disponibilité, efficacité énergétique) et celles liées à son système de soutien (pièces de rechanges, réparateurs disponibles, types d’intervention), et (3) la mise en œuvre d’algorithmes d’optimisation adaptés afin de déterminer le plan de maintenance préventive optimale.
Les verrous scientifiques adressés par la thèse en regard de l’objectif et des phases proposées, sont les suivants:
- Modélisation et quantification des impacts des dépendances entre composants sur un processus de détérioration d’un composant
- Formalisation et mutualisation de coûts de mise en œuvre de maintenance dans un système à forte dépendance entre composants;
- Modélisation de la dégradation de niveau composant prenant en compte différents types de dépendances entre composants ;
- Définition et calcul d’indicateurs dynamiques (fiabilité/durée de vie résiduelle, efficacité énergétique, composants critiques) au niveau système intégrant les dépendances entre composants et leurs dégradations
- Modélisation des règles de regroupement dynamique des actions de maintenance prévisionnelle en prenant en compte des indicateurs synthétisés et les dépendances économiques.
- Elaboration d’algorithmes d’optimisation efficaces pour déterminer dynamiquement les groupes de composants optimaux à maintenir en prenant en compte l’information de surveillance et les périodes d’inspections optimales.
Les propositions seront validées sur la plateforme TELMA de l’AIPL et potentiellement sur une application industrielle.
Les techniques/outils privilégiés dans cette thèse sont :
- pour la modélisation et quantification de dépendances: modèles de copules
- pour la modélisation des dégradations: processus stochastiques (Gamma, Wiener, Markov, Weibull,…)
- pour le développement des algorithmes d’optimisation: programmation dynamique, algorithme génétique
- pour le logiciel de calcul: Matlab
Liste de publications les plus significatives
[1] Barker C.T. and Newby M.J (2009). Optimal non-periodic in-spection for a multivariate degradation model. Reliability Engineering and System Safety, 94:33–43.
[2] Do P, Barros A, Berenguer C, Bouvard K and Brissaud F (2013) Dynamic grouping maintenance strategy with time limited opportunities. Reliability Engineering and System Safety, 120:51–59.
[3] Eryilmaz S (2014). Modeling Dependence Between Two Multi-State Components via Copulas. IEEE Transaction on Reliability, 63 (3): 715-720.
[4] Nicolai R and Dekker R (2008) Optimal maintenance of multi-component systems: a review. Complex System Maintenance Handbook, London: Springer, pages 263–286.
[5] Nguyen K-A., Do P. and Grall A (2014). Condition-based maintenance for multi-component systems using importance measure and predictive information. International Journal of Systems Science. 1 (4): 228-245.
[6] Vu H C, Do P, Barros A and Berenguer C (2014) Maintenance grouping strategy for multi-component systems with dynamic contexts. Reliability Engineering and System Safety, 132:233–249
Mots clés : Maintenance prévisionnelle, regroupement dynamique, système à composants multiples, dépendances, PHM
Conditions : Durée de thèse: 3 ans
Laboratoire d’accueil: ISET/CRAN - Ecole IAEM/Université de Lorraine
Candidat souhaité: Etudiant M2 (orientation R) avec profil en sûreté de fonctionnement, maintenance et possédant un bagage mathématique.
Département(s) :
Ingénierie des Systèmes Eco-Techniques
Financement : Allocation de recherche