Chapitre 2: APPROCHE THÉORIQUE SUR LA MAINTENANCE
ET LA
FMD
2.1. Généralités sur la
maintenance
La maintenance des équipements est un aspect essentiel
de toute installation industrielle pour assurer un fonctionnement optimal et
prolonger la durée de vie des équipements.
2.1.1. Introduction
Le maintien des équipements de production est un enjeu
clé pour la productivité des usines aussi bien que pour la
qualité des produits. C'est un défi industriel impliquant la
remise en cause des structures figées actuelles et la promotion de
méthodes adaptées à la nature nouvelle des
matériels. [9]
La fonction maintenance, dont la vocation est d'assurer le bon
fonctionnement des outils de production, est maintenant une des fonctions
stratégiques majeures dans les entreprises. De manière plus
pragmatique, un système de production n'est performant que si sa
finalité, les objectifs qui lui sont attribués, les
résultats qu'il fournit et les moyens (financiers, stratégiques,
technologiques et humains) qu'il met en oeuvre, sont en parfaite
cohérence.
2.1.2. Définition
D'après la norme européenne, norme
française [AFNOR NF X 60-010], la maintenance est définie comme
l'ensemble des actions permettant de maintenir ou de rétablir un bien
dans un état spécifié ou en mesure d'assurer un service
déterminé. [9]
2.1.3. Le rôle de la
maintenance
Le rôle de la maintenance est ainsi de maintenir les
outils de production en état de fonctionner en toute
sécurité tout en réduisant les coûts de production.
Pour répondre aux enjeux économiques croissants, elle est une
source d'optimisation voire de profits. [1]
2.1.4. Le but de la maintenance
§ Redonner au matériel des qualités perdues
et nécessaires aux fonctionnements.
§ Faire le nécessaire pour assurer le bon
fonctionnement du bien, donc de réduire le nombre de défaillances
et augmenter la MTBF.
§ Ramener le plus vite possible le matériel en
état de fonctionnement et par la suite diminuer la MTTR. [1]
2.1.5. Objectifs de la maintenance
Le service de la maintenance doit fixer
régulièrement des objectifs pour qu'il soit bien efficace. [1]
2.1.5.1. Objectif financier
§ Réduire au minimum les dépenses de
maintenance. [1]
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APPROCHE THÉORIQUE SUR LA MAINTENANCE ET LA
FMD
2.1.5.2. Objectifs opérationnels
- Maintenir les équipements dans les meilleures conditions
possibles.
- Assurer la disponibilité maximale de l'équipement
à un prix minimum. - Augmenter la durée de vie des
équipements
- Entretenir les installations avec le minimum de cout et les
remplacer à des Périodes prédéterminées.
- Assurer un fonctionnement sûr et efficace à tout
moment. - Augmenter le rendement des équipements. [1]
2.1.6. Types de maintenance
Il existe deux façons complémentaires
d'organiser les actions de maintenance à savoir : la maintenance
préventive et la maintenance corrective. La figure 2-1 illustre les
méthodes de maintenance selon la norme NF X60-000.
Figure 2-1:Méthodes de maintenance selon la norme NF
X60-000.
2.1.6.1. Maintenance préventive
C'est une maintenance effectuée selon des
critères prédéterminés, dans l'intention de
réduire la probabilité de défaillance d'un bien ou la
dégradation d'un service rendu. Elle doit permettre d'éviter les
défaillances du matériel en cours d'utilisation.
Les objectifs de la maintenance préventive sont :
- Augmenter la durée de vie du matériel.
- Diminuer la probabilité des défaillances en
service.
- Diminuer les temps d'arrêt en cas de révision ou
de panne.
- Prévenir et aussi prévoir les interventions
coûteuses de maintenance corrective.
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APPROCHE THÉORIQUE SUR LA MAINTENANCE ET LA
FMD
- Permettre de décider la maintenance corrective dans de
bonnes conditions.
- Eviter les consommations anormales d'énergie, de
lubrifiant, etc....
- Améliorer les conditions du travail du personnel de
production.
- Diminuer le budget de maintenance ou supprimer les causes
d'accidents graves. [9] 2.1.6.1.1. Maintenance
systématique
C'est une maintenance préventive effectuée selon
un échéancier établi selon le temps ou le nombre
d'unités d'usage (d'autres unités peuvent être retenues
telles que : la quantité, la longueur et la masse des produits
fabriqués, la distance parcourue, le nombre de cycles effectués,
etc.).
Cette périodicité d'intervention est
déterminée à partir de la mise en service ou après
une révision complète ou partielle.
Cette méthode nécessite de connaître :
- Le comportement du matériel.
- Les modes de dégradation.
- Le temps moyen de bon fonctionnement entre 2 avaries. [9]
2.1.6.1.2. Maintenance conditionnelle
Maintenance prédictive (terme non normalisé),
c'est la maintenance préventive subordonnée à un type
d'événement prédéterminé (auto diagnostic,
information d'un capteur, mesure d'une usure, etc....).
La maintenance conditionnelle est donc une maintenance
dépendante de l'expérience et faisant intervenir des informations
recueillies en temps réel. Elle se caractérise par la mise en
évidence des points faibles (surveillance de ces points et
décision d'une intervention si certains seuils sont atteints).
Les paramètres mesurés peuvent porter sur :
- Le niveau et la qualité de l'huile. - Les
températures et les pressions.
- La tension et l'intensité du matériel
électrique.
- Les vibrations et les jeux mécaniques.
Le matériel nécessaire pour assurer la maintenance
préventive conditionnelle devra être fiable pour ne pas perdre sa
raison d'être. Il est souvent onéreux, mais pour des cas bien
choisis, il est rentabilisé rapidement. [9]
2.1.6.2. Maintenance corrective
C'est une opération de maintenance effectuée
après défaillance.
La maintenance corrective correspond à une attitude de
défense (subir) dans l'attente d'une défaillance fortuite,
attitude caractéristique de l'entretien traditionnel.
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APPROCHE THÉORIQUE SUR LA MAINTENANCE ET LA
FMD
Après apparition d'une défaillance, la mise en
oeuvre d'un certain nombre d'opérations dont les définitions sont
données ci-dessous. Ces opérations s'effectuent par étapes
(dans l'ordre) : [9]
- Test : c'est à dire la comparaison des mesures avec une
référence. - Détection ou action de déceler
l'apparition d'une défaillance.
- Localisation ou action conduisant à rechercher
précisément les éléments par lesquels la
défaillance se manifeste.
- Diagnostic ou identification et analyse des causes de la
défaillance.
- Dépannage, réparation ou remise en état
(avec ou sans modification).
- Contrôle du bon fonctionnement après
intervention.
- Amélioration éventuelle : c'est à dire
éviter la réapparition de la panne.
- Historique ou mise en mémoire de l'intervention pour une
exploitation ultérieure. 2.1.6.2.1. Maintenance
palliative
Consiste à pallier provisoirement l'effet d'une
défaillance afin de permettre la continuité de l'exploitation du
bien sans pour autant traiter les causes. L'action exécutée est
presque toujours une action de dépannage. Si cette maintenance n'est pas
complétée par une action de fond destinée à traiter
la cause première, on est conduit à constater la
répétition de la défaillance en question et on parle alors
de défaillance répétitive. [9]
2.1.6.2.2. Maintenance curative
Il s'agit d'une maintenance qui s'attaque réellement au
fond du problème en essayant de soigner le mal et traitant la cause
première, si le diagnostic permet de remonter jusqu'à cette cause
première. [9]
2.1.7. Opérations de la
maintenance
a. Les inspections : Ce sont des
activités de surveillance consistant à relever
périodiquement des anomalies et exécuter des réglages
simples ne nécessitant pas d'outillage, ni d'arrêt de l'outil de
production ou des équipements. Elle assure une surveillance quotidienne
de l'ensemble des équipements, évitant ainsi, l'apparition d'un
grand nombre de défaillances mineures, qui pourraient à long
terme avoir des conséquences majeures. Les rondes, sur matériel
en service, comprennent :
- La lubrification (contrôles, pleins, vidanges,).
- Des contrôles de pressions de températures, de
vibrations.
- Des examens sensoriels : Détection visuelle de
fuites, détection d'odeur, des bruits anormaux, etc....
- Des travaux mineurs : dépannages simples,
réglages.
- Ecoute des cognements de pompage ou des chocs hydrauliques
à l'aide d'un casque et avec l'ouïe. [9]
b. Les visites : Ce sont des
opérations de surveillance qui dans le cadre de la maintenance
préventive systématique, s'opèrent selon une
périodicité prédéterminée. Ces
21
APPROCHE THÉORIQUE SUR LA MAINTENANCE ET LA
FMD
interventions correspondant à une liste
d'opérations définies au préalable et qui peuvent
entrainer des montages d'organes et une immobilisation du matériel.
c. Le dépannage : Action sur un bien
en panne, en vue de le remettre en état de fonctionnement compte tenu de
l'objectif. Ainsi le dépannage peut être appliqué par
exemple sur des équipements fonctionnant en continu dont les
impératifs de production interdissent toute visite ou intervention
à l'arrêt.
d. La réparation : Intervention
définitive et limitée à la maintenance corrective
après panne ou défaillance. L'application de la réparation
peut être décidée soit immédiatement à la
suite d'un incident, ou d'une défaillance, soit après un
dépannage, soit après une visite de maintenance préventive
conditionnelle ou systématique.
e. Le contrôle : Il correspond
à des vérifications de conformité par rapport à des
données préétablies suivies d'un jugement. Le
contrôle peut être une activité d'information, inclure une
décision, déboucher comme les visites sur des opérations
de maintenance corrective. [9]
2.1.8. Les 5 niveaux de la
maintenance
- Réglages simples.
- Dépannages par échange standard et petites
opérations de maintenance préventive.
- Identification, diagnostic, réparation.
- Maintenance importante.
- Rénovation, reconstruction. [1]
2.1.9. Maintenance d'une pompe centrifuge
2.1.9.1. Procédure de démarrage
- Inspection avant le démarrage :
a. Vérification visuelle
- S'assurer que toutes les soupapes de vidange sont
complètement fermées.
- Vérifier que tous les accords et les tuyaux sont bien
fixés.
- Inspecter les câbles électriques pour
détecter les signes d'usures ou de
dommages.
- S'assurer que le niveau de liquide est adéquat dans la
pompe et le système.
- Vérifier que les vannes sont dans la bonne position ;
vanne d'aspiration ouverte
et celle de refoulement fermé.
b. Vérifications
mécaniques
- Faire tourner la roue de la pompe à la main pour
s'assurer qu'elle tourne librement et sans bruit anormal.
- Vérifier le graissage des paliers et des joints.
- S'assurer que les brides et les boulons sont bien
serrés.
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FMD
c. Vérifications
électriques
- S'assurer que le moteur électrique est correctement
branché.
- Vérifier que la tension et la fréquence
d'alimentation correspondent aux spécifications du moteur.
- Tester le fonctionnement du moteur en faisant tourner à
vide pendant quelques minutes.
§ Démarrage :
a. Amorçage
- Faire annoncer le démarrage de la pompe.
b. Démarrage du moteur
- Démarrer le moteur électrique et le laisser
atteindre sa vitesse de rotation normale
- Ouvrir progressivement la vanne de refoulement
c. Surveillance
- Surveiller la pompe pendant quelques minutes après le
démarrage pour s'assurer qu'elle fonctionne correctement.
- Vérifier la température du moteur, les
vibrations, la pression et le débit.
§ Inspection après le
démarrage
a. Vérification du fonctionnement
- Vérifier qu'il n'y a pas d'anomalie de la pression de
refoulement.
- Vérifier qu'il n'y pas de bruits anormaux du moteur ou
du palier au moyen d'un sonomètre.
- Vérifier qu'il n'y a pas de vibration anormale et de
chute de la pression de refoulement dues au colmatage de la crépine
d'aspiration.
b. Vérifications des fuites
- Vérifier des fuites de la garniture mécanique.
- Inspecter les raccords et les tuyaux pour détecter
d'éventuelles fuites. [1]
2.1.9.2. Réglage du débit
Trois moyens sont possibles :
- Variation de la vitesse de rotation de la pompe par un
dispositif électronique. - Vanne de réglage située sur la
canalisation de refoulement de la pompe.
Pour éviter le risque de cavitation : suivant son
degré d'ouverture, la perte de charge du réseau va augmenter ou
diminuer ce qui va entraîner la variation du point de fonctionnement.
23
APPROCHE THÉORIQUE SUR LA MAINTENANCE ET LA
FMD
Le réglage du débit est important pour des
besoins dus au procédé mais aussi pour se placer dans des plages
de fonctionnement où le rendement est meilleur. [1]
2.1.10. Problèmes relatifs à
l'utilisation des pompes centrifuges
Comme toutes les machines, elles font l'objet des
problèmes qui doivent être bien revus avant d'avoir recours
à leur utilisation. Le tableau 21 répertorie quelques
problèmes que nous pouvons avoir sur une pompe centrifuge. [1]
Tableau 2-1: Problèmes relatifs à
l'utilisation des pompes centrifuges
|
Défauts
|
Causes
|
Remèdes
|
|
Surchauffe et grippage de la pompe
|
- Pompe non amorcée.
- Fonctionnement à très faible
débit.
- Pièce rotative frottant sur une
pièce fixe
à l'intérieur.
- Roulements usés.
|
- Vérifier le remplissage.
- Remplacer les roulements
|
|
Faible durée de vie des roulements
|
- Fonctionnement à débit élevé.
- Désalignement dû aux contraintes
des tuyauteries.
- Arbre courbé.
|
- Mesurer la valeur et vérifier le maximum
autorisé.
- Vérifier que les faux ronds d'arbre sont dans les
limites acceptables
|
|
Faible durée de vie de la garniture mécanique
|
- Roulements usés.
- Désalignement dû aux contraintes
des tuyauteries Arbre courbé.
|
- Remplacer les roulements
- Vérifier que les faux ronds d'arbre sont dans les
limites acceptables
|
|
Fuite excessive de la garniture mécanique
|
- Roulements usés.
- Désalignement dû aux contraintes
des tuyauteries
- Arbre courbé.
|
- Remplacer les roulements.
- Vérifier que les faux ronds d'arbre sont dans les
limites acceptables
|
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APPROCHE THÉORIQUE SUR LA MAINTENANCE ET LA
FMD
|
La pompe ne déplace pas le fluide
|
|
Soupapes (aspiration ou impulsion) fermées. Sens de
rotation incorrecte. L'air entre par le tuyau d'aspiration.
La hauteur maximale crée par la
|
|
Les ouvrir.
Changer les branchements du moteur.
Réviser herméticité du tuyau. Augmenter
la vitesse de rotation, si cela n'était possible, il serait
nécessaire de monter un démarreur plus grand ou une pompe plus
grande.
|
|
|
Pompe est intérieure à celle exigée par
l'installation.
|
|
|
|
|
Tuyau d'aspiration ou pompe mal amorcée
|
|
|
|
|
Roulements, mal montés ou mal
|
|
Changer les roulements : les monter à nouveau, si
nécessaire, les graisser.
|
|
Bruits et vibrations
|
|
lubrifies.
|
|
Changer les bagues et les installer de nouveau.
|
|
|
Bagues de frottements usés ou
|
|
Le démonter et le remplacer.
|
|
|
mal montées.
|
|
L'équilibrer ou le changer.
|
|
|
Axe décentré ou déformé.
|
|
Aligner l'accouplement.
|
|
|
Démarreur déséquilibré ou
usé.
|
|
Améliorer l'aspiration, nous consulter.
|
|
|
Mauvais alignement entre la pompe et le moteur...
|
|
Si cela est possible, tuyau de plus grand diamètre.
|
|
|
Diamètres de tuyau insuffisants.
|
|
|
|
|
Défaut d'isolement.
|
|
Vérifier l'isolement. Si les défauts Sont dus
à l'humidité sécher les
|
|
Echauffement anormal
|
|
Court-circuit entre les
|
|
bobinages. Dans les cas contraires démonter la machine et
réparer.
|
|
de carcasse
|
|
enroulements.
|
|
Vérifier la puissance absorbée par chaque phase ou
les chutes de tension.
|
|
|
Le rotor frotte contre le stator par
|
|
Remplacer les paliers.
|
|
|
ce que les paliers sont usés.
|
|
Réparer ou remplacer.
|
|
|
Paliers grippés.
|
|
|
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APPROCHE THÉORIQUE SUR LA MAINTENANCE ET LA
FMD
2.2. Généralité sur la
Fiabilité, Maintenabilité et Disponibilité
(FMD)
La fiabilité, la maintenabilité et la
disponibilité sont des concepts clés dans le domaine de
l'ingénierie et de la gestion des systèmes.
2.2.1. Introduction
L'exécution de la maintenance dans une entreprise
industrielle est d'une importance capitale pour maintenir les
équipements en état de bon fonctionnement. La maintenance, dans
sa plus large définition, est l'ensemble de toutes les opérations
de gestion, de programmation et d'exécution.
Le calcul de la fiabilité d'un équipement
constitue un outil incontournable pour évaluer l'efficacité de
n'importe quelle entité. Les concepteurs et les utilisateurs sont
souvent confrontés à des contraintes par pauvreté ou par
manque de modèles permettant de faire des études
prévisionnelles correctes. [10]
2.2.2. Concepts de la FMD
2.2.2.1. Fiabilité
La fiabilité caractérise l'aptitude d'un
système ou d'un matériel à accomplir une fonction requise
dans des conditions données pendant un intervalle de temps donné.
[10]
2.2.2.1.1. Paramètres nécessaires à
la mesure de fiabilité
A. Fonction de fiabilité
Nous appelons R(t) la fonction de fiabilité,
qui représente la probabilité de fonctionnement sans
défaillances pendant un temps (t), ou la probabilité de
survie jusqu'à un temps (t).
??
-(??-y
?? )
R(??) = e (2.1)
Avec
- ã : Le paramètre de position - ç : Le
paramètre d'échelle - â : Le paramètre de forme
B. Fonction de répartition
La fonction de répartition F (t) est la
probabilité que le dispositif soit en panne à l'instant
t. Elle est exprimée par :
??
-(??-y
?? )
??(??) = 1 - R(??) = 1 - e (2.2)
26
APPROCHE THÉORIQUE SUR LA MAINTENANCE ET LA
FMD
C. MTBF
Le temps moyen jusqu'à défaillance (ou moyenne des
temps de bon fonctionnement) est :
temps de bon fonctionnement ( )
MTBF = 2.3
Nombre d'intervalles temps de bon
fonctionnement
1R(t)dt
t
MTBF = (2.4)
0
D. Taux de défaillance :
D'après le théorème des
probabilités conditionnelles cette probabilité est égale
à :
|
A(t)dt =
|
F(t + dt) - F(t)
|
dF(t)
=
(2.5)
1 - F(t)
|
|
R (t)
|
Avec A(t) taux de défaillance de la pièce
d'âge t. Nous avons donc :
A(t) = f (t) (2.6)
R(t)
Ou bien :
A(t) = 6 (t-Y)-13
t ~ )R-1 (2.7)
L'expérience montre que pour la plupart des composants,
le taux de défaillance suit une courbe en baignoire
représenté par la figure 2-2 :
Figure 2-2: Courbe en baignoire [1].
Cette courbe représente trois périodes :
? La période de jeunesse ou de rodage
:
Correspond à l'apparition de défaillances, dues
à des malfaçons ou à des contrôles insuffisants.
Dans la pratique, le fabriquant procède à un rodage de son
matériel afin d'éviter que cette période ne se produise
après l'achat du matériel. [1]
27
APPROCHE THÉORIQUE SUR LA MAINTENANCE ET LA
FMD
? La période de bon fonctionnement :
Dans cette période, le taux d'avaries est sensiblement
constant, les avaries surviennent de manière aléatoire et ne sont
pas prévisibles par examen du matériel ; ces défaillances
sont dues à un grand nombre de causes et sont liées à la
fabrication des dispositifs. [1]
? La période de vieillissement :
Le taux d'avaries est croissant, cette période
correspond à une dégradation irréversible des
caractéristiques du matériel, d'où une usure progressive.
[1]
E. La densité de probabilité
La densité de probabilité É(t) se calcule
par l'expression suivante :
|
??(t) = ??(t) * ??(t) =
2.2.2.1.2. Modèles de
fiabilité
|
??-1
?? ?? (t - ?? . ??-(??-?? ??
?? )
?? ) (2.8)
|
Il est toujours possible d'associer à une variable
aléatoire une probabilité et définir ainsi une loi de
probabilité. Lorsque le nombre d'épreuves augmente
indéfiniment, les fréquences observées pour le
phénomène étudié tendent vers les
probabilités et les distributions observées vers les
distributions de probabilité ou loi de probabilité. Une loi de
probabilité est un modèle représentant "au mieux", une
distribution de fréquences d'une variable aléatoire. [10]
2.2.2.1.3. Loi de Wei bull
La loi de Wei Bull est utilisée en fiabilité, en
particulier dans le domaine de la mécanique. Cette loi a l'avantage
d'être très souple et de pouvoir s'ajuster à
différents résultats d'expérimentations. [1]
La loi de Wei bull est une loi continue à trois
paramètres :
? Le paramètre de position y qui
représente le décalage pouvant exister entre le début de
l'observation (date à laquelle on commence à observer un
échantillon) et le début du processus que l'on observe (date
à laquelle s'est manifesté pour la première fois le
processus observé).
? Le paramètre d'échelle ti
qui, comme son nom l'indique, nous renseigne sur l'étendue de
la distribution.
? Le paramètre de forme â qui
est associé à la cinétique du processus observé.
A. Application à la fiabilité
La distribution de Wei bull est souvent utilisée dans
le domaine de l'analyse de la durée de vie, grâce à sa
flexibilité car elle permet de représenter au moins
approximativement une infinité de lois de probabilité.
Un taux de panne croissant suggère une usure ou un
problème de fiabilité : les éléments ont de plus en
plus de chances de tomber en panne quand le temps passe.
Suivant les valeurs de â, le taux de défaillance est
:
28
APPROCHE THÉORIQUE SUR LA MAINTENANCE ET LA
FMD
- Soit décroissant (f3 < 1),
- Soit constant (f3 = 1),
- Soit croissant (f3 > 1).
- Soit 1.5< f3< 2.5 ? exprime un phénomène de
fatigue.
- Soit 3 < f3< 4 ? exprime un phénomène
d'usure.
La distribution de Wei bull permet donc de représenter
les trois périodes de la vie d'un dispositif (courbe de baignoire).
Le cas y > 0 correspond à des dispositifs dont la
probabilité de défaillance est infime jusqu'à un certain
âge y. [1]
B. Papier de Wei bull
Ce papier de Wei bull sert à lire graphiquement les
paramètres d'une loi de Wei bull dans le cas où le
paramètre y est nul.
? Echelles utilisées sur le papier de Wei bull
:
- Abscisse haute : échelle naturelle en X
- Abscisse intermédiaire : échelle logarithmique
(lecture du paramètre t)
- Abscisse basse : échelle logarithmique (on fait
correspondre à chaque valeur de t
son logarithme népérien ln t).
- Ordonnée gauche : on place les valeurs de F (t) en
pourcentage en échelle :
Y = ln(- ln(1 - ??(??))) (2.10)
- Ordonnée sur l'axe X = -1 (lecture du paramètre)
: ce sont les valeurs
x = ln(??) (2.11)
Figure 2-3: Papier de Wei bull. [1]
C. Signification des paramètres
- Paramètre d'échelle êta ç
: Ce paramètre permet d'utiliser le papier d'Allan Plait quel
que soit l'ordre de grandeur de t. Il n'a donc pas à être
interprété.
- Paramètre de forme bêta f3 :
Ce paramètre donne des indications sur le mode des défaillances
et sur l'évolution du taux de défaillances dans le temps.
APPROCHE THÉORIQUE SUR LA MAINTENANCE ET LA
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2.2.2.1.4. Procédé de calcul
| 
