LA MAINTENANCE. We are working on the English version. Chapitre Introduction et position du problème

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1 We are working on the English version. Chapitre 12 LA MAINTENANCE 12.1 Introduction et position du problème Chacun peut intuitivement comprendre que la maintenance est importante parce que si un équipement tombe en panne, la production peut être arrêtée. Dans un système à flux tendus où il y a peu de stocks intermédiaires, un tel arrêt peut mettre en chômage technique une partie des travailleurs et donc avoir des conséquences très onéreuses. Mais le fait d avoir une conscience intuitive de l importance de la maintenance ne permet pas encore de se rendre compte de l éventail des problèmes que cette fonction inclut. Un exemple peut aider à comprendre: supposons une société de services installées dans un building à plusieurs étages. Le nombre de tubes néon et d ampoules dans les différents bureaux, halls, couloirs, ascenseurs et salles de réunion peut vite atteindre le millier. Une façon de traiter le problème de remplacement de ces tubes et ampoules est d attendre les défectuosités. Le service chargé de ce travail recevra des coups de fil signalant plus ou moins aimablement que tel tube est à remplacer et demandera le bénéfice de l urgence. Le service enverra un ouvrier qui, avec un peu de chance arrivera directement avec le bon tube, l échelle à bonne dimension, si possible pas en pleine réunion. Pendant son absence, la secrétaire du patron a demandé une intervention urgente et à peine rentré il est appelé dans le couloir de l étage supérieur mais devra retourner le lendemain dans le bureau voisin de celui de la veille etc. Pendant certaines périodes par contre, il n aura rien à faire. On se trouve dans le système où il y a toujours une situation d attente et de perte de temps: ou bien c est l ouvrier de maintenance (ou d entretien dans ce cas) qui attend le problème, ou bien c est la machine en panne qui attend le réparateur. Une autre formule consiste à planifier le remplacement systématique des ampoules et des tubes selon un planning fondé sur leur durée de vie estimée. Si un lot d ampoules a une durée de vie estimée de x heures, on peut par exemple les remplacer toutes en une opération lorsqu elles ont atteint une durée de fonctionnement de x-100 h.

2 Cet exemple simplifié montre qu il existe différentes politiques de maintenance: selon que le fonctionnement est préventif ou correctif, que l entreprise l assure elle-même ou la sous-traite, selon que des pièces de rechange sont stockées ou pas, selon que l on a affaire à des équipements mécaniques ou électriques, des outils de production ou de manutention etc. Chaque entreprise doit définir sa politique de maintenance, ce qui implique des choix que ce chapitre va tenter d illustrer La fiabilité Avant de parler des politiques de maintenance, il est utile de développer un peu le concept de fiabilité des équipements, qui conditionne la maintenance. En effet, la maintenance sera d autant plus sollicitée que les équipements tomberont souvent en panne, c est à dire qu ils seront moins fiables. La fiabilité d un équipement, ou R(t) est la probabilité qu il fonctionne sans panne pendant un temps donné t. Ceci nous amène à utiliser les notions suivantes : λ(t): taux de pannes; il est en général constant pendant la durée de vie utile des équipements électroniques et même mécaniques. on le représente alors par λ 0 et on définit et on manipule son inverse, le MTBF. MTBF: temps moyen de bon fonctionnement entre deux pannes (en heures) MTTR: durée moyenne de réparation (en heures) facteur de disponibilité: MTBF MTTR Exemple de détermination du MTBF : Soit un équipement dont on relève les statistiques de pannes par mois. On va établir un histogramme représentant en fonction du nombre de pannes, le nombre de mois pendant lesquels ce nombre de pannes a été observé.

3 Dressez cet histogramme pour 1998, supposant 2 pannes en janvier, juillet et décembre, 1 en août, septembre et octobre, 0 en février et novembre, 3 en mars, avril et mai, 4 en juin Le nombre moyen de pannes par mois = Nbre de pannes Fréquence Fréquenc E(X) X f(x) P(X) X.P(X) 0 2 0, ,250 0, ,250 0, ,250 0, ,083 0, ,832 Dans cet exemple, nous avons une espérance mathématique de 1,832 pannes par mois, autrement dit de 1/1,832=0,546 mois entre deux pannes, en moyenne. Si on considère qu un mois comprend en moyenne 720 heures, que l équipement est en permanence sous tension, on a : MTBF = 393 heures En général, l évolution du taux de défaillances en fonction du temps, pendant la durée de vie d un équipement, peut prendre la forme d une courbe appelée «en baignoire». En début de vie, un phénomène de «maladie de jeunesse», donne souvent une forme en courbe exponentielle négative. Ensuite, pendant la duré de vie utile, les pannes sont rares, leur taux est plus ou moins constant, comme il a été dit plus haut, elles suivent une distribution de Poisson: R(t)=e -(t/mtbf). En fin de vie, la fréquence de pannes augmente. Le nombre de panne peut prendre une croissance exponentielle ou suivre une loi normale, plus ou moins asymétrique. λ(t) La notion de fiabilité que nous avons esquissée ici est importante pour la détermination des politiques de maintenance mais aussi de renouvellement des équipements. Elle sert aussi à déterminer les rechanges à mettre en place pour assurer un taux de service déterminé. t

4 Imaginons par exemple un détachement médical de Médecins sans Frontières devant partir en mission dans un endroit difficilement accessible. Il est vraisemblable qu il doit emporter un lot de pièces de rechange pour réparer ses équipements et qu il prend également des équipements de réserve. Les calculs du nombre d équipements de réserve tiennent compte de la fiabilité et de la durée de réparation des équipements Les politiques de maintenance Les exemples choisis pour poser le problème général de la maintenance ont trait à des réparations mais il est important de considérer aussi que le plus ou moins bon état d entretien d une machine peut influer sur sa performance en terme de précision, de reproductibilité, de vitesse, de consommation d énergie, de rapidité d usure. La définition de la politique de maintenance devra tenir compte de ces paramètres. Cela explique qu elle est fortement influencée par l équipement et le mode de production. En effet, il est facile à comprendre que si des postes de soudure sont remplacés par un robot unique de soudure, ce robot sera plus difficile à entretenir car il met en œuvre une commande numérique et une mécanique complexes. De plus, lorsqu un poste de soudure nécessitait une réparation, il en restait d autres pour effectuer le travail. Dans le cas du robot, s il est dans une chaîne transfert et s il n y a pas de stock en cours en aval du poste, tous les postes de production qui suivent sont à l arrêt immédiatement dès qu il est en panne. Définir les politiques de maintenance applicables dans l entreprise est une fonction importante qui commence par la définition des différents chapitres de cette politique, en fonction de ce qui est soumis à maintenance : - outil de production ; - le produit en utilisation ou plus généralement le service après-vente ou la logistique de soutien ; - l infrastructure. Un autre élément de la politique de maintenance tient compte de ce qu il y a différents niveaux pour les opérations de maintenance. On va jusqu à définir 5 niveaux de maintenance mais qu on peut en gros regrouper en trois types : - maintenance de l opérateur: remplacement des ampoules de phares, contrôle des niveaux, remplacement de filtres dans le cas d une flotte de camions par exemple ; - maintenance spécialisée: remplacement de bougies de préchauffage, réglage de la pompe d injection, remplacement des disques de freins dans le même exemple ; - maintenance lourde: opérations de révision de moteur ou de boîte, repeinturage complet, visites annuelles etc.

5 Enfin, la politique de maintenance définit l importance relative de la maintenance préventive, systématique ou conditionnelle, et ce qui reste correctif ou curatif. Elle est complétée par les décisions de gestion de la maintenance que nous verrons plus loin La maintenance curative L intervention a lieu, dans ce cas, au moment où la panne surgit, avec tous les inconvénients cités plus haut. Pour les éviter, on met en place soit un nombre important de pièces de rechange ou bien des équipements alternatifs qui peuvent remplacer les machines dont l arrêt conditionne la production. Dans tous les systèmes, il est évident qu on ne pourra jamais éviter totalement des interventions en dépannage mais un bon système de gestion des opérations mettra en place un système de maintenance préventive afin de limiter au minimum les pannes imprévues La maintenance préventive Pour pouvoir intervenir préventivement, il faut avoir une idée du moment où la panne pourrait survenir. Des études statistiques de fiabilité de composants permettent parfois à des fournisseurs d équipements de donner une information très utile dans ce domaine, comme les MTBF des composants et de l ensemble. Selon le type d équipement (mécanique, électrique, électronique, informatique...), la courbe de distribution du temps entre deux pannes est différente. Quand elle est centrée sur une valeur et que l écart type est peu important, on peut planifier des opérations de maintenance préventive. Dans des cas plus faciles, la probabilité de panne est corrélée à un ou des indicateurs: par exemple, l analyse des huiles et surtout des particules métalliques présentes dans les huiles de graissage de certains mécanismes permettent de renseigner la maintenance sur l état des surfaces en frottement et l intérêt d une intervention. Dans ces cas où on peut prévoir les pannes, on a donc la possibilité d intervenir préventivement, soit avec une fréquence calculée en fonction du MTBF, soit lorsque les indicateurs atteignent les valeurs limites Les différents types de problèmes de maintenance

6 Maintenance de l outil de production Le problème est ici d assurer la disponibilité la plus élevée possible des installations. Cela ne couvre pas seulement les outils, machines-outils, équipements de soudure, mais aussi les engins de levage et de manutention. Souvent, on néglige l entretien des équipements de mesure ou de contrôle. Cet entretien peut impliquer des opérations d étalonnage, de calibration, d entretien ou de réparation La maintenance du produit ou logistique de soutien Lorsque vous avez livré le produit, par exemple, un ordinateur avec des logiciels, le contrat que votre client vous a demandé couvre souvent la maintenance sur site du Hardware et du Software. C est une problématique qui est à examiner dès la conception du produit, quand il s agit d un produit susceptible d être soumis à maintenance. En effet, les besoins plus ou moins importants de maintenance du produit pendant sa durée de vie peuvent être un facteur de différenciation. Si vous avez le choix entre une voiture qui ne nécessite un gros entretien que tous les km par comparaison avec une pour laquelle la fréquence est tous les km, vous serez peut-être tenté de donner la préférence à celle qui doit moins souvent rester un jour au garage. Dès le design, la problématique de la maintenance peut jouer un rôle. Si vous comparez des installations dotées de filtres dont il faut changer les cartouches toutes les semaines, par exemple, il est important que l accès aux filtres ne demande pas des heures de démontages: vous donnerez la préférence à l installation permettant un accès facile (du moins sur ce critère des coûts d entretien). La généralisation de la réflexion sur la maintenance du produit nous amène à la notion de coût total sur la durée de vie d un produit. Il s agit d un facteur déterminant lors d un achat. Un exemple très facile est celui de la comparaison entre des offres différentes pour l acquisition d hélicoptères pour une compagnie qui voudrait assurer une liaison par hélicoptère entre deux villes. A côté du coût d acquisition, il faut prendre en compte : - le coût de fonctionnement (carburant, assurances, etc ) ; - le coût de maintenance: fréquence et coût de opérations - le coût de maintenance logiciel ; - le coût de formation des pilotes et des mécaniciens ; - le coût de la documentation technique ; - le coût des pièces de rechange à stocker, des outillages à acquérir ; - le coût de mise au rebut ; - les coûts d infrastructure: garage, atelier, outillages.

7 On retrouve la notion de life cycle cost déjà mentionnée quand nous avons parlé des investissements. Ces problèmes de maintenance des produits après leur mise en service prennent évidemment une ampleur différente quand il s agit de produits complexes tels systèmes d arme sophistiqués, centrales nucléaires, ligne de machines outils à commande numérique, robots, système de magasin automatique etc. C est historiquement dans le domaine militaire qu est née cette nouvelle discipline qui consistait à analyser toute la vie d un système d arme pour en définir une politique de maintenance, mettre en place les moyens techniques, humains, informatiques et de management permettant d optimaliser l opérationnalité du système. L opérationnalité étant définie comme la disponibilité du système dans une configuration dans laquelle il réalise les performances attendues contractuellement. Cette discipline a été appelée Integrated Logistic Support ILS ou Soutien Logistique Intégré SLI. Elle a donné naissance à ce qu on appelle la logistique de soutien.

8 Maintenance des infrastructures Par infrastructure, nous entendons tout ce qui est bâtiment, ventilation, chauffage, éclairage, équipements de sécurité et de protection de l environnement tels qu extracteurs d air, ventilateurs. Une production peut en effet être stoppée parce qu il y a un problème au système d épuration des eaux rejetées, si un ascenseur est en panne, s il n y a pas de chauffage le lundi matin en hiver Les politiques de maintenance optimales Le choix de la politique de maintenance optimale est celui qui minimalise la coût de quatre composantes: - le coût de la maintenance préventive: coût des moyens à mettre en place, en personnel, formation, documentation, outillages, instruments de mesure, bureaux, ateliers, stocks de pièces de rechange et de produits, coût des interruptions de production pour pratiquer la maintenance préventive. Ce coût est proportionnel à l importance de la maintenance préventive qu on veut effectuer. - le coût des interventions sur pannes: ce coût décroît en fonction des moyens programmés pour la prévention puisque celle-ci réduit le nombre de pannes. - le coût des interruptions de la production pour pannes et réparations de pannes. Ce poste augmente en parallèle avec le précédent. Il est aussi inversement proportionnel à l importance de la maintenance préventive car les interruptions pour maintenance préventive sont planifiées et ont donc peu ou pas d impact négatif puisqu elles pourront même dans certains cas se faire pendant les heures non ouvrables. - les coûts induits par la production réalisée avec des équipements proches de la panne ou manquant d entretien. Un exemple facile d un tel coût est la consommation anormale d une chaudière qui n a pas été entretenue. Enfin, il est clair que la politique ou plutôt les politiques de maintenance qui seront en vigueur dans l entreprise devront tenir compte de la diversité des équipements à «maintenir» comme nous l avons vu plus haut, mais aussi à l intérieur d une même famille d équipements ou d infrastructures, de l importance relative de chaque item. Selon qu une machine est ou non critique pour la production, qu un équipement est plus ou moins important en matière de sécurité ou d environnement par exemple, des décisions différentes pourront être prises quant à sa politique de maintenance. On peut retrouver ici tout l intérêt d une analyse ABC, permettant, à l intérieur d une même famille d équipements, de savoir lesquels méritent un suivi ou des inspections ou des opérations de maintenance préventive plutôt que d autres.

9 12.7. La gestion de la maintenance Supposons que la politique de maintenance ait été choisie pour chacun des domaines cités ci-dessus mais en particulier pour l outil de production et l infrastructure. Cela veut dire que par grand type de machines et d équipement, les plans de maintenance préventive sont établis. Ces plans contiennent des modes opératoires dont on peut déduire la charge de travail par type de spécialisation (mécanicien, électronicien etc). Il faut ajouter une capacité pour faire face aux interventions sur pannes car la maintenance préventive réduit la probabilité de pannes accidentelles mais ne la supprime pas. Quelques décisions importantes à prendre pour gérer la maintenance seront : - que fait-on en interne et que sous-traite-t-on? - maintenance centralisée ou décentralisée? - comment planifier les opérations de maintenance? - stockage de pièces de rechange : lesquelles et en quelle quantité? Make or buy Décider ce qu on fait soi-même et ce qu on sous-traite (problème du make or buy) est particulièrement sensible dans le domaine de la maintenance comme ce l est devenu dans le domaine du transport et de la distribution. Les entreprises tendant à se spécialiser dans leur «core business» et ont donc de plus en plus tendance à sous-traiter ce qui n est pas ce core businees et donc la maintenance. Le risque est une perte de maîtrise sur un facteur de production: plus grande difficulté d obtenir des réactions urgentes ou de changer les priorités ou les planning. Mais sous-traiter la maintenance ne veut pas dire que le fournisseur est plus éloigné. Le fournisseur de cette maintenance sous-traitée peut très bien avoir du personnel en permanence dans les installations de son client. L entreprise spécialisée dans la sous-traitance en maintenance peut offrir des compétences spécifiques, investir dans des outils de mesure, de contrôle et d essais ou encore dans des logiciels de suivi, d enregistrement et de planification des opérations de maintenance. Une entreprise de taille petite ou moyenne ne pourrait pas s offrir de tels moyens nécessaires pourtant si elle veut s inscrire dans la TPM: total productive maintenance. Ces considérations sur l externalisation de la maintenance se heurtent cependant à d autres aspects de l évolution dans l entreprise. En effet, l introduction de la philosophie de la qualité totale et l application des principes de l enrichissement des tâches entraînent que des opérations de maintenance

10 de son outil sont de plus en plus confiées à l opérateur de production lui-même. Il s agit du contraire de l externalisation et de la centralisation! Tout cela peut se combiner dans la mesure où il y a plusieurs niveaux d intervention de maintenance, comme nous l avons vu plus haut. L enrichissement des tâches de l opérateur ne concernera que la maintenance de premier niveau tandis que le débat «centralisation versus décentralisation» ou «make or buy» concerne les autres niveaux Centralisation ou décentralisation Le choix entre maintenance centralisée ou pas se traduit dans l organisation de l entreprise: En centralisé : on aura, parfois au sein des services techniques, un service maintenance avec une section méthodes, une section planning, une section outillage et un magasin de pièces. A côté de ces services, il y aura un atelier qui regroupera les mécaniciens, électriciens, hydrauliciens nécessaires. Ces derniers travailleront en atelier de maintenance ou seront envoyés par équipes dans les ateliers de production, travailler sur site. En décentralisé : on aura une section maintenance et parfois un magasin d outillage et de pièces dans chaque atelier de production. La souplesse d adaptation aux besoins et urgences de la production sera plus grande, les déplacements réduits mais la centralisation est par contre favorable à la gestion des compétences, des variations de charge de travail, la standardisation des méthodes et des pièces, l économie d échelle. On aura vite compris que le choix de faire ou de sous-traiter la maintenance, d avoir une organisation centralisée ou décentralisée sera fonction de la taille de l entreprise et du type de production Cycle de gestion de maintenance En matière de cycle de gestion de la maintenance, il y a lieu d être attentif au : - court terme: entretien préventifs, dépannages et réparations, exécution de la maintenance ; - moyen terme: interventions de maintenance préventive conditionnelles sur base de la connaissance des MTBF ou encore en fonction de l évolution d indicateurs ; - long terme: réflexion au niveau de la conception des équipements, travaux de détermination de la fiabilité des ensembles complexes sur base d études sur les composants ou de statistiques de pannes, analyse des politiques en fonction de la fiabilité, de l accessibilité, analyse des remplacements en fonction de l évolution des coûts. On peut illustrer ce cycle en prenant l exemple d une panne qui affecte une machine importante de la production: après une intervention de dépannage ayant permis (on l espère) de remettre la machine en route, il faut procéder à une analyse de la cause de la panne en même temps qu on procède à des actions de réparation plus en

11 profondeur, en remplaçant une pièce, en procédant à un réglage ou en modifiant les conditions d utilisation par exemple, afin que le dépannage ayant permis une remise en route soit relayé par des actions empêchant le renouvellement rapide de l arrêt. En fonction de ces analyses, il y aura peut-être lieu de mettre en œuvre un entretien préventif de cette machine et enfin, il y aura lieu d examiner si il n existe pas d autres machines semblables auxquelles il faut appliquer le même genre de raisonnement. Si on a trouvé par exemple qu un appareil de mesure était sensible au degré d humidité de l ambiance dans laquelle il fonctionne,, il est probable qu il faille s interroger sur les ambiances dans lesquelles opèrent d autres appareils de même technologie Gestion de pièces de rechange Last but not least, un élément important de la politique de maintenance est le choix de se constituer ou pas un stock de pièces, outillages et produits pour faire face aux pannes et pour exécuter la maintenance préventive. Que ce soit pour pouvoir intervenir rapidement en service après vente ou pour réparer rapidement une machine de production, il y a intérêt à détenir les pièces à remplacer, sous peine que les délais pour la remise en état ne soient prohibitifs. La détermination des pièces à détenir, de la quantité de chacune de ces pièces en fonction des probabilités de panne et du taux de disponibilité exigé, est un problème de logistique de soutien qui ne sera pas détaillé ici, mais qui est bien sûr à prendre en compte si on veut s assurer de la disponibilité d un équipement ou d un système complexe. Dans le contexte de ce problème et sans rentrer dans les questions soulevées dans le paragraphe précédent, il est quand même opportun de rendre attentif à une classification utile des end items, sous-ensembles et pièces les composant en matière de support: - ensembles et sous-ensembles réparables ou non réparables ; - pièces d usure : essentiellement des pièces mécaniques présentant une période de vie à taux de panne constant mais présentant souvent une croissance exponentielle de ce taux lorsqu on se rapproche de la fin de vie, ce qu on peut dans certains cas, mesurer par la mesure d une dimension ou de la composition de l huile de lubrification ou par d autres indicateurs ; - pièces de sécurité ; - circuits électroniques: ce sont les produits qui répondent le plus au profil de pannes décrit plus haut: période de «déverminage» suivie d une période pendant laquelle le taux de pannes est relativement constant. Les ensembles électroniques et par voie de conséquence les produits informatiques (en tout cas hardware) sont de plus en plus fiables. Le problème est que, intervenant dans les systèmes de conduite de processus, de guidage, d alarmes, de sécurité etc, les pannes, même rares sont lourdes de conséquences. Imaginez une panne dans un système de contrôle aérien!

12 Dès lors, on réalise dans ces systèmes, des redondances, c-à-d que si un circuit est défaillant, il est automatiquement relayé par un circuit en parallèle. Une tendance à signaler également en matière de maintenance de ces circuits est le remplacement par modules préréglés, faisable au premier niveau de maintenance Evaluation de la maintenance Comme toute fonction de l entreprise, la maintenance doit être évaluée afin de déterminer les politiques d amélioration souhaitables. Les ratios significatifs sont le taux de panne ou plutôt de disponibilité, le coût de la maintenance par unité produite ou par heure productive. La connaissance des 20% d équipements causant 80% des coûts (voir analyse ABC) permet de prendre des mesures ciblées et d obtenir des évolutions significatives des ratios pour des coûts raisonnables La GMAO: gestion de la maintenance assistée par ordinateur Dans les considérations précédentes, nous avons souvent fait allusion à des informations telles que le MTBF ou encore le MTTR ou plus généralement au planning des opérations de maintenance. Le problème est que contrairement à ce que peut croire un étudiant, la difficulté réelle n est pas de résoudre un problème connaissant ce MTBF ou ce MTTR. La difficulté est de collecter toutes les informations nécessaires pour déterminer ce MTBF ou ce MTTR. Elle réside en ceci que pour résoudre un problème de remplacement de pièce soumise à usure ou encore d investissement de remplacement d une machine de production par exemple, il faut des statistiques exactes des coûts de consommation, de pannes et de réparations, de pourcentages de rebuts en production etc. Nous nous trouvons à nouveau devant un besoin de gestion d un système d informations avec des interfaces avec la GPAO, avec les finances, etc. Les produits de GMAO ont été développés afin de rassembler dans une base de données interfacée avec le SI de l entreprise, toutes les informations nécessaires pour enregistrer, traiter et actualiser les données et process suivants : - gammes opératoires des opérations de maintenance ; - gestions des rechanges, outillages et produits nécessaires: stocks, achats, spécifications ; - planification des opérations préventives et correctives ; - statistiques des pannes: fréquence, importance, nature, pièce en cause, durée et coût ; - suivi des personnels: aspects équilibre charge-capacité, formations ; - suivi des sous-traitances ;

13 - suivi individualisé de certains composants: historique des pannes, évolution de la configuration, durée d utilisation, endroit d utilisation etc ; - budgets ; - analyses de fiabilité, propositions de politiques de maintenance. De tels systèmes de GMAO deviennent de plus en plus indispensables. Il en existe de nombreux sur le marché mais la tendance va sans doute vers une intégration de ces fonctions dans les logiciels ERP.

14 Conclusion La maintenance est une fonction essentielle dans l entreprise. Elle doit couvrir la maintenance des outils de production mais aussi le support des équipements livrés au client. La définition de politiques de maintenance réalisant une disponibilité maximale pour un coût minimal est un facteur de différenciation important. Comme pour les autres fonctions de l entreprise, cela nécessite un système d information performant et intégré.