Fiabilité - Définition

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Introduction

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.

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).

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 \frac{1}{MTTF}. Celui-ci 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 totalement aléatoire, alors la fiabilité de ces circuits en fonction du temps sera donnée par la fonction :

R(t)= e^{\frac{-t}{MTTF}} = e^{-\lambda t} (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 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 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.

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