Fiabilité - Définition et Explications

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 (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, se manifestant par une énergie. L'électricité désigne également la branche de la...) (UTE), sur recommandation (Les industries ne fonctionnent pas correctement sans normes garantissant l'interopérabilité, des organismes crées pour, promulguent des recommandations, qui si elles sont suivies deviennent des normes ou des...) de la Commission électrotechnique (Étymologiquement l'électrotechnique désigne l'étude des applications techniques de l'électricité. En réalité, l'électrotechnique regroupe les disciplines traitant l'électricité en tant...) internationale, a proposé la définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la division entre les définitions réelles et les définitions nominales.) suivante : la 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.) est l’aptitude d’un dispositif à accomplir une fonction requise dans des conditions données pour une période de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) donnée (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire,...).

La fiabilité est la probabilité (La probabilité (du latin probabilitas) est une évaluation du caractère probable d'un évènement. En mathématiques, l'étude des probabilités est un sujet de grande importance donnant lieu à de...) de n'avoir aucune défaillance à l'instant (L'instant désigne le plus petit élément constitutif du temps. L'instant n'est pas intervalle de temps. Il ne peut donc être considéré comme...) 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 (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) de qualité (fonction statique).

Par exemple, on teste des circuits intégrés au sortir de la chaîne (Le mot chaîne peut avoir plusieurs significations :) 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 (L'heure est une unité de mesure  :). 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 (Dans les technologies de l'information, une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction, d'un événement, etc.) 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 (Le mot « infini » (-e, -s ; du latin finitus, « limité »), est un adjectif servant à qualifier quelque chose qui n'a pas de limite en nombre ou en...), 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 (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) 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 (Les mathématiques constituent un domaine de connaissances abstraites construites à l'aide de raisonnements logiques sur des concepts tels que les...) et de vieillissement (La notion de vieillissement décrit une ou plusieurs modifications fonctionnelles diminuant progressivement l'aptitude d'un objet, d'une information ou d'un organisme à assurer ses fonctions.) physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de la...) 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 (Une norme, du latin norma (« équerre, règle ») désigne un état habituellement répandu ou moyen considéré le plus souvent comme une règle à suivre. Ce terme...) militaire américaine, conçue pour estimer la fiabilité des équipements.
• Le RDF2000 : recueil de fiabilité construit à partir du retour sur expérience de France Telecom (En France, voir http://www.arcep.fr/index.php?id=interactivenumeros sur le site de l'ARCEP (http://www.arcep.fr).). 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 (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces d'investigations communs ou proches.), concernant des matériels électromécaniques consommant de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) 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 (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de l'aéronautique et de l'espace ») plus connue sous son abréviation NASA, est l'agence...) 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 (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, ...), bref, de tout ce qui produit ou...).