Fiabilité

Un système est fiable lorsque 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 dispositif 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 , R pour Reliability (= fiabilité en anglais).

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

Par 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 donc . Celui-ci se note et est exprimé en h ^{− 1}.

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

(expression valable uniquement 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'infini, 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 essentielle de la distribution exponentielle).

Fiabilité et probabilité

Les prédictions de fiabilité ont nécessairement un caractère probabiliste, car elles nécessitent la connaissance du taux de panne de chaque composant.
Ces taux de panne étant obtenus sur des échantillons forcément limités en taille, leur valeur est gouvernée par les lois de la statistique (intervalles de confiance notamment).
La théorie mathématique de la fiabilité consistera donc en une application particulière de la théorie des probabilités aux problèmes de durée de fonctionnement sans incidents .
L'approximation la plus courante, surtout 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 à l'aide des processus de Markov.
Une nouvelle méthode de prévision de la fiabilité des systèmes électroniques nommée FIDES en est l'exemple concret.
Nota : dans la pratique la distribution des taux de pannes s'éloigne parfois 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 système. 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 répandus sont :

• La MIL-HDBK-217F : norme militaire américaine, conçue pour estimer la fiabilité des équipements.
• Le RDF2000 : recueil de fiabilité construit à partir du retour sur expérience de France Telecom. Aujourd'hui, ce recueil a été transformé en une norme dénommée UTE C 80-810.
• FIDES : guide de fiabilité prévisionnelle construit sur la base des recueils précédemment cités à partir du retour sur expérience d'un consortium d'industriels français. Aujourd'hui, ce recueil a été transformé en une norme dénommée UTE C 80-811.

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] permettant l'évaluation de certains constituants élémentaires (vis, vannes, joints, etc.). On distingue par exemple :

• Le recueil OREDA (Offshore Reliability Data) : recueil de fiabilité construit à partir du retour sur expérience des sociétés qui exploitent des plates-formes extracôtières. Les données concernent des matériels industriels, principalement électromécaniques, liés à l'extraction du pétrole : compresseurs, échangeurs, groupes électrogènes, vannes diverses, bouilleurs, pompes, évaporateurs, etc.
• Le recueil EIREDA (European industry reliability data bank) : recueil de fiabilité construit à partir du retour sur expérience des sociétés européennes, principalement du secteur de la chimie, concernant des matériels électromécaniques consommant de l'énergie électrique : ventilateurs, évaporateurs, échangeurs, pompes, compresseurs.
• Le recueil NPRD-95 (Non electronic Parts Reliability Data) : recueil de fiabilité construit à partir du retour sur expérience de grands organismes américains tels que la NASA et la Marine américaine. Les données concernent les composants mécaniques et électromécaniques employés dans des équipements principalement militaires.

Les résultats des calculs obtenus par l'intermédiaire de ces recueils, permettent d'estimer le taux de défaillances de systèmes électroniques, ou autres, données de base essentielles 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, notamment 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 toujours attendre d’un produit qu’il fonctionne éternellement, et on est d’autant plus satisfait qu’il dure plus longtemps.

Souvent on ne peut imposer au dispositif de fonctionner toujours sans défaillances mais on veut seulement 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 systèmes 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 précédemment 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 donc toutes les activités humaines : tous les produits et tous les services. De plus, l'électronique est présente dans toutes les activités humaines. Il devient donc 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 systèmes électroniques. Le nombre de composants électroniques étant très important et les technologies étant très diverses, il devient utile d'avoir une base d'information sur leur comportement par rapport à un environnement donné (température, humidité, vibrations, radiations ...). Les retours d'expérience sont aussi utiles pour mieux analyser la fiabilité d'un système et bien souvent il est difficile de mutualiser les informations qui sont, pour la plupart, confidentielles. Il faut alors passer par l'utilisation d'une base de donnée qui permet de 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 essentielle 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 nécessaire de réaliser des études complémentaires dans les domaines de la maintenabilité, de la sécurité et des calculs probabilistes de la disponibilité.

Notes et références

Voir aussi

• Sûreté de fonctionnement
• Sûreté de fonctionnement des systèmes informatiques
• Essai de fiabilité
• Prédiction
• Dommage
• Traçabilité
• Complexité
• MTBF

Liens externes

• Cours d'introduction à la fiabilité (et à la validité)
• Éléments de fiabilité [1]
• Base de connaissance sur la fiabilité (PoF)[2]
• Notions avancées en fiabilité : Statistique des essais accélérés (Auteurs : Mikhail NIKULIN, Vincent COUALLIER, Léo GERVILLE-RÉACHE ; Editeur : Hermes Science Publications) [3]
• Services et Logiciels dans tous les domaines de la Fiabilité
• IMdR (fiches méthodes)

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