Brevet FR2877460A1 — publié le 20060505

La présente invention concerne un procédé pour déterminer la fiabilité prévisionnelle d'une carte électronique, c'est-à-dire la disponibilité de fonctionnement attendue d'un matériel dans un laps de temps donné, que ledit matériel soit stocké ou en utilisation. La fiabilité de l'électronique devient une question fondamentale de la pratique industrielle. Il est important de la maîtriser tout au long du cycle de vie d'un produit et de pouvoir la prédire de plus en plus tôt. Il est connu dans le domaine de la fiabilité électronique des procédés basés sur les composants. Ces procédés présentent en commun de calculer la fiabilité d'un ensemble électronique comme la somme des fiabilités des composants de cet ensemble. Ces procédés se différencient par les moyens utilisés pour déterminer la fiabilité de chaque composant. Ces fiabilités de composant sont le plus souvent consignées dans des recueils normalisés, tels MIL HDBK 127 et UTE 80 810 qui sont les deux recueils de ce type parmi les plus utilisés. Ces procédés présentent plusieurs inconvénients majeurs. Un premier inconvénient est induit par l'apparition de nouveaux composants. Pour ces composants nouveaux les données de fiabilité ne sont pas disponibles et lesdits recueils deviennent vite obsolètes et inutilisables. Un second inconvénient est lié à la pratique industrielle. L'industrie actuelle, tant militaire que civile, se spécialise de plus en plus. Le fabricant de composants n'est pas le fabricant de sous-ensembles électroniques. Ce dernier n'est pas l'intégrateur. De plus en plus fréquemment, le systémier intégrateur achète sur étagère des sous ensembles électroniques pré-assemblés, généralement sous forme de cartes électroniques. La fiabilité/ disponibilité devient, de plus en plus, une performance à part entière exigée et spécifiée par le client. Il en résulte que le systémier intégrateur doit être en mesure d'estimer, dès les phases d'appel d'offre ou d'avant projet, la fiabilité d'un système. Or le systémier ne maîtrise pas la définition des sous-ensembles qu'il intègre et n'a pas nécessairement accès aux données de fiabilité des composants mis en oeuvre. Les données concernant la qualité ou les méthodes de fabrication, qui sont les paramètres d'entrées de certains procédés de détermination de la fiabilité d'un composant sont le plus souvent indisponibles et introuvables. Un troisième inconvénient est lié à l'anticipation de plus en plus poussée. Lors des phases préliminaires d'un projet, la fiabilité est prise en compte de plus en plus tôt, avant même parfois que les cartes électroniques ne soient encore définies. Les composants sont à cette étape encore inconnus, rendant les procédés basés sur les composants inapplicables. Un quatrième inconvénient est induit par la complexité croissante des cartes électroniques qui comprennent un nombre sans cesse croissant de composants, rendant les procédés basés sur les composants de plus en plus complexes à mettre en oeuvre et de ce fait nettement plus coûteux. Le procédé objet de la présente invention remédie à ces différents inconvénients en permettant de calculer, pour une carte électronique donnée, une fiabilité estimative, sans nécessairement connaître le détail des composants de la carte, et simple à mettre en oeuvre. L'invention. a pour objet un procédé de calcul de la fiabilité d'une carte électronique, comprenant les étapes successives suivantes. - identification et recensement des fonctions techniques élémentaires de ladite carte électronique, - affectation à chaque fonction technique élémentaire d'une fiabilité élémentaire À0, - calcul de la fiabilité A de la carte électronique par sommation des fiabilités élémentaires Ào de chaque fonction technique pondérée par le nombre d'occurrence de ladite fonction technique. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, l'identification et le recensement des fonctions 35 techniques élémentaires s'effectue par analyse d'une fiche technique de la carte électronioue. Selon une caractéristique alternative de l'invention, l'identification et le recensement des fonctions techniques élémentaires s'effectue par une analyse visuelle d'un exemplaire de ladite carte électronique. Selon une caractéristique alternative de l'invention, l'identification et le recensement des fonctions techniques élémentaires s'effectue par une analyse en fonctionnement simulé d'un exemplaire de ladite carte électronique. Selon une caractéristique alternative de l'invention, l'analyse en fonctionnement s'effectue, la carte étant sous tension, à l'aide d'un multimètre pour les fonctions analogiques et à l'aide d'un analyseur logique pour les fonctions numériques. Selon une autre caractéristique de l'invention, les fiabilités élémentaires Ao sont déterminées statistiquement par retour d'expérience. Selon une caractéristique alternative de l'invention, les fiabilités élémentaires Ào sont déterminées analytiquement par un procédé basé sur les composants. Un avantage du procédé selon l'invention est de fournir des résultats très proches de la réalité. Un autre avantage du procédé selon l'invention est de ne nécessiter, pour sa mise en oeuvre, que des paramètres d'entrée simples à déterminer à partir d'une connaissance succincte de la carte électronique, d'une lecture d'une fiche technique ou par une analyse simple d'un exemplaire de ladite carte électronique. Un autre avantage du procédé selon l'invention est de pouvoir être mis en oeuvre avant même la définition détaillée de la carte électronique. Un autre avantage du procédé selon l'invention est de pouvoir être mis en oeuvre pour une carte électronique non complètement documentée, achetée sur étagère ( off the shelf ). Un autre avantage du procédé selon l'invention est, en plaçant l'analyse au niveau des fonctions, de rester simple 35 et rapide à mettre en oeuvre. Un autre avantage du procédé selon l'invention est, avec un tableau de valeurs de fiabilité élémentaire 2\0 tel que décrit dans le tableau cidessous, d'être applicable à 80% des fonctions électroniques. Un autre avantage du procédé selon l'invention est de permettre une mise en oeuvre rapide et donc économique. A titre d'exemple indicatif la mise en oeuvre du procédé selon l'invention permet de réduire à 3 heures une détermination de la fiabilité qui nécessite 3 jours avec une méthode basée sur les composants. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description détaillée donnée ci-après à titre indicatif en relation avec un dessin sur lequel la figure 1 schématise une carte électronique et son découpage en fonction technique. Sur la figure 1 on a représenté schématiquement une carte électronique 1. Une carte électronique 1 est classiquement organisée autour d'une plaque de substrat 3 non conducteur le cas échéant multicouche. Sur cette plaque ou sur ces couches sont implantées des pistes conductrices 4. Sur ladite plaque de substrat 3 sont fixés, sur l'une ou les deux faces de ladite plaque, des composants électroniques 5. Les pistes conductrices 4 relient les pôles des composants électroniques 5 afin de réaliser un circuit électronique pouvant être complexe. Afin de déterminer la fiabilité de ladite carte électronique 1, le procédé selon l'invention comprend successivement plusieurs étapes. La première étape, essentielle pour l'invention, consiste à identifier et à recenser des fonctions techniques élémentaires 2. Ainsi sur la figure 1, quatre fonctions 2, 2a, 2b et 2c apparaissent. On note que toutes les fonctions ensemble couvrent la totalité de la carte 1. Les fonctions 2 sont ici, par simplicité, représentées comme des polygones. Dans la réalité, une fonction peut regrouper des composants plus dispersés et moins contigus sur l'une ou les deux surfaces d'une carte 1. Le tableau suivant présente une liste de fonctions techniques élémentaires 2. Fonctions Numériques Ao Fonction processeur complexe (CPU > 16 bits, DSP) 4,52 Fonction processeur simple (CPU 8-16 bits) 2,56 Fonction logique complexe (EPLD, FPGA) 3,00 Fonction logique simple (PAL, compteur, glue) 2,55 Fonction mémoire volatile 6,87 Fonction mémoire non volatile 4,99 Fonction horloge 1,30 Fonction supervision alimentation 2,24 Fonction interface bus extension (Buffer) 2,07 Fonction adaptation de niveaux (Drivers de lignes: RS422, 1,87 RS232,...) Fonction isolation galvanique (Optocouplage) 1,46 Fonction commutation à transistor (Entrée/Sortie) 0,54 Fonction interface protocole spécifique (Transceiver+Controleur: 3,14 PCI, Ethernet, Can, Lon, 1553, ARINC, Digibus) Fonctions analogiques 110 Fonction conversion analogique/numérique 2,14 Fonction conversion numérique/ analogique 2,63 Fonction réception, protection, amplification, sommation, 2,62 intégration, filtrage Fonction émission, amplification 3,83 Fonction commutation à relais 3,32 Fonction émission de puissance 5,43 Fonction alimentation: régulation linéaire 2,07 Fonction alimentation: convertisseur DC/DC à découpage, Un point essentiel de l'invention est de considérer l'analyse au niveau de ces fonctions techniques 2 et d'affecter à chacune de ces fonctions une fiabilité élémentaire Ao. La première étape du procédé consiste à analyser la carte électronique 1 en terme de fonctions techniques 2. Cette étape décompose la carte électronique 1 et produit une liste de fonctions 2, 2a, 2b,... complétée pour chaque fonction, par son occurrence. Ainsi par exemple, la première étape d'identification et de recensement produit pour une carte mère d'un ordinateur standard la liste indicative suivante: - 1 fonction processeur complexe, - 2 fonctions logique complexe, - 3 fonctions mémoire volatile, - 1 fonction mémoire non volatile, - 1 fonction horloge, - 1 fonction supervision alimentation, - 1 fonction interface protocole spécifique, - 4 fonctions conversion analogique/numérique, - 4 fonctions conversion numérique/analogique. Tout composant partie de la carte électronique est comptabilisé une et une seule fois dans l'une des fonctions techniques de cette liste. La seconde étape du procédé selon l'invention consiste à affecter à chaque fonction technique élémentaire 2 une fiabilité élémentaire X. Cette étape peut s'effectuer par lecture dans un tableau tel que celui représenté ci-dessus. Ainsi, en reprenant l'exemple précédent, la fonction mémoire volatile se voit affecter une fiabilité élémentaire À0 de 6,87. La troisième étape procède au calcul de fiabilité globale À de la carte électronique 1 selon la formule suivante: À = E (ni * Ai) avec: - À : fiabilité de la carte électronique 1, Ài: fiabilité élémentaire À0 de la fonction i, ni: nombre d'occurrences de la fonction i présente sur la carte électronique 1. La fiabilité globale À de la carte 1 est ainsi calculée en sommant les fiabilités élémentaires Ài des fonctions identifiées sur cette carte 1 multipliées par l'occurrence ni de chacune de ces fonctions telle que recensée. Les fiabilités tant globale À qu'élémentaires Ài, Ao sont classiquement exprimées en FIT (failure per interval of time: défaillance par unité de temps). L'unité de temps considérée ici pour toutes les fiabilités est l'heure. Pour reprendre l'exemple précédent de la carte mère la fiabilité globale obtenue vaut: A = 1*4,52 + 2*3,00 + 3*6,87 + 1*4,99 + 1*1,30 + 1*2,24 + 1*3,14 + 4*2,14 + 4*2,63 = 61,88. Plusieurs procédés sont applicables pour réaliser l'identification et le recensement des fonctions techniques 2 prévues à la première étape. L'avantage de se situer au niveau des fonctions techniques élémentaires plutôt qu'au niveau des composants est que les informations peuvent être disponibles indépendamment de la carte. Ainsi, une fiche technique même très prospective, par exemple issu d'un projet de marketing, bien antérieur à la réalisation de la carte peut s'avérer assez complète et suffisante pour connaître la liste des fonctions techniques 2 de la première étape. Ainsi pour un homme du métier la lecture d'une fiche technique, même prospective et ou sommaire lui permet de réaliser la première étape et de procéder à l'identification et au recensement des fonctions techniques 2. Dans ce domaine technique, la fiche technique informe l'utilisateur ou le client en lui indiquant la liste des fonctions techniques 2. Cette étape est généralement aisée pour un homme du métier qui sait extraire sans difficulté d'une fiche technique la liste et le nombre des fonctions 2 présentes sur la carte 1. Il est possible que seules les fonctions nobles soient indiquées. Dans ce cas l'homme du métier sait compléter la liste des fonctions par les fonctions de bases nécessaires qui auraient été omises de la fiche technique. Dans l'hypothèse où l'on dispose d'un exemplaire de ladite carte électronique 1, il est possible de procéder par analyse visuelle. L'homme du métier sait identifier par inspection visuelle, en reconnaissant certains composants utilisés par exemple, tout ou partie des. différentes fonctions 2. Cette analyse visuelle peut similairement s'effectuer sur un synopsis de la carte 1 avant même sa mise en production. Si l'on dispose d'un exemplaire de la carte électronique, il est aussi possible d'en analyser le fonctionnement en simulation. Pour cela la carte est placée sur l'établi standard d'électronicien dans le respect des règles de l'art, notamment en terme de protection contre les décharges électrostatiques. La carte est analysée à l'aide des outils de l'électronicien. Ainsi, l'homme de l'art utilisera avantageusement un multimètre pour identifier les fonctions analogiques et un analyseur logique pour identifier les fonctions numériques. Ceci peut s'effectuer, le cas échéant en alimentant la carte et en simulant, le cas échéant partiellement, son environnement de fonctionnement, selon des éléments fournis par la fiche technique ou connus de l'homme du métier. L'homme du métier développe son analyse en passant en revue chaque composant 5 de la carte 1 afin de repérer et caractériser les signaux d'entrée/sortie dudit composant pour pouvoir déterminer le rôle de ce composant et à quelle fonction 2, parmi celle listées dans le tableau, ce composant contribue. Ceci est généralement possible car les points de mesure sont disponibles et accessibles soit au niveau des pistes 4 soit au niveau des pôles des composants 5. On note avantageusement que les approches nécessitant un exemplaire de la carte (visuelle et/ou mesure en fonctionnement) se contentent d'un prototype fonctionnel sans nécessiter une carte 1 de production en définition finale. Il est bien entendu possible de combiner les différents procédés: fiche technique, visuelle et mesure des signaux. L'homme du métier utilise son expérience pour combiner judicieusement et efficacement ces sources d'informations et ces procédés. Un élément important du procédé selon l'invention est le tableau cidessus contenant les valeurs des fiabilités élémentaires Ào de chacune des fonctions. Les fonctions ont été déterminées telles qu'elles présentent des similitudes et qu'elles affichent des fiabilités similaires, sans multiplier à l'envi le nombre de fonctions. Ce découpage se veut exhaustif, en ce qu'il permet l'analyse de toute carte existante et plus particulièrement les cartes classiquement achetées sur étagère. Si d'aventure une fonction présente sur une carte ne figurait. pas dans la liste des fonctions 2 du tableau ou ne rentrait danse aucune des catégories de fonctions du tableau, il serait toujours possible de rajouter une telle fonction en lui adjoignant une fiabilité À0. La détermination pour chaque fonction technique 2 de sa fiabilité Ào peut s'effectuer selon différentes approches. L'approche préconisée, et qui a permis de déterminer les valeurs présentes dans le tableau, est d'utiliser les fiabilités observées sur des équipements existants. Le retour d'expérience et le cas échéant son analyse statistique permettent ainsi d'alimenter la prévision de fiabilité pour de nouvelles cartes électroniques. Ici encore l'intérêt de se situer au niveau de la fonction est manifeste. Lorsque les technologies évoluent, il est difficile de connaître la fiabilité au niveau des nouveaux composants. A contrario, les fonctions techniques 2 sont plus pérennes et les fiabilités restent similaires d'une génération de composants à la suivante. Il est bien évidemment toujours possible de corriger les fiabilités élémentaires Ao afin de tenir compte d'une évolution observée de la fiabilité d'une fonction 2. Une autre approche utilisable pour une fonction spécifique non prévue dans le tableau, ou pour une fonction nouvelle non encore intégrée dans le tableau et pour laquelle il n'existerait pas de retour d'expérience, est l'application d'un quelconque des procédés existants basés sur les composants. Dans ce cas, l'analyse de la fonction 2 est poursuivie jusqu'au niveau des composants 5 la constituant. Il est bien sûr possible de panacher les deux approches. Typiquement pour les fonctions usuelles l'analyse se termine au niveau de la fonction dont on connaît la fiabilité X0, alors que pour les fonctions spécifiques une approche basée sur les composants peut être mise en uvre pour déterminer une fiabilité de cette fonction. Si cette fonction est ajoutée dans le tableau elle devient à son tour une fonction usuelle. REVENDICATIONS 1. Procédé pour déterminer la fiabilité d'une carte électronique (1), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes: - on met la carte sous tension électrique, - on analyse à l'aide d'un multimètre les fonctions analogiques de ladite carte, - on analyse à l'aide d'un analyseur les fonctions numériques de ladite carte, pour identifier et recenser les fonctions techniques élémentaires (2) de ladite carte électronique (1), - on affecte à chaque fonction technique élémentaire (2) une fiabilité élémentaire À , - on calcule la fiabilité À de la carte électronique (1) par sommation des fiabilités élémentaires À0 de chaque fonction (2) pondérée par le nombre d'occurrence de ladite fonction (2). 2. Procédé pour déterminer la fiabilité d'une carte électronique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'identification et le recensement des fonctions techniques élémentaires (2) s'effectuent par analyse d'une fiche technique (3) de la carte électronique (1). 3. Procédé pour déterminer la fiabilité d'une carte électronique (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'identification et le recensement des fonctions techniques élémentaires (2) s'effectuent par une analyse visuelle d'un exemplaire de ladite carte électronique (1). 4. Procédé pour déterminer la fiabilité d'une carte électronique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'identification et le recensement des fonctions techniques élémentaires (2) s'effectuent par une analyse en fonctionnement simulé d'un exemplaire de ladite carte électronique (1). 5. Procédé pour déterminer la fiabilité d'une carte électronique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les fiabilités élémentaires Ào sont déterminées statistiquement par retour d'expérience.