Modélisation stochastique de la dégradation et de la maintenance de systèmes dynamiques dans le plan complexe

Stochastic modelling of degradation and of maintenance for dynamical systems in complex plane

• Auteur / Autrice : Tran Minh Hao La
• Direction : Antoine Grall, Khac Tuan Huynh
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optimisation et Sûreté des Systèmes
• Date : Soutenance le 01/10/2020
• Etablissement(s) : Troyes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Charles Delaunay / ICD
• Jury : Président / Présidente : Mitra Fouladirad
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Antoine Grall, Khac Tuan Huynh, Mitra Fouladirad, John Jairo Martinez Molina, Kamal Medjaher, Zeina Al Masry
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : John Jairo Martinez Molina, Kamal Medjaher

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation, Méthodes de

Statistique mathématique

Processus stochastiques

Apprentissage automatique

Entretien

Théorie de la prévision

Modèles mathématiques

Détérioration

Systèmes complexes

Systèmes dynamiques aléatoires

Mots clés libres

Systèmes dynamiques aléatoires

Systèmes complexes -- Détérioration -- Modèles mathématiques

Prévision, Théorie de la

Entretien -- Modèles mathématiques

Apprentissage automatique

Processus stochastiques

Statistique mathématique

Simulation, Méthodes de

Random dynamical systems

Complex systems--Deterioration--Mathematical models

Prediction theory

Maintenance--Mathematical models

Machine learning

Stochastic processes

Mathematical statistics

Simulation methods

Résumé

Le cadre des systèmes dynamiques couvre un large éventail d’applications dans l'industrie et les services. Assurer le bon fonctionnement de tels systèmes est un défi majeur étant donné leur complexité. Ces travaux de thèse abordent cette thématique sous l’angle de la modélisation stochastique de la dégradation, du pronostic de durée de vie et de l’optimisation de la maintenance prévisionnelle. Nous considérons que les signaux entrée-sortie sont la seule source d'information disponible pour la surveillance d’un système dynamique donné. Nous explorons la synergie entre la performance, la localisation du pôle dominant et les signaux entrée-sortie du système pour synthétiser dans le plan complexe plusieurs indicateurs décrivant le niveau de dégradation. L’évolution de ces indicateurs est modélisée par des processus stochastiques à temps continu. Ces modèles nous permettent d’estimer en temps réel la durée de vie résiduelle du système c'est à dire le temps restant avant défaillance. Plusieurs politiques de maintenance prévisionnelle à structure multi-niveaux sont proposées, évaluées et optimisées. L'ensemble des modèles développés a été validé et illustré pour un système Masse-Ressort-Amortisseur dont le ressort et l’amortisseur sont deux composants soumis à dégradation. Les résultats numériques menés montrent l'intérêt de l’étude de la dégradation et de la maintenance de systèmes dynamiques dans le plan complexe.

Nowadays, dynamic systems cover a wide range of applications in industry. Ensuring the well-performing of such systems is a significant challenge due to the very varied behavior of their components. This thesis focuses on this topic from the angle of stochastic modeling of degradation, lifetime prognosis and optimization of predictive maintenance. Only input-output signals are considered for system monitoring. The relationship between the performance, the dominant pole and the input-output signals of such a system have been explored in order to synthesize some indicators in the complex plane that can describe the level of degradation of the system. Then, continuous time stochastic processes are used to model the evolution of these indicators. This allows us to estimate in real time the remaining service life of the system, i.e. the time before failure. Several predictive maintenance policies with a multi-level structure are also proposed, evaluated and optimized. All the models developed have been validated and illustrated for a Mass-Spring-Damper system in which the spring and the damper are two deteriorating components. The numerical results obtained show the interest of studying the degradation and maintenance of dynamic systems in the complex plane.