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Analyse par arbre de pannes
Dans les usines de fabrication, il est essentiel de comprendre les causes potentielles des pannes du système pour parvenir à les éviter. L’analyse par arbre de pannes (Fault Tree Analysis) propose une approche d’analyse de l’origine du problème, qui vise à identifier et analyser l’origine des problèmes liés aux actifs avant que les équipements ne tombent en panne.
L’analyse par arbre de pannes est une approche déductive et descendante ayant pour objectif de déterminer la cause d’un événement indésirable spécifique dans un système complexe. Elle consiste à décomposer la cause première d’une panne en différents facteurs contributifs et à la représenter par un modèle graphique appelé arbre de pannes, qui aide les responsables et les ingénieurs à identifier les modes de panne potentiels et la probabilité de chaque mode de panne à des fins d’analyses de sécurité et de fiabilité.
Développée pour la première fois au début des années 1960 par Bell Laboratories, en vue d’aider l’US Air Force à comprendre les failles potentielles du système de missiles Minuteman, l’approche FTA a été largement utilisée dans de nombreux secteurs différents, notamment l’aérospatiale, l’énergie nucléaire, la chimie ou encore l’automobile.
Les responsables maintenance peuvent utiliser l’analyse par arbre de pannes pour :
- Concevoir et/ou installer un nouveau système
- Apporter des modifications aux systèmes existants
- Enquêter sur la sécurité ou la fiabilité d’un système
- Évaluer la conformité réglementaire
- Optimiser les budgets de maintenance
Alors que les environnements de fabrication continuent d’évoluer et de devenir plus complexes, le besoin d’outils efficaces de gestion des risques comme l’approche FTA devient de plus en plus important. Intégrer les analyses d’arbres de pannes aux analyses de sécurité et aux pratiques d’ingénierie de fiabilité d’une entreprise peut l’aider à mieux comprendre les causes potentielles des pannes du système, à améliorer les performances globales et à réduire la probabilité d’incidents coûteux et potentiellement catastrophiques.
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Effectuer une analyse par arbre de pannes est un processus complexe qui comprend sept étapes clés.
Avant d’effectuer votre analyse, vous devez définir clairement l’événement indésirable que vous souhaitez analyser. Cet événement doit être spécifique et mesurable, comme la panne d’un composant ou le dysfonctionnement d’un système. Il est également important de définir l’événement en utilisant des termes clairs et cohérents, car il servira de point de départ à votre diagramme d’arbre de pannes.
Après avoir défini l’événement indésirable, vous devez commencer à identifier les facteurs et les événements qui pourraient contribuer à ce qu’il se produise. Les facteurs contributifs ont tendance à se situer dans deux grandes catégories : les événements de base et les événements intermédiaires.
Les événements de base - ceux qui ne peuvent pas être décomposés en événements plus simples - sont les événements les plus fondamentaux d’un arbre de pannes, et correspondent au niveau le plus bas d’événements que vous pouvez analyser. Dans l’arbre des pannes d’un accident de voiture, par exemple, l’événement de base peut être le suivant : « Le conducteur perd le contrôle du véhicule. »
Les événements intermédiaires sont situés entre les événements de base de niveau inférieur et l’événement principal (l’événement indésirable principal analysé). Les événements intermédiaires sont causés par d’autres événements dans l’arbre des pannes qui provoquent d’autres événements à leur tour. Ils représentent des événements de niveau supérieur qui peuvent être analysés plus en profondeur. En utilisant le même accident de voiture comme exemple, un événement intermédiaire dans l’arbre des pannes pourrait être le suivant : « Un pneu éclate ».
Veillez à tenir compte des événements internes et externes, comme les pannes de composants, les erreurs humaines et les conditions environnementales. Vous devrez peut-être consulter des experts en la matière et/ou examiner les données historiques, les rapports d’incident et les dossiers de maintenance à ce stade de l’analyse.
À l’aide de symboles de portes et de symboles d’événement standards, créez une représentation graphique des relations entre l’événement indésirable (ou de sortie) et ses facteurs contributifs (également appelés événements d’entrée). L’arbre des pannes doit être organisé de manière hiérarchique, avec l’événement indésirable en haut et les facteurs contributifs en dessous.
La présentation des événements de base est assez simple, car les événements de base ne peuvent pas produire d’autres événements. Cependant, l’inclusion d’événements intermédiaires est un peu plus complexe, car les événements intermédiaires nécessiteront des portes logiques booléennes qui indiquent les relations entre les événements principal, intermédiaires et de base.
Il existe deux principaux types de portes logiques utilisées dans les arbres de pannes : les portes AND et les portes OR.
- Portes AND : utilisez les portes AND lorsque tous les événements contributifs doivent se produire simultanément pour que l’événement indésirable se produise. Par exemple, si une panne du système nécessite à la fois une panne du composant AND une erreur d’un opérateur, une porte AND sera utilisée pour relier ces événements entre eux dans l’arbre des pannes.
Portes OR : utilisez une porte OR lorsque l’un des événements d’entrée est suffisant pour provoquer l’événement de sortie. En d’autres termes, l’événement de sortie se produira si au moins l’un des événements d’entrée reliés à la porte OR se produit. Si, par exemple, une panne du système peut résulter d’une panne du composant OR d’une erreur d’un opérateur, une porte OR sera utilisée pour relier ces événements entre eux.
Bien que moins couramment utilisées, les portes NOT, les portes XOR, les portes K/N et les portes INHIBIT peuvent également aider à identifier des relations spécifiques entre les événements d’entrée et de sortie.
Portes NOT : les portes NOT représentent l’inverse d’un événement d’entrée. Si l’événement d’entrée ne se produit pas, l’événement de sortie se produit. Ces portes sont moins courantes dans l’analyse par arbre de pannes, car elles modélisent l’absence d’occurence d’un événement ou l’occurrence d’un événement complémentaire.
Portes XOR (portes OR exclusives) : UTILISEZ une porte XOR lorsque précisément l’un des événements d’entrée doit se produire pour que l’événement de sortie se produise. Si aucun ou plusieurs événements d’entrée ne se produisent pas, l’événement de sortie ne se produira pas.
Portes K/N : les portes K/N, également appelées portes de vote ou portes de seuil, sont utilisées lorsqu’un certain nombre d’événements d’entrée (K) parmi tous les événements d’entrée possibles (N) doivent se produire pour que l’événement de sortie se produise. Les portes K/N peuvent vous aider à illustrer des relations plus complexes dans une analyse par arbre de pannes.
Portes INHIBIT: comme une porte AND, une porte INHIBIT indique qu’un événement de sortie se produira si les deux événements d’entrée et un événement conditionnel (une condition ou une restriction pouvant s’appliquer à une porte) se produisent.
Les événements intermédiaires peuvent également inclure des événements non développés, qui ne sont pas entièrement compris ou qui n’ont pas été entièrement analysés.
L’utilisation des différentes portes disponibles vous aidera à créer un arbre de pannes complet qui représente les interactions complexes entre les différents événements et les facteurs à l’origine de l’événement indésirable.
Il est important de se rappeler que la construction d’un arbre de pannes est un processus itératif. Vous continuerez donc à décomposer les événements contributifs en sous-événements de base jusqu’à ce que les événements ne puissent plus être analysés. Au fur et à mesure que vous recevez de nouvelles informations et/ou que les conditions du système changent, vous devrez peut-être effectuer plusieurs ajustements pour affiner votre arbre des pannes.
En vue de quantifier les risques associés à l’événement indésirable, vous devrez recueillir des données sur les pannes (à partir de dossiers historiques, de bases de données sectorielles, d’avis d’experts, etc.) pour les événements de base de l’arbre des pannes. Les données sur les pannes doivent être exprimées sous forme de probabilités de panne ou de taux de panne, selon le type d’analyse que vous effectuez.
Une fois que vous avez construit l’arbre des pannes et recueilli les données sur les pannes, vous effectuerez l’analyse : pour cela, vous calculerez la probabilité que l’événement indésirable se produise et identifierez les facteurs contributifs les plus critiques. Utilisez une méthode d’analyse de données qualitative ou quantitative.
Une analyse qualitative vise à comprendre la structure de l’arbre des pannes, les relations entre les événements et l’identification de chemins critiques et des ensembles minimums de rupture (le plus petit ensemble d’événements pouvant créer l’événement indésirable). L’analyse qualitative peut aider à prioriser les actions correctives et à identifier les domaines à approfondir.
En revanche, une méthodologie quantitative consiste à calculer la probabilité de l’événement indésirable qui se produit en fonction des probabilités de panne des événements de base. L’analyse quantitative peut aider à éclairer les décisions de gestion des risques et à évaluer l’efficacité des améliorations proposées.
Après avoir effectué l’analyse, il est temps d’interpréter vos résultats et de communiquer toute information pertinente aux parties prenantes comme nécessaire.
Il est important de se rappeler que les résultats d’une analyse par arbre d’événements dépendent de la qualité des données d’entrée et des hypothèses prises lors de l’analyse. Par conséquent, vous devez considérer les résultats comme un point de départ avant une enquête et une validation plus approfondies, plutôt qu’une conclusion définitive.
En fonction des résultats de l’analyse par arbre de pannes, vous pourrez implémenter des mesures préventives et/ou des améliorations pour éliminer ou réduire la probabilité d’un événement indésirable. Veillez à surveiller les performances obtenues par ces actions correctives et à mettre continuellement à jour l’arbre de pannes pour refléter tout changement dans la conception du système, les conditions d’exploitation ou les performances des composants, afin que votre arbre reste précis et donc utile à votre entreprise.
L’approche FTA fournit une représentation visuelle des facteurs contributifs et des événements qui peuvent conduire à une panne du système, ce qui facilite la compréhension des interactions complexes entre les composants du système.
Elle vous permet de calculer la probabilité d’un événement de panne, ce qui vous aide à mieux gérer les risques, améliore la prise de décision et aide les équipes à être proactives sur le plan des mesures correctives.
Étant donné que vous ne pouvez analyser qu’un seul événement de sortie à la fois, l’analyse par arbre de pannes aide les équipes à rester organisées lorsqu’elles évaluent les niveaux du système et effectuent des analyses d’effets de manière méthodique.
Contrairement aux autres approches du mode de panne et des analyses des effets (FMEA), l’approche FTA tient compte de l’erreur humaine, ce qui peut aider les équipes à comprendre si les problèmes sont liés à des déviations de la procédure opérationnelle standard.
La FTA identifie les pannes les plus susceptibles de se produire, ce qui aide les équipes à déterminer les problèmes qui nécessitent leur attention de manière urgente.
- La précision et l’efficacité de l’approche FTA dépendent fortement de l’expertise des analystes, de leur capacité à identifier les causes pertinentes des pannes et de leur compréhension des complexités de l’arbre des pannes lui-même.
- La FTA est mieux adaptée aux analyses de systèmes plus petits. Les systèmes complexes et de grande taille nécessiteront probablement des arbres de pannes complexes et de grande taille, ce qui rendra l’analyse longue et difficile.
- La disponibilité et la qualité des données sur les pannes détermineront la précision des probabilités calculées dans un arbre des pannes.
- L’analyse par arbre de pannes vous permet d’examiner un seul événement principal à la fois.
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