Programmes de maintenance efficaces

par Yves Le Corre, STCUM

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Comment rendre des programmes de maintenance efficaces? Les experts en maintenance s'entendent pour privilégier la maintenance basée sur la fiabilité (MBF) (RCM: Reliability Centered Maintenance) comme méthode de référence. Cet article présente ce qu'est la maintenance basée sur la fiabilité, comment évaluer l'efficacité des programmes de maintenance, quelles sont les étapes de conception des programmes de maintenance et comment appliquer ces concepts à la STCUM.

1. La maintenance basée sur la fiabilité

Pour établir des programmes de maintenance effectifs et efficaces, il faut bien connaître le comportement des équipements dans le temps et s'assurer que les interventions effectuées améliorent la situation par rapport à la sécurité, à la fiabilité et aux coûts globaux. Le domaine du transport par avion a des points en commun avec le transport public urbain et ce secteur est un leader dans les approches modernes de maintenance.

L'historique qui suit présente comment les nouvelles philosophies de maintenance se sont développées dans l'aviation. Des notions importantes sur les fonctions cachées et sur les types de défaillances sont expliquées avant de passer aux principes mêmes de la MBF.

1.1 Historique

C'est principalement entre 1960 et 1980 que se sont développées les nouvelles philosophies de maintenance dans l'aviation. Dans les années 60 les programmes d'entretien étaient fondées sur des périodicités fixes de rebâtissage de composants calculées empiriquement. Pour rendre plus intelligent les programmes, le Maintenance Steering Group a été formé avec des experts opérateurs et concepteurs d'aéronefs. Il en a résulté la méthodologie MSG, laquelle est devenue MSG-2 après expérience. MSG-2 a comme philosophie : que peut-on faire pour empêcher un composant déposable de tomber en panne?

En 1978, la Marine américaine a mandaté un groupe d'ingénieurs à étudier le comportement en fiabilité des composants d'avion. Depuis longtemps la théorie de la fiabilité utilise la courbe en forme de baignoire comme le modèle de référence. Or leur étude démontre que 4% des composants suivent cette règle, ce sont les composant qui usent tel que les roulements à bille. D'autres modes de comportement sont alors développés. Fait le plus remarquable, 68% des composants ont une courbe montrant des problèmes de jeunesse au début, mais par la suite un taux de défaillance stable, par exemple les composants électroniques, les logiciels. Une méthodologie d'établissement de programmes d'entretien appelée MBF (maintenance basée sur la fiabilité) a alors été mise au point.

L'augmentation importante des coûts de carburant et l'amélioration de la fiabilité des nouveaux composants a exercé une pression pour réviser encore l'approche pour donner plus d'importance aux réductions de coûts. C'est devenu MSG-3, laquelle a utilisé l'approche logique de la MBF.

1.2 Les fonctions cachées

Une fonction évidente en est une dont la défaillance sera évidente à l'équipage durant le cours normal des opérations. Une fonction cachée en est une dont la défaillance ne sera pas évidente à l'équipage durant le cours normal des opérations. Un équipement peut avoir plusieurs fonctions dont certaines sont cachées.

Certaines tâches de maintenance auront donc pour but de vérifier le bon fonctionnement de ces fonctions cachées. Les programmes d'inspection comportent beaucoup de ces tâches.

1.3 Les types de défaillance

Un équipage d'opération n'est pas souvent en mesure de rapporter une défaillance comme tel. Il constate plutôt une condition d'opération insatisfaisante, un symptôme. Cette condition peut toutefois être conforme aux normes ou être une réelle défaillance. Sachant qu'une défaillance se définit une condition insatisfaisante, il y deux types de défaillances :

Défaillance fonctionnelle

Une défaillance fonctionnelle est l'inhabilité d'un article (ou de l'équipement qui le contient) à rencontrer un niveau de performance spécifique.

Défaillance potentielle

Une défaillance potentielle est une condition physique identifiable indiquant qu'une défaillance fonctionnelle est imminente. Le seuil de la défaillance potentielle est fonction de l'intervalle entre les inspections.

1.4 Les principes

Réfection systématique d'équipements

Un équipement complexe est sujet à de multiples modes de défaillances. Parfois, un de ces modes peut être dominant et faire ressortir une situation où le taux de défaillance augmente avec l'âge. Cependant, les études effectuées à partir d'équipements en service ont permis de constater que pour un équipement complexe : après une période de démarrage le niveau de fiabilité est plutôt stable avec le temps; l'âge a peu d'influence sur le niveau de fiabilité. Les cas où l'âge est important sont principalement pour des articles simples tels que roulements à billes, freins et autres pièces d'usure. En fait, plusieurs cas de réfection systématique d'équipements complexes ont eu plutôt comme effet d'augmenter le nombre de défaillances en introduisant des problèmes de jeunesse dans des équipement qui autrement étaient stabilisés.

Du point de vue maintenance préventive, le facteur important n'est pas tant de prédire quand un équipement tombera en panne, mais plutôt de savoir si la réduction du niveau de résistance au bris peut être détectée grâce à une évidence physique afin de prévenir une défaillance imminente .

La réfection systématique d'équipements complexes selon une périodicité fixe doit donc se limiter à des composants qui ont démontré un ou plusieurs modes de défaillance qui augmentent avec l'âge.

Une logique basée sur la sécurité

L'établissement de la MBF repose sur quelques questions souvent considérées comme évidentes:

• Comment la défaillance survient-elle?
• Quelles en sont les conséquences?
• Une tâche de maintenance préventive peut-elle être applicable et efficace?

La logique MBF est basée sur la sécurité. Pour définir un programme de maintenance initial, l'équipe d'analyse se pose une série de questions concernant les effets de la défaillance :

1. Est-ce que l'apparition de la défaillance est évidente à l'équipage durant le cours normal des opérations?
2. Est-ce que la défaillance cause la perte d'une fonction ou une avarie secondaire ayant des répercussions sur la sécurité opérationnelle de fonctionnement?
3. La défaillance entraîne-t-elle des répercussions directes sur les capacités opérationnelles du bien dans son ensemble?

Un diagramme logique de ces questions a été mis au point. Si la sécurité n'est pas directement en cause, ce sont les règles économiques qui dictent la marche à suivre. Il faut cependant avoir une évaluation objective des coûts économiques d'une réduction de la capacité opérationnelle d'un équipement, car ces coûts sont généralement beaucoup plus importants que les coûts de maintenance dans la prise de décision. Ensuite ce sont les modes d'intervention qui sont questionnés:

1. Existe-t-il une tâche de nettoyage, de graissage ou de lubrification applicable et efficace?
2. Existe-t-il une inspection ou un contrôle de fonctionnement applicable et efficace capable de détecter une défaillance potentielle?
3. Existe-t-il une tâche de réfection applicable et efficace ayant pour effet de réduire le taux de défaillance?
4. Existe-t-il une mise au rancart préventive applicable et efficace pour éviter les pannes ou pour réduire le taux de défaillance?

Une réponse négative à ces questions entraîne qu'il n'y a aucune tâche préventive à effectuer. Si le niveau de sécurité requis n'est pas atteint ou que les conséquences économiques sont importantes, la seule solution est alors le redesign de l'équipement.

Fiabilité intrinsèque

Le rôle important des règles économiques dans la prise de décision avec la MBF est de clarifier la nature de la fiabilité intrinsèque des équipements . Cette dernière n'est pas la période de temps qu'un équipement va survivre sans défaillance. C'est plutôt le niveau de fiabilité obtenu lorsque l'équipement est entretenu avec un programme de maintenance préventive, un service et une lubrification adéquates.

La maintenance n'a pas pour effet d'augmenter la fiabilité d'un objet mais de maintenir son niveau de fiabilité intrinsèque tel qu'établi par les paramètres de conception et d'opération.

2. Une maintenance efficace

La remise en question des programmes de maintenance nous amène à définir ce que sont les tâches qui sont applicables et efficaces, quelles sont les quatre tâches de base en maintenance pour ensuite évaluer quels sont les meilleurs intervalles d'intervention et clarifier la classification des formes de maintenance.

2.1 Les tâches

Pour être considérée dans le développement d'un programme de maintenance en mode MBF, une tâche doit être applicable et efficace .

Tâche applicable

Une tâche de maintenance est applicable si elle peut être mise en oeuvre de façon pratique.

Tâche efficace

Une tâche de maintenance est efficace si elle permet de contrôler l'évolution d'une dégradation connue. Elle doit permettre de réduire le taux de défaillance ou de ramener la probabilité de défaillance à un niveau préétabli. La mesure d'une fissure pour surveiller son évolution par rapport à un seuil toléré est efficace. Cependant, une inspection visuelle, par nature qualitative, ne permet généralement pas d'obtenir des renseignements contrôlables par rapport à une spécification, elle n'est donc pas efficace en MBF. Toutefois, le coût minimal de ces inspections peut en justifier le maintien.

2.2 Tâches de base en maintenance

Dans un contexte de MBF, les quatre tâches de base en maintenance préventive sont :

Tâches périodiques suivant l'état

Des inspection périodiques sont programmées afin de détecter des défaillances potentielles: tâches suivant l'état ou contrôles de fonctionnement. Ces inspections déclenchent le retrait ou la réparation des composants qui ne rencontrent pas la norme. Ces tâches sont donc ciblées sur des modes de défaillance spécifiques et ne sont applicables que si une évidence physique de dégradation peut être constatée. Le graphique qui suit en illustre la logique:

À l'entretien du matériel roulant du métro, pour la mesure des fissures sur les roues, le niveau de défaillance potentielle est plus bas pour une inspection à l'entretien mineur par rapport à celui de l'entretien majeur pour des motifs économiques de coût et de fréquence d'inspection.

Tâches de réfection systématique

Une tâche de réfection systématique peut être considérée applicable seulement si les critères suivants sont rencontrés:

1. il doit y avoir un âge identifiable auquel l'article démontre une augmentation rapide de la probabilité de défaillance;
2. une grande proportion de la population doit survivre jusqu'à cet âge;
3. il doit être possible de restaurer le niveau de résistance d'origine par une réfection.

Lors de la mise en service d'un équipement, il est donc important que les défaillances coûteuses soient identifiées et mises dans un programme d'évaluation de l'effet du vieillissement du matériel afin de découvrir le plus tôt possible si des tâches de réfection systématiques sont judicieuses. Les premiers équipements mis en service peuvent servir d'éclaireurs (« fleet leader » ), ils sont utilisés comme échantillons pour une inspection plus poussée. Les échantillons d'opportunité, « opportunity samples » , sont des équipements retirés du service suite à une défaillance ou autre raison pour lesquels on en profite pour procéder à un examen plus approfondi des parties non touchées par la défaillance. Il n'est donc pas toujours nécessaire de mettre en place des périodicités systématiques pour effectuer une évaluation des effets du vieillissement.

Tâches de retrait préventif

Un retrait préventif avec mise au rebut est imposé seulement lorsque la sécurité est en jeu, il s'agit d'une défaillance critique. Des données de test doivent démontrer qu'aucune défaillance n'est probable en deçà d'une limite de vie sûre. Ce type de tâche est appelé : « safe-life limit ». Par exemple, les pièces pyrotechniques d'un siège éjectable d'avion militaire se dégradent de façon non perceptible avec le temps, une durée limite est imposée basée sur une fraction de l'âge auquel par essai on a pu détecter une dégradation.

Il peut y avoir des retraits préventifs pour raisons économiques (limite de vie économique), dans ces cas les conditions suivantes sont présentes:

1. l'article est sujet à une défaillance ayant un impact économique majeur mais sans conséquence sur la sécurité;
2. il doit y avoir un âge identifiable auquel l'article démontre une augmentation rapide de la probabilité de défaillance;
3. une grande proportion de la population doit survivre jusqu'à cet âge.

Tâches de détection de défaillance

Lorsqu'un équipement est sujet à des défaillances de fonctions cachées à l'opérateur, il faut prévoir des tâches de détection de défaillance afin d'assurer la disponibilité de la fonction. Par exemple, des équipements de protection incendie. Ainsi de telles tâches sont nécessaires afin d'éviter des défaillances multiples qui auraient des conséquences désastreuses.

2.3 Les intervalles

La difficulté d'établir des intervalles de maintenance est essentiellement un problème d'information. Le concept de base est que la première inspection devrait être assez loin dans le temps pour permettre la détection de certaines évidences physiques. La période de répétition de l'inspection doit être assez courte afin d'assurer qu'un composant soit retiré dans la période de défaillance potentielle avant que ne survienne la défaillance fonctionnelle.

2.4 Les formes de maintenance

À la STCUM il existe plusieurs classifications des activités de maintenance. Une qui a fait consensus a été publiée dans un cahier de terminologie . Les formes de maintenance suivantes y sont définies:

Entretien correctif:

Forme d'entretien visant à maintenir l'opération normale d'un objet suite à une analyse de son état, sa condition de marche, son rendement, l'évolution des coûts, les causes de panne. Par exemple: le remplacement de composants suite à une inspection.

Entretien curatif:

Forme d'entretien visant à rétablir l'opération normale d'un objet, en réparant les composants qui font défaut soit par: bris, panne, etc. C'est un cas particulier de réparation. Les signalements en service génèrent de l'entretien curatif.

Entretien préventif:

Forme d'entretien s'appliquant aux interventions qui tentent de réduire la probabilité de panne. Par exemple: l'inspection visuelle, l'analyse des vibrations, l'analyse des huiles. Suite à un entretien préventif, il peut résulter de l'entretien correctif à faire.

Modification:

Travaux qui modifient un objet dans le but d'améliorer son utilisation et son efficacité.

Programme d'entretien:

Ensemble de tâches déterminées à réaliser sur un équipement. Ex: Périodicité 100 000 km.

Le tableau suivant relie cette terminologie STCUM avec les notions mises de l'avant en MBF :

MBF	STCUM	Commentaire
Maintenance préventive systématique : tâches de réfection systématique, tâches de retrait préventif.	Entretien préventif : Programmes d'entretien avec périodicités	Ce type de maintenance est courant à la STCUM.
Maintenance préventive conditionnelle : tâches périodiques suivant l'état. « on- condition »	Entretien correctif	À la STCUM, les tâches d'inspection sont considérées comme des programmes systématiques pour découvrir des défaillances potentielles, les travaux correctifs qui en résultent sont classés comme correctif.
Maintenance prévisionnelle Maintenance proactive		Analyse de l'évolution surveillée de paramètres significatifs de la dégradation. L'indisponibilité des données présentement empêche la STCUM d'effectuer ce type de maintenance.
Maintenance corrective : se décompose entre maintenance palliative et maintenance curative.	Entretien curatif	Activités réalisées suite à une défaillance fonctionnelle.

Selon l'expérience à la STCUM, les programmes d'entretien préventif et les modifications sont planifiables sur un horizon assez grand. L'entretien correctif qui en résulte l'est moins et l'entretien curatif doit être géré au quotidien.

3. Conception de programmes efficaces

Les étapes définies pour concevoir un programme de maintenance initial selon l'approche MBF sont les suivantes :

1. Découper l'équipement en systèmes et sous-systèmes pour identifier les articles qui demanderont une analyse intensive.
2. Identifier les articles significatifs dont la défaillance a un impact sur la sécurité ou sur les coûts d'exploitation et toutes les fonctions cachées qui demandent une maintenance périodique.
3. Évaluer les besoins en maintenance de chaque article significatif et fonction cachée en fonction des conséquences des défaillances et choisir seulement les tâches qui rencontrent ces besoins.
4. Identifier les articles pour lesquels aucune tâche n'est applicable et efficace afin de recommander des changements au design si la sécurité est touchée ou ne pas assigner de maintenance périodique tant qu'il n'y a pas d'information justifiant une action.
5. Choisir des intervalles initiaux conservateurs pour chacune des tâches et les regrouper en programmes rationnels pour les implanter.
6. Établir un programme d'évaluation de l'effet du vieillissement du matériel pour fournir l'information factuelle requise pour valider et réviser les programmes établis.

4. Les bénéfices de la MBF

Les résultats d'une analyse de MBF sont une meilleure connaissance des fonctions, une compréhension de comment un équipement peut défaillir et quelles en sont les causes premières pour converger sur une liste de tâches proposées qui soient applicables et efficaces. L'effet global d'une telle approche est de développer un travail d'équipe rigoureux et motivant.

Les bénéfices pour l'entreprise comprendront plusieurs des effets suivants :

• plus grande sécurité et intégrité environnementale;
• meilleure performance opérationnelle;
• plus grande efficacité économique de la maintenance;
• durée de vie prolongée d'équipements coûteux;
• plus grande motivation du personnel.

Ces techniques s'appliquent bien dans la gestion de flotte d'autobus ou de métro. Une analyse de MBF ne produira pas de résultats magiques. Toutefois cette approche ramène l'attention aux endroits significatifs. Les programmes qui en résulteront assureront le maximum de fiabilité dont l'équipement est capable et n'inclueront que les tâches qui soutiennent cet objectif à un coût économique.

Références:

• F.S. Nowlan, et al., Reliability Centered Maintenance, United Airlines, San Francisco, CA, Dec 1978.
• Gilles Zwinelstein, La maintenance basée sur la fiabilité, HERMES Paris 1996.
• Terminologie de la gestion de l'entretien à la STCUM, 2e édition, Janvier 1988.
• Moubray, John, Reliability-Centered Maintenance, Industrial press, New York, 1992.

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Version du 19 novembre 1997. Lien SRE mis à jour le 25 janvier 1999.