Reducing rolling stock maintenance cost

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1 Reducing rolling stock maintenance cost
Louis-Marie CLEON Directeur Adjoint de la Direction de l’I&R

2 Quelques chiffres en données d’entrée
Un Réseau : km (LGV: km) Des ressources : Cheminots Locomotives 357 TGV (+ 16 Eurostar et 6 Thalys) Voitures Wagons Des trains : trains Grandes Lignes dont 480 TGV / jour 5 464 trains TER / jour 4 945 trains Transilien / jour 1 842 trains Fret / jour Un CA : 11,4 Milliards d’Euros Régularité (moins de 5 minutes) : TGV : 87 % Transilien : 92,1% TER : 90 %

3 Exploitant Ferroviaire
Contexte et enjeux de la maintenance du matériel roulant Les acteurs en présence Ministère / DTT RFF / INFRA Exigences sécurité Exploitant Ferroviaire Marché, exigences sécurité, qualité, coûts, disponibilité Maintenance du matériel Réponses besoins et exigences Autorités Organisatrices Marché, exigences Industriels / Constructeurs Voyageurs Clients Besoin, exigences La maintenance est en bout de chaîne. Elle doit satisfaire ses clients vis à vis de leurs exigences sécurité, disponibilité, coût, qualité. La maintenance du matériel roulant ferroviaire doit être au service de l’exploitation : avantage d’un système intégré exploitation – maintenance telle que mise en œuvre à la SNCF Maintenance : non seulement la notion d’action de maintenance , mais aussi une notion d’organisation, de politique… Dans ces conditions la maintenance à la SNCF cherche non seulement à fournir une maintenance de qualité, mais aussi à comprendre et à anticiper les attentes de l’exploitant, et à progresser au service de l’entreprise SNCF. Productivité reversée à l’entreprise. Un paradoxe industriel : s’améliorer c’est chercher à réduire son chiffre d’affaire. La maintenance est dépendante de la conception du matériel, notamment les aspects fiabilité, maintenabilité et disponibilité. Prendre en compte la maintenance dès l’expression de besoin. La maintenance présente tout au long du cycle de vie d’un matériel

4 Le Matériel est au cœur des exigences des Clients
Exigences des Clients / Marché Prix / Coût Limiter les coûts de maintenance qui représentent 10-12% des coûts de l'opérateur Variabiliser les coûts et gagner en visibilité MATERIEL Acquisition + Maintenance & évolution Transformation Proactivité Disponibilité / Engagement de service Confort Ingénierie / Projets Fiabilité Anticipation / Innovation Qualité/Sécurité Réactivité / Flexibilité

5 Contexte et enjeux de la maintenance du matériel roulant Le parc de matériel roulant SNCF (mars 2003) 374 TGV (dont 3 rames postales) 997 automotrices électriques 988 autorails & automoteurs 2027 locomotives électriques 1730 locomotives diesel 1220 locotracteurs Achats pour 400 locomotives diesel livrées à partir de juin 2006 210 locomotives électriques de novembre 2001 à avril 2006 180 bi-courants (trafic intérieur) (1,9 M€) 29 tri-courants (trafic France-Allemagne, 15 kV ~) 1 prototype tricourant (trafic France-Italie-Belgique 3kV =) 7395 voitures wagons

6 Contexte et enjeux de la maintenance du matériel roulant Les données économiques générales
Estimation de la valeur à neuf du matériel roulant SNCF  15 G € Exercice 2002 Investissements matériel neuf :  1 G € Maintenance du matériel roulant :  1,4 G € Modernisation :  0,2 G € Répartition moyenne du coût d’un trajet Grandes Lignes de la SNCF : 11 % : maintenance du matériel 19 % : charges de capital du matériel 6 % : énergie de traction Compte tenu des charges de capital, le matériel roulant doit avoir la meilleure disponibilité possible. C’est l’un des enjeux majeurs. 2 actions conjuguées : amélioration de l’utilisation du matériel roulant et ainsi réduction du parc à iso-parcours (rotation des wagons, durée journalière d’utilisation des locomotives) diminution des charges de maintenance et réalisation de cette maintenance en dehors des plages d’utilisation. Renouvellement important du parc de matériel avec recherche d’une amélioration significative de la disponibilité (meilleure fiabilité, maintenabilité optimisée) Productivité du parc

7 formation, qualification et maintien de la qualification
Contexte et enjeux de la maintenance du matériel roulant Les exigences législatives Obligation (arrêté du 5 juin 2000 relatif aux règles techniques et de maintenance applicables aux matériels roulants ) d’assurer le management : POLITIQUE responsabilités formation, qualification et maintien de la qualification règles de maintenance gestion de la documentation contrôle, autocontrôle, suivi des pratiques professionnelles Installations, appareils de mesure et d'essais conformité des pièces de rechange traçabilité retour d'expérience Politique de maintenance formalisée, comprise et mise en oeuvre ; Responsabilités et l'autorité des personnes dont les tâches contribuent à la sécurité définies. Missions et attributions des établissements chargés de la maintenance explicitées ; Formalisation des processus de formation, de qualification et de maintien de la qualification des personnels (exigence complémentaire : arrêté "aptitudes" du 30 juillet 2003 relatif aux conditions d'aptitude physique et professionnelle et à la formation du personnel habilité à l'exercice de fonctions de sécurité sur le réseau ferré national); Organisation des contrôles, autocontrôles, suivi des pratiques professionnelles en situation...) et moyens de détection au plus tôt des erreurs, omissions ou malfaçons éventuelles explicités ; Règles de maintenance formalisées, leur conception et leur évolution décrite. Fond des règles justifié par le REX, des essais, des études de sûreté de fonctionnement ; Règles de gestion de la documentation formalisées ; Dispositif de maîtrise de la conformité des pièces de rechange et de la sous traitance formalisé ; Retour d'expérience mis en oeuvre et exploité (composantes technique, organisationnelle et humaine); Maintenance (y compris vérification et étalonnage) des installations et des appareils de mesure et d'essais spécifiée. Autre aspect lié à la Qualité : la traçabilité des opérations.

8 Politique et organisation de maintenance à la SNCF La politique
La politique de maintenance du matériel consiste à mettre à disposition (des Activités = Exploitants Ferroviaires internes de la SNCF) des matériels : conformes aux exigences de sécurité et de compatibilité définies par l’arrêté du 5 juin 2000 ; conformes aux normes et à la réglementation relatives aux transports concernés ; conformes aux objectifs de qualité, de disponibilité et de coût convenus.

9 Politique et organisation de maintenance à la SNCF La stratégie de maintenance
PRÉVENTIVE CORRECTIVE Choisir le meilleur compromis entre maintenance préventive et maintenance corrective en fonction des objectifs opérationnels Coûts, indisponibilité, perte d’image, sécurité, confort, régularité... Optimisation de la maintenance en fonction de l’effet des défaillances On est globalement dans une logique maintenance préventive et recherche de l’allègement par observation du comportement en service. Notion d’analyse fonctionnelle et d’AMDEC Mise en place dès que pertinent de maintenance conditionnelle ou prédictive en remplacement d’une maintenance systématique.

10 Politique et organisation de maintenance à la SNCF L’intégration aux besoins de l’exploitant
exploitation Niveau 1 = opérations de surveillance lors des circulations (conducteur, dispositif de surveillance de la température des boites d’essieux…) Niveau 2 = vérifications, tests, échanges rapides d'équipements entre deux circulations (généralement en centre de maintenance) Niveau 3 = visites périodiques préventives et déposes d'organes, généralement hors service commercial (en centre de maintenance) Niveau 4 = opérations de maintenance majeures, les révisions (en atelier) Niveau 5 = modernisation, transformation ou réparation importante (en atelier) Hors exploitation En exploitation = durée d’intervention courte à nulle fréquence généralement élevée Hors exploitation = durée d’intervention à partir d’environ ½ journée jusqu’à plusieurs semaines fréquence d’autant plus faible que la durée est longue Regroupement des opérations de maintenance au sein d’un schéma de maintenance résultat d’un compromis entre la recherche du potentiel maximal de chaque fonction / organe, la disponibilité du matériel l’industrialisation et la cohérence de la charge de maintenance N2 : station service N3 : garage N4 : atelier de réparation (échange standard)

11 Politique et organisation de maintenance à la SNCF Schéma de maintenance type
GVG EMN ATS ATS VL VG VL GVG OC Pas d’examen 2 x pas d’examen Demi pas de visite (en Km) Pas de visite (en km) 2x pas de visite (en km) 3x pas de visite (en km) 4x pas de visite (en km) Généralement à mi vie EMN = Examen MécaNique VL : visite limitée VG : visite générale interventions en centre de maintenance ATS : autres travaux systématiques GVG : grande visite générale OC : opération caisse interventions en atelier Notion de cycle : examens, visites, révisions

12 Politique et organisation de maintenance à la SNCF La spécialisation
La spécialisation pour maîtriser la sécurité, les coûts, la qualité de service Dimensionnée en tenant compte notamment : Des compétences théoriques et pratiques maîtrisables par les différents acteurs Des installations et outillages disponibles De l’impact économique des stocks et pièces de rechange Les établissements sont spécialisés : par séries de matériel : objectif peu de séries mais nombreux matériels d’une même série par niveaux de maintenance : Centres de maintenance pour les niveaux 2 et 3 Ateliers pour les niveaux 4 et 5 En complément de la spécialisation certaines responsabilités sont confiées aux établissements : la gérance d’un matériel (sauf wagons). Chaque centre de maintenance est chargé de la programmation, de la réalisation et du suivi de la maintenance de niveaux 2 et 3 des matériels dont il est gérant. le directorat. Pour une série donnée, il est confié à un atelier qui a la responsabilité notamment du suivi des résultats en exploitation, de la gestion technique des matériels et de leur modification.

13 Principales méthodologies utilisées :
Politique et organisation de maintenance à la SNCF L’ingénierie de maintenance intégrée Élaboration et optimisation des règles de maintenance par entités dédiées Principales méthodologies utilisées : Analyse des données du retour d’expérience et modélisation des lois d’usure ou de dégradation (capteurs, data mining). Optimisation de la Maintenance par la Fiabilité Une règle de maintenance définit pour chaque élément maintenable : la fréquence d'intervention (" date " de l'intervention en unité d'usage), le critère d'intervention (conditions d'intervention de l'opérateur), la consistance des travaux (description des actions de l'opérateur), Les OE/GE fondent leurs travaux sur : l'analyse des études prévisionnelles de fiabilité, de maintenabilité, de disponibilité et de sécurité (F.M.D.S.) réalisées lors de la conception ou de la construction d'un matériel neuf et lors des études de modification d'un matériel en service ; l'observation directe du comportement des organes ou d'organes similaires, si nécessaire en faisant appel à des procédures d'investigation ; le retour d'expérience des services production. les résultats d'éventuels essais et investigations. Recherche permanente d’optimisation des cycles de maintenance. Pilotage de la direction du Matériel (approbateur des règles de maintenance

14 Optimisation de la maintenance : Traitement des données de mesure
Contexte : Une quantité importantes de mesures enregistrées : Par voiture de mesure (embarquée) En voie grâce à des capteurs qui auscultent les installations et les trains en temps réel Objectif : Exploiter ces informations pour : Prévenir les incidents à l’aide de la maintenance prédictive Optimiser l’allocation des ressources de maintenance à l’aide d’une vision prospective et d’une plus grande planification Pour prévenir les incidents, maintenir une bonne qualité de service et gérer au mieux ses stocks, la SNCF a mis en place un réseau de capteurs qui permettent d ’assurer un contrôle régulier des équipements. Pour tirer le meilleur profit possible de ces informations, il est important d’optimiser le recueil et l ’exploitation des données recueillies. L ’objectif est de mieux anticiper les événements et d ’optimiser l ’allocation des ressources. Les études : Détection des défauts de roue Détection des boîtes chaudes d’essieux Optimisation de la maintenance de la géométrie de la voie

15 Optimisation de la maintenance : Exploitation du REX
Contexte : De nombreuses bases de REX disponibles De longs historiques, Des informations variées rarement associées : exploitation, infrastructure, trafic, maintenance ... Objectif : Identifier les variables influentes sur les dégradations Optimisation des cycles de maintenance Répartition optimisée des ressources de maintenance Réduction des incidents Les études : Analyse statistique des ruptures de rail Analyse des défauts de signalisation Modélisation des défauts de géométrie de la voie La SNCF a l a chance de disposer de nombreuses bases de données utilisées jusqu ’à présent à des fins descriptives et de surveillance. Les bases de données disponibles sont gérées par les activités concernées en fonction de leur utilisation . Les avancées informatiques permettent désormais de les croiser et d ’envisager un dépouillement qui tienne compte de l ’aspect intégré du système ferroviaire. Grâce à ces infos, on souhaite mieux comprendre les phénomènes de dégradation des composants du systèmes ferroviaires pour proposer des améliorations sur l ’organisations et la planification des actions de maintenance..

16 Analyse statistique des ruptures de rail : OBJECTIF et METHODOLOGIE
Réalisation d’un outil d’aide à la décision qui hiérarchise le criticité de rupture des rails sur le réseau Criticité = Probabilité * Gravité Modèle prédictif sur les ruptures de rail Identification des variables influant sur la rupture Quantification de ces influences Modèle de gravité Déclinaison des modalités de gravité (conséquence sur la sécurité, la production, la maintenance …) : Choix des variables influentes Hiérarchisation L’objectif de la Direction de l ’Innovation et de la Recherche est de développer pour les acteurs de la maintenance, un outil d’aide à la décision basé sur l’exploitation statistique du Retour d ’Expérience. On s’intéresse donc au risque de rupture des rails. Classiquement, le risque, ou la criticité, d’un événement résulte de la combinaison de deux facteurs : - d’une part, la vraisemblance de réalisation de cet événement, c’est à dire ici, la probabilité d’apparition d’une rupture, - d’autre part, la gravité d’une rupture éventuelle, c’est à dire le niveau des conséquences d’une rupture de rail suivant les contextes géographique et d’exploitation. L’outil en cours de développement à la DRT propose une approche statistique pour la composante prédictive du risque. Plusieurs modèles mathématiques ont en effet été testés et mis en place. Ils permettent d’une part d’identifier les variables influant sur les ruptures et d’autre part de quantifier ces influences. La démarche proposé dans l’outil pour définir la deuxième composante du risque est essentiellement basée sur les dires d’experts avec lesquels nous avons travaillé pour sélectionner et hiérarchiser les variables influentes. Analyse des historiques de données, Expertise métier

17 Analyse statistique des ruptures de rail : MISE EN OEUVRE
Le projet s’est déroulé en 5 étapes : Une première étape a consisté à fusionner les informations disponibles jugés à priori pertinente. Puis un traitement statistique de ces données a permis d ’aboutir à un modèle de scoring sur les rupture. Parallèlement on a développé un modèle de gravité à partir d’avis d’experts. L’ensemble a permis d’aboutir à un modèle de risque qui est implémenté sur intranet pour être utilisé par les acteurs (décideurs) de la maintenance.

18 Coûts de maintenance Quels indicateurs? coûts,  coûts ,  coûts nb km nb Voy. km Réduction des coûts Augmenter la disponibilité et donc les km

19 Répercution sur les coûts des km supplémentaires  50%
Augmenter la disponibilité Répercution sur les coûts des km supplémentaires  50% Optimiser les travaux entre les services produits trains Réduire les manœuvres Gestion des manœuvres en établissement

20 Planification et optimisation de la manœuvre à la maintenance
Objectifs: Minimiser les coûts de manœuvre des établissements de maintenance (programmation) Réagir à des aléas de production en proposant des planifications adaptées (pré-op. et opérationnel) qui minimisent les retards en sortie d’établissement

21 Typologie des manœuvres sur un site d’entretien

22 Définition d’une typologie des manœuvres propre à différents établissements
Conception d’une procédure automatisée de génération des manœuvres à partir du plan de transport des activités et du plan d’occupation des voies Modélisation du problème : formalisme des graphes disjonctifs Réalisation d’interfaces utilisateurs « simples » Saisie et modification des données Affichage des solutions en sortie

23 Rames bloc réversibles même pour
Parcours > 200 km Vitesse > 160 km/h Allongement des pas de vidange des WC par traitement électrochimique des effluents solides.

24 Système de Production de Maintenance
Organiser le système de production (maintenance et préparation des rames), déployer et appliquer des méthodologies et mesurer nos résultats Développer des Méthodes industrielles dans tous les établissements Accélérer nos progrès par un système de production en amélioration permanente Piloter la performance industrielle Optimiser le dispositif de maintenance

25 Les Matériels : Programmes de rénovation des caisses
1000 caisses 2002 2003 2005 400 650 2004

26 Conception simultanée du matériel et de son soutien : Démarche SLI
Voies de progrès en conception et en maintenance Meilleure prise en compte du coût de maintenance sur l’ensemble du cycle de vie Pour une locomotive électrique : Coût d’achat : 40% environ Coût de maintenance sur 30 ans : 60% environ Pour une locomotive diesel : Coût d’achat : 30% environ Coût de maintenance sur 30 ans : 70% Benchmark extérieur : Contrat VIRGIN – ALSTOM / FIAT pour l’achat de 53 éléments pendulaires et maintenance pendant 12 ans. Utilisation sur la West Coast Main Line. Matériel roulant = 592 millions £ (2001) : estimation 30 ans = 25% Maintenance = 661 millions £ (2001) : estimation 30 ans = 75% Contrat SIEMENS – RENFE dix trains de grande vitesse supplémentaires et leur maintenance pendant 14 ans. Matériel roulant = 240 millions € : estimation 30 ans = 37% Maintenance = 190 millions € : estimation 30 ans = 63%

27 Optimisation des cycles de maintenance
Voies de progrès en conception et en maintenance Optimisation du cycle de maintenance L’ensemble des acteurs de la maintenance sont impliqués dans un processus permanent d’adaptation des cycles de maintenance basé sur le retour d’expérience, des essais, des investigations et des études FMDS. L’utilisation de méthodes statistiques performantes permet d’augmenter la réactivité du dispositif. Dans le cas du TGV Atlantique il a permis depuis 1995 : De doubler les pas d’EMN De doubler les pas de visites. Tout en améliorant la fiabilité du matériel. Les études en cours visent à faire un nouveau saut significatif.

28 Optimisation des cycles de maintenance – TGV SE
GVG ES ECC ATS ECF/EMN ATS 1 ATS 2 VL VG GVG 5 000 km 8 jours 22 jours 37 jours 52 jours km ou 168 jours km ou 10 mois km ou 19 mois km ou 37 mois ES : examen de service ECC : examen confort client EMN: examen mécanique VL : visite limitée VG : visite générale ATS : autres travaux systématiques GVG : grande visite générale OP mi-vie : 15 ans modulable

29 Maximisation de la disponibilité
En conception : Fiabilité : MTBF des composants, architecture redondée, tolérance aux pannes, Maintenabilité : MTTR (Mean Time To Replace) des organes, modularité, facilité d’accès aux organes à maintenir, Systèmes embarqués de diagnostic et de transmission de données. En maintenance : Détente des cycles de maintenance par exploitation des données du REX* Adaptation des organisations : maintenance de proximité, travail en horaires décalés, segmentation des opérations.

30 Montée en charge des exigences liées à l’environnement : Le bruit
Semelles fonte Disques et Semelles composites Limites Directives Européennes Fonte & Composites 101 96 92 91 88 79 Amélioration de la qualité des tables de roulement : ne plus freiner sur les tables de roulement.

31 Montée en charge des exigences liées à l’environnement Émissions polluantes
25 20 15 10 5 En matière d’émissions polluantes des moteurs thermiques, la réglementation va imposer des seuils toujours plus faibles qu’il conviendra bien sûr de respecter pour les nouveaux véhicules. Ces évolutions sont similaires à celles imposées à l’automobile. Au cours des 20 dernières années, les limites d'émissions polluantes gazeuses pour le matériel ferroviaire ont été abaissées de l'ordre de 85%. à noter à terme, le recours a priori nécessaire au filtre à particules. CO (g/kWh) HC (g/kWh) NOx (g/kWh) Fumée (IB) PM (g/kWh) <     2008

32 Introduction de la concurrence à toutes les étapes du cycle de vie
Opérateurs Historiques Equipementiers Nouveaux entrants Spécialistes Constructeurs

33 Merci de votre attention pour cet exposé