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Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / L'objectif principal de cette thèse vise à analyser et optimiser les stratégies de la maintenance conditionnelle à adopter, pour les systèmes de production pouvant opérer en mode dégradé. Premièrement, nous commençons par analyser un système de production simple, composé d'une seule machine/composante pour l'étendre ensuite à des systèmes de production plus complexes. La machine est modélisée comme un système à plusieurs états allant du fonctionnement nominal jusqu'à la panne totale et chaque état de fonctionnement dégradé est caractérisé par ses propres taux de production et de produits non conformes, ainsi que par son propre niveau d'effets secondaires comme la quantité émise de dioxyde de carbone et le niveau de consommation de l'énergie. Lorsque l'état de la machine/composante atteint la limite du seuil acceptable, des actions préventives de maintenance sont déployées pour ramener la machine à un niveau de performance supérieur. Dans ce contexte, trois types de configurations sont considérés dans cette thèse: système série sans stocks intermédiaires, système à deux machines/composantes avec un stock intermédiaire et système série/parallèle sans stocks intermédiaires. Dans le premier type de configuration (i.e. système série), l'objectif de l'optimisation est de maximiser le taux de production du système. Les résultats numériques ont montré que, pour que le taux de production soit optimal, la maintenance préventive ne doit pas être optimisé pour chaque machine/composante individuellement, mais plutôt pour l'ensemble du système considéré, et que les actions de maintenance majeures devraient être appliquées aux machines goulot. Dans le deuxième type de configuration (i.e. système à deux machines et un stock intermédiaire), l'objectif de l'optimisation est de minimiser la somme des couts associés à la maintenance, au niveau de l'inventaire, aux produits non conformes et aux effets secondaires causés par la dégradation de la performance des machines, tout en maintenant le taux de production à un niveau élevé. Une méthode d'évaluation analytique est ainsi développée pour évaluer le taux de production. L'effet de la maintenance préventive et du niveau du stock a été analysé et les résultats montrent clairement qu'un cout minimal peut être obtenu lorsque la maintenance préventive est optimisée pour l'ensemble du système considéré. Dans le cas du troisième type de configuration (i.e. système série-parallèle multi-états), un nouveau modèle d'optimisation de la redondance intégrant la maintenance conditionnelle est proposé. L'objectif est de déterminer conjointement la structure du système et les actions de maintenance conditionnelle à un coût minimal, sous des contraintes de disponibilité. Pour estimer la disponibilité du système, un nouveau modèle combinant les chaînes de Markov et la technique de la fonction génératrice des moments universelle est développé. De plus, un algorithme génétique est proposé pour résoudre le problème d'optimisation combinatoire formulé. Les résultats obtenus ont montré que l'intégration des coûts d'exploitation dans le modèle d'optimisation donne de meilleurs résultats par rapport au modèle ne considérant que les coûts de conception et de maintenance. / The main objective of this thesis is to analyze and optimize the condition-based maintenance strategies to be adopted for production systems that can operate in degradation mode. First, we consider a production system composed of one machine/component and then extend it to more complex production systems. The machine is modeled as a multi-state system ranging from perfect functioning to total failure and each degraded operating state is characterized by its own production rate, fraction of nonconforming items produced and level of side effects such as the amount of carbon dioxide emitted and the level of energy consumption. When the last acceptable state of the component/machine is reached, preventive maintenance actions are deployed to bring the machine back to one of the previous higher levels of performance. In this context, three various types of common manufacturing systems are considered in this thesis: a serial system without intermediate buffers, two-machine/component manufacturing system with an intermediate buffer and a serial-parallel system without intermediate buffers. In the first type of configuration (i.e., a serial system), the objective of the optimization is to maximize the production rate of the system. The numerical results showed that the optimal preventive maintenance policies should be selected from the perspective of the whole system and major maintenance actions should be applied to the bottleneck machine of the system. In the second type of configuration (i.e., a system with two machines and an intermediate buffer), the objective of the optimization is to minimize the sum of the costs associated with maintenance, inventory level, nonconforming items and side effects caused by the degradation of machine's performance, while keeping the production rate at a high level. An analytical evaluation method is thus developed to evaluate the production rate. The effect of preventive maintenance and buffer level is analyzed, and the obtained results clearly show that a minimum cost can be reached when preventive maintenance is optimized for the whole system. In the case of the third type of configuration (i.e., a multi-state series-parallel system), a new model integrating condition-based maintenance and redundancy optimization is proposed. The objective is to jointly optimize, under availability constraints, the structure of the system and the conditional maintenance actions at a minimum cost. To estimate the availability of the system, a new model combining Markov chains and the universal moment generating function technique is developed. Moreover, a genetic algorithm is proposed to solve the formulated combinatorial optimization problem. The results obtained showed that the integration of operating costs in the optimization model gives better results, compared to the model considering only design and maintenance costs.

Dans cette thèse, nous proposons de développer des politiques de remplacement préventif pour des systèmes multi-composants. Ces systèmes sont composés de plusieurs composants selon une configuration bien déterminée et dont l’état se dégrade d’une manière aléatoire. Les politiques de remplacement définissent les actions à entreprendre en fonction de l'état du système ou de ses composants et ont pour objectif de retarder l'apparition des pannes et de prolonger la durée de vie du système. Sur le plan théorique, la généralisation des modèles de remplacement des systèmes mono-composants à des systèmes multi-composants n'est pas évidente. La difficulté réside essentiellement dans l’existence d’interaction ou de dépendance entre les différents composants du système. Nous nous sommes concentrés dans cette thèse sur les dépendances stochastique et économique entre les composants. Pour la dépendance stochastique, la propagation de la panne a été modélisée par l’effet domino pour un système parallèle à deux composants. Nous avons proposé deux politiques de remplacement de type Age. Dans la première politique, nous avons supposé que la structure des coûts est constante alors que dans la deuxième politique cette hypothèse a été modifiée en prenant une structure de coûts variable. Nous avons aussi proposé dans le cadre de la dépendance stochastique un modèle de remplacement bi-objectif qui optimise à la fois le coût espéré du remplacement et la disponibilité du système. Pour la dépendance économique, nous avons proposé une politique de remplacement basée sur le comptage des pannes pour un système parallèle et nous l’avons intégrée dans un modèle d’allocation de la redondance d’un système série-parallèle. Le modèle mathématique a été résolu par une approche heuristique basée sur l’algorithme du recuit simulé. / The aim of this thesis is to develop preventive replacement policies for multi-component systems. Systems are composed of several components connected under a known configuration and subject to random failures. Each replacement policy defines the actions to be taken according to the state of the system or its components and it is intended to delay the occurrence of failures and extend the lifetime of the system. From the theoretical point of view, the extension of replacement models from single-component systems to multi-component systems is not obvious. The difficulty is due primarily to the interaction or dependence between the different components of the system. In this thesis the focus has been put on the stochastic and economic dependencies between components. For stochastic dependence the propagation of the failure is modeled by the domino effect for a two-component parallel system, and two age replacement policies are investigated. In the first policy, we assumed that the cost structure is constant whereas in the second policy a variable cost structure is assumed. We proposed also a bi-objective replacement model that optimizes both expected replacement cost rate and system availability. For economic dependence, we proposed a failure counting replacement policy for a parallel system and we integrated it in a redundancy allocation model for a serie-parallel system. The mathematical model has been built taking account of this policy and Simulated Annealing algorithm has been used as resolution approach.

Des observations ont montrées que la maintenance des équipements industriels dans le secteur de la transformation des bois est absente ou inadéquate. Plusieurs logiciels existants de GMAO (gestion de la maintenance assistée par ordinateur) ont été employés dans certaines usines, mais sans succès. L'analyse des pratiques en cours de production nous a permis de mieux comprendre les phénomènes influençant la gestion de la maintenance ainsi que les difficultés y étant associées. Cela nous a mené au développement d'un système mieux adapté, car développé en étroite collaboration avec les industriels du secteur et les ressources qui y travaillent. On décrit les phases du développement, les fonctionnalités particulières qui font que ce nouveau système de gestion de la maintenance est tant apprécié par les grosses corporations et surtout par les gens qui y travaillent. On y décrit également étape par étape les phases nécessaires à une implantation réussie, sans oublier les indicateurs de performances indispensables à la poursuite des activités de maintenance à long terme.