N2005-01

Anne 2005

THESEPrsente devant

L'ECOLE CENTRALE DE LYONEcole doctorale MEGA Spcialit : Mcanique

pour obtenir le titre de Docteur Par Mathieu GLADE

Titre de la thse

cots Modlisation des cots de cycle de vie : prvision des cots de maintenance et de la fiabilit Application laronautique

Soutenue le 21 janvier 2005 devant la commission d'examen

Directeur de thse Prsident du Jury Rapporteur Rapporteur Examinateur Examinateur Examinateur

P.Lyonnet A.Vautrin J.C Boquet M. Chatelet

Professeur des Universits, LTDS/ENISE UMR5513 Professeur des Universits, Ecole des Mines Saint Etienne Professeur des Universits, Ecole Centrale Paris Professeur Professeur des Universits, ISTIT, Troyes

des J.M Bergheau Professeur des Universits, LTDS/ENISE UMR5513 R.Toscano M.Longre Matre de confrences, LTDS/ENISE UMR5513 Chef du service maintenance Eurocopter

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2

Remerciements

Mes remerciements s'adressent en premier lieu toutes les personnes qui ont permis le bon droulement de ces travaux de thse. Je remercie sincrement le Professeur Patrick LYONNET, responsable de recherche sur le thme de la maintenance lEcole Nationale d'Ingnieur de St Etienne, qui a assur le suivi de mes travaux en me fournissant le support scientifique et les conseils ncessaires ma formation de jeune chercheur. Je souhaite de plus exprimer ma gratitude M. Jean-Yves LONGERE, responsable du service Maintenance Design de la socit EUROCOPTER. Je citerai galement MM. Stefan DOMENGE, Joris CEZARD et Frdric MATHERON avec qui j'ai pris plaisir travailler durant les trois ans de cette thse. Enfin j'accorde une mention spciale ma fiance Thoai-An, ma famille et mes amis pour leur affection et leur soutien constants.

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4

SommaireREMERCIEMENTS .............................................................................................................................................1

SOMMAIRE ..........................................................................................................................................................5

INTRODUCTION ...............................................................................................................................................11

CHAPITRE I. CONCEPTION ET COUTS D'EXPLOITATION ..................................................................13 1. LE PROCESSUS DE CONCEPTION .......................................................................................................13 1.1. AVANT PROPOS .......................................................................................................................................13 1.2. L'ACTIVITE DE CONCEPTION ...................................................................................................................13 1.3. LES METHODES DE CONCEPTION .............................................................................................................14 1.3.1. Prambule......................................................................................................................................14 1.3.2. Historique : de lanalyse de la valeur la conception par cot objectif du cycle de vie...............15 1.3.3. Les mthodes de conception...........................................................................................................161.3.3.1. 1.3.3.2. 1.3.3.3. LAnalyse de la Valeur .............................................................................................................................. 16 Conception cots objectifs ...................................................................................................................... 17 Conception par objectifs Design To Goal ............................................................................................ 19

1.3.4. 2.

Conception par cots objectifs : problmes soulevs. ...................................................................19

CONCEPTION ET CYCLE DE VIE D'UN PRODUIT...........................................................................21 2.1. INTRODUCTION .......................................................................................................................................21 2.2. LE CYCLE DE VIE D'UN PRODUIT ..............................................................................................................21 2.2.1. Cycle de vie d'un produit ...............................................................................................................21 2.2.2. Cycle de Vie dun Projet ................................................................................................................22 2.3. LES COUTS GLOBAUX DE POSSESSION .....................................................................................................24 2.3.1. Avant propos ..................................................................................................................................24 2.3.2. La modlisation des cots de cycle de vie......................................................................................262.3.2.1. 2.3.2.2. 2.3.2.3. Introduction ............................................................................................................................................... 26 Dfinitions ................................................................................................................................................. 27 La modlisation du "life cycle cost" .......................................................................................................... 28

2.3.3. L'impact de la maintenance dans les cots de cycle de vie............................................................30 2.4. CONCLUSION ..........................................................................................................................................32 3. LA MAINTENANCE ET SES COUTS .....................................................................................................33 3.1. LA MAINTENANCE : CONCEPTS FONDAMENTAUX ....................................................................................33 3.1.1. Dfinitions......................................................................................................................................333.1.1.1. 3.1.1.2. 3.1.1.3. Dfinitions gnrales ................................................................................................................................. 33 Maintenance et sret de fonctionnement.................................................................................................. 33 Le processus de maintenance..................................................................................................................... 34

3.1.2.3.1.2.1. 3.1.2.2. 3.1.2.3. 3.1.2.4.

Politiques de maintenance .............................................................................................................35Les politiques de maintenance ................................................................................................................... 35 La maintenance corrective ......................................................................................................................... 36 La maintenance prventive ........................................................................................................................ 36 Les indicateurs de performance de la maintenance.................................................................................... 37

3.2. LES COUTS DE MAINTENANCE .................................................................................................................38 3.2.1. Dfinition et concepts.....................................................................................................................38 3.2.2. Les cots de maintenance indirects................................................................................................39 3.2.3. Les cots de maintenance directs...................................................................................................393.2.3.1. 3.2.3.2. Analyse des cots de maintenance............................................................................................................. 39 Le DMC..................................................................................................................................................... 40

5

3.3. ESTIMATION DES COUTS DE MAINTENANCE............................................................................................ 41 3.3.1. Description .................................................................................................................................... 413.3.1.1. 3.3.1.2. 3.3.1.3. 3.3.1.4. 3.3.1.5. 3.3.1.6. Cot de maintenance dune usine...............................................................................................................42 Estimation des cots de support par l'USAF ..............................................................................................42 Estimation du cot de maintenance de lavionique dun appareil ..............................................................43 Estimation du cot de pices de rechanges.................................................................................................43 Evaluation des cots de maintenance dun aronef en centre dentretien...................................................44 Cot global dune automobile ....................................................................................................................45

3.3.2. 4.

Limites perues aux modles existants .......................................................................................... 46

LE COSTING : OUTILS ET METHODES ............................................................................................. 47 4.1. LES BASES DU COSTING .......................................................................................................................... 47 4.1.1. Prsentation .................................................................................................................................. 47 4.1.2. Modle d'valuation de cots ........................................................................................................ 474.1.2.1. 4.1.2.2. 4.1.2.3. Mthode destimation des lments de cot...............................................................................................48 Influence de la temporalit et conventions conomiques de comparaison .................................................49 Les mthodes d'estimation de cot .............................................................................................................52

4.2. LES MODELES PARAMETRIQUES ............................................................................................................. 54 4.2.1. Introduction................................................................................................................................... 544.2.1.1. 4.2.1.2. Processus de dveloppement dun modle paramtrique ...........................................................................54 Mesure de la performance de lestimation..................................................................................................55

4.2.2.4.2.2.1. 4.2.2.2. 4.2.2.3. 4.2.2.4. 4.2.2.5.

Les modles rgressifs................................................................................................................... 57Rgression linaire simple..........................................................................................................................57 Rgression non linaire ..............................................................................................................................58 Rgression multiple....................................................................................................................................59 Combinaison de relations linaires et non linaires....................................................................................60 La rgression floue .....................................................................................................................................61

4.2.3.4.2.3.1. 4.2.3.2.

Les Modles cognitifs .................................................................................................................... 62Les rseaux de neurones.............................................................................................................................62 La logique floue .........................................................................................................................................65

4.2.4. Synthse sur les modles paramtriques ....................................................................................... 67 4.3. MODELES ANALYTIQUES ....................................................................................................................... 68 4.3.1. Introduction................................................................................................................................... 68 4.3.2. Mthodes " la main ".................................................................................................................. 694.3.2.1. 4.3.2.2. Prsentation du modle ..............................................................................................................................69 Exemple dapplication................................................................................................................................69

4.3.3.4.3.3.1. 4.3.3.2. 4.3.3.3.

La Mthode ABC ........................................................................................................................... 70Introduction la mthode ABC..................................................................................................................70 Exemple dapplication................................................................................................................................73 Commentaires ............................................................................................................................................75

4.3.4.4.3.4.1. 4.3.4.2. 4.3.4.3.

La mthode des Units de Valeur Ajoute (UVA) ......................................................................... 75Prsentation................................................................................................................................................75 Exemple dapplication................................................................................................................................76 Conclusion .................................................................................................................................................77

4.3.5. Conclusion sur l'usage des modles analytiques........................................................................... 78 4.4. LES MODELES ANALOGIQUES ................................................................................................................. 78 4.4.1. Prsentation .................................................................................................................................. 78 4.4.2. Conclusions et limites des modles analogiques........................................................................... 80 4.5. BILAN SUR LES METHODES D'EVALUATION DE COUTS ............................................................................ 81 5. CREATION DE MODELES DE COUTS DE MAINTENANCE........................................................... 83 5.1. PRINCIPES GENERAUX ............................................................................................................................ 83 5.1.1. Mise en uvre de modles de cot de maintenance ...................................................................... 835.1.1.1. 5.1.1.2. 5.1.1.3. 5.1.1.4. Recherche de zones de cot critiques .........................................................................................................83 Recherche de paramtres influents .............................................................................................................83 Quantification de linfluence des paramtres .............................................................................................83 Construction du modle .............................................................................................................................84

5.1.2.5.1.2.1. 5.1.2.2. 5.1.2.3. 5.1.2.4. 5.1.2.5.

Structure de modlisation des cots de maintenance.................................................................... 84Architecture globale des modles...............................................................................................................84 Modle de cot nominal de maintenance ...................................................................................................85 Modle de maturit.....................................................................................................................................85 Rsistance aux contraintes de service.........................................................................................................86 Typologie d'usage en maintenance.............................................................................................................86

5.1.3. Prise en compte de la fiabilit....................................................................................................... 87 5.2. MODELE DMC D'ELEMENTS MECANIQUES D'HELICOPTERE .................................................................... 87 6

5.2.1. 5.2.2.5.2.2.1. 5.2.2.2. 5.2.2.3. 5.2.2.4.

Introduction et analyse technique ..................................................................................................87 Modlisation des cots de maintenance.........................................................................................88Recherche de zones de cots critiques ....................................................................................................... 88 Recherche de paramtres influents ............................................................................................................ 89 Forme du modle ....................................................................................................................................... 90 Recalage empirique du modle principal................................................................................................... 91

5.2.3. Conclusions et limites du modle...................................................................................................93 5.3. COUTS DE MAINTENANCE D'UNE SERVOCOMMANDE D'HELICOPTERE ......................................................93 5.3.1. Introduction ...................................................................................................................................935.3.1.1. 5.3.1.2. Servocommande : dfinition ...................................................................................................................... 93 Introduction la modlisation ................................................................................................................... 94

5.3.2. Les rseaux de neurones ................................................................................................................94 5.3.3. La modlisation par rseau de neurones .......................................................................................97 5.3.4. Rsultats et analyse......................................................................................................................100 5.3.5. Bilan.............................................................................................................................................101 5.4. COUTS DE MAINTENANCE DE SYSTEMES AVIONIQUES ...........................................................................102 5.4.1. Prambule....................................................................................................................................102 5.4.2. Analyse des cots .........................................................................................................................1025.4.2.1. 5.4.2.2. 5.4.2.3. 5.4.2.4. 5.4.2.5. 5.4.2.6. Les cots logistiques................................................................................................................................ 102 Cot des tests de dtection et de validation.............................................................................................. 103 Cot de stock ........................................................................................................................................... 104 Cot de lchange standard...................................................................................................................... 105 Elments de rechange .............................................................................................................................. 105 Prsentation du modle complet .............................................................................................................. 106

5.4.3. Bilan sur les cots de maintenance de l'avionique.......................................................................107 5.5. CHOIX D'UNE MODELISATION ADAPTEE ................................................................................................107 6. CONCLUSION SUR LA MODELISATION DES COUTS DE MAINTENANCE.............................110

CHAPITRE II. LA PREVISION DE FIABILITE..........................................................................................113 1. INTRODUCTION .....................................................................................................................................113 1.1. 1.2. 1.3. 2. PREAMBULE ..........................................................................................................................................113 HISTORIQUE ..........................................................................................................................................114 PRESENTATION DU PLAN .......................................................................................................................115

FIABILITE : PRINCIPES ET DEFINITIONS ......................................................................................116 2.1. AVANT PROPOS .....................................................................................................................................116 2.2. DEFINITION ET NOTATIONS ...................................................................................................................116 2.2.1. Fiabilit........................................................................................................................................116 2.2.2. Dfaillance et taux de dfaillance................................................................................................117 2.2.3. Temps de fonctionnement.............................................................................................................1192.2.3.1. 2.2.3.2. Le MTBF ................................................................................................................................................. 120 Fiabilit et maintenance prventive. ........................................................................................................ 120

2.3. LES METHODES PREVISIONNELLES DE FIABILITE ...................................................................................122 2.3.1. Introduction .................................................................................................................................122 2.3.2. Le retour d'exprience et ses traitements .....................................................................................1222.3.2.1. 2.3.2.2. 2.3.2.3. 2.3.2.4. Prambule ................................................................................................................................................ 122 Analyse de fiabilit en exploitation ......................................................................................................... 123 Traitement des donnes ........................................................................................................................... 124 Les limites du retour d'exprience ........................................................................................................... 125

2.3.3.2.3.3.1. 2.3.3.2. 2.3.3.3. 2.3.3.4.

L'avis d'expert ..............................................................................................................................126Les donnes dexpertise........................................................................................................................... 126 Recensement des donnes........................................................................................................................ 127 L'usage des expertises.............................................................................................................................. 127 Le traitement de lexpertise ..................................................................................................................... 128

3.

LES MODELES PARAMETRIQUES DE FIABILITE.........................................................................129 3.1. INTRODUCTION .....................................................................................................................................129 3.2. PRISE EN COMPTE DE L'IMPACT DES STRESS SUR LA FIABILITE ..............................................................129 3.2.1. Prsentation .................................................................................................................................129 3.2.2. Nature et classification des stress ................................................................................................130 7

3.2.3.3.2.3.1. 3.2.3.2. 3.2.3.3. 3.2.3.4.

Modle d'influence des stress environnementaux sur la fiabilit ................................................ 131Modles rsistance / contrainte ................................................................................................................131 Modles de choc.......................................................................................................................................131 Modles multiplicatifs..............................................................................................................................132 Modles de dure de vie acclre ...........................................................................................................132

3.2.4. Bilan sur l'influence des stress .................................................................................................... 133 3.3. LES MODELES PREVISIONNELS DE FIABILITE DES COMPOSANTS ELECTRONIQUES ET LEURS LIMITES .... 133 3.3.1. Prdiction de la fiabilit des systmes lectroniques .................................................................. 133 3.3.2. Le MIL HDBK 217 F................................................................................................................... 1343.3.2.1. 3.3.2.2. 3.3.2.3. Contexte de cette mthode .......................................................................................................................134 Prsentation gnrale de la mthode et des modles ................................................................................134 Avantages et limites d'une telle mthode .................................................................................................135

3.3.3.3.3.3.1. 3.3.3.2. 3.3.3.3.

Modles RDF .............................................................................................................................. 136Contexte de cette mthode .......................................................................................................................136 Modle d'valuation de fiabilit ...............................................................................................................136 Limites du RDF 2000...............................................................................................................................137

3.3.4. 3.3.5.3.3.5.1. 3.3.5.2.

Modles PRISM........................................................................................................................... 138 Autres mthodologies .................................................................................................................. 139IEC 1709 ..................................................................................................................................................139 Autres mthodes prvisionnelles de fiabilit............................................................................................139

3.3.6. 4.

Bilan sur les mthodes actuelles ................................................................................................. 139

FIDES : UN NOUVEAU MODELE PREVISIONNEL DE FIABILITE............................................. 141 4.1. INTRODUCTION .................................................................................................................................... 141 4.1.1. Contexte d'tude .......................................................................................................................... 141 4.1.2. Performances lies la fiabilit et sa spcification ................................................................. 141 4.2. GENESE DU MODELE FIDES................................................................................................................. 142 4.2.1. Domaine d'application ................................................................................................................ 142 4.2.2. Les contributeurs la fiabilit .................................................................................................... 1444.2.2.1. 4.2.2.2. 4.2.2.3. 4.2.2.4. Les attributs technologiques.....................................................................................................................145 Les contributeurs - stress nominaux .........................................................................................................145 Les contributeurs stress accidentels.......................................................................................................145 Les contributeurs processus...................................................................................................................146

4.3. LE MODELE FIDES .............................................................................................................................. 146 4.3.1. Structure gnrale ....................................................................................................................... 147 4.3.2. Analyse de la rpartition des pannes........................................................................................... 148 4.3.3. Les modles de physique des dfaillances................................................................................... 1494.3.3.1. 4.3.3.2. 4.3.3.3. Surcharges accidentelles : induit ..............................................................................................................150 Le facteur Part manufacturing .........................................................................................................................150 Le facteur Process .....................................................................................................................................151

5.1. L'IMPACT DES PROCESSUS SUR LA FIABILITE ........................................................................................ 151 5.1.1. Prsentation ................................................................................................................................ 1515.1.1.1. 5.1.1.2. Cycle de vie des quipements lectroniques ............................................................................................152 Impact sur la fiabilit................................................................................................................................157

5.1.2.5.1.2.1. 5.1.2.2. 5.1.2.3. 5.1.2.4. 5.1.2.5.

Une mthodologie d'valuation de la fiabilit............................................................................. 158Introduction..............................................................................................................................................158 Niveau de satisfaction aux recommandations...........................................................................................159 Calcul du facteur de processus .................................................................................................................160 Etalonnage................................................................................................................................................162 La dmarche d'audit fiabilit ....................................................................................................................164

5.1.3.5.1.3.1. 5.1.3.2.

Une mthodologie de construction de la fiabilit........................................................................ 165Dfinitions................................................................................................................................................165 Synopsis du processus de construction de la fiabilit dun systme .........................................................165

5.2. USAGES DE LA METHODOLOGIE ........................................................................................................... 166 5.2.1. Exprimentation industrielle ....................................................................................................... 1675.2.1.1. 5.2.1.2. Fiabilit intrinsque..................................................................................................................................167 Processus fiabilit.....................................................................................................................................167

5.2.2. 5.2.3. 6.

Dploiement ................................................................................................................................ 167 Conclusion sur FIDES ................................................................................................................ 168

CONCLUSION SUR L'EVALUATION DE FIABILITE ..................................................................... 169

8

CHAPITRE III. APPLICATION A LA MODELISATION DES COUTS DE MAINTENANCE DUN SYSTEME AVIONIQUE..................................................................................................................................171 1. CONTEXTE D'ETUDE ............................................................................................................................171 1.1. DOMAINE ETUDIE .................................................................................................................................171 1.2. CONFIDENTIALITE DES RESULTATS .......................................................................................................171 1.3. PLAN D'ETUDE ......................................................................................................................................171 1.4. EQUIPEMENT ETUDIE ............................................................................................................................172 1.4.1. Description technique de l'quipement tudi..............................................................................172 1.4.2. Dcoupage fonctionnel ................................................................................................................172 2. EVALUATION DE FIABILITE ..............................................................................................................174 2.1. INTRODUCTION .....................................................................................................................................174 2.2. ANALYSE DE FIABILITE EFFECTUEE AVEC LE MIL HDBK217 F ...........................................................174 2.2.1. Recueil des taux de dfaillance ....................................................................................................174 2.2.2. Hypothses de calcul....................................................................................................................175 2.2.3. Rsultats.......................................................................................................................................176 2.3. APPLICATION DU MODELE FIDES D'EVALUATION DE LA FIABILITE ......................................................176 2.3.1. Evaluation de l'impact du processus sur la fiabilit ....................................................................1762.3.1.1. 2.3.1.2. 2.3.1.3. 2.3.1.4. 2.3.1.5. Audit pour le calcul du Pi Process : primtre d'tude................................................................................. 176 Phase de spcification.............................................................................................................................. 177 Phase de conception................................................................................................................................. 178 Autres phases ........................................................................................................................................... 179 Rsultats .................................................................................................................................................. 180

2.3.2.2.3.2.1. 2.3.2.2.

Analyse effectue avec le modle "carte "....................................................................................181Mise en uvre du modle ........................................................................................................................ 181 Rsultats .................................................................................................................................................. 183

2.3.3.2.3.3.1. 2.3.3.2.

Analyse de fiabilit avec le modle "composant".........................................................................183Mise en uvre du modle ........................................................................................................................ 183 Rsultats .................................................................................................................................................. 184

2.3.4.2.3.4.1. 2.3.4.2. 2.3.4.3.

Conclusions..................................................................................................................................184Comparaison des rsultats........................................................................................................................ 184 Conclusion gnrale................................................................................................................................. 185 Limites l'usage de la mthodologie FIDES ........................................................................................... 186

3.

EVALUATION DES COUTS DE MAINTENANCE .............................................................................188 3.1. INTRODUCTION .....................................................................................................................................188 3.2. ANALYSE DES COUTS ............................................................................................................................188 3.2.1. Analyse des paramtres du modle ..............................................................................................188 3.2.2. Cots des tests de dtection et de validation................................................................................188 3.2.3. Elments de rechange ..................................................................................................................1893.2.3.1. 3.2.3.2. Cot de main d'oeuvre ............................................................................................................................. 189 Cot de lchange standard :.................................................................................................................... 190

3.2.4.3.2.4.1. 3.2.4.2.

Autres cots..................................................................................................................................191Cots logistiques...................................................................................................................................... 191 Cot de stock ........................................................................................................................................... 191

3.2.5.3.2.5.1. 3.2.5.2.

Rsultat ........................................................................................................................................191Cot de rparation.................................................................................................................................... 191 Calcul du DMC........................................................................................................................................ 192

3.2.6. 4.

Conclusion ...................................................................................................................................193

MAITRISE DES COUTS D'EXPLOITATION ......................................................................................194 4.1. INTRODUCTION .....................................................................................................................................194 4.2. RAPPELS SUR LE MODELE......................................................................................................................194 4.2.1. Rappel gnral .............................................................................................................................194 4.2.2. Contributeurs processus ..............................................................................................................1954.2.2.1. 4.2.2.2. Le facteur Part manufacturing ......................................................................................................................... 195 Le facteur Process ..................................................................................................................................... 195

4.3. ANALYSE DES COUTS DE CYCLE DE VIE.................................................................................................195 4.3.1. Calcul de cot de stock ................................................................................................................195 4.3.2. Calcul de cot de main d'uvre ...................................................................................................196 4.3.3. Calcul de cot direct de maintenance..........................................................................................196 9

4.4. IMPACT DU PROCESSUS SUR LE CYCLE DE VIE ...................................................................................... 196 4.4.1. Hypothses d'tude...................................................................................................................... 196 4.4.2. Analyse de sensibilit .................................................................................................................. 1974.4.2.1. 4.4.2.2. 4.4.2.3. 4.4.2.4. Amlioration du processus quipementier................................................................................................197 Amlioration du processus intgrateur .....................................................................................................198 Amlioration du processus client .............................................................................................................199 Amlioration simultane des processus....................................................................................................199

4.4.3. Bilan ............................................................................................................................................ 200 4.5. COUT DE LA CONSTRUCTION DE LA FIABILITE ...................................................................................... 200 4.5.1. Mthode de calcul employe ....................................................................................................... 200 4.5.2. Evaluation de cot....................................................................................................................... 201 4.6. IMPACT TOTAL SUR LE LIFE CYCLE COST ............................................................................................. 201

CONCLUSION ET PERSPECTIVES DETUDE ......................................................................................... 203

BIBLIOGRAPHIE............................................................................................................................................ 205

PUBLICATIONS REALISEES ....................................................................................................................... 222

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IntroductionDepuis la naissance de l'aronautique au dbut du sicle dernier avec les premiers vols des frres Wright, les sciences de lingnieur nont cess de rechercher des amliorations techniques susceptibles de faire progresser les machines et leur scurit. Cependant apparaissent aujourd'hui de nouvelles contraintes dans la conception des "engins volants" telles que la matrise des cots d'exploitation ou encore la prvision du service rendu (fiabilit, disponibilit, capacit tre maintenu, etc.) En effet, dans un contexte de concurrence internationale accru, la complexit croissante des appareils ainsi que la gnralisation de la tolrance aux conditions svres d'usage impliquent non seulement une matrise de la qualit mais galement une rentabilit en terme de production ou d'exploitation. Pour se convaincre des risques encourus citons simplement l'tude qui dmontre qu'avec l'augmentation constante des cots d'exploitation, l'US Air Force ne pourra en 2025 et budget constant n'entretenir plus que deux appareils ! Aujourd'hui, les constructeurs laborent donc des moyens permettant de proposer aux clients un service plus complet comprenant la livraison d'un produit fiable et maintenable, la mise en place de chanes logistiques de suivi de produit, ainsi qu'un support efficace l'utilisateur. Cette "rvolution industrielle" de la qualit passe par une redfinition complte du processus de conception. On voit ainsi apparatre de nouveaux acteurs, avec d'une part l'intervention classique des concepteurs et de l'usager, d'autre part une forte implication du support client, des tests, des services de maintenance, et des services de qualit. Mais cette nouvelle donne passe galement par une redfinition des exigences du client. On voit de ce fait se mettre en uvre des mthodes pour concevoir mieux et surtout meilleur march. La conception passe donc de l'aspect processus cratif libre un mode codifi et modlis de cration. Watzlawick prsente ainsi laventure de la conception : Par une nuit sombre et orageuse, un capitaine doit, sans balise ni rien qui puisse laider dans sa navigation, traverser un dtroit qui ne figure sur aucune carte marine. Dans cette situation, ou bien il choue son bateau sur les rochers, ou bien il passe le dtroit et retrouve la

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scurit de la pleine mer. Sil perd la fois le bateau et sa vie, son chec prouve que la route ntait pas la bonne Si par contre il traverse le dtroit, son succs prouve simplement que, littralement, son bateau nest pas entr en collision avec la forme et la nature (autrement inconnue) de la voie navigable. Mais il ne le renseigne en rien sur le degr de scurit ou de danger dans lequel il se trouvait chaque moment de la traverse. Le capitaine a travers le dtroit comme un aveugle. La route choisie a convenu la topographie inconnue, ce qui ne signifie pas quelle lui a correspondu Les enjeux de la conception de demain sont par consquent de proposer au capitaine cartes et balises pour l'aider dans sa navigation. Et, bien que des mthodes aient dj permis de rduire ces incertitudes dans la ralisation d'un projet de conception, le travail de l'analyste sera de mettre en uvre des modles cherchant faire tendre vers un point optimal de conception, tant par la matrise du produit conu que par celle des cots engags. Aussi, notre objectif sera d'offrir au navire conception, les mthodes lui permettant d'anticiper et de matriser les cots d'exploitation. Pour cela, aprs avoir dcrit les mthodes existantes de modlisation des cots d'exploitation, et montr leurs limites, nous analyserons les modles de cots gnriques afin d'apprcier leur capacit s'adapter nos problmatiques. Nous dvelopperons alors de nouveaux modles de cot de maintenance bass sur ces concepts. Dans un deuxime temps nous montrerons comment modliser la fiabilit ainsi que son impact sur les cots de maintenance des systmes lectroniques. Le dernier chapitre prsentera l'exemple de la modlisation des cots de maintenance d'un calculateur avionique travers la prvision de la fiabilit et des cots de rparation. Il conclura sur l'utilisation de nos outils dans un objectif de matrise des cots d'exploitation.

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Chapitre I. Conception et cots d'exploitation

1. Le processus de conception1.1. Avant propos

Confrontes une conomie fortement concurrentielle, les entreprises ont l'obligation de dvelopper rapidement de nouveaux produits tout en tant soumises des contraintes de cot, de dlai et de qualit sans cesse plus fortes, ce qui explique que la conception soit devenue un champ important de recherches. Des travaux ont rapidement prouv la ncessit de changer de processus de conception, ce qui remet en cause le design squentiel [EVBU96]. C'est dailleurs dans ce cadre que le concept de conception intgre a t cr afin de mettre en place une nouvelle organisation et de nouveaux outils en vue d'associer tous les mtiers la cration des produits industriels[TICH96].

Nous dfinirons dans ce chapitre ce qui constitue lactivit de conception. Nous effectuerons un tat de lart des diffrentes dfinitions et discuterons sur lenvironnement de ces activits et des interactions avec le domaine de la gestion des connaissances. Puis nous prsenterons le processus de conception et sa modlisation.

1.2.

L'activit de Conception

C'est dans l'activit de conception que le processus de cration est le plus visible, cest l aussi quil est le plus stratgique, savoir le plus susceptible de crer de la valeur. C'est pourquoi des travaux cherchent comment sadapter au plus vite aux marchs, concevoir de nouveaux produits, avoir de nouveaux comportements organisationnels, innover et enfin comment favoriser les processus collectifs dinnovation. Selon Jean-Louis Le Moigne [LEMO99], la conception est "un processus par lequel le systme labore (ou conoit) les plans d'actions intentionnels ou les stratgies possibles par lesquels il projette de rsoudre le problme formul dans le processus de l'intelligence dcisionnelle". Les heuristiques (raisonnements par ttonnement, par analogie, ou raisonnements dits russ) et les algorithmes (raisonnements formaliss de rsolution de problmes) constituent des raisonnements formalisables pour rsoudre ces problmes.

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Reprenons galement les propos de J. Perrin [PERR99] qui dfinit l'activit de conception comme "lensemble des activits et des processus qui permettent de passer de lide dun nouveau produit ou de lamlioration dun produit existant la fourniture de lensemble des informations (plans, descriptifs, logiciels,...), qui permettent de lancer la production de ce produit et den assurer lusage et la maintenabilit". En anglais, le terme qui est utilis pour dcrire cette activit est design. Nous trouvons galement dans [KUSI95] une hirarchisation de lactivit de conception suivant trois niveaux dabstraction : niveau conceptuel, niveau prliminaire et niveau dtaill. Le niveau conceptuel : lobjectif du niveau conceptuel est de dterminer, partir du cahier des charges, les caractristiques globales de lobjet physique raliser (architecture globale, composants essentiels, paramtres lis ces composants...). Le niveau prliminaire : lobjectif du niveau prliminaire est daffiner et doptimiser les descriptions ralises au niveau prcdent. Ceci est ralis grce des exprimentations ou des simulations et optimisations utilisant des modles plus prcis que ceux utiliss au niveau conceptuel. Le niveau dtaill : ce niveau, le travail consiste dtailler pice par pice lobjet final et ses composants afin quil soit prt pour la fabrication.

1.3.

Les mthodes de conception 1.3.1. Prambule

La conception moderne se caractrise par la priorit donne la vitesse plutt qu' la fonctionnalit (ce qui pouvait tre observ dans un pass encore proche). Mme si la performance des produits et des services n'est pas diminue au profit du dlai de conception, ce dernier compte tout autant que la qualit de la conception. Cette priorit se justifie par le renouvellement des produits qui s'acclre et les cots de conception qui augmentent. De ce fait, une notion comme le "time to market" est aujourd'hui l'arme de la diffrenciation concurrentielle. Si lon ajoute la dimension de la conception un "cot objectif ", c'est--dire que les cots constituent la premire ligne du cahier des charges des concepteurs, la complexit du travail des bureaux d'tudes atteint son paroxysme. Dsormais, la mission peut se rsumer ainsi, "faire bien du premier coup et au moindre cot". Pour russir ce nouveau pari, de nombreuses solutions (nouvelles formes d'organisations) sont labores suivant quatre tapes :14

- deux tapes sont pilotes directement par 1'imaginaire : - le management des concepteurs - la matrise de la crativit : le re-engineering - deux tapes sont pilotes par 1'intgration des fonctions (ou pilotage de 1'imaginaire) : - la conception au cot objectif : conception et marketing - le design to manufacture : conception et fabrication. Orientons donc notre rflexion vers la conception au cot objectif et les mthodes qui y sont associes : lAnalyse de la Valeur, Design To Life Cycle Cost, conception par objectifs. conception 1.3.2. Historique : de lanalyse de la valeur la conception par cot objectif du cycle de vie Les mthodes d'analyse de cots ont pris naissance aux Etats-Unis pendant la guerre de 19141918 et ont acquis une notorit mondiale du fait de leur adoption par le Dpartement amricain de la Dfense. Elles appartiennent ce que nous avons traduit en franais et que nous appelons globalement "Analyse de la Valeur". Au fur et mesure du dveloppement de l'analyse de la valeur (vers 1950), ce concept a volu. Au dbut tait uniquement voque la Value Analysis (et parfois Purchase Analysis), puis ont t confronts les termes de Value Analysis et de Value Engineering (le premier terme dsigne en fait des produits connus, existants, alors que le second concerne des produits nouveaux en cours d'laboration). Traduction littrale de l'amricain Value Analysis, le terme "Analyse de la Valeur" cache en ralit une mthodologie permettant de matriser la conception d'un produit ou d'un service. Dans les annes 60-61, pour freiner la croissance rapide du cot des systmes d'armes, le Dpartement amricain de la Dfense (D.O.D.) proposa ses fournisseurs industriels la pratique du Cost effectiveness (ou rduction des cots) qui consistait rduire les cots de fabrication tout en ne modifiant pas le produit command. En change, le D.O.D. garantissait une augmentation de la marge bnficiaire proportionnellement au gain ralis. Cette mthode ne s'est pas avre suffisante puisquen 1964, il imposa tous ses fournisseurs la pratique de la Value Engineering adopte par l'US Navy (marine amricaine) depuis 1954. Malgr ces efforts rpts, les dpassements budgtaires continuaient. Le Dpartement de la Dfense modifia alors compltement sa politique d'acquisition, tout au moins pour les grands programmes. Il adoptera en 1971 cette nouvelle mthode dsigne Design to cost, que nous traduisons gnralement par "Conception pour un Cot Objectif" (C.C.O.).15

Suite la hausse des cots d'utilisation et de maintenance induite par cette mthodologie, le Dpartement amricain de la Dfense s'orienta en 1976-1977 vers le Design to Life Cycle Cost ou "conception pour un cot global de dure de vie". La notion de cot global allait ainsi se dvelopper et devenir une exigence pour les appels d'offres. En France, une Association Franaise pour l'Analyse de la Valeur (AFAV) est constitue en 1978, afin de rassembler les divers praticiens de la mthode. Des normes (X 50.150 X 50.153) [AFN90] sont alors tablies et dites en 1985. L'une d'entre elles, portant sur le Cahier des Charges Fonctionnel (CdCF), mrite une attention toute particulire dans la mesure o la Commission Centrale des Marchs (pour les marchs publics) et les spcialistes de la qualit totale recommandent dsormais officiellement l'usage de ce Cahier. Depuis 1997, une nouvelle norme europenne [AFN97] propose un largissement de la perspective des approches "Valeur" avec notamment la promotion du management par la valeur. Dans le mme temps, des certifications europennes ont t mises en place pour les animateurs et formateurs dans ces disciplines. Analysons donc plus en dtail les diffrences entre les trois mthodologies de conception les plus utilises. 1.3.3. Les mthodes de conception 1.3.3.1. LAnalyse de la Valeur

L'analyse de la valeur est une mthode de conception des produits et services permettant d'assurer l'adquation entre le besoin de l'utilisateur et le produit, mais plus encore, c'est une mthode efficace de rsolution des problmes dans l'entreprise permettant de dgager des axes stratgiques tout en impliquant fortement les personnels dans la recherche des voies de solutions. Le souci de l'conomie, le calage strict sur le besoin et le march, l'analyse fonctionnelle, l'approche pluridisciplinaire de la conception et le travail de groupe, la mobilisation efficace de l'information et la crativit sont au cur de cette mthode. C'est un outil d'investigation qui ne laisse rien dans l'ombre et qui implique un croisement de multiples regards sur le produit, sur le besoin de l'utilisateur, sur les cots, sur les contraintes de l'environnement, sur le march et donc sur la valeur du produit. Cette dernire dfinition rfute l'ide gnralement rpandue selon laquelle l'Analyse de la Valeur est uniquement une mthode de rduction des cots. En effet, si la volont de l'entreprise est de concevoir cot objectif, l'AV prconise galement une affectation16

judicieuse des crdits vis--vis de la satisfaction du client (volution de lentreprise vers une dmarche de Qualit Totale). Ainsi, la valeur d'un produit est maximise (la valeur tant le rapport de la satisfaction des fonctions sur les cots) plutt que son cot est minimis[YANO01].

On peut tablir le synoptique suivant pour dcrire l'AV :

Dfinition du besoin

Demandeur

Concepteur Fournisseur

Produit (Contrainte technique)

Arbre

Contraintes environnementales

Hirarchisation et valorisation fonctionnelle

Dfinition de niveaux viss Flexibilit des critres Analyse de caractristiques

Comparaison d'autres solutions

Propositions d'amliorations.

Fig. 1 : Synopsis de l'analyse de la valeur L'analyse de la valeur qui repose principalement sur lanalyse fonctionnelle est certainement la plus connue des mthodes de conception, c'est cette mthode qui a aujourd'hui volu vers le Design To Cost ou le Design To Goal. 1.3.3.2. Conception cots objectifs

Il fut une poque o les concepts de qualit et de rduction des cots s'opposaient. Mais aujourd'hui, prendre conscience de l'chec et de l'imprieuse ncessit d'un effort de qualit ne suffit pas, encore faut-il matriser parfaitement la conception en liminant le superflu et en contrlant les paramtres d'influence.

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Pour tre comptitive, une entreprise doit mettre sur le march des produits qui rendent service au client, font dgager des marges commerciales et contribuent au dveloppement technique et technologique. [AFN90] La juste estimation de la valeur d'un produit reprsente alors le meilleur quilibre entre les performances techniques et les performances conomiques. Cet quilibre est ancr sur un besoin : c'est le rapport "qualit - prix" recherch par le consommateur ou mieux, le rapport "fonction - cot" pour le concepteur. [BELL99]

Fig. 2 : De l'importance d'une prvision raliste Gardons ainsi l'esprit que le cot constat ne sera pas indiffrent au rsultat de l'estimation prvisionnelle. Le but est de donner aux objectifs de prix la mme importance qu'aux objectifs de performances et de dlai. Les arbitrages se font lors du dveloppement au cours duquel l'industriel peut sacrifier des performances non essentielles au profit d'un cot moindre. Notons que le Design To Cost est galement une mthode de gestion prvisionnelle des cots et non une mthode de rduction de cots. Elle permet d'imposer une parfaite dfinition des spcifications techniques et de production, une confiance entre les clients et les fournisseurs, une dfinition du taux de transaction (cot/performances) et une valuation des cots par

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mthodes paramtres. La mthode suppose donc que lon soit capable de fixer un cot objectif ralisable. De cette mthode est ne son extension au cot de cycle de vie : le Design to Life Cycle Cost, qui cherchera comme le Design To Cost rduire les cots de dveloppement et d'industrialisation (cots rcurrents et non rcurrents) mais aussi les cots de possession du produit. 1.3.3.3. Conception par objectifs Design To Goal

Cette mthode est fortement inspire du Design To Life Cycle Cost. Les pressions commerciales exerces sur le march des produits complexes et de haute technicit poussent les dcideurs mener des actions plus profondes et dvelopper leurs travaux sur lanticipation dans le chiffrage conomique, tout en gardant un il attentif au suivi des performances. La conception par objectifs (Design To Goals en anglais) largit le champ des paramtres dans llaboration dun produit. Ces paramtres peuvent tre purement techniques (la masse globale par exemple), stratgiques (fiabilit, satisfaction globale, qualit perue, etc.) ou conomiques (analyse des cots). C'est en utilisant cette dmarche pousse que nous chercherons optimiser lquilibre entre les objectifs de cots de maintenance, de performances et de dlais lors de la conception. 1.3.4. Conception par cots objectifs : problmes soulevs. La conception par cot objectif soulve toutefois certains problmes. Tout d'abord, un tel pilotage ncessite de la part de lorganisation une restructuration des informations. Cela implique la constitution dun rseau de communication qui transfre les donnes techniques et conomiques sans toutefois vincer linnovation et son rle prdominant. Dans ce but, lis avec lactivit daide la dcision, des outils de pilotage des projets s'avrent ncessaires. La possibilit de mettre en uvre la conception cot objectif dpend ensuite directement des moyens d'estimation prvisionnelle des cots. La qualit des estimations dans les phases initiales joue ici un rle essentiel puisque les marges d'erreur se prlvent sur l'objectif de profitabilit. La figure suivante montre les deux volets de la dmarche : - dune part, la dtermination de la cible par une approche stratgique et commerciale - d'autre part, l'analyse de faisabilit conomique, ralise partir des informations relatives aux cots et soulignant l'importance du facteur organisationnel.19

Structure de march

Stratgie de lentreprise

Dtermination de lobjectif

Approche analytique

Exigence interne

Analyse de la valeur

Standard de production

Modles paramtriques

Processus participatifs et itratifs

Exigence interne

Cot objectif

Fig. 3 : La dmarche de conception cots objectifs Cette dmarche visant faire converger cot cible et cot estim engage enfin tous les intervenants du projet dans un systme formel de relation client - fournisseur (qu'il s'agisse de dpartements de l'entreprise ou de fournisseurs externes). Ce principe, qui a pour but d'viter les dpassements de budget, comporte le risque de ne pas motiver l'intervenant rechercher les amliorations possibles au-del du seuil dfini par l'objectif partiel qui est le sien. De plus, si l'organisation des phases est squentielle, le risque se trouve renforc d'une transmission de solutions et de cots sous optimaux en cascade. Un systme d'incitation la tenue des objectifs joue donc ici un rle essentiel. Le concept de relation client - fournisseur fait d'ailleurs l'objet dans de nombreuses entreprises d'une rflexion voluant vers la notion de contributeur un objectif commun, davantage adapte la mise en oeuvre de la dmarche Design To Cost. En outre la communaut de contribution en conception sera d'autant plus fortement ressentie que les principes de l'ingnierie simultane mettent davantage en prsence les diffrents intervenants et les amnent confronter leurs contraintes et leurs mthodes, encore faut-il que ces acteurs aient la possibilit de dvelopper l'apprentissage du langage et des procdures communes.

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2. Conception et cycle de vie d'un produit2.1. Introduction

De l'instant o il est imagin jusqu' son retrait de service, un produit passe par de nombreuses tapes qui constituent le cycle de vie. Comme l'explique [BERL88], la plus grande part des cots d'un programme est engage lors de la phase de conception d'un systme. De ce fait, la conception apparat comme une phase majeure pour la matrise de la comptitivit. Le graphique ci dessous illustre cette analyse.Costof Programme

To Be100 % 90 %

AsIs

75 %

Cost definition

Cost flow

Potential savings from DTC

15 % 5% Time

Feasibility to definition

Development

Series

Fig. 4 : L'implication des cots la conception Nous prsenterons donc sous un aspect conceptuel la notion de cycle de vie d'un produit et dcrirons plus prcisment les cots qui sont associs chacune des phases (Life Cycle Cost). 2.2. Le cycle de vie d'un produit 2.2.1. Cycle de vie d'un produit Raisonnant dun point de vue chronologique, et l'instar de Decreuse et Feschotte|DECR00],

nous distinguons le cycle de vie dun produit de sa courbe de vie.

Le cycle de vie reprsente la succession des phases de dveloppement, de fabrication, de distribution, dexploitation, de maintenance et de mise au rebut du produit. Il sinscrit dans le cadre plus gnral de la courbe de vie dun produit gnrique qui reprsente en quelque sorte

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lensemble des produits fabriqus suivant ce modle. Celle-ci se compose de la manire suivante [BENC93] : lintroduction (entre dveloppement et lancement) le lancement le point mort (entre lancement et croissance) la croissance la saturation le dclin le retrait.

Pendant la phase dintroduction de la courbe de vie, nous sommes en prsence dun produit que nous pouvons qualifier de "virtuel" en ce sens quil nest matrialis que par des plans et autres documents permettant de le qualifier au regard dun march potentiel. La phase de lancement correspond au dmarrage effectif de la fabrication et au dbut de la vie du produit qui passe dun tat virtuel un tat matriel. La phase dite de croissance du produit reprsente son entre effective sur le march. Pendant cette phase, essentiellement lie la production, le chiffre daffaires crot rapidement. Parvenu ensuite maturit, le produit est fig dans ses attributs morpho-techniques : c'est la phase de saturation. Elle permet de sassurer du bon positionnement du produit sur le march tant du point de vue de la qualit technique que de la performance ou du prix : la dure de vie est-elle confirme ? la maintenance est-elle aise ? le prix est-il comptitif ?

Enfin, la phase de dclin conduit au recyclage et au retrait progressif du service. Elle va engendrer des cots dextinction parfois non ngligeables [BROU92] (non pris en compte ce jour dans laronautique, nous n'voquerons pas ces cots dans ce travail). Aprs avoir pass en revue les diffrentes tapes de vie dun produit, penchons-nous sur la logique de droulement des tapes du projet qui lui correspond. 2.2.2. Cycle de Vie dun Projet Le projet est une suite cohrente dactions qui intgre compltement le cycle de vie du produit [BOUR94].

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Comme nous lavons entr'aperu, les phases de dveloppement, de fabrication ou autres sont des activits complexes qui font intervenir de nombreux spcialistes. Bien entendu, lintervention de ces diffrents acteurs-mtiers suit un ordre logique. Tout d'abord en fonction des donnes issues du marketing va tre prise la dcision de lancement de projet. Le marketing travaille selon quatre axes principaux. Linformation[PETI90]

reprsente le premier de ces axes, elle s'obtient au moyen dobservations et

danalyses (du march et des besoins des utilisateurs) [BROU92]. Le second axe reprsente les tudes qui ont pour but danalyser le march et les consommateurs par des sondages, (tudes qualitatives ou audits de produit). La stratgie commerciale, troisime axe, va orienter le devenir de lentreprise sur une longue priode en matire de march et de produit. Elle permet galement de dfinir les prix, les gammes de produit, le conditionnement, etc. Enfin, le marketing a un rle daide la dcision en ce sens quil se trouve au carrefour des informations reprsentant la ralit du march. Lorsque la possibilit d'un produit nouveau apparat, le marketing tablit un dossier de demande de programme auquel les designers apportent leur contribution : c'est la phase davant-projet. Les dcisions prises alors vont avoir des consquences importantes sur l'avenir du dossier et paradoxalement, elles sont difficiles compte tenu du manque de dfinition du produit ce stade de ltude. La phase de pr-tude entrine la dcision de "faire" le produit. Un investissement global, au regard des considrations stratgiques sur le niveau de charge et sur la rentabilit du projet, est estim. Dans ce but, des mthodes telles que lAnalyse de la Valeur [BOUR94] ou la Conception pour un Cot Objectif (CCO) seront des aides prcieuses permettant datteindre la comptitivit industrielle par la matrise de la valeur [PETI90]. Vient ensuite la phase dtude qui permet le passage du produit dun tat spcifi un tat dfini. C'est au cours de celle-ci que sont explors diffrentes solutions et que le meilleur compromis entre la satisfaction des besoins clients et les marges bnficiaires est recherch. Cette tape prend en compte tous les facteurs influenant la conception, par exemple les besoins logistiques (documentations, pices de rechange...) ou environnementaux (recyclage, destruction).

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La fin du dveloppement permet de prendre la dcision de lancer (ou non) la production. Ainsi, le produit passe peu peu dun tat de spcifications un tat physiquement rel ou ralis. Il sagit alors de dfinir les moyens, tant humains que matriels, mettre en uvre pour aboutir au produit final : ceci relve de la comptence des Mthodes. Suite quoi, le projet va consister en la gestion des actions de fabrication du produit avant sa mise sur le march. L'analyse sus-cite prcise le fait que les dpenses engendres par un projet sont dtermines par les dcisions prises pendant les phases allant de lavant-projet aux tudes. Concrtement, nous pouvons retenir qu'en gnral, 80 90% des cots de possession sont fixs ds les phases d'tude.

2.3.

possession Les cots globaux de possession 2.3.1. Avant propos

Aujourd'hui, la notion de produit se substitue la notion de services attendus. Le prix d'acquisition fait ainsi place la notion de cot de possession qui intgre les cots d'exploitation et de maintenance. Par exemple : le prix d'achat d'une automobile n'est que "la partie visible de l'iceberg", il faudra y ajouter le cot de l'essence, de l'entretien, des rparations, etc. [DHI89] Il faudra galement considrer la dcote et l'immobilisation du capital (ou bien le cot du crdit) avant d'atteindre le cot de revient rel du produit.

Acquisition cost

Facilities cost cost

Inventory cost

Technical cost

Spares cost Transportation Support cost cost Disposal cost Training cost Operating cost

Equipement cost Fig. 5 : L'implication des cots la conception

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Pour rpondre aux exigences de connaissance des cots du systme tout au long de son existence, l'ingnierie industrielle a aujourd'hui remplac la notion de prix d'achat par celle de cot de cycle de vie ou Life Cycle Cost. White et Ostwald [WHIT76] dfinissent en 1976 le cot global ainsi : "le cot de cycle de vie dun lment est la somme de tous les frais engags depuis la conception jusqu la fin de vie de llment". En France, la norme NF X50-150 [AFN98] dfinit le cot global comme "la somme des dpenses sur lensemble de la vie dun produit pour un usage donn". Reprsentant parfois plus du double du cot d'acquisition, le Life Cycle Cost (LCC) se dcompose de la manire suivante :

Fig. 6 : Dcomposition analytique des cots de cycle de vie.

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Ce cycle de vie peut tre cependant apprhend depuis des angles trs diffrents. Susman [SUSM89] ou encore Shields et Young [SHIEL91] distinguent le cycle de vie du point de vue du marketing et du point de vue de la production. Pour le marketing, le cycle de vie reprsente la vie du produit sur le march, les phases retenues sont donc les suivantes : introduction (ou dmarrage), croissance, maturit et dclin. Pour la production, la vie du produit est rythme par les phases suivantes : conception, design, dveloppement produit/process, production et support logistique. La distinction de perspectives peut se faire galement entre celle de l'industriel et celle de l'utilisateur du produit : l'utilisateur ne voit que les phases d'achat, d'exploitation, de maintenance et ventuellement de mise au rebut [ARTT94]. Pour tablir un point de vue rfrent dans ces travaux, nous retiendrons les phases suivantes pour tudier le cycle de vie du produit : linitialisation, la conception, le design, la production, la commercialisation, lutilisation et la maintenance, et enfin la cessation de service avec le recyclage ventuel [ROUA02]. 2.3.2. La modlisation des cots de cycle de vie 2.3.2.1. Introduction

L'homme a-t-il un sens inn d'un prix comme l'oiseau migrateur a le sens inn du nord ? Faites une exprience simple, achetez des produits de consommation courante et demandez un groupe de personnes de donner une estimation pour chacun d'eux. L'exprience prouve que les rponses oscillent couramment d'un facteur un cinq, voire dix, quant l'apprciation du prix par chacun des acteurs. Cette dispersion norme, bien au-del des carts sur les marges, prouve bien que l'homme n'a pas le sens inn d'un prix ni mme d'un cot. Et, bien qu'acheter et vendre soient des actes courants, il nous arrive quelquefois de les pratiquer avec une certaine anxit et de nous demander : "Est-ce le juste prix ? N'est-ce pas trop cher ? Est ce le produit qu'il me faut ?" Ce faisant, nous nous efforons d'valuer, de comparer le produit avec la dpense que son acquisition impose.

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2.3.2.2.

Dfinitions

L'objectif de ce petit paragraphe est de dfinir la perception que nous avons eu dans ce travail de notions aussi simples que la modlisation ou les cots.2.3.2.2.1. Le modle, une abstraction de la ralit

La modlisation est un processus qui consiste identifier les caractristiques intressantes d'une entit en vue d'une utilisation prcise. Ainsi, l'abstraction dsigne le rsultat de ce processus, c'est--dire l'ensemble des caractristiques essentielles d'une entit, retenu par un observateur. Le modle dfinit alors une frontire entre la ralit et la perspective de l'observateur, nanmoins ce n'est pas "la ralit" mais une vue trs subjective de la ralit. Bien qu'un modle ne reprsente pas une ralit absolue, il en reflte les aspects importants et en donne une vue juste et pertinente. Pour tre pertinent un modle doit permettre, au-del de son caractre abstrait, de faciliter la comprhension du systme tudi. Il doit ainsi rduire la complexit du systme en en reproduisant ses comportements : il dcompose la ralit dans le but de disposer d'lments de travail exploitables par des moyens mathmatiques, informatiques ou techniques. Daprs Le Moigne, modliser un systme complexe, cest dabord modliser un systme dactions. La modlisation de laction complexe se caractrise par la notion gnrale de processus qui se dfinit par son exercice et son rsultat. [LEMO99] reprsente donc le processus par trois fonctions : la fonction de transfert temporel, les fonctions de transformation morphologique et de transfert spatial, et propose le modle neuf niveaux dun systme complexe.2.3.2.2.2. Cots :

L'dition de 1835 du Dictionnaire de L'Acadmie franaise proposait au terme de "cot" la dfinition suivante : "COT. s. m. Ce qu'une chose cote. Il n'est plus gure usit qu'en style de Pratique. Les frais et les loyaux cots. Le cot d'un exploit, d'un jugement. On dit quelquefois, Les menus cots, Les petites dpenses. Prov. Le cot fait perdre le got : la trop grande dpense qu'il faudrait faire pour avoir une chose, en te l'envie." [ACAD35] Ce mot, alors dsuet, rapparat avec les diffrentes rvolutions industrielles et on distingue par exemple aujourd'hui : les cots de transformation (conversion costs) qui dsignent les dpenses ncessaires la transformation d'une matire premire en produit, les cots de fonctionnement, plus gnraux, qui sont les dpenses dues au fonctionnement d'un systme,

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ou les cots de distribution, qui rassemblent l'ensemble des dpenses ncessaires pour faire passer le produit du centre de production au centre de consommation. 2.3.2.3. La modlisation du "life cycle cost"

Bien que le concept de Life Cycle Cost soit encore peu utilis, on trouve rgulirement des articles sur ce sujet depuis le milieu des annes soixante priode laquelle le "Department Of Defense" amricain prsente le concept. La mthode la plus frquemment cite pour calculer le cot de cycle de vie dun produit est celle de Kaufman [KAUF69]. Elle passe par sept tapes majeurs que sont : la dtermination des facteurs d'usages : profil d'utilisation (description des contraintes rencontres et des taux d'usage) et profils oprationnels (analyse des missions effectues, temps, cycles) l'identification des lments de cot (design, fabrication, exploitation, maintenance, etc.) l'analyse des inducteurs de cot : principaux facteurs d'influence comme la fiabilit ou le temps moyen pour rparer (MTTR) le calcul de tous les cots l'ajustement des cots en monnaie courante la sommation de tous ces cots

Cette mthode analytique de dcomposition des cots, bien que ralisable sans difficult une fois le produit en service, va se rvler quasiment impossible tablir de manire prvisionnelle. Or nous l'avons vu prcdemment, c'est durant la phase de design qu'est engage la plus grande part de ces cots. C'est pourquoi des modles prvisionnels simples ont t proposs pour simplifier cette analyse. Dans ce cadre, nous prsenterons par l'intermdiaire de l'ouvrage bibliographique de B.S. Dhillon Life Cycle Costing [DHIL89] quelques-uns de ces modles. Ces travaux ayant t raliss dans le cadre d'une coopration avec l'hlicoptriste europen Eurocopter, le choix des modles prsents ci-dessous s'est naturellement port vers le domaine de l'aronautique.

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2.3.2.3.1.

Modle gnral de LCC aronautique

Le Life Cycle Cost d'un avion peut se dcomposer en quatre parties : la recherche et dveloppement, les tests et valuations (RDT&E), la production, le soutien logistique initial et le support oprationnel. Entre la R&D et la production, les cots peuvent se dcomposer par sous-systmes principaux du systme aroport : l'avionique (part lectronique des appareils qui reprsente aujourd'hui un investissement majeur), la cellule et les mcaniques, et les moteurs. Les cots associs au support initial sont les suivants : la gestion des donnes de support, les stocks de rechange, la formation et les quipements spciaux (outillages, lots de bord). Pour finir, les cots oprationnels peuvent tre dcomposs en plusieurs parties : par exemple les cots de maintenance directs, le personnel oprationnel ou encore la formation en maintenance. Ce modle gnral se rsume ainsi : Rechanges Outillages Formation Datas

LCC = CR&D + CProduction + CSupport initial + CSupport oprationnel Avionique Cellule et mcanique Moteurs Equipage Maintenance Carburant

Fig. 7 : Modle gnrique de LCC dans l'aronautique Ce modle analytique peut ensuite se dcliner aux diffrents types de porteurs aronautiques que peuvent tre un avion d'arme, un hlicoptre ou un appareil de transport de passagers.2.3.2.3.2. Inducteurs de cot

Sans toutefois tre exhaustif, nous prsenterons quelques-uns des principaux "cost drivers" des systmes aronautiques. Comme le montre [CARL80], le Life Cycle Cost suit une loi de Pareto : 90% des cots sont dus 15% des quipements.

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Aussi l'analyse des inducteurs de cot peut-elle se limiter ces quelques quipements : vie que sont pour le design : pour la production : les processus de manufacturing les cots de structure les cots d'achat des quipements les matriels de production les exigences de sret de fonctionnement et de fiabilit les performances pour une fonctionnalit donne les spcifications techniques gnrales Avionique gnrale Moteurs Transmission mcanique Servocommandes et groupes hydrauliques

Nous pouvons en outre voquer les principaux paramtres rvlateurs des cots de cycle de

Pour le support enfin, nous pouvons rsumer les "costs drivers", de faon gnrale, au moyen du graphique suivant :Mean Time Between Failure Mean Time To Repair Cost drivers

Maintenance concept

Fuel

Pices de rechange

Main d'uvre

Fig. 8 : Cost drivers pour un appareil aronautique 2.3.3. L'impact de la maintenance dans les cots de cycle de vie Afin de mieux percevoir la rpartition des diffrents cots qui constituent le cot global de possession, analysons-les dans le cas d'industries aussi diverses que l'aronautique, l'automobile ou le secteur nergtique.

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Turbine aubes Rolls-Royce PLC (USA))

- Turbine aubes : Rolls-Royce

33%

67%

Acquisition Exploitation et maintenance

- Hlicoptre : donnes Eurocopter5%

Hlicoptre

28% Acquisition

45% 22%

Assurance et autres cots Exploitation et maintenance Carburant

Automobile

32% 44% Acquisition assurance et autres cots 13% 11% Garage/ page Exploitation et maintenance

Industrie

automobile :

voiture

[FFAC02]

Centrale nuclaire

32%

27%

- Centrale nuclaire : [BAIT00]Acquisition Exploitation et maintenance dmantlement

5%

36%

combustible et traitement des dchets

Fig. 9 : Rpartition du LCC dans diffrentes industries Ces graphiques montrent donc que, quel que soit le secteur dactivit, les cots de maintenance reprsentent une part majeure du cot global de possession dun produit.

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2.4.

Conclusion

Comme le montre cette analyse bibliographique, les cots globaux de possession se matrisent d'autant mieux qu'on s'en proccupe en phase amont d'un projet. D'autre part, il apparat que la maintenance induit une part majeure de ceux-ci. Sans toutefois prtendre les matriser ds la phase de pr-tude ou celle de spcification, on doit analyser les cots de maintenance des produits aronautiques durant la conception. Les paragraphes ci-aprs dcrivent ainsi les notions ncessaires leur prise en compte au bureau d'tude.

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3. La maintenance et ses cots3.1. La maintenance : concepts fondamentaux 3.1.1. Dfinitions Longtemps juge par les entreprises comme un poste de dpense invitable, la maintenance se libre aujourd'hui de cette rputation pour tre considre comme un facteur de comptitivit jouant un rle fondamental dans la matrise des risques, qu'ils soient scuritaires, financiers ou environnementaux. Avant de prsenter l'impact de la maintenance sur les cots dexploitation, attardons-nous sur quelques dfinitions. 3.1.1.1. Dfinitions gnrales

Le dictionnaire Le Robert [ROBE95] donne de la maintenance la dfinition suivante : "Action de maintenir, tech. Ensemble des oprations d'entretien destin accrotre la fiabilit ou pallier des dfaillances". Ne pouvant nous contenter d'une description aussi peu prcise, nous pouvons nous rfrer la dfinition normative [AFN01] : "Ensemble de toutes les actions techniques, administratives et de management durant le cycle de vie d'un bien, destines le maintenir ou le rtablir dans un tat dans lequel il peut accomplir la fonction requise". Le management de la maintenance concerne toutes les activits des instances de direction qui d'une part dterminent les objectifs, la stratgie et les responsabilits concernant la maintenance, et d'autre part les mettent en application par des moyens tels que la planification, la matrise et le contrle de la maintenance, l'amlioration des mthodes dans l'entreprise (y compris dans les aspects conomiques). 3.1.1.2. Maintenance et sret de fonctionnement

Dans sa dfinition originelle, le terme "sret de fonctionnement" reprsente "l'ensemble des aptitudes dun produit qui lui permettent de disposer des performances fonctionnelles spcifies, au moment voulu, pendant la dure prvue, sans dommage pour lui-mme et son environnement" [AUG98]. La sret de fonctionnement couvre ainsi les quatre notions que sont la fiabilit, la scurit, la maintenabilit et la disponibilit, auxquelles on peut ajouter, selon les applications, la survivabilit et l'invulnrabilit.

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La fiabilit reprsente "l'aptitude d'un dispositif accomplir une fonction requise, dans des conditions donnes, pendant une dure donne" [AFN98]. La scurit est "l'aptitude d'un systme accomplir sa fonction sans causer de lsion ou d'atteinte la sant" [AFN98]. La maintenabilit est "l'aptitude d'un bien tre maintenu ou rtabli dans un tat dans lequel il peut accomplir la fonction requise lorsque la maintenance est ralise dans des conditions donnes, avec des procdures et des moyens prescrits" [AFN98]. La disponibilit est, quant elle, "l'aptitude d'un bien, sous les aspects combins de sa fiabilit, maintenabilit et de l'organisation de maintenance, tre en tat d'accomplir une fonction requise, dans des conditions de temps dtermines" [AFN98]. Aujourd'hui cependant, on tend une acceptation largie de cette dfinition en tendant le sens de sret de fonctionnement une notion plus gnrale de matrise du risque, matrise tant conomique que scuritaire ou oprationnelle. Ainsi, dans le domaine initial des dfaillances techniques, on va s'intresser galement au pilotage des cots d'exploitation et de la disponibilit. Ces derniers, devenus enjeux majeurs de la comptitivit de nombreux produits, conduisent les industriels dvelopper des approches qui permettent une matrise de ces paramtres par leur prise en compte, ds les phases "avant projet" jusqu' la phase d'exploitation. 3.1.1.3. Le processus de maintenance

Au-del des dfinitions, et pour amliorer la comprhension de ce qu'est l'action de maintenance, G. Zwingelstein [ZWI96] voque le processus de maintenance ainsi :MaintenanceMaintenance prventive, maintenance base sur la fiabilit (MBF)

Maintenance corrective

Maintenance systmatique (base sur un chancier) Petit entretien Remplacement Inspection Test -

Maintenance conditionnelle (base sur l'tat) Maintenance conditionnelle Maintenance proactive Surveillance Inspection, test -

Maintenance curative Maintenance palliative

- Diagnostic -Analyse de tendance Evnement dclenchant les oprations de maintenance Echancier Nombre de cycles Comparaison avec un critre d'acceptation Dfaillance

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Evnement dclenchant les oprations de maintenance Echancier Nombre de cycles Comparaison avec un critre d'acceptation Dfaillance

A surveiller

Acceptable

DfaillantAnalyse des dfaillances

Tches de maintenance programme Restauration Dmontage Remplacement

Retour d'exprience

Tches de maintenance corrective Rparation Dmontage Remplacement

Reprise des tches de maintenance

Oui

Test de bon fonctionnement aprs maintenance

Non

Remise en service

Fig. 10 : Diagramme des diffrents concepts de maintenance De l'analyse de ce processus se dessine donc le besoin d'optimiser les politiques de maintenance. Politiques 3.1.2. Politiques de maintenance L'analyse des politiques de maintenance en vue d'optimiser la performance des entreprises (de diffrents points de vue allant du financier la disponibilit) est un sujet de recherche explor par de nombreux laboratoires. Bien que n'tant pas l'objet principal de ce travail de thse, nous ne pouvions exposer la maintenance et ses cots sans voquer l'optimisation par l'amli