Fiabilité

Un dispositif est fiable quand la probabilité de remplir sa mission sur une durée donnée correspond à celle spécifiée dans le cahier des charges.



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Définitions :

  • fiable - à qui ou auquel on peut se fier (source : fr.wiktionary)
  • Aptitude d'un système à conserver dans le temps ses caractéristiques annoncées. La fiabilité peut se mesurer par un taux de défaillance une Moyenne des Temps de Bon Fonctionnement (MTBF) ou encore une probabilité d'accomplir une tâche pendant un temps t donné.... (source : geear)
  • fiable - quand il mesure la même chose, d'une fois à l'autre, l'indicateur en donne une lecture constante. (source : mcccf.gouv.qc)

Un dispositif est fiable quand la probabilité de remplir sa mission sur une durée donnée correspond à celle spécifiée dans le cahier des charges.

Fiabilité et qualité

L'Union technique de l'électricité (UTE), sur recommandation de la Commission électrotechnique internationale, a proposé la définition suivante : la fiabilité est l'aptitude d'un système à accomplir une fonction requise dans des conditions données pour une période de temps donnée[1].

La fiabilité est la probabilité de n'avoir aucune défaillance à l'instant t.
Comprise entre 0 et 1 (ou 0 et 100 %) elle est notée \textstyle R(t), R pour Reliability (= fiabilité en anglais) .

Il ne faut pas confondre la fiabilité (fonction du temps) et le contrôle de qualité (fonction statique).

A titre d'exemple, on teste des circuits intégrés au sortir de la chaîne de production, et on constate que 3 % d'entre eux ne fonctionnent pas, ou incorrectement : on peut dire que la «qualité» de cette chaine (son rendement de production) est 97 % (3 % de défauts).

Une fois ces circuits insérés dans un système, on constate que leur temps moyen de fonctionnement correct avant panne (MTTF, pour Mean-time To Failure) est de 100 000 heures. Leur taux de défaillance (nombre de pannes par unité de temps) sera par conséquent \frac{1}{MTTF}. Ce dernier se note \textstyle\lambda et est exprimé en h − 1.

Si on constate de plus que ces pannes ne sont pas prédictibles et surviennent de façon complètement aléatoire, alors la fiabilité de ces circuits selon le temps sera donnée par la fonction :

R(t)= eˆ{\frac{-t}{MTTF}} = eˆ{-\lambda t} (expression valable seulement dans le cas ou le taux de défaillance est constant).

On constate que, quel que soit MTTF :
- pour t = 0, la fiabilité vaut toujours 1
- pour t tendant vers l'illimité, la fiabilité tend vers 0.


Remarque : la baisse de la valeur de la fiabilité avec le temps ne doit pas être confondue avec un phénomène d'usure.

Quelle que soit la durée de bon fonctionnement déjà accomplie, à tout instant la probabilité de panne d'un circuit entre l'instant t et l'instant (t + dt) reste constante, et égale à dt / MTTF (propriété principale de la distribution exponentielle).

Fiabilité et probabilité

Les prédictions de fiabilité ont obligatoirement un caractère probabiliste, car elles nécessitent la connaissance du taux de panne de chaque composant.
Ces taux de panne étant obtenus sur des échantillons nécessairement limités en taille, leur valeur est gouvernée par les lois de la statistique (intervalles de confiance surtout).
La théorie mathématique de la fiabilité consistera par conséquent en une application spécifique de la théorie des probabilités aux problèmes de durée de fonctionnement sans incidents.
L'approximation la plus courante, en particulier en électronique, consiste à supposer la distribution exponentielle des pannes des composants, qui entraine la loi d'addition des taux de panne pour un sous-ensemble non-redondant.
La fiabilité et la disponibilité des groupements redondants de sous-ensembles non-redondants pouvant ensuite être calculés avec processus de Markov.
Une nouvelle méthode de prévision de la fiabilité des dispositifs électroniques appelée FIDES en est l'exemple concret.
Nota : dans la pratique la distribution des taux de pannes s'éloigne quelquefois de l'exponentielle : c'est le cas, pour certains équipements, en début de vie (rodage) et en la fin de vie (usure).

Fiabilité prévisionnelle

La fiabilité prévisionnelle permet d'estimer la fiabilité a priori d'un composant, d'un équipement, d'un dispositif. Pour cela on modélise par des modèles de probabilité mathématiques et de vieillissement physique le comportement de chaque constituant élémentaire. Ces modèles ont été établis par retour d'expérience et par la réalisation d'essais visant à permettre de modéliser le comportement en fiabilité. Dans le cas de l'électronique, il existe plusieurs recueils de modèles de prédiction pour les composants élémentaires que sont les résistances, condensateurs, circuits intégrés, etc. Les référentiels de prévision de fiabilité électronique les plus communs sont :

Les différents paramètres influençant la fiabilité d'un composant sont dénommés facteurs et représentés par la lettre grecque pi ; on citera par exemple le facteur qualité : Πq.

Pour les composants non électroniques, il existe aussi des recueils[2] donnant la possibilité l'évaluation de certains constituants élémentaires (vis, vannes, joints, etc. ). On peut distinguer par exemple :

Les résultats des calculs obtenus par l'intermédiaire de ces recueils, permettent d'estimer le taux de défaillances de dispositifs électroniques, ou autres, données de base principales pour les analyses de SdF (arbres de défaillances, AMDEC, etc).

En France, la sûreté de fonctionnement a connu son essor sous l'impulsion de Jean-Claude Ligeron, surtout dans le domaine de la fiabilité mécanique.

Sécurité, qualité, durabilité, tolérance aux fautes

Les questions de sécurité sont relatives à la prévention des accidents graves : coût en vies humaines, dommages corporels, dommages matériels importants.

Les études de fiabilité ne se limitent pas aux questions de sécurité mais comprennent aussi les études de qualité : de nombreux produits peuvent accomplir la même fonction mais certains le font mieux que d'autres, ils procurent davantage de satisfaction à leurs usagers, ils sont de meilleure qualité. Prévoir le degré de satisfaction procuré par un produit fait partie des études de fiabilité.

La durabilité est à la fois une question de sécurité et de qualité. Il faut garantir la sécurité de façon durable, mais on ne peut pas forcément attendre d'un produit qu'il fonctionne éternellement, et on est d'autant plus satisfait qu'il dure plus longtemps.

Fréquemment on ne peut imposer au système de fonctionner toujours sans défaillances mais on veut uniquement que les dysfonctionnements probables ne causent que des dommages modérés. Cette tolérance aux fautes (fonctionnement en mode dégradé) est un des aspects de la fiabilité.

Fiabilité et décloisonnement des informations

Dans de nombreux cas d'accidents graves, certaines personnes savaient qu'il y avait un problème. Soit elles n'ont pas été écoutées, soit elles n'ont même pas cherché à se faire écouter parce qu'elles savaient qu'elles ne seraient pas prises au sérieux.

En général pour les dispositifs complexes personne n'est capable de prouver de façon infaillible qu'il n'y aura pas de défaillances. Les conclusions rendues ont un caractère provisoire : «Compte tenu des informations dont nous disposons, voilà tout ce que nous pouvons dire.» Toute nouvelle source d'informations doit être prise en compte parce qu'elle est de nature à remettre en question les conclusions auparavant retenues.

Du plus humble des employés au plus éminent des savants, tous peuvent avoir leur mot à dire sur les études de fiabilité.

Le décloisonnement (ouvrir portes et fenêtres) des informations est une garantie de fiabilité.

Étendue des études de fiabilité

Toutes les activités humaines sont orientées par des intentions. Pour n'importe quelle activité on peut se poser le problème de la fiabilité des moyens mis en œuvre : les moyens sont-ils suffisants pour atteindre les fins visées ? Le domaine potentiel des études de fiabilité comprend par conséquent l'ensemble des activités humaines : l'ensemble des produits et l'ensemble des services. Qui plus est , l'électronique est présente dans l'ensemble des activités humaines. Il devient par conséquent important que les composants entrant dans la composition de nos nouveaux outils de sécurisation soient fiables. La notion de Physique de la Défaillance permet d'obtenir des informations sur les différents modes de défaillance des dispositifs électroniques. Le nombre de composants électroniques étant particulièrement important et les technologies étant particulièrement diverses, il devient utile d'avoir une base d'information sur leur comportement comparé à un environnement donné (température, humidité, vibrations, radiations... ). Les retours d'expérience sont aussi utiles pour mieux analyser la fiabilité d'un dispositif et fréquemment il est complexe de mutualiser les informations qui sont , pour la majorité, confidentielles. Il faut alors passer par l'utilisation d'une base de donnée qui sert à faire la concaténation des informations, cette base de données existe et elle a un site EURELNET [3].

Fiabilité et sûreté de fonctionnement

La fiabilité est une composante principale de la sûreté de fonctionnement. La fiabilité participe à la disponibilité d'un équipement. Afin d'envisager une étude de sûreté de fonctionnement exhaustive, il sera indispensable de réaliser des études complémentaires dans les domaines de la maintenabilité, de la sécurité et des calculs probabilistes de la disponibilité.

Notes et références

  1. Pierre Chapouille, La fiabilité, Que sais-je ?
  2. Alain Villemeur, Sûreté de fonctionnement des dispositifs industriels, Eyrolles, Paris, juillet 1988, 795 p. (ISBN 9782212016154)
  3. [2]

Voir aussi

Liens externes

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