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Article

1 - ÉTAPES D’UNE ANALYSE DE SÛRETÉ DE FONCTIONNEMENT

2 - MÉTHODES D’ANALYSE FONCTIONNELLE

3 - MÉTHODES CLASSIQUES D’ANALYSE PRÉVISIONNELLE

4 - MÉTHODES AVANCÉES D’ANALYSE PRÉVISIONNELLE

5 - FACTEURS HUMAINS

6 - MÉTHODES DE PRÉDICTION ET BANQUES DE DONNÉES DE FIABILITÉ

7 - CONCLUSION

8 - GLOSSAIRE

Article de référence | Réf : S8251 v2

Méthodes de prédiction et banques de données de fiabilité
Sûreté de fonctionnement - Analyse et bases de données de fiabilité

Auteur(s) : Gilles ZWINGELSTEIN

Date de publication : 10 avr. 2019

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RÉSUMÉ

Cet article présente les étapes de la réalisation d’une étude de sûreté de fonctionnement des systèmes industriels complexes. Il décrit les méthodes à utiliser pour réaliser une analyse prévisionnelle de sûreté de fonctionnement conforme aux exigences attendues des utilisateurs. Après une présentation de la démarche, les méthodes d’analyse fonctionnelle sont décrites ainsi qu’une description des méthodes prévisionnelles classiques et avancées notamment basées sur l’intelligence artificielle. Il présente ensuite les bases de la fiabilité humaine et les banques de données utiles pour réaliser ces analyses. En conclusion, une perspective des études en cours sera proposée.

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ABSTRACT

Dependability. Analysis and reliability data banks

This article presents the main steps necessary to conduct a study on the dependability of complex industrial systems. The key objectives aim to provide a description of methods and tools to perform a predictive dependability analysis to obtain the assigned target values. After a reminder on the overall procedure, functional analysis techniques are presented. Then the main classical and advanced predictive methods and tools to assess the dependability are provided including the use of artificial intelligence. It also describes human reliability models, reliability data banks necessary to perform these analyses The conclusion will propose a prospective view on the future developments.

Auteur(s)

  • Gilles ZWINGELSTEIN : Ingénieur de l’École nationale supérieure d’électrotechnique, d’électronique, d’informatique et d’hydraulique et des télécommunications de Toulouse (ENSEEIHT), Docteur-ingénieur, Docteur ès sciences, Professeur associé des universités en retraite, Université Paris Est Créteil, France

INTRODUCTION

Cet article présente les différentes étapes, les méthodes et les données à mettre en œuvre pour réaliser une analyse de la sûreté de fonctionnement prévisionnelle de systèmes industriels complexes. Compte tenu de l’importance des conséquences des défaillances sur la disponibilité, les personnes et l’environnement, les industriels sont de plus en plus concernés par la réalisation d’études pour prévoir le niveau de la sûreté de fonctionnement pour des installations existantes ou en cours de conception. Une analyse de sûreté de fonctionnement prévisionnelle d’un système complexe se décompose en plusieurs étapes principales : l’analyse structurelle et fonctionnelle du système suivie d’analyses qualitatives et/ou quantitatives en fonction des données disponibles du retour d’expérience. La première section décrit l’organigramme des tâches et analyses à réaliser pour élaborer un dossier d’analyse prévisionnelle de la sûreté de fonctionnement. Il permet de vérifier si les résultats obtenus grâce aux différentes analyses sont conformes aux spécifications définies dans le cahier des charges de l’utilisateur. La seconde section, après un rappel sur les finalités de l’analyse de la valeur, présente les principales méthodes d’analyse fonctionnelles utilisées pour identifier les fonctions d’un système complexe à partir de modèles structurels. La connaissance de ces fonctions est en effet indispensable pour identifier leurs modes de défaillance qui conduiront par leurs effets à la défaillance. Les principes des méthodes d’analyses fonctionnelles FAST, RELIASEP®, SADT®, IDEF0 et APTE® font l’objet de descriptions succinctes. La troisième section est dédiée à une typologie des méthodes classiques d’analyse prévisionnelle. Elle précise les définitions des méthodes déductives et inductives, ainsi que les caractéristiques des méthodes qualitatives et quantitatives. En particulier, les méthodes quantitatives évaluent les paramètres associés à la sûreté de fonctionnement. Elles utilisent les données de la fiabilité humaine et les banques de données de fiabilité qui seront présentées dans cet article. Parmi l’ensemble des méthodes qualitatives, l’AMDEC, APR, MCPR et HAZOP y sont présentées. Pour les méthodes quantitatives qui font l’objet de développements figurent : le diagramme de fiabilité, la table de vérité, les arbres de conséquences, le diagramme cause-conséquence, le nœud papillon, l’espace des états et les processus markoviens. Pour tenir compte des évolutions sur les deux dernières décennies dans le domaine de l’analyse prévisionnelle en sûreté de fonctionnement sous les noms de « condition-based-monitoring-CBM », « diagnosis, prognostics and health management (PHM) » et « RUL - remaining useful life », la quatrième section présentera ces méthodes avancées. Elles ont été développées spécifiquement pour réaliser le diagnostic et le pronostic des défaillances. Leurs finalités ultimes sont de prédire la durée de vie avant la défaillance (DEFAD) et sa probabilité (notée « DEFAD-RUL » dans cet article). De nombreuses méthodes ont été développées pour estimer la DEDAD-RUL et feront l’objet de descriptions succinctes. Elle couvrira les méthodes basées sur les lois physiques (model-driven), l’exploitation des données (data-driven), les expérimentations et les méthodes hybrides. Elles font appel aux techniques classiques statistiques et aux outils de l’intelligence artificielle. Parmi ces outils d’intelligence, l’apprentissage automatique (machine learning) et l’apprentissage profond (deep learning) utilisant des réseaux de neurones artificiels feront l’objet de développements. Comme certaines méthodes prévisionnelles prennent en compte le facteur humain, la cinquième section présentera la typologie des méthodes de la fiabilité humaine : l’évaluation probabiliste de la fiabilité humaine (EPFH) et les facteurs humains (FH). Elle présente une classification en trois familles ; la première est basée sur des approches principalement fréquentielles, la seconde privilégie les aspects cognitifs et la troisième prend en compte l’environnement organisationnel. Cette section présente quinze modèles d’évaluation du facteur humain représentatifs de ces trois familles. La sixième section présente un inventaire des banques de données de fiabilité de composants dont l’usage est indispensable pour la mise en œuvre des méthodes prévisionnelles quantitatives. Elle définit au préalable les notions de « parts stress » et de « parts counts » utilisées dans les modèles de prédiction de la fiabilité et les banques de données. Elle est consacrée à la description des caractéristiques de leurs contenus et à leurs domaines d’application. Vingt-cinq banques de données sont ainsi passées en revue en insistant sur leur niveau d’actualité. En conclusion, une synthèse et des recommandations sont fournies pour guider l’utilisateur à choisir la méthode la plus adaptée pour réaliser un dossier d’analyse prévisionnelle de la fiabilité.

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KEYWORDS

dependability-safety   |   Reliability   |   Methodology

VERSIONS

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-s8251


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6. Méthodes de prédiction et banques de données de fiabilité

6.1 Méthodes de prédiction

De nombreuses méthodes de calculs de prédiction de la fiabilité ont été mises au point depuis plusieurs décennies, principalement dans le domaine des composants électroniques et plus rarement pour des matériels mécaniques. En particulier, de nombreux logiciels de prédiction de la fiabilité sont disponibles sur le marché et proposent des méthodes de calculs de prévision de la fiabilité. Cependant, à part quelques méthodes et quelques recueils de données de fiabilité, la majorité d’entre elles datent des débuts des années 1990 et ne sont plus maintenues, limitant leur intérêt car même certains guides ne sont même plus disponibles. Dans cette section, les principales sources de données de taux de défaillance vont être fournies, suivies de la description succincte des méthodes de prédiction de la fiabilité qui contiennent quelquefois aussi des taux de défaillance. Les liens entre les modèles de prédiction et les banques de données de localité sont donnés sur la figure 18. Il est recommandé au lecteur de suivre attentivement l’évolution de ces éléments d’information disponibles au niveau mondial qui évoluent constamment avec de nouvelles révisions publiées régulièrement. En particulier, les méthodes de calcul de prédiction se décomposent en deux grandes familles.

  • Méthode parts stress

    La méthode appelée « parts stress » requiert la connaissance approfondie des types et niveaux de contraintes qui s’appliquent à chacun des éléments constitutifs des circuits électroniques. Elle s’applique en fin de conception quand toutes les contraintes, les facteurs d’environnement et de qualité sont connus pour chaque composant élémentaire. Cette méthode exige des connaissances très approfondies sur les composants étudiés.

  • Méthode parts counts

    La méthode « parts counts » s’applique pendant la phase préliminaire de conception quand peu d’informations sont disponibles. Les informations utilisées sont des informations génériques relatives aux...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - BYTHEWAY (C.W.) -   Fast Creativity & Innovation : Rapidly Improving Processes, Product Development and Solving Complex Problems.  -  Ross Publishing (2007).

  • (2) - VOGIN (R.), SCIEZ (G.), PITTON (J.-P.) -   Logiciel Reliasep Outil d’aide à la conception au développement de produits et services.  -  Société européenne de propulsion, Vernon (France) (1992).

  • (3) - COLLECTIF SADT -   Un langage pour communiquer.  -  Eyrolles (1992).

  • (4) - DE LA BRETESCH (B.) -   SADT. La Méthode APTE : analyse de la valeur, analyse fonctionnelle.  -  Pétrelle (2000).

  • (5) - DESROCHES (A.), BAUDRIN (D.), DADOUN (M.) -   L’analyse préliminaire des risques : principes et pratiques.  -  Hermes science, Publications Lavoisier (2009).

  • (6)...

1 Outils logiciels

EDRAWSOFT

http://www.edrawsoft.com/fr/

CORELDRAW

http://www.coreldraw.com/fr/

HBM PRENSCIA

https://www.hbmprenscia.com/

ALD 2017 RAM Commander V8.6, Availability Prediction and Analysis

https://aldservice.com/Reliability-Availability-Prediction-and-Analysis-Software.html

PTC 2018, Windchill Quality Solutions

https://www.4cad.fr/plm/ptc-windchill-quality-solutions

HAUT DE PAGE

2 Sites Internet

IMDR, portail de l’Institut pour la maîtrise des risques, sûreté de fonctionnement-management-cyndiniques

http://www.imdr.eu

AFNOR, portail de l’Association française de normalisation

http://www.afnor.org

IEC, portail de l’International electrotechnical commission

http://www.iec.ch...

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