Design for Disassembly and Sustainability Assessment to Support Aircraft End-of-Life Treatment

L'industrie aéronautique se développe vers une économie circulaire avec la réutilisation de ses matériaux et composants. Pourtant, chaque année, des centaines d'avions finissent à l'enfouissement sans un traitement approprié. Pour faire face à ce problème, cette recherche s'est principalement concentrée sur deux approches à savoir l'amélioration de la conception des avions en fin de vie au niveau de la phase de développement et l'amélioration des méthodes de traitement pour les avions retirés du marché lesquelles ont été conçus il y a des décennies. L'amélioration des produits durant sa phase de développement apparait comme une solution prometteuse pour maximiser le taux de revalorisation du produit. En attendant, le désassemblage apparait comme une activité évidente autant à la fin de vie du produit que durant sa période de fonctionnement (par exemple la maintenance des avions). Dans cette thèse, une nouvelle approche est introduite en vue d'être implémentée durant la phase de conception d'un avion, afin d'améliorer le désassemblage futur des avions en fin de vie. Pour ce faire, les travaux de désassemblage seront abordés comme un problème de prise de décision multicritères. Cinq paramètres sont considérés sur la base des expériences accumulées durant les travaux de désassemblage d'un avion régional Bombardier : « l'accessibilité », « les surfaces de contact », « les outils requis », « les types de connections » et « la quantité et les variantes des différentes connections ». Une méthode d'évaluation par pointage utilisant les méthodes de « conception pour l'expérimentation » (en anglais « Design of Experiment », ou l'acronyme « DOE ») et TOPSIS est développée. Les résultats d'ANOVA ont montré un taux de fiabilité de 94.3 % confirmant la pertinence du modèle. Le modèle proposé peut être facilement utilisé par les décideurs et les concepteurs en vue de la réingénierie, pour améliorer le désassemblage et, plus généralement, la valorisation des futurs avions en fin de vie. En vue d'améliorer les méthodes de traitement pour la fin de vie des avions, nous avons implémenté huit différentes stratégies de désassemblage/démantèlement sur la carcasse de l'avion mentionné ci-dessus. La durabilité et le développement durable deviennent de plus en plus le centre d'attention des industries. Agissant comme un fournisseur pour des industries plus influentes, les entreprises de démantèlement/recyclage devraient se concentrer sur des stratégies leur permettant une amélioration de leurs positions sur le marché. Un des facteurs clé serait de pratiquer la durabilité et le développement durable dans tous les procédés de démantèlement et de recyclage.

Abstract

Despite aerospace industries are moving toward circular economy and reutilization of materials and components, every year hundreds of aircrafts end up in landfills without an appropriate treatment. To address this problem, this thesis has been focused on two main approaches: amelioration of aircraft design for end-of-life at the development phase and improvement of end-of-life treatment methods for aircrafts that have been designed decades ago and are currently retired. Amelioration of product design at the development phase stands as a very promising approach to increase the product recoverability rate. Meanwhile, disassembly appears as an inevitable activity for products not only at the end-of-life but also during the products life time and maintenance. In this thesis, a new approach is introduced to be implemented at the design phase for improving aircraft disassemblability at the end-of-life. For that, disassembly job was tackled as a multi-criteria decision-making problem. Five parameters were considered based on the experience accumulated during the disassembly work on a Bombardier Regional Jet aircraft: “Accessibility”, “Mating face”, “Tools required”, “Connection type”, and “Quantity and variety of connections”. A novel disassembly scoring model using a hybrid design of experiment (DOE) and TOPSIS method was developed. The results from ANOVA showed a 94.30% of reliability, and testified the adequacy of the model. The proposed model can be easily used by decision-makers, and designers for reengineering purposes to improve the disassembly and in a broader scope recoverability of the future aircrafts at the end-of-life. Towards the improvement of end-of-life treatment methods, in this work we have implemented eight different disassembly/dismantling strategies on the carcass of the above mentioned aircraft. Sustainability and sustainable development are more and more becoming the center of attention for different industries. Acting as a supplier for bigger industries, aircraft dismantler/recycler businesses should focus on strategies that allow to ameliorate their current position in the market. One of the key factors is to practice sustainability and sustainable development in all the dismantling and recycling processes. In this direction, the eight strategies employed were evaluated and compared in terms of sustainability. 19 indicators were defined to assess the environmental, social, and economic impacts of each strategy. The input data were provided from the experts who were engaged into the strategies implementation.