21e Congrès de Maîtrise des Risques et Sûreté de Fonctionnement λµ21 Reims 16-18 octobre 2018

Evolution de la méthodologie FIDES : focus sur le guide de maîtrise et d’audit du processus fiabilité

Evolution of the FIDES methodology: focus on the reliability process audit guide

Julie Berthon et al. (1)

Thales Systèmes Aéroportés75-77 avenue Marcel Dassault33700 Mérignacjulie.berthon@fr.thalesgroup.com

(1) Franck Davenel (DGA MI), Charles Le Coz et Patrick Carton (Thales Global Services), Gaëtan Pelloquin (MBDA)

Résumé Cette communication présente les futures évolutions de la méthodologie FIDES, évolutions qui sont en cours de définition et de formalisation dans le cadre du PEA (2)

PISTIS (3). Après une présentation succincte de l’ensemble des évolutions envisagées (mise à jour de modèles, nouveaux modèles, simplification des profils de mission, etc.), elle fait plus particulièrement un focus sur les évolutions en lien avec le guide de maîtrise et d’audit du processus fiabilité.

Summary The purpose of this paper is to present the forthcoming evolutions of the FIDES methodology, which are presently discussed and formalized in the frame of the PISTIS project (3). After a short presentation of all the proposed evolutions (including update of the existing models, new models, simplification of mission profiles, and so on), the communication focuses on the evolutions related to the guide for control and audit of the reliability process.

Contexte

Une des problématiques majeures des normes et outils dédiés à la prédiction de fiabilité des composants électroniques est leur maintien dans le temps, notamment vis-à-vis de l’introduction de nouvelles technologies et de l’évolution des processus et des pratiques.

La norme UTE C 80-811 décrit la méthodologie FIDES (FIDES, 2009), qui permet d’évaluer la fiabilité prévisionnelle des composants électroniques. L’originalité et le point fort de cette norme résident essentiellement dans une approche de la fiabilité à trois dimensions (cf. Figure 1) :

• Prise en compte de la technologie ;• Prise en compte des contraintes d’utilisation en

lien avec l’application (contraintes induites par laconception) et l’utilisation (contraintes induitespar le profil de vie) ;

• Prise en compte de la qualité et de la maîtrisedes processus via l’évaluation des facteurs ΠPart

Manufacturing (qualité et maîtrise technique defabrication du composant) et ΠProcess (qualité etmaîtrise technique de fabrication du produitcontenant le composant).

Figure 1. L’approche fiabilité de FIDES

Ainsi, la méthodologie FIDES ne permet pas uniquement d’évaluer la fiabilité ; par la prise en compte de ces trois contributeurs, elle permet également d'agir sur les définitions et de maîtriser la fiabilité sur tout le cycle de vie des produits.

Le facteur ΠProcess revêt une importance particulière : il vient directement en multiplication du taux de défaillance physique et sa plage de variation étendue (de 1 à 8) permet de discriminer de façon sensible les meilleurs équipementiers/systémiers. Ce facteur est évalué par réponse à des recommandations sur les processus de développement, de fabrication et d'exploitation du produit, recommandations qui sont formalisées dans le guide de maîtrise et d’audit du processus fiabilité (chapitres IV et V de la norme). Or ces dernières années, les retours d’utilisateurs ont mis en évidence un certain nombre de problématiques en lien direct avec l’évaluation du facteur ΠProcess :

• La difficulté à appréhender certainesrecommandations ;

• La difficulté à conduire un audit jugé complexe,du fait du nombre de recommandations (171) etdu nombre d’interlocuteurs à impliquer dansl’audit (acteurs des phases de spécification, deconception, de fabrication, d’intégration,d’exploitation/maintenance et de support) ;

• La difficulté à conduire un audit dans le cas demontages industriels complexes (appel à lasous-traitance ou à la cotraitance, par exemple) ;

• Un tassement du ΠProcess, certainement lié à lagénéralisation des « bonnes pratiques » dans lesentreprises.

En réponse à ces problématiques, les industriels impliqués dans le PEA PISTIS ont, sous l’égide de la DGA, entamé une importante refonte du guide de maîtrise et d’audit du processus fiabilité. Les principales évolutions proposées sont présentées dans la suite de cette communication.

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PEA PISTIS Le projet PISTIS a démarré en 2015, pour une durée de 4 ans. Son principal objectif est la mise à jour du guide FIDES :

• Prise en compte de nouvelles technologies (composants submicroniques, composants de puissance standards, composants de puissance hyperfréquence) ;

• Mise à jour des modèles et données d’entrée des modèles le nécessitant (modèle condensateur, taux de défaillance de base des composants actifs et des boîtiers) ;

• Analyse des pratiques en termes d’essais de fiabilisation (essais de déverminage et essais aggravés) ;

• Mise à jour des paramètres le nécessitant (ΠPlacement et plus généralement, ΠInduit) ;

• Révision du guide de construction des profils de vie ;

• Révision du guide de maîtrise et d’audit du processus fiabilité.

Les différents postes et les objectifs associés sont détaillés dans la Table 1. Il est intéressant de noter que les actions engagées visent à améliorer et enrichir la norme via l’introduction de nouveaux modèles (Carton et al., 2017) ou la mise à jour de modèles existant mais également à simplifier son utilisation, notamment au travers des actions sur le ΠPlacement et le profil de vie.

Table 1. Descriptif des cinq postes du PEA PISTIS

Poste Thème Objectifs 1 Fiabilité des

composants submicroniques

- Développer la compréhension du comportement des composants submicroniques

- Fournir les informations nécessaires à une conception robuste

- Développer les modèles de prédiction, intégrant si besoin une modélisation du vieillissement

2 Fiabilité des composants de puissance standards

- Développer les modèles de prédiction, intégrant si besoin une modélisation du vieillissement

3 Fiabilité des composants de puissance hyperfréquence

- Développer les modèles de prédiction, intégrant si besoin une modélisation du vieillissement

4 Méthodologie d’essais de fiabilisation

- Identifier les solutions d’essais de fiabilité, en particulier en termes de déverminage (impact potentiel sur le ΠProcess) et d’essais aggravés (impact potentiel sur le ΠDurcissement)

- Rédiger un guide méthodologique pour l’optimisation des procédures d’essais de croissance de fiabilité

5 Proposition - Mettre à jour les modèles

d’évolution du guide FIDES

et données d’entrée des modèles le nécessitant (modèle condensateur, taux de défaillance de base des composants actifs et des boîtiers)

- Réviser, si nécessaire, le paramètre ΠInduit : o Analyser l’impact des

surcharges accidentelles (EOS, MOS, TOS)

o Analyser la possibilité de simplifier le ΠPlacement

- Rechercher des solutions pour faciliter la construction des profils de vie

- Réviser le guide de maîtrise et d’audit du processus fiabilité (ΠProcess)

- Intégrer les développements des postes 1 à 4 dans le guide FIDES

- Assurer la promotion internationale de FIDES

La suite de cette communication s’intéresse au Poste 5, et plus spécifiquement aux différentes actions engagées pour la révision du guide de maîtrise et d’audit du processus fiabilité.

Refonte du guide de maîtrise et d’audit du processus fiabilité

Le guide de maîtrise et d’audit du processus fiabilité, détaillé aux chapitres IV et V de la norme FIDES, regroupe 171 recommandations dont le suivi est de nature à favoriser la construction de la fiabilité d'un produit. Ces recommandations, qui portent essentiellement sur les procédures et l’organisation, couvrent les 7 phases du cycle de vie du produit : spécification, conception, fabrication, intégration à l’équipement, intégration au système, exploitation/maintenance et support. Un exemple de recommandation, applicable aux phases spécification et conception, est présenté sur la Figure 2.

Figure 2. Fiche détaillée de la recommandation 62

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Les recommandations sont déclinées sous forme de questions qui sont posées aux audités, acteurs des différentes phases du cycle de vie du produit. La satisfaction à la recommandation est évaluée selon 4 niveaux :

• N1 : recommandation non appliquée, risques certains pour la fiabilité ;

• N2 : recommandation partiellement appliquée, risques potentiels pour la fiabilité ;

• N3 : recommandation pratiquement appliquée, peu de risques pour la fiabilité ;

• N4 : recommandation pleinement appliquée, pas de risque notable pour la fiabilité.

Les réponses apportées aux questions permettent, selon le niveau de satisfaction aux 171 recommandations :

• De mesurer l’aptitude de l’entreprise à construire des produits fiables ;

• De quantifier cette aptitude par le calcul du facteur ΠProcess, selon une formule préconisée dans le guide (cf. Table 4) ;

• D’identifier les actions d'amélioration de la fiabilité.

Table 2. Positionnement du processus en fonction du

score obtenu par l’organisation auditée

Niveau Processus ΠProcess

Très haute fiabilité

Processus presque sans faiblesse <1,7

Haute fiabilité Processus maîtrisé, ingénierie fiabilité 1,7 à 2,8

Standard Procédures qualité usuelles

: type ISO 9001 version 2000

2,8 à 4,8

Non fiabilisé Pas de prise en compte des problèmes de fiabilité >4,8

Pour plus de détails sur le guide de maîtrise et d’audit du processus fiabilité, le lecteur peut se référer directement à la norme :

• Le chapitre IV contient des préconisations pour la conduite de l’audit et détaille la méthode de calcul du ΠProcess ;

• Le chapitre V présente les fiches détaillées des 171 recommandations de l’audit.

1 Retours utilisateurs Les retours d’utilisateurs - essentiellement consultés par l’intermédiaire du GTR FIDES - ont été compilés et analysés, dans l’objectif :

• D’identifier les recommandations qui posaient problème, tant sur le fond que sur la forme ;

• De mettre en évidence les difficultés rencontrées lors de la conduite d’audit, par les audités comme par les auditeurs.

Parmi les remarques formulées par les utilisateurs, deux ont particulièrement attiré notre attention et orienté notre manière de travailler :

• La première remarque remettait en question l’ordre des recommandations : le fait que les fiches détaillées soient classées par ordre alphabétique - indépendamment de la phase - complexifie l’organisation de l’audit ;

• La seconde remarque, qui s’est avérée récurrente, portait sur la présence de recommandations traitant de thèmes très proches et aux contours parfois un peu flous, voire de recommandations redondantes.

En réponse à ces deux remarques, un travail de regroupement et d’ordonnancement des recommandations a été initié, consistant essentiellement à réviser les activités principales des 7 phases du cycle de vie puis à regrouper les recommandations par phase et activité au sein de la phase. Ce travail a facilité l’identification des redondances au sein des phases et le regroupement des recommandations complémentaires. Finalement, l’analyse des retours d’utilisateurs a conduit à une première révision des recommandations, conduisant essentiellement :

• A reformuler ou clarifier certaines questions de l’audit ;

• A supprimer des recommandations jugées redondantes ;

• A regrouper des recommandations traitant de thèmes proches ou complémentaires.

2 Analyse des pratiques industrielles et thèmes retenus pour les nouvelles recommandations En réponse à la problématique du tassement du ΠProcess, une analyse des pratiques industrielles - en termes de processus et sur tout le cycle de vie des produits - a été conduite de manière à identifier les pratiques qui n’étaient plus suffisamment discriminantes car trop largement répandues et, à l’opposé, les nouvelles pratiques impactant positivement les performances de fiabilité. De cette phase d’analyse des pratiques, sont issues un certain nombre de recommandations ayant essentiellement pour source :

• L’analyse de certains documents normatifs, dans leur version la plus récente : IPCA, ISO 9001 / EN 9100, IEC 62960, J-STD-033 ;

• Un recensement des nouvelles pratiques et méthodes d’organisation apparues ces dernières années dans nos entreprises : 5S, Lean Sigma, etc.

Les thèmes retenus pour les nouvelles recommandations, en phase avec les pratiques les plus récentes, sont listés dans la Table 2.

Table 3. Thèmes retenus pour les nouvelles recommandations

Thème Justification Connaissance et maîtrise du profil de vie

La connaissance et la maîtrise du profil de vie des équipements sont indispensables à la prédiction de fiabilité. Les variations des différentes contraintes environnementales doivent être connues et leur impact doit être maîtrisé et pris en compte dans les analyses de Sûreté de Fonctionnement (profil de vie "moyen" pour un contrat de MCO versus profil de vie "pire cas" pour une analyse de sécurité, par exemple).

Prévenir l’achat de composants frauduleux

L'utilisation potentielle de composants frauduleux ou contrefaits (généralement achetés à des brokers, fournisseurs indépendants non franchisés par les fabricants), est un facteur de risque pour la fiabilité des composants. Les procédures d'achat doivent être claires et n’autoriser le

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recours à des brokers que dans des circonstances particulières et selon un protocole spécifique (demande de dérogation, recours à des brokers autorisés uniquement, inspection des lots, preuves de conformité, information au client lorsque spécifié).

Maitriser les conditions d'environnement du stock de composants et matériaux

Les composants électroniques sont sensibles aux conditions environnementales de stockage : corrosion, absorption d'humidité, ESD. De plus, certains matériaux nécessitent un stockage à froid (chambre froide ou freezer). Un document officiel doit définir les limites (spécifications et « Control Limits ») et les moyens de contrôle associés : sondes, enregistrements, alarmes.

Optimiser l'organisation de la ligne de production

L'organisation de la ligne de production, des flux de produits et de personnes, la clarté et l'ergonomie des postes contribuent à minimiser les risques de défiabilisation des produits. Des standards définissent des méthodologies d'organisation adaptées aux lignes de production (5S, Lean, etc.).

Maitriser la sensibilité des composants à l'humidité et au procédé de refusion (niveaux MSL)

Les fabricants attribuent un niveau MSL (Moisture Sensitivity Level) aux composants plastiques CMS, conduisant à emballer les composants sensibles en sachets étanches et à spécifier des temps de travail limités ; le document de référence pour la production est la norme J-STD-033. Il est important que les opérateurs en charge du report des composants sur carte maitrisent les risques et qu'une instruction y soit associée. Ils doivent disposer des moyens pour mettre en œuvre les actions nécessaires (étuve pour séchage composants, etc.).

Tracer toutes les opérations de production et de test dans la fiche suiveuse de lot

A chaque étape de la production et du test, un certain nombre d'informations doivent être répertoriées dans une fiche suiveuse de lot pour minimiser les risques qualité et fiabilité : référence produit, n° de lot, quantité entrante, références des consommables à utiliser, référence du test à réaliser, etc. L'opérateur doit compléter cette fiche suiveuse d'un certain nombre d'informations de traçabilité: n° des lots des matériaux consommables, outillage, quantité sortante, identification des raisons de rejet ou de réparation des pièces, n° de la machine utilisée, nom de l'opérateur, etc. Souvent la même fiche est

utilisée par le contrôleur qualité pour tracer l'inspection (par exemple: timbre Assurance Qualité)

Maitriser le fléchissement de la carte lors d'un test électrique sous pointes

Lors d'un test électrique sous pointes, la déformation de la carte peut entrainer une dégradation, donc une défiabilisation de la carte testée. Une spécification doit établir les règles à appliquer afin de maitriser le fléchissement, généralement par des mesures réalisées en début de nouveau lot.

3 Bénéfices à tirer d’une certification ISO 9001 ou d’une certification EN 9100 En parallèle, plusieurs actions ont été conduites dans l’objectif de simplifier le processus d’audit. Citons, à titre d’exemple, une réflexion sur les montages industriels complexes qui conduira à la rédaction de préconisations pour la conduite d’audit lorsque les activités du cycle de vie sont partagées entre plusieurs sous-traitants ou cotraitants. Mais dans ce paragraphe, nous nous intéresserons plus particulièrement aux résultats d’une analyse comparative des exigences de la norme ISO 9001 (ISO 9001), des exigences de la norme EN 9100 (EN 9100) et des recommandations du guide de maîtrise et d’audit du processus fiabilité. L’objectif de cette analyse, dont les résultats sont présentés sur la Figure 3, était d’identifier les recommandations déjà couvertes par une certification ISO 9001 ou EN9100. Figure 3. Comparaison des exigences de l’ISO 9001, des exigences de l’EN9100 et des recommandations du guide

de maîtrise et d’audit du processus fiabilité

Pour chaque recommandation couverte par l’ISO 9001 (respectivement par l’EN 9100), le niveau assuré par la certification a également été déterminé. A titre d’exemple et comme illustré sur la Figure 3, considérons la recommandation n°59, applicable à la phase support : « Gérer en configuration les documents d’études de fiabilité ». Une analyse fine des paragraphes de l’ISO 9001 (respectivement de l’EN9100) traitant des ressources et moyens conduit aux conclusions suivantes :

• La seule certification ISO 9001 permet d’affecter le Niveau 3 à la recommandation ;

• La seule certification EN 9100 permet d’affecter le Niveau 4 à la recommandation.

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Figure 4. Exemple d’une recommandation couverte par l’ISO 9001 au Niveau 3 et par l’EN 9100 au Niveau 4

Enfin et à l’issue de cette première analyse, il nous a semblé intéressant de calculer la valeur théorique minimale du ΠProcess que permet d’obtenir une certification ISO 9001 ou une certification EN 9100. Elle a été calculée en affectant le Niveau 1 (note minimale, c’est-à-dire 0) à toutes les recommandations non couvertes par l’ISO 9001 (respectivement l’EN 9100) et le Niveau déterminé par l’analyse à toutes les recommandations couvertes par l’ISO 9001 (respectivement l’EN 9100). Les résultats sont résumés dans la Table 4.

Table 4. Valeur minimale du ΠProcess assuré par une certification ISO

ΠProcess Note minimale assurée par l’ISO 9001

Note minimale assurée par l’EN 9100

Méthode : Niveau 1 affecté à toutes les recommandations non couvertes

4,3 3

Remarquons tout d’abord que ces résultats semblent cohérents, à deux titres :

• Le fait que la note minimale assurée par l’EN 9100 est inférieure à la note minimale assurée par l’ISO 9001 est cohérent du fait que l’EN9100 est plus exigeante que l’ISO 9001 ;

• Le fait que la note minimale assurée par l’ISO 9001 corresponde à un niveau de fiabilité « standard » est cohérent du fait que la majorité des entreprises détiennent aujourd’hui une certification ISO 9001.

Nous attirons toutefois l’attention du lecteur sur le fait que les notes ci-dessus doivent être considérées avec précaution. Si ce sont bien des notes minimales (car obtenues en affectant le Niveau 1, c’est-à-dire 0, à toutes les recommandations non couvertes par la certification ISO 9001 ou EN 9100), il n’est absolument pas garanti qu’elles soient conservatives. En effet, la certification ISO 9001 (respectivement EN 9100) est un gage de qualité mais elle ne garantit en aucun cas qu’une recommandation donnée soit suivie à la lettre par l’entreprise qui détient la certification ; de plus, le certificat n’est pas nécessairement valable sur l’ensemble des processus d’une société. Ainsi, les valeurs ci-dessus sont données à titre indicatif mais conduire l’audit dans son intégralité reste la meilleure solution pour évaluer l’aptitude de l’entreprise à construire des produits fiables.

4 Bilan des évolutions La Table 5 fournit une traçabilité des évolutions de recommandations, qui sont classifiées selon 6 critères :

• Clarification Amélioration de la lisibilité des fiches : clarification de la question et/ou des niveaux, traduction de termes métier, refonte des descriptions ambiguës

• Evolution L'évolution du métier et/ou des normes a impliqué une modification de la question ou de la description et une revue des niveaux

• Suppression Suppression d’une fiche obsolète ou redondante

• Création Création d'une nouvelle recommandation pour un risque non couvert précédemment

• ISO 9001 Recommandation couverte par l’ISO 9001

• EN9100 Recommandation couverte par l’EN 9100.

Table 5. Traçabilité des évolutions de

recommandations

Critère Nombre de

recommandations concernées

Evolution 31

Clarification 51

Création 8

Suppression 20

ISO 9001 54

EN 9100 80

Conclusion Nous avons présenté les principales évolutions envisagées dans le guide de maîtrise et d’audit du processus fiabilité ; nous les avons illustrées par des exemples concrets et nous avons présenté quelques métriques (nombre de recommandations supprimées, créées, etc.) représentatives du travail réalisé et des évolutions attendues. Nous attirons toutefois l’attention du lecteur sur le fait que les évolutions présentées dans cette communication doivent être considérées comme des « propositions » qui seront soumises au GTR FIDES. Les retours du GTR FIDES permettront de juger de la pertinence des évolutions proposées ; ils seront bien entendu pris en compte avant que les évolutions ne soient introduites dans la future version du guide FIDES. Enfin, la conduite d’un audit selon la nouvelle version du guide permettra d’évaluer l’impact des évolutions envisagées. Plusieurs entreprises participant au GTR FIDES se sont proposées pour conduire des audits expérimentaux, dont les résultats devraient être disponibles d’ici le début de l’année 2019.

ISO EN

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Quelques mots sur le processus de normalisation

Il serait dommage de terminer cette communication sans écrire quelques mots au sujet du processus de normalisation internationale, d’autant que les nouvelles sont très positives. Le projet d’internationalisation de la norme FIDES a été accepté à l’IEC en mai 2017, avec 81.3% de votes positifs. La réunion de démarrage a eu lieu en octobre 2017 à Tokyo, lors de la réunion annuelle du TC56 (Technical Committee for Dependability). L’équipe projet regroupe 24 experts de 12 pays, œuvrant à la rédaction de la future norme IEC63142 : « A global methodology for reliability data prediction of electronic components ». Une première version de la norme - le « Commitee Draft », diffusé uniquement à l’équipe projet - est attendue pour fin 2018.

Remerciements Les auteurs tiennent à remercier Michel Giraudeau pour son implication au démarrage du projet PISTIS mais aussi et surtout pour son investissement dans le processus de normalisation internationale et, de manière plus générale, dans FIDES.

Références (FIDES, 2009) Janvier 2011 UTE C80-811 Méthodologie de fiabilité pour les systèmes électroniques - Guide FIDES 2009 Édition A (Carton et al, 2017) Patrick Carton, Michel Giraudeau, Franck Davenel 2017 Annual Reliability and Maintainability Symposium (RAMS) New FIDES models for emerging technologies (ISO 9001) ISO 9001 : Systèmes de Management de la Qualité – Exigences (EN 9100) EN9100 : Systèmes de Management de la Qualité - Exigences pour les Organismes de l’Aéronautique, l’Espace et la Défense

Notes 2 Plan d’Etudes Amont 3 ProgressIon deS Techniques de fiabIlité préviSionnelle

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