Concevoir pour un monde plus sûr

Comment la fiabilité peut aider les ingénieurs à faire leur choix entre des exigences contradictoires

Les catastrophes naturelles seront certainement considérées comme une des caractéristiques définissant le 21e siècle. Des vagues de chaleur en Australie aux incendies dans l’ouest des États-Unis, jusqu’aux ouragans dans les Caraïbes et les inondations dans le Sud-Est asiatique, l’impact sur les êtres humains est terrible. Leurs conséquences seront d’autant plus graves que les bâtiments, les installations et les infrastructures seront peu fiables.

Les ingénieurs structure et mécanique ont besoin de planifier ce type d’événements imprévus et en même temps, ils font face à des demandes de produits moins chers, plus légers et plus silencieux. Pouvons-nous vraiment attendre des ingénieurs qu’ils trouvent un espace pour la fiabilité au milieu de ces pressions ?

Il est important de prendre du recul et de comprendre que les ingénieurs ont en fait toujours été confrontés à des exigences contradictoires. Les exigences semblent plus importantes que jamais, mais on ne constate aucun changement vraiment profond.

Mieux, plus vite, moins cher

Fred Schenkelberg est ingénieur et consultant en fiabilité et a passé plus de 20 ans à travailler et à enseigner dans le domaine de la fiabilité. Comme il l’explique, cette situation n’est pas une rupture radicale. « Je veux que cela soit mieux, plus rapide et meilleur ! Et cela n’a jamais changé. Mais on pourrait faire remarquer que tout a accéléré. »

“Mais cela fait partie de l’art de l’ingénieur : faire des concessions et arbitrer entre des besoins concurrents. »But that’s the art of engineering: to make trade-offs and meet competing needs.”

« Une équipe de design a en général un objectif de coût, une date à laquelle elle veut lancer le produit et des objectifs de fonctionnalité. Elle prend de nombreuses mesures et désigne des priorités durant le processus de conception. En tant que professionnel spécialiste de la fiabilité, je veux m’assurer que l’objectif de performance de fiabilité est aussi visible à toutes les étapes de la conception.

Une des manières d’encourager cette visibilité est la « Conception pour la fiabilité » qui rassemble de nombreux outils et de nombreuses méthodologies développés dans l’ingénierie de la fiabilité.

La fiabilité tout au long du cycle de vie

La conception pour la fiabilité (Design For Reliability), est un processus en plusieurs étapes permettant de favoriser la fiabilité tout au long du cycle de vie d’un produit, de sa conception à son obsolescence. Ce qui signifie que la DFR n’est pas l’exclusivité des professionnels de la fiabilité. Imaginée et appliquée à un niveau organisationnel, elle guide la conception, la fabrication et la maintenance d’un produit, de sorte qu’elle peut inclure potentiellement tous les services d’une société.

S’il existe un principe fondamental qui soutient la DFR, c’est que la fiabilité se met en place au moment de la décision. Dans ce contexte, la fiabilité doit être prise en considération bien avant la production proprement dite.

Pour faire cela, il faut bien comprendre les tenants et aboutissants de la fiabilité. En ingénierie mécanique, la fiabilité est la probabilité pour un article d’effectuer la fonction attendue, à une période précise et dans des conditions précises.

Cette conception générale de la fiabilité une fois acquise, il est alors possible d’identifier et de définir les besoins liées à la fiabilité de votre produit – et il y a des chances qu’ils soient les mêmes que ceux du client. Ce n’est que lorsque ces exigences sont claires que vous pourrez commencer à concevoir un produit qui peut les satisfaire.

La DFR n’est pas une taille unique qui convient à tous

Il n’existe pas de modèle universellement accepté de la DFR, mais tout schéma comporte les étapes de base suivantes illustrées dans le schéma ci-contre.

Néanmoins, ce n’est pas un processus à sens unique. Il est prévu que la conception, l’analyse et les étapes de vérification soient répétées de nombreuses fois avant que le produit ne soit prêt pour une mise sur le marché. Durant ces différentes étapes, certains outils, tests et processus permettent de détecter les vulnérabilités, les tolérances et la robustesse du produit. M. Schenkelberg suggère de résumer ainsi la DFR :

“Il s’agit d’un ensemble de règles, de directives et d’activités qui permettent aux personnes — les techniciens, les ingénieurs et les dirigeants — prenant des décisions de comprendre pleinement les implications de la fiabilité.”

« Mais ce n’est pas un ensemble déterminé d’outils et d’activités. Chaque situation, chaque produit et chaque application sont différents. »

Un retour en arrière pour ajouter de la valeur

Ces différences sont cruciales car traiter la DFR comme un exercice de cases à cocher risque d’entraîner des problèmes. « Un des pièges consisterait à dire, ‘Notre dernier produit était excellent. Il satisfaisait aux exigences de fiabilité et aux attentes de nos clients, faisons donc le même produit que la dernière fois.’ C’est risqué car le prochain produit pourrait avoir d’autres applications, avoir un objectif différent et pourrait être destiné à un client différent », explique M. Schenkelberg.

« Il s’ensuivrait un état d’esprit « liste de contrôle » : ‘Nous allons réaliser ces deux tests, nous allons faire subir une vibration pendant 2 heures à notre produit et le tour est joué.

Mais en faisant cela, avons-nous ajouté de la valeur à notre produit ? Il convient de faire un pas en arrière et de réfléchir aux tests qui vont permettre de révéler les problèmes qui pourraient survenir à l’avenir. » Et pour découvrir les problèmes futurs, il faudra peut-être faire quelque chose que les concepteurs évitent souvent de faire – accepter ses échecs.

Les bénéfices des échecs

Tester un produit dans l’objectif de connaître les raisons d’un échec peut être un outil utile dans la recherche de fiabilité. Mais, c’est une approche qui peut heurter les principes classiques de la conception.

« Les designers et les ingénieurs conçoivent souvent leur produit sans tenir compte des échecs passés – c’est leur état d’esprit lors du processus de création d’un produit », affirme M. Schenkelberg qui continue ainsi :

« Ce que les ingénieurs fiabilité peuvent faire c’est rendre les échecs plus visibles. »

« Il est important d’avoir la faculté d’apprendre de ses échecs. Trop d’ingénieurs veulent faire un test pour montrer qu’un produit fonctionne. Ils effectuent des tests dans les conditions dont ils vont espérer une réussite, mais si vous essayez de trouver quelque chose que vous ne connaissez pas déjà, il faut vraiment tester un produit dans l’idée d’éviter les échecs passés. »

« De cette manière, on trouve la nature de l’échec, comment il s’est manifesté et quelles contraintes se sont combinées pour aboutir à l’échec. Il existe différentes manières de le faire, mais il faut avoir la volonté de regarder ses échecs en face. »

Une méthode permettant d’éviter des échecs potentiels est de réaliser un test de durée de vie très accélérée (Highly Accelerated Life Test). Vous pouvez l’utiliser à l’étape de la vérification et de la validation de la DFR.

Comprendre la vraie fiabilité

« À mon avis, il faut considérer le test HALT comme un processus de découverte », 

affirme M. Schenkelberg. « Utilisez une plage de contraintes différentes qui soit significative pour votre application et appliquez ces contraintes jusqu’à ce qu’une d’elle provoque une panne. Observez si le produit échoue au niveau de la contrainte que vous escomptez et prenez une décision basée sur cette constatation en appliquant des marges. Autre point tout aussi important, vous apprenez ainsi la nature de la panne, comment elle est survenue. »

Des chercheurs et des professionnels ont dressé des listes de contraintes potentielles subies par les bâtiments, les installations et les infrastructures suite au changement climatique et autres événements catastrophiques. Bien que ces événements exigent de nouveaux efforts de la part des ingénieurs, ce qui change, c’est l’ampleur et la combinaison des contraintes auxquelles ils font face.

La méthode de recherche de pannes suggérée par M. Schenkelberg permet de comprendre ce que sont véritablement la fiabilité et la robustesse d’un produit et permet de saisir pleinement sa capacité à résister aux événements imprévus.

Concevoir des assemblages boulonnés avec Nord-Lock Group

Découvrir les sources potentielles de panne fait partie des nombreuses procédures de test de Nord-Lock, explique Cyril Cadoux, Directeur Technique pour l’Europe.

« Pour ce qui est des assemblages boulonnées, nous procédons rarement à des tests recherchant les pannes, car nous avons les connaissances suffisantes pour déterminer les causes profondes de l’endommagement des pièces. Observez simplement les premiers milliers de cycles nous donne la bonne indication de la tendance. Cette procédure nous donne suffisamment de connaissances et de confiance dans la fiabilité de nos produits pour offrir une garantie à vie », dit-il.

« Mais il ne nous suffit pas d’analyser nos produits individuellement pour confirmer qu’ils sont robustes et fiables. Nous testons nos boulons et nos rondelles dans l’environnement dans lequel ils sont utilisés. »

« Nous nous entretenons avec nos clients, trouvons les applications et effectuons une analyse plus profonde sur la base de ces éléments. Nous obtenons le plus de données possibles à partir de ces éléments et reproduisons des scénarios. Quelquefois, nous n’avons pas toutes les informations nécessaires à partir des schémas et plans 3D, alors nous nous rendons sur leurs lieux de travail.

« Ce qui signifie que nous ne testons pas seulement les produits Nord-Lock, mais qu’en fait nous testons leurs assemblages boulonnés. Nous pouvons apporter nos analyses et nos simulations, nos outils internes pour conseiller correctement nos clients », conclut M. Cadoux.