Essais & Simulations n°109

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Dossier Le produit doit normalement fonctionner sous certaines contraintes. Il s’agit de ses marges de conception qui permettent au produit de fonctionner au-delà et, mal - heureusement, des faiblesses qui le limitent. D’où l’importance de connaître ses faiblesses. Tous les constituants du produit (les maillons de la chaîne de notre exemple) n’ont pas la même robustesse : certains sont plus faibles que d’autres et ne vont pas résister de la même manière lors de l’augmentation de la contrainte. Les essais aggravés (augmentation pro - gressive de la traction dans notre exem - ple) vont permettre de faire apparaître ces faiblesses. Les contraintes à appliquer pour réaliser des essais aggravés doivent être pertinentes (en type et en niveau) vis-à-vis du produit. Si dans le cas de la chaîne la traction semblait pertinente, pour des produits électroniques, les contraintes sont généralement utilisées au minimum de la température, des vibrations, de la tension d’alimentation, de la charge et quelques fois au minimum de la fréquence des signaux. Les essais aggravés permettent de mettre en évidence deux types de faiblesses : • Défauts de conception : certains mail - lons de la chaîne sont beaucoup plus fins que les autres et ce n’est pas justifié, il s’agit d’erreurs de conception. Quel - ques exemples sur des produits : mau - vais choix ou dimensionnement de composant, de technologie, de process… C’est la conception qui amène ces défauts qui peuvent par la suite se retrouver dans tous les produits fabriqués selon cette définition. Ces défauts sont mis en évidence lors de la campagne d’essais aggravés HAT en conception. • Défaut de jeunesse : le maillon est tout aussi gros que les autres mais il pré - sente un défaut de réalisation ou a été endommagé par le process. Quelques exemples sur des produits : composant hors spécification, en limite ou fragilisé, défaut de process de réalisation, câblage abimé…C’est la réalisation de ce produit particulier qui a amené le défaut. Ces défauts sont mis en évidence par l’opération de déverminage par <strong>Essais</strong> Aggravés HA-ESS. Le HAT en conception Le principe : • Rechercher les faiblesses par l’application de contraintes augmentées de façon progressive • Analyse des pannes • Actions correctives • Poursuivre la démarche jusqu’à l’obtention de limites de fonctionnelles jugées satisfaisantes. C’est une démarche itérative qui ne se limite pas à vérifier que le produit « tient » ses exigences mais va beaucoup plus loin. Et c’est là « une difficulté culturelle » pour faire admettre le HAT en conception. Il ne s’agit pas de faire des essais permettant de vérifier le bon fonctionnement d’un produit (ce qui est fait par les essais « qualification » et « Design Verification Tests) mais de rechercher les faiblesses potentielles (ce qui pourrait faire que le même produit ne fonctionne plus parce que trop sensible à un paramètre par exemple). Le but de ces essais est de trouver ces faiblesses. Un industriel américain, déjà utilisateur des essais aggravés dans les années 80, a en 2005 rebaptisé ces essais HADT (Highly Accelerated Discovery Tests : EA) pour découvrir les faiblesses. Les résultats • La découverte, très tôt, des faiblesses de conception, à un moment où la cor - rection ne s’avère pas encore onéreuse. Le concepteur reste totalement maître de l’analyse et de la décision de corriger (ou non), mais au moins, il a connaissance de ces faiblesses. • Pour les faiblesses corrigées et donc éliminées, la conception s’en trouve renforcée. • Constitution d’une base de données avec pour chaque produit les limites acceptables par type de contraintes. Ceci peut ensuite être utilisé pour comparer les produits entre eux, pour vérifier l’évolution de la robustesse dans le temps sur un même type de produit ou des produits similaires, ou simplement pour définir les contraintes à appliquer lors du déverminage en production. Déverminage HA-ESS en production Certains défauts de jeunesse ont besoin de facteurs particuliers pour se révéler. Il s’agit des défauts « latents » qui pourraient devenir des défauts réels et « patents » chez le client après quelques semaines d’utilisation. Le déverminage consiste à appliquer un stress défini sur tous les produits fabriqués de façon à transformer les défauts latents en défauts patents (réels) détectables avant livraison au client. Les défauts de jeunesse latents sont précipités et viennent s’ajouter aux défauts réels qui sont détectés en fin de fabrication et avant toute livraison aux clients. Des études et des plans d’expérience ont montré que le déverminage par essais aggravés était plus efficace que le déverminage traditionnel. Un extrait du Guide de l’ASTE de 2006 explique en effet que, sous l’effet des contraintes appliquées, les éléments les E S S A I S & S I M U L A T I O N S ● JA NVI E R , F ÉVR I E R , M A R S 2 0 1 2 ● PAG E 4 8
Dossier plus faibles seront fortement stressés, allant ainsi jusqu’à transformer ces défauts latents en défauts patents. La gaussienne de droite représente la distribution des produits « sains » et la gaussienne de gauche (beaucoup plus petite), représente la distribution des produits avec défauts latents. Malheureusement, les niveaux de contraintes appliquées dans un déverminage classique ne permettent pas toujours de précipiter les défauts latents. Il existe statistiquement une partie représentée par la queue de la petite gaussienne de gauche qui ne sera pas précipitée par ce déverminage. Avec un déverminage par essais aggravés (HA-ESS), le principe est le même, mais le fait que les contraintes appliquées sont plus fortes, la petite Gaussienne de gauche va se déplacer beaucoup plus, illustrant ainsi le fait que les défauts latents seront précipités. Ceci n’est faisable que si les essais aggravés ont été réalisés en conception et que les limites acceptables par le produit ont été déterminées. Des règles empiriques (voir Guide ASTE) permettent de définir un profil de déverminage à partir des résultats du HAT en conception. Il faut ensuite valider ce profil sur les deux aspects : • Vérification du non endommagement (voir si la gaussienne de droite ne s’est pas trop déplacée réduisant ainsi la durée de vie du produit) • Vérification de l’efficacité du déverminage (voir si les défauts latents sont bien précipités) Ces étapes sont incontournables. Il est possible de ne faire que le HAT en conception si on cherche à rendre un produit robuste. En revanche, pour pouvoir faire du déverminage HA-ESS, il faut avoir réalisé le HAT en conception suivi de la validation du profil par le POS. Conclusions Que retenir de tout cela ? - Les essais aggravés font désormais partie des outils mis en œuvre de façon industrielle tant en conception qu’en fabrication de produits - Si, au départ, leur application concernait principalement l’électronique soumise à contraintes, maintenant tous les secteurs l’utilisent, y compris pour des produits qui ne verront jamais de contraintes - Pour bien mener des essais aggravés, il faut en avoir compris la philosophie et saisi le fil conducteur pour leur application Nous n’en sommes qu’au début de leur utilisation en Europe et il est aisé d’imaginer l’avenir quand on voit l’évolution qu’il y a eu aux États-Unis sur ce sujet ces quinze dernières années. Plus nous serons nombreux à les mettre en œuvre, plus nous pourrons partager cette expérience fabuleuse ● Daniel GOULET E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● JA NVI E R , F ÉVR I E R , M A R S 2 0 1 2 ● PAG E 4 9
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