MODELISATION DES COUTS DE MAINTENANCE : APPLICATION ...
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3 e Conférence Francophone de MOdélisation et SIMulation « Conception, Analyse et Gestion des Systèmes<br />
Industriels » MOSIM’01 – du 25 au 27 avril 2001 – Troyes (France)<br />
<strong>MO<strong>DE</strong>LISATION</strong> <strong><strong>DE</strong>S</strong> <strong>COUTS</strong> <strong>DE</strong> <strong>MAINTENANCE</strong> : <strong>APPLICATION</strong> SUR<br />
L'INSTALLATION D'EXPERIMENTATION AIRIX<br />
Lionel DUMONT, Laurent MOREL<br />
LIGERON S.A.<br />
Bâtiment Euclide, Parc des Algorithmes<br />
Saint-Aubin<br />
91194 GIF SUR YVETTE CE<strong>DE</strong>X<br />
Mail : Lionel.Dumont @ligeron.com<br />
RESUME : Cette présentation expose la démarche de modélisation du coût de maintenance qui a été mise en place au<br />
CEA pour préparer et optimiser l'exploitation de l'installation d'expérimentation AIRIX.<br />
L'installation AIRIX, récemment inaugurée, est un dispositif de radiographie X à haute énergie, nécessitant la mise en<br />
œuvre de technologies diverses et complexes. En particulier, les « tirs » effectués requièrent une disponibilité<br />
opérationnelle élevée de l'ensemble des équipements, sans oublier la sécurité. La maintenance nécessite donc d'y être<br />
planifiée, préparée.<br />
Un modèle de coût prévisionnel de maintenance a pu être établi pour :<br />
−<br />
−<br />
−<br />
−<br />
estimer le coût de maintenance, avant même la mise en exploitation,<br />
identifier les articles critiques au sens de la disponibilité,<br />
optimiser les contrats de maintenance,<br />
à plus long terme, permettre aux exploitants d'optimiser le plan de maintenance.<br />
Ce modèle, inséré dans un outil informatique de gestion de base de donnée, permet d'analyser les conséquences des<br />
décisions relatives à l'organisation des tâches de maintenance sur les coûts de maintenance et sur la disponibilité de<br />
l'installation.<br />
MOTS CLES : Plan de maintenance, disponibilité, coût global de possession, base de données.<br />
1. INTRODUCTION<br />
AIRIX (Accélérateur à Induction de Radiographie pour<br />
Imagerie X) est l'une des grandes installations de la<br />
Direction des Applications Militaires (DAM) du CEA<br />
mise en œuvre dans le cadre du programme<br />
SIMULATION. La SIMULATION doit permettre de<br />
garantir la sûreté et la fiabilité des armes nucléaires lors<br />
de leur renouvellement. L'un des points clés de la<br />
SIMULATION passe par l'amélioration des moyens<br />
d'expérimentations froides, c'est-à-dire sans matière<br />
nucléaire. Le complexe AIRIX aura pour mission la<br />
réalisation de mesures radiographiques éclair de forte<br />
puissance, ainsi que d’autres mesures<br />
A compter de la fin de l'année 2000, l'installation<br />
entrera dans sa phase d'exploitation et devra<br />
fonctionner avec une disponibilité opérationnelle et une<br />
sécurité élevées. Un plan de maintenance a été élaboré.<br />
Par conséquent, il semblait nécessaire au CEA de<br />
construire un modèle afin d'estimer le coût de<br />
maintenance avant puis pendant l'exploitation, cela dans<br />
une optique d'optimisation de la rédaction des contrats de<br />
maintenance et d'amélioration du plan de maintenance.<br />
2. <strong>MO<strong>DE</strong>LISATION</strong> DU COUT <strong>DE</strong> <strong>MAINTENANCE</strong><br />
Le coût d'exploitation d'une installation telle qu'AIRIX<br />
peut se décomposer en deux postes principaux :<br />
− Le coût de maintenance qui regroupe les coûts des<br />
interventions correctives et préventives nécessaires pour<br />
maintenir l'installation au niveaux de disponibilité et<br />
sécurité requis. Il comprend également l'ensemble des<br />
coûts logistiques nécessaires aux opérations de<br />
maintenance ainsi que les frais généraux imputables à<br />
l'existence d'une infrastructure de maintenance (hommes<br />
et équipements).<br />
− Le coût d'expérimentation qui regroupe les coûts<br />
relatifs à l'utilisation effective de l'installation, dans le<br />
cadre de sa mission. Il est composé pour l'essentiel du coût
MOSIM’01 – du 25 au 27 avril 2001 – Troyes (France)<br />
relatif à l'équipe d'expérimentation, hors personnels de<br />
maintenance. Ce coût dépend donc pour l'essentiel de<br />
l'effectif et de l'organisation de cette équipe<br />
d'expérimentateurs.<br />
Les éléments constitutifs du coût d'expérimentation<br />
(effectif et organisation de l'équipe d'expérimentateurs)<br />
sont en dehors du périmètre du modèle. L'étude a été<br />
focalisée sur la synthèse du coût annuel prévisionnel<br />
de maintenance.<br />
Le plus généralement, les coûts de maintenance d'une<br />
installation se décomposent comme suit :<br />
a<br />
b<br />
c<br />
d<br />
e<br />
f<br />
g<br />
Coût de main d'œuvre d'intervention : temps<br />
passé x taux horaire<br />
Frais généraux de la fonction maintenance<br />
(main d'œuvre indirecte, énergie, outillages,<br />
etc.)<br />
Coût de possession des stocks d'article de<br />
rechange<br />
Consommation en articles de rechange (achat,<br />
transport, passation de commande)<br />
Contrats forfaitaires de maintenance (part<br />
indépendante du nombre d'interventions)<br />
Travaux sous-traités sur interventions<br />
(contrats en dépense contrôlée)<br />
Coût d'arrêt d'expérimentation<br />
Les coûts b, c et e sont dits coûts fixes, car ils sont<br />
indépendants du nombre d'interventions réalisées sur<br />
une année 1 .<br />
Les coûts a, d, f, g sont dits coûts proportionnels car<br />
ils dépendent directement du nombre d'interventions de<br />
maintenance réalisées pendant l'année.<br />
On appelle coûts directs de maintenance l'ensemble<br />
des coûts relatifs à la réalisation des opérations de<br />
maintenance (approvisionnements et frais<br />
administratifs compris). Les coûts directs regroupent<br />
les rubriques a à f.<br />
2.1. Analyse des tâches de maintenance<br />
Le principe de base du modèle proposé consiste à<br />
effectuer un calcul prévisionnel de coût direct et<br />
d'indisponibilité pour chacune des tâches définies dans le<br />
plan de maintenance. En effet, le plan de maintenance de<br />
l'installation recense et définit :<br />
− les tâches de maintenance préventive (opérations<br />
périodiques destinées à éviter l'apparition de défaillances),<br />
− les tâches de maintenance corrective (opérations<br />
destinées à remettre en état le matériel après apparition<br />
d'une défaillance).<br />
Les paramètres utilisés dans la synthèse des taux de<br />
disponibilité (Dia) et coûts directs de maintenance (Cda)<br />
sont les suivants :<br />
Symbole Grandeur physique associée Unité<br />
dimensionnelle<br />
I<br />
Fa<br />
λ<br />
T<br />
K 3<br />
d<br />
n<br />
Taux d'indisponibilité<br />
consécutif à une tâche de<br />
maintenance (prévue au plan<br />
de maintenance)<br />
Fréquence annuelle<br />
prévisionnelle de la tâche de<br />
maintenance<br />
Taux de défaillance de<br />
l'article (ou sous-ensemble)<br />
concerné. λ= 1 / MTBF.<br />
Durée d'arrêt (indisponibilité)<br />
consécutif à une tâche 2<br />
Coefficient correcteur<br />
caractérisant des articles<br />
fortement ou faiblement<br />
contraignants en termes<br />
d'indisponibilité<br />
Périodicité de la tâche de<br />
maintenance préventive<br />
sans<br />
dimensions<br />
an -1<br />
h -1 ou tir -1<br />
h<br />
sans<br />
dimensions<br />
Population de l'article sans<br />
considéré sur l'installation dimensions<br />
AIRIX<br />
(nombre<br />
d'unités)<br />
Tableau 1. Paramètres utilisés<br />
h<br />
On appelle coûts indirects de maintenance l'ensemble<br />
des coûts engendrés par l'indisponibilité de<br />
l'installation (renouvellement d'une campagne d'essais,<br />
personnel inutilisé, etc.) les coûts indirects de<br />
maintenance correspondent à la rubrique g.<br />
1 Nota : Le coût de possession des stocks (c) n'est pas<br />
complètement indépendant du nombre d'interventions<br />
car il dépend du volume de matériel stocké. Par<br />
hypothèse, on suppose l'indépendance de ces données.<br />
2 en maintenance corrective, cette durée d'arrêt doit inclure<br />
les temps logistiques de préparation de l'intervention et<br />
d'arrivée des équipes sur les lieux.<br />
3 K est un coefficient pondérateur du taux de défaillance, il<br />
n'intervient donc pas dans le calcul de l'indisponibilité en<br />
préventif
MOSIM’01 – du 25 au 27 avril 2001 – Troyes (France)<br />
2.2. Calculs de l'indisponibilité relative à une tâche<br />
de maintenance<br />
Selon les différents cas, le taux d'Indisponibilité (I)<br />
s'exprime (de manière simplifiée) 4 par :<br />
Tâches de<br />
maintenance<br />
Corrective<br />
Tâches de<br />
maintenance<br />
préventive<br />
Cas d'un<br />
MTBF<br />
exprimé par<br />
tir<br />
I = n. λ.T.K.<br />
T<br />
I = n.<br />
d<br />
A<br />
B<br />
Cas d'un<br />
MTBF<br />
exprimé en<br />
heures<br />
Cas d'un<br />
MTBF<br />
infini<br />
(Pièces de<br />
structure)<br />
I =<br />
I = n. λ.T.K<br />
0<br />
T<br />
I = n.<br />
d<br />
Tableaux 2. Calcul de l'indisponibilité<br />
T<br />
I = n.<br />
d<br />
La durée d'indisponibilité annuelle Dia, imputable à la<br />
tâche, s'exprime alors :<br />
Dia = I×<br />
B . Le résultat s'exprime en h/an.<br />
Le paramètre B représente le nombre d'heures dans une<br />
année (ici B= 8760). Le paramètre A représente le<br />
nombre de tirs machines effectués dans une année.<br />
NB : pour affiner l'efficacité du modèle il convient<br />
d'identifier les tâches de maintenance telles que I = 0.<br />
Il s'agit des tâches qui, par nature, ne provoquent pas<br />
d'indisponibilité d'installation (exemple : réglages en<br />
cours de fonctionnement).<br />
2.3. Calculs du coût direct imputable à une tâche de<br />
maintenance<br />
Selon les différents cas, la fréquence annuelle d'une<br />
tâche (Fa) s'exprime par :<br />
Tâches de<br />
maintenance<br />
Corrective<br />
Tâches de<br />
maintenance<br />
préventive<br />
Cas d'un<br />
MTBF<br />
exprimé<br />
par tir<br />
Fa A. λ.<br />
Cas d'un<br />
MTBF<br />
exprimé en<br />
heures<br />
Fa B. λ<br />
Cas d'un<br />
MTBF infini<br />
(Pièces de<br />
structure)<br />
Fa =<br />
= = . 0<br />
B<br />
Fa =<br />
d<br />
B<br />
Fa =<br />
d<br />
Tableau 3. Calcul du coût direct<br />
B<br />
Fa =<br />
d<br />
(coût de main d'œuvre + coût des articles de rechange +<br />
autres coûts éventuels (logistiques)).<br />
Le coût annuel de maintenance (CAM) s'exprime alors :<br />
CAM = b + c + e +<br />
t<br />
∑<br />
i=<br />
1<br />
(Cdai + α.Diai<br />
)<br />
t représente le nombre de tâches de maintenance prévues<br />
au plan de maintenance. i caractérise chaque tâche de<br />
maintenance.<br />
α correspond au coefficient de proportionnalité entre le<br />
coût d'arrêt d'expérimentation et le temps d'indisponibilité<br />
de l'installation, sur un an. Ce coefficient de<br />
proportionnalité étant à ce jour inconnu, l'application<br />
informatique associée met uniquement en évidence le<br />
nombre d'heures d'indisponibilité prévisionnelle en cumul<br />
annuel.<br />
3. <strong>APPLICATION</strong> SUR LA BASE <strong>DE</strong> DONNEES<br />
<strong><strong>DE</strong>S</strong> TACHES <strong>DE</strong> <strong>MAINTENANCE</strong><br />
Ce modèle de calcul des coûts de maintenance a pu être<br />
mise en œuvre sur la base de données qui contient :<br />
− l'inventaires des équipements : arborescence<br />
« logistique »,<br />
− l'inventaire des tâches de maintenance préventives,<br />
correctives, logistiques : plan de maintenance,<br />
− le lien entre les tâches de maintenance et les<br />
équipements.<br />
Pour cela, un outil de modélisation / simulation a été<br />
spécialement développé car la base de données des tâches<br />
de maintenance n'est pas une GMAO "conventionnelle" du<br />
commerce, mais une base de données spécifiquement<br />
élaborée pour le projet du CEA.<br />
La base de données relationnelle obtenue correspond au<br />
type de structuration suivante :<br />
Le coût direct annuel de maintenance Cda, imputable à<br />
la tâche s'exprime alors Cda = Fa × n × Ct , où Ct<br />
représente le coût direct de la tâche de maintenance<br />
4 on considère que les équipements sont en série, donc<br />
lorsqu'une unité est défaillante l'installation est<br />
indisponible.
MOSIM’01 – du 25 au 27 avril 2001 – Troyes (France)<br />
Ces formulaires comportent :<br />
− Un filtre permettant de sélectionner un article (code<br />
LCN ) ainsi que les articles qui le constituent.<br />
− Un filtre permettant de sélectionner une seule<br />
catégorie de tâches de maintenance (préventif, correctif,<br />
logistique).<br />
− Une commande permettant de trier parmi les tâches<br />
de maintenance affichées, les tâches les plus pénalisantes<br />
en terme d'indisponibilité ou en terme de coûts directs.<br />
Figure 1. Structuration de la base de données<br />
Cette base de données est pilotée par une interface<br />
utilisateur dédiée au fonctionnement du modèle de coût<br />
de maintenance.<br />
3.1. Menu général<br />
L'interface utilisateur de cet outil de modélisation /<br />
simulation recherche la simplicité. Le menu général<br />
donne accès aux fonctionnalités suivantes :<br />
− « LCN » : accès aux données de l'arborescence<br />
logistiques et notamment aux valeurs des MTBF<br />
associées à chaque article.<br />
− « Indisponibilité » : accès au tableau de synthèse<br />
des tâches prévisionnelles de maintenance analysées au<br />
point de vue des durées d'indisponibilité.<br />
− « Coût direct » : accès au tableau de synthèse des<br />
tâches prévisionnelles de maintenance analysées au<br />
point de vue des coûts directs.<br />
− Paramétrer les taux horaires de main d'œuvre, pris<br />
en compte pour l'évaluation des coûts directs<br />
(prévisionnels) de maintenance.<br />
− Etat des données modifiées suite aux simulations,<br />
pour décision. Les tâches de maintenance et articles<br />
LCN ayant étés modifiés sont listés pour permettre leur<br />
prise en compte dans le plan de maintenance, si cela est<br />
décidé.<br />
3.2. Interfaces « Point de vue indisponibilité » et<br />
« Point de vue coût direct »<br />
Ces interfaces permettent respectivement d'effectuer<br />
des simulations sur les temps annuels d'indisponibilité<br />
et sur les coûts directs. Ces formulaires se présentent<br />
sous la forme d'une liste des tâches du plan de<br />
maintenance, faisant apparaître les données<br />
d'indisponibilité (respectivement, les données de coût<br />
direct) imputables à chacune des tâches.<br />
− Une commande permettant d'exporter ces données<br />
vers EXCEL pour faire d'autres analyses.<br />
4. RESULTATS OBTENUS<br />
L'outil de modélisation a permis de réaliser plusieurs<br />
analyses avant le début d'exploitation, permettant ainsi au<br />
CEA d'avoir une vue plus précise des futurs coûts de<br />
maintenance de l'installation.<br />
Il a permis en particulier, à partir du plan de maintenance :<br />
− D'identifier les tâches pénalisantes en termes de coût<br />
et/ou de disponibilité,<br />
− De calculer les coûts directs annuels de maintenance<br />
préventive,<br />
− D'évaluer la part du coût de maintenance corrective<br />
compte tenu des taux de défaillance définis pour les<br />
organes concernés,<br />
− D'évaluer la valeur optimale d'un seuil de dépense<br />
forfait / dépenses contrôlées, en vue de la rédaction des<br />
contrats de maintenance.<br />
4.1. Identification des tâches pénalisantes :<br />
Cette identification permettra de concentrer les efforts<br />
d'amélioration sur les tâches les plus pénalisantes<br />
sélectionnés afin d'optimiser au mieux le plan de<br />
maintenance et donc de diminuer l'indisponibilité de<br />
l'installation et les coûts de maintenance.<br />
4.2. Calcul des coûts directs annuels de maintenance :<br />
Pour chaque type de tâche de maintenance, les résultats<br />
ont été présentés dans un tableau indiquant pour plusieurs<br />
tranches de coûts directs unitaires, le nombre de tâches<br />
prévues au plan de maintenance, le nombre de tâches<br />
annuelles et le coût direct annuel (voir exemple ci-dessous<br />
concernant un groupe d'équipements).
MOSIM’01 – du 25 au 27 avril 2001 – Troyes (France)<br />
Coût direct<br />
unitaire<br />
Nb de<br />
tâches<br />
prévues au<br />
plan<br />
Nb de<br />
tâches<br />
annuelles<br />
Coût direct<br />
annuel<br />
0 : 4999 80 834,19<br />
5000 : 9999 6 6<br />
10000 : 14999 2 2<br />
15000 : 19999 1 1<br />
20000 : 24999 2 2<br />
95000 : 99999 1 0,57<br />
Total des coûts =<br />
Tableau 4. Exemple de tableaux de coût direct<br />
4.3. Evaluation de la part dépenses contrôlées et<br />
part forfaitaire par fixation d'un seuil :<br />
Les contrats de maintenance de l'installation AIRIX<br />
comprennent deux types de modalités de rémunération<br />
des travaux :<br />
− redevance ferme et forfaitaire annuelle concernant<br />
toutes les tâches de maintenance préventive et les<br />
tâches de maintenance corrective dont le montant est<br />
inférieur à un seuil fixé,<br />
− dépenses contrôlées concernant les tâches de<br />
maintenance corrective dont le montant est supérieur<br />
au seuil fixé ; ceci signifie que ces tâches sont facturées<br />
individuellement.<br />
Le principe du seuil a pour but de limiter le nombre<br />
d'interventions facturées individuellement, afin de<br />
réduire les frais administratifs de traitement de<br />
commande. Ainsi, il est recherché une proportion<br />
d'environ 90% des interventions correctives dans<br />
l'enveloppe forfaitaire.<br />
Le modèle permet de déterminer ce seuil en proposant<br />
une courbe indiquant la fréquence annuelle des tâches<br />
de maintenance corrective en fonction des coûts<br />
unitaires directs (voir exemple ci-dessous).<br />
Fréquence annuelle<br />
500<br />
450<br />
400<br />
350<br />
300<br />
250<br />
200<br />
150<br />
100<br />
50<br />
0<br />
0: 4999<br />
15000: 19999<br />
30000: 34999<br />
45000: 49999<br />
60000: 64999<br />
75000: 79999<br />
90000: 94999<br />
105000: 109999<br />
120000: 124999<br />
135000: 139999<br />
150000: 154999<br />
165000: 169999<br />
200000: 204999<br />
565000: 569999<br />
Il suffit alors d'en déduire le seuil permettant d'avoir le<br />
pourcentage désiré d'interventions correctives comprises<br />
dans l'enveloppe forfaitaire.<br />
Cette analyse permet alors d'évaluer la valeur optimale du<br />
seuil en vue de fixer une enveloppe forfaitaire lors des<br />
révisions de contrat.<br />
5. CONCLUSION<br />
Le modèle exposé ci-dessus présente l'avantage d'être<br />
simple et pragmatique. Compte tenu de sa structuration,<br />
proche des concepts normatifs, ce modèle est aisément<br />
utilisable sur d'autres parcs d'équipements.<br />
Les apports et atouts de cet outil sont :<br />
− La possibilité d'effectuer des simulations sur le plan<br />
de maintenance,<br />
− La participation à l'approche du "coût global de<br />
possession" dans le cadre d'un projet tel qu'AIRIX,<br />
− L'identification rapide des articles et tâches<br />
pénalisantes sur le coût de maintenance et sur la<br />
disponibilité.<br />
REMERCIEMENTS<br />
Les auteurs remercient Monsieur DARIZCUREN du<br />
CEA/DAM pour sa bienveillante approbation pour la<br />
publication de cet article.<br />
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES<br />
D. Boitel et C. Hazard, 1987. Guide de la maintenance –<br />
Nathan Technique.<br />
F. Monchy, 1987. La fonction maintenance - Masson,<br />
Collection Technologies<br />
Contrats de maintenance – Guides de l'utilisateur 2ème<br />
édition – AFNOR, 1988.<br />
Maintenance industrielle – Recueil de normes françaises –<br />
AFNOR, 1988.<br />
RG Aéro 00040 {NF X 50-410}, Recommandation<br />
Générale pour la Spécification de Management de<br />
Programmes (aéronautiques et spatiaux), BNAE, 1991.<br />
SommeDeFréquence annuelle<br />
Coût unitaire direct<br />
Cumul Somme DeFréquence annuelle<br />
Figure 2. Exemple de courbe de fréquence des tâches