MAINTENANCE OF DISTRIBUTED SSTEMS: METHODS FOR REAL-TIME DECISION MAKING

MAINTENANCE DES SYSTÈMES DISTRIBUÉS : MÉTHODES D'AIDE À LA DÉCISION TEMPS-RÉEL

Kossi Pélopé Adzakpa (1)

1 ICD - Institut Charles Delaunay

The technological systems have greatly evolved during the last past decades. In the same time, their installations are more and more scattered on different distributed sites. This emphasized the increasing concern about the maintenance decision making processes where cooperative approaches are required, especially in distributed systems. In this thesis, we study methods for real-time decision making in the maintenance of large distributed multisite systems with important logistic constraints (set-up times), where the available maintenance resources are shared between the different sites in the system. The aims are to plan and schedule the maintenance tasks and assign the resources in real-time to them, while minimizing the costs that are involved. The different costs occur namely when the system operates in degradation states, when the maintenance is too often undertaken, or in case of insufficient maintenance. These costs depend on different parameters namely the weighted or unweighted response time (flow-time) of the maintenance tasks, their tardiness and their earliness. The costs also introduce linear and convex combinations of these different parameters and are generally based on the availability function which reveals the degradation state of the different assets in the system. To reach the targets, different problems ought to be solved in order to guarantee a minimal required availability to the system, and assign in real-time the resources to the maintenance tasks. This must take into account the different constraints on the maintenance tasks which have unequal release dates and occur in real-time in the system. The set-up times between these tasks are important and depend on their sequence. Moreover, the tasks are linked by precedence constraints and are characterized by their priority and their emergency which are of a great importance in maintenance. The resolution methods that we propose are based on scheduling approaches, with local optimality rules (depending on the time) that we prove in this document. The decision making rules consider, in a first time, a single maintenance resource with a link to single machine scheduling problems. We developed lower bounds for the off-line use of the rules, before adapting them in algorithms for real-time decision making in order to help the maintenance manager in the cooperative maintenance planning in distributed systems. The main goal is to minimize the different costs while controlling the intervention delay of the maintenance resources. This document contains 6 main chapters. The first one is a general introduction to maintenance and presents the different practices of maintenance in the industry. In the second chapter, the main aspects of maintenance in the scientific research are analyzed. Then we propose in chapter 3 different approaches to solve the problem relative to the critical states costs of the system, which correspond to the maintenance tasks' response-time. We develop, in chapter 4, approaches to handle the different costs which are due to deadlines on the maintenance actions. In this chapter, we consider namely the combined cost of the critical states and the maintenance tasks' tardiness on the one hand, and the costs due to the tasks' earliness and tardiness on the other hand. In order to analyze the performances of the different approaches developed in chapter 3 and chapter 4, and study the robustness of these approaches in a random environment, we simulated them in chapter 5 with uncertainties. Finally we present in chapter 6 the main conclusions of the document and future extensions to this work.

Au cours de ces dernières décennies, les systèmes technologiques ont beaucoup évolué. Dans le même temps, leurs installations sont de plus en plus distribuées sur plusieurs sites. Ceci conduit à la résolution de problèmes logistiques lors des prises de décision en vue d'actions de maintenance qui exigent par ailleurs des approches coopératives dans un contexte de gestion à distance. Dans ce travail, nous étudions des méthodes d'aides à la décision temps-réel pour la maintenance des systèmes multi-sites distribués dans un environnement à ressources partagées, avec des contraintes logistiques non négligeables entre les différents sites. Les exigences sont de planifier et d'ordonnancer les tâches de maintenance, de les affecter en temps-réel aux ressources de maintenance disponibles, tout en minimisant les coûts inhérents au fonctionnement et en maîtrisant les délais d'intervention des ressources. Les coûts sont relatifs notamment au fonctionnement en état dégradé (état critique), aux fréquences trop élevées ou au déficit de maintenance. Ils dépendent aussi de combinaisons linéaires ou convexes d'ensemble de paramètres tels que les temps de réponse (temps de séjour), les retards et avances ainsi que des facteurs de pondération des tâches de maintenance. Les coûts sont également fonction de la disponibilité, cette dernière étant révélatrice des dégradations des entités constituant le système. Pour satisfaire ces exigences, différents problèmes doivent être résolus dans le but de maintenir la disponibilité du système au dessus d'une limite minimale, de minimiser le coût des opérations de maintenance et d'affecter en temps-réel les tâches aux ressources de maintenance, le tout dans un processus optimal de décision. Ce processus doit tenir compte de différentes contraintes : dates d'arrivée inégales des tâches, temps logistiques non négligeables entre les sites, séquences optimales des tâches d'une intervention, précédences entre les tâches d'une même entité et critères de priorité et d'urgence de chaque tâche. Dans cette démarche, les caractéristiques et lois de comportement en fiabilité et en maintenabilité, et les sollicitations d'intervention sur les entités sont connues. Pour résoudre ces problèmes, nous proposons une approche mettant en oeuvre des méthodes d'ordonnancement d'activités (tâches ou actions) de maintenance basées sur des règles de priorité dont nous montrons l'optimalité locale (par rapport au temps) dans ce document. Partant d'une ressource de maintenance, ces règles de décision s'inspirent des principes d'ordonnancement sur une seule machine. Elles sont utilisées dans des algorithmes d'aide à la décision en temps-réel pour la planification dynamique des tâches de maintenance des systèmes distribués. Aux solutions fournies par la plupart de ces règles nous avons déterminé des bornes inférieures. Nous avons structuré ce document en six chapitres dont le premier introduit de façon générale la maintenance et ses différentes pratiques dans les entreprises. Le chapitre 2 propose une analyse de l'état de l'art des travaux de recherche scientifique dans le domaine de la gestion des activités de maintenance. Ensuite, dans le chapitre 3, des approches de résolution des problèmes relatifs aux coûts des états critiques du système sont proposées. Le chapitre 4 traite alors les différents problèmes relatifs aux contraintes de délais sur les opérations de maintenance induisant notamment des coûts combinés liés aux états critiques et aux retards d'intervention d'une part, et des coûts dus aux avances ou retards des tâches d'autre part. Il apparut alors nécessaire d'étudier la robustesse des performances des approches proposées dans les chapitres 3 et 4 en environnements incertains. Cette étude fût donc réalisée dans le chapitre 5 par des simulations Monte Carlo de la maintenance à partir des données d'un système réel soumis à des aléas de défaillance appelant des actions correctives. Enfin, de l'ensemble des investigations menées dans ce travail furent tirées les principales conclusions et les perspectives proposées dans le chapitre 6.

Mots clés: Distributed systems; availability; maintenance; scheduling; real-time decision making.

Mots clés: systèmes distribués; disponibilité; maintenance automatisée; ordonnancement; système d'aide à la décision; temps-réel.; temps-réel

Domaines: Sciences de l'ingénieur [physics]

Kossi Pélopé Adzakpa. MAINTENANCE DES SYSTÈMES DISTRIBUÉS : MÉTHODES D'AIDE À LA DÉCISION TEMPS-RÉEL. Sciences de l'ingénieur [physics]. Université de Technologie de Troyes, 2004. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00371543⟩