Fiche de révision : Modélisation et analyse de fiabilité

📋 Plan du Cours

1. Dossier préliminaire HSE
2. Analyse RAMS par simulation
3. Objectifs de l’analyse RAMS
4. Approches de la fiabilité
5. Notions de sûreté de fonctionnement
6. Systèmes et fonctions étudiés
7. Classification des fonctions
8. Analyse fonctionnelle et SADT
9. Structures et fiabilité des systèmes
10. Défaillances et modes de défaillance
11. Causes et analyse des défaillances

📖 1. Dossier préliminaire HSE

★ À maîtriser

• Le dossier préliminaire HSE comprend une description générale détaillée du procédé et des équipements, ainsi que les PFD et P&ID.

• Les études de risque comprennent : l’étude de danger (EDD), l’étude d’impact sur l’environnement (EIE), l’étude HAZID, l’étude HAZOP, l’étude SIL, la philosophie HSE, le plan hygiène et sécurité (PHS), l’analyse RAMS et l’analyse quantitative des risques et dangers (QRA)

Compléments

• Les spécifications, notes de calcul et plans couvrent : le plan de masse et les distances de sécurité entre équipements, l’arrêt d’urgence et la dépressurisation, la cuvette de rétention et le drainage ouvert, la protection contre la surpression, la classification des zones dangereuses ATEX, la mise à la terre et la protection contre la foudre

• Les moyens de protection incendie comprennent : la détection gaz et flamme, le système d’eau anti-incendie, son réseau et ses pompes, le système d’alerte et de signalisation, les systèmes d’extinction automatique ou manuelle, dont les sprinklers et le système déluge, les équipements portables de lutte contre l’incendie et leur plan d’implantation

• Le volet organisationnel comprend : le suivi des rejets liquides et des émissions atmosphériques, les matrices de sécurité et de procédé, le plan de prévention HSE pour la phase de construction, la procédure de gestion des modifications pendant l’EPC, le système de gestion de la sécurité (SGS), le plan de gestion environnemental (PGE), le plan d’intervention interne (PII)

📖 2. Analyse RAMS par simulation

🔑 Notions clés & Définitions

• Analyse RAMS avancée par simulation : L’analyse RAMS avancée par simulation prédit la performance d’un actif selon sa configuration, en termes de fiabilité, disponibilité, maintenabilité et sécurité, et ajoute des capacités liées aux opérations de l’industrie pétrolière et gazière pour évaluer l’efficacité d’utilisation et de production.

📝 Points essentiels

• Les facteurs pris en compte comprennent :
  • la performance des équipements
  • la redondance
  • les stratégies de maintenance
  • la logistique
  • les exigences de demande

📖 3. Objectifs de l’analyse RAMS

★ À maîtriser

• L’analyse RAMS vise à maximiser l’efficacité de l’installation et ses niveaux de fiabilité, ainsi que la production et le débit de produits.

• L’analyse RAMS vise à minimiser : les coûts de personnel, les coûts de matériaux, la charge de travail de maintenance, les besoins de transport et de soutien, les temps d’arrêt affectant les revenus et les coûts d’exploitation

Compléments

• L’analyse RAMS doit maintenir le respect des nominations contractuelles et des exigences du dossier de sécurité.

📖 4. Approches de la fiabilité

🔑 Notions clés & Définitions

• Fiabilité : La fiabilité est l’aptitude d’un élément à accomplir la fonction requise dans un contexte d’exploitation donné et pendant une durée déterminée, sous des conditions environnementales et opérationnelles spécifiées, selon la norme IEC 60050-191.

★ À maîtriser

📌 La fiabilité structurelle, aussi appelée approche physique, évalue les charges et les contraintes et s’applique principalement aux éléments structurels, tandis que la fiabilité des systèmes, aussi appelée approche actuarielle, étudie le temps avant défaillance des composants et s’applique principalement aux composants et aux systèmes.

Compléments

• Dans la définition de la fiabilité, le terme « élément » désigne tout système technique, sous-système ou composant.

💡 Astuce mémo

L’approche structurelle observe les contraintes physiques ; l’approche systèmes étudie le temps avant défaillance.

📖 5. Notions de sûreté de fonctionnement

🔑 Notions clés & Définitions

• Maintenabilité : La maintenabilité est l’aptitude d’un élément, dans des conditions d’utilisation spécifiées, à être maintenu ou rétabli dans un état lui permettant d’accomplir la fonction requise, lorsque la maintenance est effectuée selon des conditions, procédures et ressources prescrites.
• Disponibilité : La disponibilité mesure la capacité d’un élément à fonctionner à un instant futur ou pendant un intervalle futur.

• Sûreté de fonctionnement : La sûreté de fonctionnement englobe la fiabilité, la maintenabilité et la disponibilité, et inclut parfois aussi la sécurité et la cybersécurité; l’IEC la définit comme l’aptitude d’un élément à fonctionner comme et quand cela est requis (IEV 192-01-01).
• Maintenance : La maintenance est l’ensemble des actions techniques et de gestion effectuées pendant le cycle de vie d’un élément pour le maintenir ou le rétablir dans un état lui permettant d’accomplir la fonction requise, selon l’IEV 192-06-01.
• Capacité de récupération : La capacité de récupération est l’aptitude d’un élément à se remettre d’une défaillance sans réparation.
• Soutien à la maintenance : Le soutien à la maintenance désigne les ressources disponibles pour la maintenance, telles que les ateliers, le personnel qualifié et les outils.
• Qualité : La qualité est l’ensemble des caractéristiques d’un produit ou d’un service qui déterminent son aptitude à satisfaire des besoins exprimés ou implicites.
• Sécurité : La sécurité est l’absence de risque inacceptable causé par l’élément technique.
• Sûreté contre les actes malveillants : La sûreté contre les actes malveillants est la sûreté de fonctionnement appliquée à la prévention des actes hostiles délibérés, qui peuvent être des attaques physiques comme l’incendie criminel, le sabotage ou le vol, ou des cyberattaques.

★ À maîtriser

📌 La qualité désigne généralement la conformité d’un élément à ses spécifications au moment de sa fabrication, tandis que la fiabilité désigne sa capacité à rester conforme pendant sa durée de vie utile.

Compléments

• La disponibilité dépend de la fiabilité, de la capacité de récupération et de la maintenabilité de l’élément, ainsi que de la performance du soutien à la maintenance.

💡 Astuce mémo

La qualité décrit la conformité à la fabrication ; la fiabilité décrit son maintien dans le temps.

📖 6. Systèmes et fonctions étudiés

🔑 Notions clés & Définitions

• Système : Un système est une structure composée de plusieurs éléments dont l’état dépend des états des composants au moyen d’une fonction de structure.

• Frontière du système : La frontière du système précise quels éléments sont inclus dans l’objet de l’étude de fiabilité et lesquels en sont exclus.
• Fonction : Une fonction est une tâche ou une action qu’un élément a été conçu pour accomplir; elle requiert une ou plusieurs entrées pour produire une sortie et mobilise généralement des ressources techniques ou autres ainsi qu’un contrôle.

★ À maîtriser

• Dans le modèle binaire présenté, le système et ses composants ont chacun deux états possibles : fonctionnement, représenté par 1, et défaillance, représentée par 0.

Compléments

• Les hypothèses et conditions limites d’une étude de fiabilité doivent être clairement documentées, notamment les objectifs, le niveau de détail, les conditions environnementales, le mode d’exploitation, les phases opérationnelles incluses et les contraintes externes considérées.

• L’identification des défaillances potentielles exige de connaître les fonctions de l’élément et les critères de performance associés à chacune.

📖 7. Classification des fonctions

★ À maîtriser

📌 Les fonctions essentielles sont celles qui sont requises pour remplir la finalité prévue de l’élément.

Compléments

• Les fonctions auxiliaires sont requises pour soutenir les fonctions essentielles.

• Les fonctions de protection visent à protéger les personnes, les équipements et l’environnement contre les dommages et les blessures.

• Les fonctions d’interface s’appliquent aux interfaces entre l’élément étudié et d’autres éléments, et ces interfaces peuvent être actives ou passives.

📖 8. Analyse fonctionnelle et SADT

🔑 Notions clés & Définitions

• Arbre fonctionnel : Décomposition fonctionnelle hiérarchique qui commence par une fonction ou une mission du système.

★ À maîtriser

• L’analyse fonctionnelle vise à identifier toutes les fonctions de l’élément et celles requises dans ses différents modes de fonctionnement.

• L’analyse fonctionnelle décompose hiérarchiquement les fonctions, décrit leur réalisation et leurs exigences de performance, identifie leurs relations et repère les interfaces avec les autres systèmes et l’environnement.

• La méthode SADT, ou structured analysis and design technique, a été introduite par Douglas T. Ross de Sof Tech Inc. en 1973.

• Chaque bloc fonctionnel est décrit par cinq éléments :

  • La fonction à réaliser
  • Les entrées nécessaires
  • Les contrôles qui gouvernent l’exécution
  • Les ressources nécessaires
  • Les sorties produites

Compléments

• L’analyse fonctionnelle est une étape importante de l’ingénierie des systèmes, selon Blanchard and Fabrycky (2011).

• Les entrées d’une fonction SADT sont l’énergie, les matériaux et les informations nécessaires à sa réalisation.

📌 Les sorties d’une fonction SADT peuvent être séparées en sorties souhaitées et sorties indésirables, et la sortie d’un bloc peut devenir l’entrée d’un autre bloc.

📖 9. Structures et fiabilité des systèmes

🔑 Notions clés & Définitions

• Système complexe : Système qui ne peut pas être adéquatement compris et analysé par les approches traditionnelles, car il est davantage que la somme de ses composants.

• Diagramme de blocs de fiabilité : Graphe orienté vers le succès, avec une source unique et un terminal unique, où chaque bloc représente une fonction de composant.
• Système compliqué : Système comportant un grand nombre de composants ayant un degré important d’interrelations et d’interdépendances.

★ À maîtriser

📌 Une structure en série fonctionne si et seulement si ses n blocs fonctionnent tous ; elle tombe en panne dès qu’un bloc tombe en panne.

📌 Une structure en parallèle fonctionne tant qu’au moins un de ses n blocs est capable de fonctionner.

Compléments

• Un système simple est facile à comprendre et peut être analysé en suivant une procédure ou un algorithme défini ; il possède généralement peu de composants.

• Un diagramme de blocs de fiabilité est un diagramme logique indiquant quand la fonction du système est opérationnelle, et non un schéma de l’agencement physique du système.

• Une structure votée k-sur-n fonctionne tant qu’au moins k de ses n blocs fonctionnent, avec k ≤ n ; le cas n-sur-n correspond à une structure en série et le cas 1-sur-n à une structure en parallèle.

💡 Astuce mémo

En série, tous les blocs sont nécessaires ; en parallèle, un seul bloc suffit.

📖 10. Défaillances et modes de défaillance

🔑 Notions clés & Définitions

• Défaillance : Cessation de la capacité d’un élément à fonctionner comme requis, constituant un événement qui survient à un moment donné.
• Défaut : État dans lequel un élément ne peut pas fonctionner comme requis ; sa durée peut être négligeable ou permanente.
• Mode de défaillance : Description de la manière dont une défaillance se produit, indépendamment de sa cause, sans expliquer pourquoi elle est survenue.

📝 Points essentiels

📌 Un défaut de type 1 apparaît à la suite d’une défaillance, qui fait passer l’élément d’un état fonctionnel à un état de défaut.

• Un défaut de type 2 peut être introduit lors :

  • De la spécification
  • De la conception
  • De la fabrication
  • Du transport
  • De l’installation
  • De l’exploitation
  • De la maintenance

• Les six modes de défaillance d’un robinet cités sont :

  • Ne pas s’ouvrir à la demande et fournir de l’eau
  • Ne pas se fermer à la demande et arrêter l’écoulement
  • Fuir par goutte-à-goutte
  • Fuir par les joints
  • Ne pas réguler le débit d’eau
  • Ne pas réguler la température

💡 Astuce mémo

La défaillance est un événement ; le défaut est un état.

📖 11. Causes et analyse des défaillances

★ À maîtriser

📌 Un mode de défaillance est généralement causé par une ou plusieurs causes de défaillance et peut produire un effet de défaillance ; toute défaillance a au moins une cause.

Compléments

• Dans l’exemple d’un système d’airbag mal installé, l’erreur d’installation commune à toutes les voitures du même type constitue une cause systématique ; les véhicules doivent être rappelés, et le constructeur automobile assume les conséquences, sauf si les instructions d’installation étaient trompeuses ou ambiguës.

• Pour les conducteurs et les passagers, une défaillance systématique a les mêmes conséquences qu’une défaillance primaire due à une défaillance matérielle aléatoire.

• Les causes possibles de l’absence de réponse du système comprennent :

  • Une défaillance matérielle aléatoire du système instrumenté de sécurité
  • Des détecteurs inadaptés au gaz concerné ou mal étalonnés
  • Des détecteurs installés trop haut alors que le gaz est plus lourd que l’air
  • Des détecteurs installés près d’un ventilateur
  • Des détecteurs inhibés pendant la maintenance et non réactivés
  • Un défaut logiciel empêchant le détecteur de déclencher l’alarme
  • Des détecteurs endommagés, par exemple par sablage

• 🔄 L’analyse remonte les causes dans l’ordre suivant :

  1. Le moteur ne tourne pas, ce qui empêche la voiture de démarrer
  2. La batterie est déchargée
  3. L’alternateur ne fonctionne pas
  4. La courroie de l’alternateur est cassée
  5. La courroie n’a pas été remplacée selon le calendrier d’entretien du fabricant