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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.

La gestion des interventions sur les ouvrages en béton, publics et privés, n’est pas toujours optimale. Ceci est dû à l’absence d’un protocole complet capable de guider de manière homogène les ingénieurs dans leurs choix relatifs à la priorité ainsi qu’aux types de travaux à effectuer sur leurs ouvrages. Ce manque d’assistance décisionnelle se traduit par des interventions qui ne sont pas toujours optimales en termes de coûts et de durabilité. Ce mémoire présente la méthodologie développée en collaboration avec les ingénieurs d’Hydro-Québec dans le but d’uniformiser, rationaliser et intégrer dans un outil de gestion les différentes étapes requises pour réussir des interventions optimales et de qualité. Trois activités sont essentielles afin de systématiser l’approche de réfection ou d’entretien sur les ouvrages en béton: le diagnostic des dégradations, l’évaluation de la pertinence des interventions et le choix des méthodes et produits de réfection appropriés. Après avoir fait une revue de documentation exhaustive afin de bien cerner le problème, les chapitres de ce mémoire décrivent successivement les approches retenues pour chaque activité en vue d’orienter efficacement les ingénieurs dans la gestion de leurs infrastructures. Plus précisément, un outil informatique a été développé de manière à incorporer les méthodes qui résultent de ce projet de recherche. Un logiciel de ce genre est essentiel, puisqu’en plus de simplifier l’utilisation à grande échelle des divers outils d’évaluation développés, il permet d’uniformiser les méthodologies de travail à l’intérieur d’une organisation de grande taille comme Hydro-Québec. / Hydro-Québec is amongst Canada’s largest hydroelectric companies. It is responsible for maintaining an acceptable level of performance of many concrete dams. In order to do so efficiently, from cost and durability standpoints, the different stages of the condition survey required in the evaluation of the structure must be homogeneized and integrated in a tool capable of assisting the engineer in his choices. These stages are the diagnosis of the causes of concrete distresses, the evaluation of the need of repair or maintenance actions and the selection of the appropriate materials and repair procedures. This document describes the methodologies developed and later incorporated in a computer program, which is able to guide the engineer in a systematic and rational way.

La détérioration prématurée des réparations en béton est le résultat de divers processus physico-chimiques et électrochimiques. La fissuration du béton de réparation est une des causes de dégradation les plus importantes et peut entraîner et accélérer le processus de corrosion des barres d’armature et ainsi diminuer significativement la durée de vie, non seulement de la réparation, mais de l’ouvrage dans son ensemble. Ce travail de recherche avait pour objectif de contribuer à identifier et développer une méthode d’essai objective et établir une corrélation avec des techniques d’essai indirectes. L’essai proposé utilise une dalle de béton de référence comportant en surface une cavité à combler avec le matériau à tester. Cet essai permet de simuler une réparation superficielle réelle, avec un degré de restriction représentatif et la possibilité de réaliser le vieillissement dans des conditions d’exposition diverses. Afin d’être en mesure d’apprécier le caractère représentatif de l’essai de performance et des techniques d’essai indirectes, des réparations expérimentales de grandeur nature ont aussi été réalisées sur des structures exposées en conditions extérieures. / The premature deterioration of concrete repairs in service is a result of a variety of physico-chemical and electrochemical processes. Among the most serious causes of repair failures is cracking of the repair. Cracking may result in the reduction of an effective cross-sectional area of the repaired structure and increase the effective permeability of the concrete cover, thus promoting corrosion of the reinforcement and further deterioration. The main objective of this project was to contribute to the development and assessment of a reliable test method for evaluating the sensitivity to cracking of repair materials. A performance test was developed and used to establish correlations with existing indirect test methods (ring test, beam deflexion test, drying shrinkage test, etc.). The performance test method uses of a reference slab containing a cavity on the top surface to be filled with the repair material to be tested. The reference test slab, which offers a degree of restraint comparable to what is found in reality, allows simulating the behavior of the material in real concrete repair conditions. In order to better evaluate the test methods, experimental repairs have also been made on existing structures exposed to service conditions.

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.

Ce travail explore l'impact des réparations sur les groupes en se concentrant sur la question du temps. Les distinctions opérées par Paul Ricœur entre temps objectif, temps raconté et temps perçu permettent de circonscrire avec précision le champ d'action des réparations : elles sont des vecteurs de reconnaissance caractérisés par leur pouvoir de reformulation du passé. Pour démontrer cela, l'étude s'appuie sur le cas des réparations allemandes à Israël et à la Claims Conference de 1950 à 1990. Ce cas est interprété dans le but de comprendre ce qui a motivé ces gestes, et aussi en vue de justifier le principe des réparations en général : il adopte une méthode herméneutique critique. Les réparations allemandes sont d'abord liées aux théories de la reconnaissance. Les revendications des victimes sont interprétées comme une lutte pour la reconnaissance, les réactions des offenseurs comme un parcours vers la reconnaissance de responsabilité. Le fonctionnement de la reconnaissance est ensuite précisé par une étude des formes qu'elle revêt au fil du temps. Les années 1950 sont celles de la justice civile, c'est-à-dire des réparations monétaires. Ce mode de reconnaissance se caractérise par une façon elliptique de raconter les événements. Dans les années 1960, la justice pénale prend le relais et propose un récit plus concret du passé à travers les témoignages et les verdicts. Dans les années 1970 et 1980, ce sont les gestes symboliques, de nature essentiellement narrative, qui prédominent. En fait, chaque mode de reconnaissance présente une façon distincte de raconter le passé et modifie la perception du temps. Ce pouvoir de reformulation constitue une réplique à l'irréparable. / This thesis explores the impact reparations have on groups by focusing on the question of time. It applies Paul Ricoeur's distinctions made between objective, narrated and perceived time. Thus it can show that reparations function as the primary vehicle for recognition due to their rephrasing power. Though they cannot undo the irreparable, they are capable to change the narrative about the past. The case study chosen to prove this point are the German reparations to Israel and to the Claims Conference from 1950 to 1990. The method applied is critical hermeneutics, so the case is not only interpreted in order to understand the motivations for these very reparations but also to justify the principal of reparations in general. The German reparations are first related to the theories of recognition. The claims of the victims are identified as a struggle for recognition, while the reactions of the perpetrators are described as a journey towards the recognition of responsibility. Then the functioning of recognition is specified through a detailed study of the different forms that reparations have taken over time. The 1950s were the years of civil justice, i.e. of monetary reparations. This form of recognition was characterized by an elliptic way of telling the events. In the 1960s, criminal justice took the place, and made a more specific narration of the past possible thanks to the testimonies and verdicts. In the 1970s and 1980s, symbolic acts, essentially narrative, predominated. To sum up, each form of recognition constitutes its distinct mode of telling the past and modifies as a consequence the perception of time. This power to reformulate is an answer to the irreparable.

Dans ce travail une stratégie de maintenance préventive est proposée pour un système multi composants. Cette stratégie suggère d'effectuer des remplacements préventifs de certains composants du système à tous les s unités de temps. Si une défaillance accidentelle survenait, une réparation minimale est aussitôt entreprise pour ramener le système défaillant en état d'opération sans affecter son taux de panne. Après n remplacements préventifs, le système est remis à neuf. La stratégie considérée est alors définie par deux paramètres n et s. A chaque action de maintenance, on associe une durée et un coût. Deux modèles mathématiques ont été développés pour déterminer le couple optimal (s*, n*). Le premier modèle permet de trouver le couple (s*, n*) qui minimise le coût total moyen sur un horizon infini. Le second modèle permet de déterminer le couple optimal (s*, n*) qui maximise la disponibilité stationnaire du système. Des procédures numériques ont été mises au point pour traiter les deux modèles. Plusieurs résultats numériques ont été obtenus. La stratégie proposée peut s'appliquer à plusieurs systèmes multi composants. Les modèles analytiques développés peuvent servir de base au développement de nouvelles stratégies. Un modèle d'optimisation permettant de déterminer le couple (s*, n*) qui permet de respecter un seuil de disponibilité requis, à coût minimal, est actuellement en phase de développement.

Les entrepreneurs forestiers de récolte ont été amenés à chercher de nouvelles façons d'augmenter leur productivité et réduire leurs coûts. Nous avons constaté que la maintenance des machines forestières de récolte est une source importante de dépenses (plus de 30%). Actuellement, nous constatons l'absence d'un système d'information permettant une meilleure gestion et planification des opérations de maintenance ainsi que le suivi de la performance de cette dernière. Le but de notre étude est donc de proposer une stratégie d'implantation d'un système de gestion de la maintenance pour les entrepreneurs forestiers de récolte. Ce système de gestion de la maintenance sera adapté aux moyens et aux ressources de l'entrepreneur forestier de récolte. Notre méthodologie prend en compte l'état actuel de la maintenance chez les entrepreneurs forestiers de récolte. Un stage sur le terrain et une revue des connaissances ont permis un premier bilan. Nous avons ensuite réalisé des comparaisons avec des domaines industriels d'intérêts, à savoir le secteur minier et les éoliennes. Ces comparaisons nous ont révélé l'existence d'un système de surveillance pour les machines d'exploitation minière. La comparaison nous a également révélé l'existence d'un système décentralisé de gestion de la maintenance chez les éoliennes. Ceci nous a inspirés pour proposer un système collaboratif de gestion de la maintenance. Un tel système vise à partager des ressources et des connaissances pouvant mener à une réduction des coûts de la maintenance. Une entité spécialisée qui collecte, compile et analyse les données de maintenance sera recommandée afin de proposer un système de gestion de la maintenance compatible avec les besoins et les ressources des entrepreneurs forestiers de récolte. Dans la dernière partie du travail, nous avons détaillé les étapes nécessaires pour l'implantation d'un système de gestion de la maintenance.

Ce mémoire a pour but d'explorer l'utilisation de données de contexte, notamment spatial, pour prédire de la durée que va prendre un garage pour effectuer les réparations à la suite d'un accident automobile. Le contexte réfère à l'environnement dans lequel évolue le garage. Il s'agit donc de développer une approche permettant de prédire une caractéristique précise en utilisant notamment de l'information historique. L'information historique comprend des composantes spatiales, comme des adresses, qui vont être exploitées afin de générer de nouvelles informations relatives à la localisation des garages automobiles. L'utilisation des données accumulées sur les réclamations automobiles va permettre d'établir un niveau initial de prédiction qu'il est possible d'atteindre avec de l'apprentissage supervisé. En ajoutant ensuite petit à petit de l'information de contexte spatial dans lequel évolue le garage responsable des réparations, de nouveaux niveaux de prédiction seront atteints. Il sera alors possible d'évaluer la pertinence de considérer le contexte spatial dans un problème de prédiction comme celui des temps de réparations des véhicules accidentés en comparant ces niveaux de prédiction précédemment cités. L'utilisation de données historiques pour prédire une nouvelle donnée se fait depuis plusieurs années à l'aide d'une branche de l'intelligence artificielle, à savoir : l'apprentissage machine. Couplées à cette méthode d'analyse et de production de données, des analyses spatiales vont être présentées et introduites pour essayer de modéliser le contexte spatial. Pour quantifier l'apport d'analyses spatiales et de données localisées dans un problème d'apprentissage machine, il sera question de comparer l'approche n'utilisant pas d'analyse spatiale pour produire de nouvelles données, avec une approche similaire considérant cette fois-ci les données de contexte spatial dans lequel évolue le garage. L'objectif est de voir l'impact que peut avoir une contextualisation spatiale sur la prédiction d'une variable quantitative. / The purpose of this paper is to explore the use of context data, particularly spatial context, to predict how long it will take a garage to complete repairs following an automobile accident. The context refers to the environment in which the garage evolves. It is therefore a question of developing an approach that makes it possible to predict a precise characteristic by using historical information in particular. The historical information includes spatial components, such as addresses, which will be exploited to generate new information about the location of car garages. The use of the accumulated data on car claims will allow to establish an initial level of prediction that can be reached with supervised learning. By then gradually adding information about the spatial context in which the garage responsible for the repairs evolves, new levels of prediction will be reached. It will then be possible to evaluate the relevance of considering the spatial context in a prediction problem such as that of the repair times of accidented vehicles by comparing these prediction levels previously mentioned. The use of historical data to predict new data has been done for several years with the help of a branch of artificial intelligence, namely: machine learning. Coupled with this method of data analysis and production, spatial analyses will be presented and introduced to try to model the spatial context. To quantify the contribution of spatial analysis and localized data in a machine learning problem, we will compare the approach that does not use spatial analysis to produce new data with a similar approach that considers the spatial context data in which the garage evolves. The objective is to see the impact that spatial contextualization can have on the prediction of a quantitative variable.

Ce mémoire a pour but d'explorer l'utilisation de données de contexte, notamment spatial, pour prédire de la durée que va prendre un garage pour effectuer les réparations à la suite d'un accident automobile. Le contexte réfère à l'environnement dans lequel évolue le garage. Il s'agit donc de développer une approche permettant de prédire une caractéristique précise en utilisant notamment de l'information historique. L'information historique comprend des composantes spatiales, comme des adresses, qui vont être exploitées afin de générer de nouvelles informations relatives à la localisation des garages automobiles. L'utilisation des données accumulées sur les réclamations automobiles va permettre d'établir un niveau initial de prédiction qu'il est possible d'atteindre avec de l'apprentissage supervisé. En ajoutant ensuite petit à petit de l'information de contexte spatial dans lequel évolue le garage responsable des réparations, de nouveaux niveaux de prédiction seront atteints. Il sera alors possible d'évaluer la pertinence de considérer le contexte spatial dans un problème de prédiction comme celui des temps de réparations des véhicules accidentés en comparant ces niveaux de prédiction précédemment cités. L'utilisation de données historiques pour prédire une nouvelle donnée se fait depuis plusieurs années à l'aide d'une branche de l'intelligence artificielle, à savoir : l'apprentissage machine. Couplées à cette méthode d'analyse et de production de données, des analyses spatiales vont être présentées et introduites pour essayer de modéliser le contexte spatial. Pour quantifier l'apport d'analyses spatiales et de données localisées dans un problème d'apprentissage machine, il sera question de comparer l'approche n'utilisant pas d'analyse spatiale pour produire de nouvelles données, avec une approche similaire considérant cette fois-ci les données de contexte spatial dans lequel évolue le garage. L'objectif est de voir l'impact que peut avoir une contextualisation spatiale sur la prédiction d'une variable quantitative. / The purpose of this paper is to explore the use of context data, particularly spatial context, to predict how long it will take a garage to complete repairs following an automobile accident. The context refers to the environment in which the garage evolves. It is therefore a question of developing an approach that makes it possible to predict a precise characteristic by using historical information in particular. The historical information includes spatial components, such as addresses, which will be exploited to generate new information about the location of car garages. The use of the accumulated data on car claims will allow to establish an initial level of prediction that can be reached with supervised learning. By then gradually adding information about the spatial context in which the garage responsible for the repairs evolves, new levels of prediction will be reached. It will then be possible to evaluate the relevance of considering the spatial context in a prediction problem such as that of the repair times of accidented vehicles by comparing these prediction levels previously mentioned. The use of historical data to predict new data has been done for several years with the help of a branch of artificial intelligence, namely: machine learning. Coupled with this method of data analysis and production, spatial analyses will be presented and introduced to try to model the spatial context. To quantify the contribution of spatial analysis and localized data in a machine learning problem, we will compare the approach that does not use spatial analysis to produce new data with a similar approach that considers the spatial context data in which the garage evolves. The objective is to see the impact that spatial contextualization can have on the prediction of a quantitative variable.