Doit-on tenir compte de la réparabilité pour déterminer la fiabilité ?

De nos jours, l’électronique est la pierre angulaire de nombreuses applications critiques. Dans des secteurs comme le médical, l’aérospatial ou l’automobile, la sécurité et la fiabilité de ces appareils revêtent la plus haute importance. C’est pourquoi il est essentiel de respecter les bonnes pratiques durant la conception et de sélectionner des composants électroniques appropriés et ultrafiables.

La fiabilité est en effet l’un des facteurs les plus importants de tout système électronique. Lors de la sélection de composants électroniques hautement fiables, les ingénieurs s’appuient souvent sur la conformité à différentes normes garantissant la fiabilité, notamment AEC-Q, COTS, MIL-PRF, JAN, etc. Il existe toutefois un facteur complémentaire qui, bien que tout aussi essentiel, se trouve souvent négligé dans l’équation de la fiabilité. C’est la réparabilité.

Lorsqu’un composant défaille, la possibilité ou non de le réparer ou de le remplacer rapidement peut être ce qui fera toute la différence entre un incident mineur et une panne catastrophique. Généralement, on remplace toute la carte ou des sous-ensembles entiers et les anciens sont détruits. Sur les cartes et les sous-ensembles conçus dans l’optique de pouvoir être réparés, certaines pièces sont emmanchées, les connecteurs sont facilement accessibles et ne peuvent pas être soudés et les éléments qui peuvent avoir une faible durée de vie ou défaillir lorsqu’ils sont très sollicités (p. ex. les condensateurs électrolytiques), sont faciles à retirer et à remplacer.

Cette différence de conception fait de la réparabilité un critère important dans la sélection de composants électroniques à haute fiabilité. En effet, certaines pièces à haute fiabilité sont difficiles ou impossibles à réparer et doivent nécessairement être remplacées, tandis que d’autres sont conçues pour être facilement réparées ou remplacées. Cette dernière possibilité peut être un avantage majeur pour assurer la fiabilité à long terme d’un système.

De nombreuses cartes modulaires pour microprocesseurs n’offrent pas la possibilité de procéder à des réparations au niveau de la carte et aucun fabricant de puces ne propose de service de réparation. Tout ce que l’utilisateur est encore libre de faire avec une carte ou un sous-ensemble, c’est de mettre à jour le micrologiciel. Dans un monde encore bien imprégné de la culture du « jetable », on ne veut pas perdre de temps à dépanner les choses, et la réparation est un concept exclu du cycle de vie des produits.

Une façon de s’assurer de la réparabilité de sa conception est de sélectionner des composants qu’on a depuis toujours su réparer ou remplacer. Par exemple, les composants dotés d’interfaces standardisées, tels que les connecteurs ou les composants modulaires, sont généralement plus faciles à remplacer que des composants personnalisés. Un autre moyen consiste à sélectionner des composants auprès de fabricants qui assurent encore la réparation ou le remplacement de leurs pièces. Certains fabricants proposent en effet des services de réparation ou de remplacement de leurs pièces et garantissent même une intervention rapide en cas de défaillance.

L’environnement d’exploitation empêche parfois de pouvoir effectuer des réparations sur le terrain. Prenons par exemple les spationautes et autres techniciens hautement qualifiés : ils ne sont pas (encore) en mesure de réparer un circuit imprimé dans l’espace. En revanche, ils peuvent procéder à des échanges standard. Il en va de même pour certaines machines industrielles. Arrêter une ligne de production est une opération coûteuse. Alors, pourquoi faudrait-il attendre deux jours qu’une carte ou un module de remplacement vous soit envoyé quand on peut échanger le composant défaillant et redémarrer la ligne de production au bout de quelques heures seulement ? Si vous avez été assez prévoyant pour stocker des cartes ou des modules de rechange, vous gagnerez du temps à procéder à un échange standard plutôt que d’essayer de réparer.

Bien qu’il soit essentiel, la réparabilité des composants électroniques à haute fiabilité n’est qu’un critère de sélection parmi tant d’autres. Les ingénieurs doivent également tenir compte de la criticité du système, des facteurs environnementaux et du coût. En considérant soigneusement l’ensemble de ces facteurs, les ingénieurs peuvent choisir les composants appropriés et assurer la fiabilité et la sécurité de leurs systèmes électroniques.

De même, observer les bonnes pratiques en matière de conception améliorera la fiabilité et la robustesse de votre conception de carte ou de système. La clé de la réussite consiste en l’occurrence à bien choisir ses composants. La criticité du système est elle aussi un critère important. Dans les applications où la sécurité est un aspect critique, comme dans le secteur médical ou celui de l’aérospatiale, la défaillance de composants peut avoir des conséquences gravissimes. Dès lors, il est essentiel de sélectionner des composants qui ont subi des essais et des tests de conformité approfondis garantissant une fiabilité maximale. Par exemple, les composants répondant à la norme MIL-PRF ont subi des tests approfondis pour évaluer leur résistance aux environnements difficiles et aux conditions extrêmes.

Les facteurs environnementaux sont eux aussi un critère important dans la sélection de composants électroniques à haute fiabilité. Par exemple, les composants utilisés dans les applications aérospatiales doivent pouvoir résister à des facteurs environnementaux tels que les températures extrêmes et les radiations. De même, les composants utilisés dans les systèmes automobiles doivent être adaptés aux conditions difficiles liées à leur emplacement dans le compartiment moteur et pouvoir résister à des températures élevées et aux vibrations. La plupart des critères de sélection des composants et des bonnes pratiques de conception qui ont cours dans les secteurs de l’aérospatiale et de l’automobile sont d’ailleurs dictés par les normes de fiabilité imposées.

Le coût est également un facteur qui doit être pris en compte lors de la sélection de composants électroniques à haute fiabilité. Utiliser des vis et des rondelles amovibles pour fixer une carte sur un châssis est plus coûteux et laborieux que de la riveter. En revanche, il est beaucoup plus facile pour un technicien de réparer un assemblage vissé plutôt que riveté.

Tous les composants, ni même toutes les cartes ne sont pas réparables. Les puces à pas fin et à grand nombre de broches ne sont pas faciles à retirer et à remplacer de façon sûre si l’opération n’est pas réalisée en usine. Cette contrainte vaut aussi pour les boîtiers plats et les matrices de billes (BGA), car installer ces composants sur des cartes mezzanines amovibles pose un problème lorsque l’encombrement est un autre facteur décisif. De plus, l’utilisation d’une carte mezzanine augmente le nombre de connexions. Or, plus il y a de connexions, plus la fiabilité est compromise.

D’autre part, on pourrait être tenté de croire que les composants les plus chers sont aussi les plus fiables, mais cela n’est pas toujours vrai. Au contraire, les ingénieurs devraient plutôt considérer avec attention le coût d’un composant au regard de sa durée de vie et par rapport à la criticité du système. Opter pour un composant moins cher avec une durée de vie plus courte peut s’avérer financièrement plus rentable, surtout s’il est possible de le réparer facilement.

Enfin, même si la réparabilité est un aspect important, il ne faut pas perdre de vue que certains composants ne sont en aucun cas réparables (ou ne doivent surtout pas l’être). Par exemple, les circuits intégrés sont souvent scellés, ce qui rend impossible toute tentative de réparation. Cependant, en sélectionnant des composants avec des interfaces standardisées ou auprès de fabricants qui proposent des services de réparation ou de remplacement, les ingénieurs peuvent s’assurer de respecter le facteur réparabilité dans l’équation de la fiabilité.

Conclusion

Lorsqu’il s’agit de sélectionner des composants électroniques à haute fiabilité, choisir ceux qui présentent un niveau de fiabilité adapté garantit déjà pour partie la réussite de la conception. Or, la réparabilité est un facteur souvent négligé au moment d’évaluer la fiabilité de cartes et de sous-ensembles électroniques. En tenant compte de la réparabilité et en sélectionnant des composants système facilement réparables ou remplaçables, les ingénieurs peuvent s’assurer que leurs systèmes sont fiables et faciles à entretenir.

À propos de l’auteur

Après avoir terminé ses études en génie électrique, Jon Gabay a travaillé avec des entreprises de défense, commerciales, industrielles, de consommation, d'énergie et médicales comme ingénieur de conception, codeur de micrologiciels, concepteur de systèmes, chercheur scientifique et développeur de produits. Chercheur et inventeur en énergies alternatives, il s'est impliqué dans la technologie d'automatisation depuis qu'il a fondé et dirigé Dedicated Devices Corp. jusqu'en 2004. Depuis, il fait de la recherche et du développement, rédige des articles et met au point des technologies pour la prochaine génération d'ingénieurs et d'étudiants.