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Sûreté de fonctionnement Module de formation Mai 2013

Sûreté de Fonctionnement

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Sûreté de fonctionnement

Module de formation

Mai 2013

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2Présentons-nousMai 2013

Page 3: Sûreté de Fonctionnement

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3

Carine Pascal, CleodIT

Mai 2013

Audit & Evaluation• Evaluation qualité• Evaluation technique :

processus / produit• Accompagnement à la

certification / accréditation

Expertise• Sûreté / Sécurité : analyse

de risque, dossier de sûreté…

• Système / Logiciel : système critique, système à forte composante logicielle, système embarqué

Formation• Qualité : approche

processus, audit, indicateurs, tableau de bord…

• Sûreté de fonctionnement : méthodes et outils, FMEA, HAZOP, SEEA…

R&D• Recherche • Développement

expérimental (pilote, prototype)

• Technologies de l’information

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4Plan de formation (1/7)Mai 2013

Vocabulaire

Système / Matériel / Logiciel

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5Plan de formation (2/7)Mai 2013

Vocabulaire

Risque

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6Plan de formation (3/7)Mai 2013

GénéralitésGrandeurs caractéristiques

Sûreté de Fonctionnement

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7Plan de formation (4/7)Mai 2013

PLAN DO

CHECKACT

Processus de management du risque

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8Plan de formation (5/7)Mai 2013

Analyse fonctionnelle

Fonctionnement nominal du système

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9Plan de formation (6/7)Mai 2013

Analyse dysfonctionnelle

Dysfonctionnementdu système

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10

Mai 2013

Plan de formation (7/7)

Cas d’étude

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11

VOCABULAIRESystème

Fonction

Exigence

Evénement redouté, risque, gravité, vraisemblance

Mai 2013

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12Système

• Système : ensemble d’entités (personne, logiciel, matériel, processus), interagissant entre eux et avec leur environnement, pour satisfaire des fonctions requises

Mai 2013

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13FonctionMai 2013

Fon

ctio

n

Act

ion

d’un

sys

tèm

e ex

prim

ée e

n te

rme

de f

inal

ité

Fonction principale (fonction d’interaction)

Fonction qui traduit la raison d’être du système dans son environnement, pour répondre au besoin

Fonction de contrainte (fonction d’adaptation)

Fonction qui doit être satisfaite par le système, sans traduire sa raison d’être

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14Exigence

Une exigence est un énoncé :• qui peut être rédigé dans un langage naturel ou dans un langage

mathématique• qui traduit des besoins et/ou des contraintes (comme des contraintes

techniques, des contraintes de coûts, des contraintes de délais, ou d’autres types de contrainte)

• qui caractérise un élément du système à réaliser à l’aide d’un identifiant unique

[Association Française d’Ingénierie Système]

Exemple de référentiel d’exigences : une norme, un cahier des charges…

Mai 2013

Besoin ≠ MoyenExplicite ou Implicite

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15

Evénement redouté(événement indésirable)

• Evénement redouté : événement dont la survenue n’est pas souhaitée en regard des exigences

• Accident, si la gravité est importante• Incident, si la gravité est peu importante

Mai 2013

Page 16: Sûreté de Fonctionnement

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16Gravité

• Gravité : importance des conséquences d’un événement redouté

• Conséquences humaines, économiques, environnementa-les…

• Echelle quantitative • Echelle qualitative :

Mai 2013

Niveau gravité

Conséquences

Critique (IV)

Plusieurs personnes avec des blessures graves ou irréversibles

Majeur (III)

Une personne avec des blessures graves ou irréversiblesDommages de coût élevé sur le système ou son environnement

Mineur (II)

Blessures légères et réversiblesDommages de coût limité sur le système ou son environnement

Page 17: Sûreté de Fonctionnement

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17Vraisemblance

• Vraisemblance : possibilité d’occurrence d’un événement redouté

• Echelle qualitative : peu probable / probable / très probable, courte durée d’exposition / longue durée d’exposition…

• Echelle quantitative : probabilité ou fréquence sur une période donnée

Mai 2013

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18Risque

• Risque : combinaison de la vraisemblance d’un événement redouté et de sa gravité

Mai 2013

Page 19: Sûreté de Fonctionnement

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19

GÉNÉRALITÉSSûreté de fonctionnement

Fiabilité, Disponibilité, Maintenabilité, Sûreté

Niveau de sûreté

Défaillance, mode de défaillance

Mai 2013

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20

Sûreté de fonctionnement

• Sûreté de fonctionnement : ensemble d’attributs qui traduisent les aptitudes d’un système à satisfaire une fonction requise dans un contexte donné

• i.e. dans des conditions données• dans un environnement donné• à un instant donné ou pendant un intervalle de temps

donné…

Mai 2013

Page 21: Sûreté de Fonctionnement

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21

Attributs FDMS / RAMS

Mai 2013

Sûreté de fonctionnement

Disponibilité

Maintenabilité

Fiabilité

Sûreté (Sécurité-Innocuité)

Aptitude à satisfaire la fonction à un instant donné, en supposant que la fourniture des moyens est assurée

Aptitude à satisfaire la fonction

sans provoquer d’événement redouté

Aptitude à être réparée dans un intervalle de temps donné

Aptitude à satisfaire la fonction pendant une durée donnée

Page 22: Sûreté de Fonctionnement

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22Autres attributsMai 2013

Sûreté de fonctionnement

Qualité

Sécurité

Testabilité

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23Niveau de sûreté

• Niveau de sûreté : ensemble requis d’exigences qualitatives et quantitatives de sûreté de fonctionnement

• Les exigences portent sur un des attributs FDMS retenus

Mai 2013

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24

Niveau de sûretépour l’attribut S

Mai 2013

SIL (Safety Integrity Level)

Exigence qualitative S

Exigence qualitative S

Exigence quantitative

S

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25Défaillance

• Défaillance : cessation de l’aptitude d’une entité à satisfaire une fonction requise

• Une défaillance ne doit pas avoir pour conséquence un événement redouté

Mai 2013

Page 26: Sûreté de Fonctionnement

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26

Types de défaillance

• Défaillance aléatoire : défaillance d’une entité dont la cause est aléatoire

• Défaillance systématique : défaillance liée de manière déterministe à une cause

• Défaillance primaire : défaillance d'une entité dont la cause n'est pas une défaillance d'une autre entité

• Défaillance secondaire : défaillance d'une entité dont la cause est une défaillance d'une autre entité et pour laquelle cette entité n’est pas dimensionnée

• Défaillance de commande : défaillance d'une entité dont la cause est une défaillance d'une autre entité et pour laquelle cette entité est dimensionnée

Mai 2013

matérielle

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27

Exemples de défaillance

• Défaillance systématique

• Défaillance aléatoire• Défaillance primaire

• Défaillance secondaire

• Défaillance de commande

Mai 2013

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Mode de défaillance

• Mode de défaillance : état observable d’une entité défaillante pour une fonction requise

• La liste des modes de défaillance doit être établie de manière exhaustive

• Les modes de défaillance doivent être indépendants

Mai 2013

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29

Modes de défaillance d’une fonction

• Fonctionnement prématuré ou intempestif

• Non fonctionnement ou fonctionnement retardé

• Fonctionnement interrompu ou intermittent

• Fonctionnement continu

• Fonctionnement dégradé

Mai 2013

Légende : Fonctionnement attendu Fonctionnement observé

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30

Modes de défaillance génériques

Mai 2013

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31Synthèse des notionsMai 2013

Niveau de sûreté

Défaillance d’une fonction

Evénement redouté

Risque

?

?

?

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32

GRANDEURS CARACTÉRISTIQUESFiabilité

Disponibilité

Maintenabilité

Sûreté

Mai 2013

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33

Grandeurs caractéristiquesFiabilité

Mai 2013

Paramètre Définition Symbole Dimension

Fiabilité Probabilité que la première défaillance du système survienne après l’instant t

R(t)

Taux (instantané) de défaillance

A = Le système est non défaillant sur la durée [0,t]B = Le système est défaillant sur la durée [t,t+Δt]

λ(t) Défaillances / Temps

aléatoire

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34

Grandeurs caractéristiquesCourbe en baignoire

Mai 2013

Jeunesse Maturité Vieillesse

λ(t)

λ

Temps

(déverminage, rodage) (usure)

Durée de vie

Taux de défaillance constant

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35Lois de fiabilité

• Loi exponentielle pour λ(t) constant uniquement• R(t) = e-λt

• Loi de Weibull pour λ(t) constant ou variable (trois paramètres)

Mai 2013

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36Calculs de fiabilité

• La fiabilité prévisionnelle des composants élémentaires est donnée par les recueils de fiabilité (cf. annexe)

• On construit un modèle de fiabilité du système• Arbre de défaillances• BDF (Bloc Diagramme Fiabilité)• Graphes de Markov• Réseaux de Pétri

• On utilise des outils (cf. annexe) pour l’estimation de la fiabilité du système

Mai 2013

Attention aux unités, qui diffèrent d’un recueil à l’autre

Modèle série : R(t) < min(Ri(t))

λ(t) = Σλi(t) constant

Modèle parallèle :R(t) > max(Ri(t))λ(t) non constant

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37

Grandeurs caractéristiquesFiabilité (MTTF, MTBF, MUT, MDT)

Mai 2013

Paramètre Définition Symbole Dimension

Mean Time To Failure

Durée moyenne de fonctionnement avant la première défaillance(espérance mathématique)

MTTF Temps

Mean Down Time

Durée moyenne de non fonctionnement avant maintenance corrective

MDT Temps

Mean Up Time

Durée moyenne de fonctionnement après maintenance corrective

MUT Temps

Mean Time Between Failure

Durée moyenne de fonctionnement entre défaillances consécutives(pour les systèmes réparables)

MTBF Temps

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38

Grandeurs caractéristiquesFiabilité (MTTF, MTBF, MUT, MDT)

Mai 2013

Temps0Première

défaillanceRemise

en serviceDéfaillance

suivante

MTTF MDT MUT

MTBF

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39

Un système ayant un taux de défaillance constant a une probabilité de 37% de ne pas défaillir pendant sa durée moyenne

de bon fonctionnement

Grandeurs caractéristiquesFiabilité (MTTF, MTBF, MUT, MDT)

Mai 2013

• Si le taux de défaillance est constant et égal à λ• MTBF = MTTF = 1/λ• R(MTTF) = e-1 < 0,37

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40

Grandeurs caractéristiquesMaintenabilité

Mai 2013

Paramètre Définition Symbole Dimension

Maintenabilité

Probabilité qu’un système (réparable) connaisse une défaillance à l’instant t = 0 et soit réparé sur la durée [0,t](pour les systèmes réparables)

M(t)

Taux (instantané de réparation) A = Le système n’est pas réparé sur la

durée [0,t]B = Le système est réparé sur la durée [t,t+Δt]

μ(t) Réparations/ Temps

aléatoire

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41

Grandeurs caractéristiquesMaintenabilité

Mai 2013

Paramètre Définition Symbole Dimension

Mean Time To Restoration/Recovery

Durée moyenne de maintenance corrective(espérance mathématique)

MTTR Temps

• Si le taux de réparation est constant et égal à μ• M(t) = 1 – e-μt

• MTTR = 1/μ

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42

Grandeurs caractéristiquesDisponibilité

Mai 2013

Paramètre Définition Symbole Dimension

Disponibilité Probabilité qu’un système soit non défaillant à l’instant t

A(t)

• Pour un système non réparable, on a A(t) = R(t)

défaillance aléatoire

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43

Grandeurs caractéristiquesSûreté

Mai 2013

Paramètre Définition Symbole Dimension

Tolerable Hazard Rate

Taux maximum acceptable de défaillances par heure menant à un événement redouté

THR Défaillances / Temps

aléatoires

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44

Exemples d’exigences

• Exemple d’exigence de fiabilité : le MTBF du système doit être de 50 000 heures

• Exemple d’exigence de disponibilité : le système doit démarrer en moins de 1 seconde

• Exemple d’exigence de maintenabilité : le MTTR du système doit être de 24 heures

• Exemple d’exigence de sûreté : le THR du système doit être de 10-9 par heure

Mai 2013

Page 45: Sûreté de Fonctionnement

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45

MAÎTRISE DES RISQUESEtablissement du contexte

Appréciation du risque

Traitement du risque

Acceptation du risque

Mai 2013

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46

Processus de management du risque

Mai 2013

Etablissement du contexte

Evaluation du risque

Traitement du risque

Com

mun

icat

ion

du r

isqu

e

Surv

eill

ance

et r

éexa

men

du

risq

ue

Identification du risque

Estimation du risque

Analyse du risque

Appréciation du risque

Page 47: Sûreté de Fonctionnement

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47

Etablissement du contexte

• Objectifs• Quelles sont les exigences applicables au projet ?• Quels attributs doivent être suivis en regard de ces

exigences ?• Quel est le niveau d’analyse souhaité ?

• Périmètre• Quelles phases du cycle de vie du système doivent être

analysées ?• Quelles fonctions doivent être analysées ?

Mai 2013

Page 48: Sûreté de Fonctionnement

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48

Méthodes d’analyse de risque

Mai 2013

Méthodes déductives

Conclusion

Quelles sont les causes nécessaires et

suffisantes ?

Méthodes inductives

Condition

Quelles sont les conséquences ?

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49

Estimation du risque(Criticité)

• Détermination de la vraisemblance• Détermination de la gravité• Détermination de la possibilité de détecter et éliminer le

risque avant qu’il n’impacte le système

• Indice de criticité / Risk Priority Number (RPN) : Vraisemblance x Gravité x Détection

Mai 2013

Page 50: Sûreté de Fonctionnement

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50

Evaluation du risque

• Principe ALARP• « As Low as Reasonably Practicable » / « Aussi faible que

raisonnablement possible »• Royaume-Uni

• Principe GAMAB ou GAME• « Globalement Au Moins Aussi Bon » ou « Globalement Au

Moins Equivalent » • France

• Matrice de criticité

Mai 2013

Page 51: Sûreté de Fonctionnement

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51Matrice de criticitéMai 2013

Vraisemblance x Gravité

Insignifiant Marginal Critique Catastrophique

Fréquent Indésirable Inacceptable Inacceptable Inacceptable

Probable Acceptable Indésirable Inacceptable Inacceptable

Occasionnel Acceptable Indésirable Indésirable Inacceptable

Rare Négligeable Acceptable Indésirable Indésirable

Improbable Négligeable Négligeable Acceptable Acceptable

Invraisemblable Négligeable Négligeable Négligeable Négligeable

Inacceptable

Indésirable

Acceptable

Négligeable

Doit faire l’objet d’une réduction de risque

Acceptable ssi la réduction de risque est impossible (irréalisable, coût disproportionné…) et avec l’accord de la société d’exploitationAcceptable moyennant un contrôle approprié et avec l’accord de la société d’exploitationAcceptable sans condition

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52Risque acceptable

• Risque acceptable : risque identifié que l’on s’autorise à ne pas traiter

Mai 2013

Page 53: Sûreté de Fonctionnement

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53

Traitement du risque

• Action en réduction du risque : action de traitement du risque permettant de passer d’un risque inacceptable à un risque acceptable

• Action de prévention• Action de protection

• Barrière de sûreté : entité réalisant l’action en réduction

Mai 2013

Vraisemblance

Gravité

Action de protection

Action de prévention

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54Risque résiduel

• Risque résiduel : risque subsistant après le traitement du risque

Mai 2013

Risque acceptable

Risque non

identifié

Risque résiduel

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55

Pièges à éviter / Biais

• Problème de technique• Problème de méthodologie• Pression : délai, indépendance • Biais cognitifs : biais de disponibilité, biais de

confirmation, biais d’ancrage, biais de représentativité

Mai 2013

Page 56: Sûreté de Fonctionnement

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56

ANALYSE FONCTIONNELLEAnalyse fonctionnelle externe

MISME

Analyse fonctionnelle interne

SADT

Mai 2013

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57

Analyse fonctionnelle

• Démarche qui consiste à identifier et caractériser les fonctions du système

• Etape préliminaire indispensable à l’analyse de risque pour la compréhension du système et de son environnement

Mai 2013

Page 58: Sûreté de Fonctionnement

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58

Analyse fonctionnelle externe

• Démarche qui consiste à traduire un besoin en fonctions attendues du système

• A ce stade, le système est une boite noire

Mai 2013

Page 59: Sûreté de Fonctionnement

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59

• Méthode d’Inventaire Systématique du Milieu Environnant

Mai 2013

Méthode MISMEAF externe

Page 60: Sûreté de Fonctionnement

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60

Représentation MISME

Mai 2013

Système dans une

phase donnée

Elément E1 de

l’environnement

Elément E2 de

l’environnement

Elément E4 de

l’environne ment

Elément E3 de

l’environnement

F1

F2F3

F1 : fonction d’interaction entre E3 et E4F2 : fonction d’adaptation du système à l’environnementF3 : fonction d’adaptation de l’environnement au système

Page 61: Sûreté de Fonctionnement

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61

Analyse fonctionnelle interne

• Démarche qui consiste à décrire les fonctions techniques du système qui réalisent les fonctions identifiées lors de l’AFE

Mai 2013

Page 62: Sûreté de Fonctionnement

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62

Méthode SADTAF interne

Mai 2013

Structured Analysis and Design Technique

Actigramme SADT d’une fonction

Fonction

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63

Méthode SADTAF interne descendante

Mai 2013

A0Du général :Fonction technique globale

Au particulier :Fonctions techniques détaillées

A1

A2

A3

A11

A12

A-0

A0

A1 A3

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64

Tableau d’AF

• Synoptique des analyses fonctionnelles externe et interne• Lien entre les fonctions issues de l’AF externe et les

fonctions techniques les réalisant issues de l’AF interne• Lien entre les fonctions issues de l’AF externe et les

moyens/équipements supportant leur réalisation issus de l’AF interne

Mai 2013

E1 E2 E3 E4

F1 F11 X

F12 X

F13 F131 X

F132 X

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65

ANALYSE DYSFONCTIONNELLEAnalyse Préliminaires des Risques / Dangers

Analyse des Modes de Défaillance, de leurs Effets et de leur Criticité

Etude de danger et d’exploitabilité

Arbre de défaillances

Mai 2013

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66APR/APD

• Analyse Préliminaire des Risques / Dangers

• Méthode déductive : on part des événements redoutés pour en déterminer les causes (fonction concernée, phase du cycle de vie, événement initiateur…)

• Les événements considérés sont indépendants

Mai 2013

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67Tableau d’APR/APD

• 1) Identification unique du scenario• 2) Evénement redouté issue d’une liste générique sectorielle ou d’une liste basée sur le REX• 3) Situation préalable à l’accident potentiel, basée sur le REX• 4) Evénement redouté initiateur ou cause rendant effective la situation dangereuse • 5) Fonction (issue de l’AF) à laquelle on peut associer une défaillance et qui est à l’origine de

l’événement initiateur• 6) Evénement complémentaire transformant la situation dangereuse en accident potentiel

(indépendant de l’événement initiateur et dont une autre fonction est à l’origine)• 7) Phase d’utilisation• 8) Conséquences du scenario• 9) Criticité du risque • 10) Actions en réduction de risque• 11) Remarques ou commentaires éventuels concernant le scenario ou la méthodologie

Mai 2013

Page 68: Sûreté de Fonctionnement

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68AMDE(C)

• Analyse des Modes de Défaillance, de leurs Effets (et de leur Criticité)

• Méthode inductive• Analyse des défaillances simples uniquement• Les combinaisons de défaillances font l’objet d’analyses

séparées

Mai 2013

Page 69: Sûreté de Fonctionnement

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69Tableau d’AMDE(C)

• 1) Identifiant unique du scenario• 2) Fonction analysée (issue de l’AF)• 3) Mode de défaillance• 4) Cause du mode de défaillance• 5) Conséquence au niveau analysé du système• 6) Conséquence au niveau « suivant » du système ou sur le système global

(ex. événement redouté)• 7) Gravité / Vraisemblance / Criticité• 8) Barrières de sûreté existantes • 9) Conséquence en tenant compte des barrières• 10) Gravité / Vraisemblance / Criticité en tenant compte des barrières• 11) Exigences pour la réduction du risque • 12) Remarques ou commentaires éventuels concernant le scenario ou la méthodologie

Mai 2013

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70HAZOP

• HAZard and OPerability Studies : étude de danger et d’exploitabilité

• Etudie l’influence des déviations de divers paramètres régissant le système par rapport à leurs valeurs nominales de fonctionnement

Mai 2013

Non Plus MoinsAussi bien que

Une partie

deInverse Autre

queTôt/

avantTard/après

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71

Arbre de défaillances

Mai 2013

Evénement redouté parent résultant de la combinaison de tous les événements redoutés fils

Porte logique ET

Porte logique OU

Evénement redouté parent résultant d’un au moins desévénements redoutés fils

Evénement redouté de basenon décomposable

Evénement redouténon décomposé

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72

Arbre de défaillances

Mai 2013

• Les événements fils doivent être les événements immédiats, nécessaires et suffisants

• A chaque étape, les défaillances primaires, secondaires et de commande doivent être considérées

• Tous les événements doivent être indépendants

Page 73: Sûreté de Fonctionnement

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73

Arbre de défaillances

Mai 2013

Si ces principes ne sont

pas respectés, l’arbre de

défaillances obtenu sera

plat !

• Les événements fils doivent être les événements immédiats, nécessaires et suffisants

• A chaque étape, les défaillances primaires, secondaires et de commande doivent être considérées

• Tous les événements doivent être indépendants

Page 74: Sûreté de Fonctionnement

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ANNEXESBibliographie

Normes

Recueils de fiabilité

Outils

Mai 2013

Page 75: Sûreté de Fonctionnement

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75Bibliographie

• IMdR – Groupe de travail Management, Méthodes, Outils, Standards (M2OS) – Fiches méthodes – 2010

• http://www.imdr.fr/submitted/document_site/Fiches_pedago_7_20100910_Fr_222.pdf

• Laprie, Jean-Claude – Dependability: Basic Concepts and Terminology – Springer-Verlag – 1992

• Leveson, Nancy – Safeware : System safety and computers. Addison Wesley – 1995

• Villemeur, Alain – Sûreté de fonctionnement des systèmes industriels – Editions Eyrolles – 1988

Mai 2013

Page 76: Sûreté de Fonctionnement

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76Normes

• ISO/IEC 60050-191 – Vocabulaire électrotechnique international – Sûreté de fonctionnement et qualité de service – 1990

• ISO/IEC 60812 – Techniques d’analyses de la fiabilité du système – Procédure d’analyse des modes de défaillance et de leurs effets (AMDE) – 2006

• ISO/IEC 61882 – Etudes de danger et d’exploitabilité (HAZOP) – 2001

• ISO/IEC 61025 – Analyse par arbre de panne – 2006

Mai 2013

Page 77: Sûreté de Fonctionnement

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77

Recueils de fiabilité

• MIL-HDBK-217 (électronique)• RDF 93 (électronique)• UTE-C 80180 / RDF 2000 / IEC 62380 (électronique)• FIDES (électronique)

• NPRD-95 (Non electronic Parts Reliability Data, mécanique/électromécanique)

• OREDA (Offshore Reliability Data)• EIREDA (European Industry Reliability Data bank)

Mai 2013

Page 78: Sûreté de Fonctionnement

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78Outils

• Dia (SADT)• Open Office Classeur (AMDEC)• ARALIA Workshop SimTree (arbre de défaillances)• ITEM Toolkit (fiabilité prévisionnelle)• RAM Commander (fiabilité prévisionnelle)

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