Prescriptive maintenance for optimal management of systems subject to degradation : Application to the joint prescription of usage modes and maintenance actions for heavy vehicles
Maintenance prescriptive pour la gestion optimale de systèmes soumis à dégradation : application à la prescription conjointe de modes d’utilisation et d’actions de maintenance pour des véhicules industriels
Résumé
With digitalization, the internet of things and the popularization of data-centric services, different economy sectors have gone through significant changes in their business model. For the automotive sector in particular, those changes relate to moving towards more service-oriented offers. Selling a vehicle is no longer the last contact with the client, as aftermarket services are responsible for a significant part of vehicle manufacturer's revenue. With that in mind, the main concern of this research project is to lay down the foundations for enabling future services for heavy vehicles.This work stresses the importance of maintenance optimization as well as its relationship with vehicle usage. In the past, maintenance was limited to corrective replacements of faulty parts resulting in long idle periods. This impacted the activity of the transporter, as well as its repair costs. The introduction of monitoring systems along with the current communication techniques allow the development of new optimization methods in which, not only replacement dates are determined optimally but also, vehicle usage is changed accordingly, ensuring cost optimization, and continuously extending trucks remaining useful life. With today's technology, those optimization methods could be turned into services that help clients defining replacement dates, manage logistics to minimize degradation levels of the fleet, or even change vehicle software parameters to minimize the long-term costs.This approach to maintenance, in which life is extend through a myriad of different actions encompassing several aspects of vehicle usage, is often referred to as prescriptive maintenance. Although prescriptive maintenance was from the beginning an important element of this work, its definition is rather controversial in the literature. As a consequence, a conceptual effort is done in this document in order to clarify the scope of this kind of maintenance paradigm. With more precise definitions and a clear scope, prescriptive maintenance is applied in the context of heavy vehicles.Prescriptive maintenance applications for heavy vehicles can be seen as original optimization problems in the realm of transportation science. Throughout the investigation of such methods, significant scientific contributions were made. First and foremost, prescriptive maintenance requires models that can realistically connect degradation and vehicle usage. Such models are hardly adapted for decision-making problems and require adaptation. In this document, such models are studied in detail.Solving those aforementioned optimization problems is a non-trivial task. All of the aforementioned formulations required significant computational effort to be solved exactly. As such, another dimension of this work contribution is the development of algorithms suitable for solving them. Classical methods are adapted taking advantage of particular properties of the models used and heuristics capable of closing the optimization gap in a reasonable time are developed.
Avec la numérisation, l'internet des objets et la popularisation des services centrés sur les données, différents secteurs économiques ont connu des changements importants dans leur modèle d'entreprise. Pour le secteur automobile en particulier, ces changements concernent l'évolution vers des offres davantage axées sur les services. La vente d'un véhicule n'est plus le dernier contact avec le client, car les services après-vente représentent une part importante du chiffre d'affaires des constructeurs automobiles. Dans cette optique, le principal objectif de ce projet de recherche est de jeter les bases des futurs services pour les véhicules lourds.Ce travail souligne l'importance de l'optimisation de la maintenance ainsi que sa relation avec l'utilisation du véhicule. Dans le passé, la maintenance se limitait à des remplacements correctifs de pièces défectueuses, ce qui entraînait de longues périodes d'inactivité. Cela avait un impact sur l'activité du transporteur, ainsi que sur ses coûts de réparation. L'introduction de systèmes de surveillance et les techniques de communication actuelles permettent de développer de nouvelles méthodes d'optimisation dans lesquelles, non seulement les dates de remplacement sont déterminées de manière optimale, mais aussi l'utilisation du véhicule est modifiée en conséquence, ce qui permet d'optimiser les coûts et d'allonger continuellement la durée de vie utile des camions. Grâce à la technologie actuelle, ces méthodes d'optimisation pourraient être transformées en services qui aident les clients à définir les dates de remplacement, à gérer la logistique pour minimiser les niveaux de dégradation de la flotte, ou même à modifier les paramètres du logiciel du véhicule pour minimiser les coûts à long terme.Cette approche pour la maintenance, dans laquelle la durée de vie est prolongée par une myriade d'actions différentes englobant plusieurs aspects de l'utilisation du véhicule, est souvent appelée maintenance prescriptive. Bien que la maintenance prescriptive ait été dès le départ un élément important de ce travail, sa définition est assez controversée dans la littérature. Par conséquent, un effort conceptuel est fait dans ce document afin de clarifier la portée de ce type de paradigme de maintenance. Avec des définitions plus précises et un champ d'application clair, la maintenance prescriptive est appliquée dans le contexte des véhicules lourds.Les applications de maintenance prescriptive pour les véhicules lourds peuvent être considérées comme des problèmes d'optimisation originaux dans le domaine de la science des transports. Tout au long de l'étude de ces méthodes, des contributions scientifiques significatives ont été apportées. Tout d'abord, la maintenance prescriptive nécessite des modèles qui peuvent relier de manière réaliste la dégradation et l'utilisation du véhicule. De tels modèles sont difficilement adaptés aux problèmes de prise de décision et nécessitent une adaptation. Dans ce document, ces modèles sont étudiés en détail.La résolution des problèmes d'optimisation susmentionnés est une tâche non triviale. Toutes les formulations susmentionnées nécessitent un effort de calcul important pour être résolues avec exactitude. Ainsi, une autre dimension de la contribution de ce travail est le développement d'algorithmes adaptés à la résolution de ces problèmes. Les méthodes classiques sont adaptées en tirant parti des propriétés particulières des modèles utilisés et des heuristiques capables de combler l'écart d'optimisation en un temps raisonnable sont développées.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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