Approche conceptuelle et holistique de la modélisation de la fiabilité des systèmes complexes

A conceptual and holistic approach to reliability modeling of complex systems

• Auteur / Autrice : Virag Wasnik
• Direction : François Pérès, Ayeley Tchangani
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Industriel
• Date : Soutenance le 20/12/2024
• Etablissement(s) : Université de Toulouse (2023-2025)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Systèmes (Toulouse ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Génie de Production (Tarbes ; 1989-....)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement délivrant conjointement le doctorat : Institut national polytechnique (Toulouse ; 1969-....)
• Jury : Président / Présidente : Benoît Iung
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Pérès, Ali Siadat, Lyes Benyoucef, Daouda Kamissoko, Carmen Martin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ali Siadat, Lyes Benyoucef
• DOI : 10.70675/8f525cdazf4e1z4f2ezac3cz4bea3e01c204

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mécatronique

Mots clés libres

Approche UCycle

Modélisation multi-échelle

Théorie de la fiabilité

Ingénierie et théorie des systèmes

UCycle approach

Multiscale Modelling

Reliability theory

Systems engineering and theory

Résumé

L’étude envisagée se place dans un contexte conceptuel d’évaluation multidimensionnelle de la fiabilité d’un système d’architecture mécatronique complexe. Plus précisément, le travail ambitionne le développement d’un cadre méthodologique innovant, en rupture avec les techniques classiques d’évaluation de la probabilité de défaillance d’un système. À l’inverse des approches traditionnelles basées sur des principes de calcul de la fiabilité par remontée progressive d’information composites issues de la combinaison de mesures de fiabilité des composants élémentaires, la méthodologie considérée est biunivoque. Dans une approche matricielle, la proposition décrite à la suite met en relation les états fonctionnel et dysfonctionnel des strates permettant de représenter les différents niveaux de décomposition d’un système complet jusqu’à ses composants de base. La méthodologie proposée part de l’évidence que les défaillances se manifestent toujours au niveau des composants les plus élémentaires, mais trouvent leur origine et propagent leurs effets à des niveaux supérieurs. La défaillance d’un composant élémentaire peut être provoquée par : une cause d’origine externe au système appliquée au composant et le plaçant hors de son cadre nominal de fonctionnement et donc de résistance ; un manque de qualité intrinsèque, lié à un défaut de conception ou de fabrication du composant le rendant inapte à assurer la fonction demandée ; un niveau de sollicitation supérieur à la charge admise, induite par le sous-système au sein duquel il évolue ; un nombre de sollicitations excédant un seuil limite et déclenchant un dysfonctionnement par fatigue. En excluant les problèmes de qualité, facteurs de dysfonctionnements non abordés dans ce travail, la démarche de modélisation de la fiabilité d’un système requiert donc une approche multidimensionnelle reliant les différents niveaux hiérarchiques du système étudié. Cette approche ne peut être uniquement multiéchelle et, si le modèle de fiabilité doit considérer à la fois la dimension spatiale (place de l’entité dans la nomenclature du système), il doit aussi prendre en compte la dimension temporelle (rythme et forme de la sollicitation et dynamique d’apparition de la défaillance). Cette représentation spatio-temporelle du comportement d’un système en fiabilité impose de combiner plusieurs vues. Le travail de thèse s’attache à la caractérisation de ces différentes vues et à leur intégration dans un même cadre méthodologique.

The study envisaged is placed in a conceptual context of a multidimensional assessment of the reliability of a complex mechatronic architecture system. More specifically, the aim is to develop an innovative methodological framework that breaks with conventional techniques for assessing the probability of failure of a system. Unlike traditional approaches based on the principles of calculating reliability by progressively feeding back composite information derived from the combination of reliability measurements of elementary components, the methodology under consideration is bi-univocal. Using a matrix approach, the proposal described below relates the functional and dysfunctional states of the strata to represent the different levels of decomposition of a complete system down to its basic components.The proposed methodology is based on the evidence that failures always occur at the level of the most elementary components, but originate and propagate their effects at higher levels. The failure of an elementary component can be caused by :a cause external to the system, applied to the component and placing it outside its nominal operating range and therefore resistance ;a lack of intrinsic quality, linked to a design or manufacturing defect in the component, making it incapable of performing the required function;a level of stress in excess of the permissible load, induced by the subsystem within which it operates;a number of stresses exceeding a limit threshold, triggering a malfunction due to fatigue.Excluding quality problems, which are factors in malfunctions not addressed in this work, the process of modelling the reliability of a system therefore requires a multidimensional approach linking the different hierarchical levels of the system under study. This approach cannot be purely multi-scale and, while the reliability model must consider both the spatial dimension (the place of the entity in the system nomenclature), it must also take into account the temporal dimension (the rate and form of stress and the dynamics of failure occurrence). This spatio-temporal representation of a system's reliability behaviour requires a combination of several views. This thesis focuses on characterising these different views and integrating them into a single methodological framework.