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Theses Year : 2021

Opportunistic predictive maintenance for multi-component systems with multiple dependences

Politique de maintenance prédictive opportuniste pour un système à composants multiples avec dépendances multiples

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Duc-Hanh Dinh

Abstract

Recently, maintenance modeling for multi-component systems with dependences (economic, stochastic, and/or structural dependences) has been extensively studied. However, most of the existing studies only consider one type of dependence since combining more than one makes the models too complicated to analyze and solve. However, in practice, several types of dependences, especially, the economic and structural dependences, may exist together in the system. To face this issue, the main objective of this thesis is to consider both economic and structural dependences in maintenance modeling and optimization for multi-component systems in framework of predictive maintenance. For this purpose, the impacts of economic and structural dependences on the maintenance cost, duration and the degradation process of the components are firstly investigated. Mathematical models for quantifying the impacts of the economic and structural dependences are then developed. Finally, a multi-level opportunistic maintenance policy is proposed to consider the impacts of these dependences between components.Due to the structural dependence between components, when a maintenance (preventive or corrective action) occurs, only few components need to be disassembled. The disassembled components are subjected to both economic and structural dependences while the non-disassembled components are subjected to only economic dependence. In that way, the proposed maintenance policy is characterized by one preventive threshold, that is used to select survival components for preventive maintenance, and two opportunistic maintenance thresholds, that are used for opportunistic maintenance. When a maintenance occurs, the first opportunistic threshold is defined to select the non-disassembled components (with only economic dependence) while the second opportunistic threshold is then developed to consider the disassembled components for opportunistic maintenance (with both economic and structural dependences). To evaluate the performance of the proposed opportunistic maintenance policy, a cost model is developed. Particle swarm optimization algorithm is then implemented to find the optimal decision variables. Finally, the proposed opportunistic maintenance policy is illustrated through a conveyor system to show its feasibility and added value in maintenance optimization framework.
Les dépendances (économiques, stochastiques et/ou structurelles) entre composants influencent de manière significative le processus de dégradation des composants ainsi que le processus de prise de décision en maintenance. En ce sens, la non prise en compte des dépendances entre composants dans la modélisation de la maintenance pourrait entraîner des surcoûts de maintenance et un planning de maintenance sous-optimal. En lien avec ces considérations de nombreux travaux en maintenance prédictive de systèmes multi-composants avec des dépendances entre composants ont été récemment faits. Cependant, la plupart des modèles de maintenance prédictive existants ne permettent de prendre en compte qu'un seul type de dépendances, car la considération de plusieurs dépendances entraîne une complexité plus importante lors de la modélisation de la dégradation mais aussi la formalisation des processus de décision et d’optimisation de la maintenance. Cependant, dans les cas réels de systèmes industriels, plusieurs types de dépendances peuvent exister ensemble, notamment les dépendances économiques et structurelles. Par exemple, la plupart des systèmes mécaniques sont construits sur une structure hiérarchique impliquant que la maintenance d'un composant nécessite le démontage d'autres composants. L’objectif de cette thèse est donc d’intégrer à la fois des dépendances économiques et structurelles dans le processus de modélisation de la dégradation et le processus de décision en maintenance d'un système à composants multiples dans le cadre de la maintenance prédictive. Plus précisément, cet objectif repose sur deux axes scientifiques majeurs. Le premier consiste à étudier l'impact des dépendances structurelles et économiques sur le processus de dégradation des composants et sur la structure des coûts de maintenance. Le deuxième axe de recherche a pour objet d’intégrer les impacts des dépendances économiques et structurelles dans les processus de décision et d'optimisation de la maintenance. Face à ces problématiques, dans cette thèse nous avons proposé trois contributions principales : (1)-Formalisation et proposition de modèles mathématiques permettant de modéliser les dépendances structurelles et économiques entre composants; (2)-Développement d'un modèle de dégradation considérant les impacts de la dépendance structurelle entre composants; (3)-Développement d'une politique de maintenance prédictive opportuniste adaptée permettant de prendre en considération les impacts des dépendances économiques et structurelles dans les processus de prise de décision et d'optimisation de la maintenance. Enfin, pour évaluer la faisabilité et la valeur ajoutée ainsi que les limites des modèles proposées dans un cadre d'optimisation de la maintenance, une étude numérique sur un convoyeur industriel est investiguée.
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Dates and versions

tel-03463199 , version 1 (02-12-2021)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03463199 , version 1

Cite

Duc-Hanh Dinh. Opportunistic predictive maintenance for multi-component systems with multiple dependences. Automatic. Université de Lorraine, 2021. English. ⟨NNT : 2021LORR0171⟩. ⟨tel-03463199⟩
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