Quatre approches pour résoudre les problèmes d’obsolescence actuels dans les secteurs de l’aérospatiale et de la défense

Aperçu

Dans les secteurs de l’aérospatiale et de la défense, les termes « support et maintien en condition opérationnelle » et « gestion de l’obsolescence » sont courants et il est facile de comprendre pourquoi. Contrairement aux produits grand public classiques tels que les téléphones cellulaires, qui ne durent que quelques années, les « produits » de l’aérospatiale et de la défense sont fabriqués et pris en charge pendant des décennies. Par exemple, le Boeing B-52 Stratofortress a été lancé pour la première fois en 1954 et devrait rester en service jusqu’en 2040, après presque un siècle de commercialisation. Cela pose des défis uniques aux ingénieurs de test, qui doivent maintenir un parc de stations de tests basé sur des équipements anciens et, dans de nombreux cas, obsolètes. Les ingénieurs de test consacrent jusqu’à 50 % de leur temps (voire même plus dans certains cas) à la gestion active de l’obsolescence dans leurs ensembles de programmes de test (TPS). Pour aggraver les choses, ces TPS ont souvent été écrits dans des langages logiciels anciens, avec peu ou pas de documentation, par une personne qui est probablement à la retraite depuis longtemps.

 

Compte tenu de ce défi de taille, de nombreux fournisseurs souhaitent aider les ingénieurs de test à développer leurs prochains TPS, mais cela ne résout en rien le problème d’obsolescence qu’ils doivent résoudre actuellement. En tant qu’ingénieur de test, vous pouvez adopter quatre approches différentes pour résoudre le problème de l’obsolescence dès aujourd’hui.

Contenu

Stratégies de gestion réactive de l’obsolescence

Voici les quatre principales stratégies pour traiter l’obsolescence de manière réactive :

  • Achat avant date limite (LTB)
  • Remplacement immédiat
  • Nouvelle conception autour d’un composant similaire
  • Intégration d’un nouveau composant ou migration vers une nouvelle plate-forme

 

Ce document ne se concentre pas sur l’achat ultime ou les remplacements immédiats, car les avantages et les inconvénients sont évidents. Ils ne nécessitent que peu ou pas de coûts d’ingénierie ou de revalidation. Cependant, ils peuvent entraîner d’importantes dépenses d’immobilisation initiales et un risque accru. Avec un achat avant date limite (LTB), vous assumez tous les risques en matière d’approvisionnement, et l’assistance pour ce composant est probablement sur le point d’expirer ou déjà expiré. Avec un remplacement immédiat, vous devez souvent faire un léger effort de validation, mais vous pourriez avoir à relever un autre défi lié à l’obsolescence dans un avenir proche. Cela est particulièrement vrai pour les instruments basés sur l’ancienne plate-forme VXI.

Ce document examine les deux dernières approches et dégage certaines options offertes sur le marché d’aujourd’hui.

Figure 1. Les quatre approches pour relever les défis de l’obsolescence varient considérablement sur le plan des coûts et de la flexibilité.

Une nouvelle voie à suivre

Lorsque vous faites face à l’obsolescence dans un monde idéal, vous disposez de ressources infinies pour planifier un tout nouveau testeur de zéro. Cependant, vous disposez d’un temps et d’un budget limité pour traiter un composant obsolète de votre système de test. Bien qu’ils se soucient des budgets d’investissement, les responsables de tests doivent également prendre en compte les dépenses opérationnelles lors de la mise à niveau de la technologie de leurs testeurs. Une étude approfondie menée par le Dr David R. Carey, professeur en génie électrique à l’Université de Wilkes, a révélé que le coût de la réécriture d’un TPS en raison du remplacement d’instruments anciens ou obsolètes s’élevait à environ 150 000 $. Multipliez ce chiffre par des dizaines de TPS pour plusieurs programmes, et les coûts peuvent devenir vertigineux. Par conséquent, les ingénieurs doivent envisager, dans toute la mesure du possible, des plates-formes de test modernes pour rationaliser l’effort de validation. L’une de celles-ci est la plate-forme PXI.

Basé sur logiciel, le PXI est une plate-forme durcie sur PC, destinée aux systèmes de mesure et d’automatisation. Il combine les fonctionnalités électriques du bus PCI avec le boîtier Eurocard modulaire du CompactPCI, auxquelles s’ajoutent des bus de synchronisation spécialisés et des fonctionnalités logicielles importantes. C’est une plate-forme de déploiement hautement performante et économique destinée aux applications de type test de fabrication ainsi qu’aux tests militaires, aérospatiaux, automobiles et industriels. Développé en 1997 et lancé sur le marché en 1998, le PXI est une norme industrielle ouverte, administrée par le groupe PXISA (PXI Systems Alliance) qui comprend plus de 70 entreprises ayant signé une charte de promotion du standard PXI, pour garantir son interopérabilité et maintenir la spécification PXI.


Figure 2.
Le PXI est une plate-forme durcie sur PC, destinée aux systèmes de mesure et d’automatisation.

NI propose plus de 600 modules PXI différents, du CC aux ondes millimétriques. Le PXI étant une norme industrielle ouverte, environ 1 500 produits sont commercialisés par plus de 70 fournisseurs d’instruments différents. Grâce aux fonctions de traitement et de contrôle standard assignées à un contrôleur, les instruments PXI doivent contenir uniquement les circuits d’instrumentation réels, ce qui permet d’obtenir des performances efficaces dans un faible encombrement. Combinés à un châssis et à un contrôleur, les systèmes PXI offrent un transfert de données à haut débit utilisant des interfaces de bus PCI Express et une synchronisation inférieure à la nanoseconde avec synchronisation et déclenchement intégrés.

Frost & Sullivan, leader en matière d’études de marché, poursuit depuis 2007 une étude sur les déploiements historiques et futurs envisagés des plates-formes technologiques industrielles. En 2016, Frost & Sullivan a mis à jour les chiffres, qui montrent un déclin continu et drastique des systèmes VXI déployés.


Figure 3.
Les déploiements PXI continuent de croître à un rythme constant et continueront à dominer les déploiements de plates-formes de test et de mesure.

Cette baisse du nombre de déploiements VXI rendra difficile pour les fournisseurs de maintenir l’économie de la vente de produits VXI. En revanche, les déploiements PXI continuent de croître à un rythme constant et continueront à dominer les déploiements de plates-formes de test et de mesure. Pour cette raison, vous devez faire preuve de prudence lorsque vous envisagez des remplacements immédiats au lieu de migrer vers une nouvelle plate-forme telle que PXI, en particulier lorsqu’une validation est nécessaire.

Adopter une « approche pas à pas » pour une plate-forme moderne

Passer à une nouvelle plate-forme est risqué, car cela peut entraîner beaucoup de dettes techniques. Par exemple, une modification mineure d’un instrument basé sur VXI vers un instrument basé sur PXI pourrait présenter des défis techniques importants du côté logiciel du TPS, notamment la compatibilité des drivers, des systèmes d’exploitation et des IDE. Par conséquent, pour effectuer un changement de plate-forme et utiliser la nouvelle technologie, les ingénieurs de test semblent contraints de prendre tous les risques. Vous pouvez pourtant choisir parmi plusieurs produits pour vous aider à intégrer pas à pas une nouvelle plate-forme comme le PXI.

Systèmes de test Astronics : combler les lacunes technologiques à l’aide d’adaptateurs/porteurs PXI-VXI

Avec une méthode de transition, vous pouvez utiliser votre infrastructure VXI existante en remplaçant un seul instrument VXI par un nouvel instrument PXI dans le même emplacement VXI. Cela signifie que vous pouvez mettre à niveau votre suite d’instruments VXI désuète grâce aux instruments PXI, un par un, sans qu’il soit nécessaire de modifier l’infrastructure. Notez que vous pouvez héberger un ou deux modules PXI/PXI Express dans un seul emplacement VXI (avec les dispositions mécaniques fournies). Vous pouvez également ajouter une carte de conditionnement de signal à l’aide d’un emplacement PMC à l’arrière de l’unité pour remplacer toute fonctionnalité d’instrument existante qui n’est pas déjà prise en charge par les modules PXI. Une fois que vous avez remplacé tous les modules VXI, vous pouvez facilement remplacer le châssis et le contrôleur. Ce plan de migration par obsolescence incrémentielle s’adapte bien aux programmes qui ont des exigences de financement strictes ou qui doivent minimiser les temps d’arrêt des stations.


Figure 4.
Diagramme générique pour la connexion de modules PXI à un système VXI via un pont/porteur (Image fournie par Astronics Test Systems.)

L’un de ces ponts, l’adaptateur Astronics VX407C PXI-VXI, est généralement utilisé pour relier les E/S du registre PXI au VXI pour un fonctionnement axé sur les « quasi-registres ». Un autre adaptateur Astronics PXI-VXI, le 6084H, est utilisé pour intégrer des modules PXI ou PXI Express dans le bus VXI pour un fonctionnement basé sur les messages via l’utilisation de SCPI ou d’autres commandes.


Figure 5.
Les adaptateurs PXI-VXI Astronics VX407C et 6084H peuvent aider à simplifier la migration vers une nouvelle plate-forme. (Image fournie par Astronics Test Systems.)

L’avantage du VX407C est sa simplicité : vous mappez simplement les E/S du registre PXI à un emplacement de registre sur le VX407C. Le firmware du VX407C transmet automatiquement les données à destination ou en provenance de l’espace d’E/S du module PXI. Les modifications de code DLL d’instrument résultantes sont généralement des opérations de copier-coller. Le coût de la liaison d’un driver DLL PXI aux modules PXI hébergés par VX407C est donc relativement faible. Il s’agit d’une excellente approche pour remplacer les modules VXI basés sur des registres.

Le 6084H est plus complexe que la solution VX407C, mais il est idéal si le VXI d’origine est basé sur les messages et nécessite une compatibilité au niveau des commandes. Pour utiliser le 6084H sans modifier ni revérifier le logiciel système, votre DLL de driver PXI/PXI Express doit être incorporé dans le firmware du 6084H. Ensuite, vous pouvez éviter de modifier et de revérifier le logiciel système.

En savoir plus sur les options du porteur Astronics PXI-VXI.

Hiller Measurements : châssis PXI à grand facteur de forme

Le passage de VXI à PXI pose un défi : la perte d’espace disponible pour chaque module. Hiller Measurements (HM) a conçu une solution unique pour relever ce défi. Le châssis HM P-XLe résout l’obsolescence du VXI en exploitant l’architecture ouverte de la plate-forme PXI 3U standard. Il a été développé pour prendre en charge les sciences de la mesure qui ne peuvent pas être gérées au format Eurocard PXI et pour fonctionner avec la norme VXI commercialement obsolète. Idéal pour les applications nécessitant des unités d’interface RF reconfigurables, un grand nombre de voies et une connectivité E/S à l’avant et à l’arrière du châssis, le P-XLe permet la cohabitation des modules PXI 3U standard et des modules P-XLe.

 

Figure 6. Le châssis P-XLe a été développé pour prendre en charge les sciences de la mesure qui ne peuvent pas être gérées au format Eurocard PXI. Il convient parfaitement à la norme VXI commercialement obsolète. (Image fournie par Hiller Measurements.)

Un module P-XLe à un emplacement possède une région 3U pour les circuits prenant en charge le PXI standard, y compris des connecteurs d’interface pour la connexion à un fond de panier standard 3U PXI, ainsi que des connexions périphériques dans la région 3U opposée au fond de panier pour les connecteurs d’interface. Il comprend également une région de circuits 6U prenant en charge les capacités étendues du système P-XL avec des connexions périphériques à l’avant et à l’arrière du module.


Figure 7. Les modules P-XLe possèdent une région 3U PXI et une région 6U P-XL dans un seul emplacement. (Image fournie par Hiller Measurements.)

Le châssis P-XLe héberge simultanément des modules et des contrôleurs PXI et P-XLe et les connecte avec un fond de panier PXI hautes performances pour fournir toutes les fonctionnalités d’alimentation, de refroidissement, de cadencement et de synchronisation. De plus, le châssis P-XLe offre une intégration facile avec le matériel VPC (Virginia Panel Corporation) et Mac Panel afin de prendre en charge le châssis et les E/S.

« La majorité des systèmes VXI existants utilisaient nos récepteurs populaires VPC 9025 et 9050 et disposaient d’un grand nombre d’installations ITA. Les modules Hiller P-XLe sont conçus pour correspondre aux fonctionnalités existantes, aux E/S de connecteurs et aux mappages de broches. Cela facilite la migration vers de nouveaux systèmes de test prenant en charge les ITA existants. VPC peut fournir des faisceaux de câbles des instruments PXI/PXIe au récepteur de test pour faciliter cette migration. » - Kevin Leduc, vice-président et directeur général des ventes, Virginia Panel Corporation (VPC)

ADVINT : transformation du code source

De nombreux anciens TPS ont été développés dans des langages obsolètes tels que ATLAS et Fortran. Le transformateur de code Chameleon de ADVINT offre une conversion de code source logicielle automatisée et personnalisée qui préserve votre investissement TPS actuel lors de la migration vers de nouveaux systèmes de test. L’outil convertit les anciens langages de programmation en environnements de développement logiciel modernes via des modèles de translation de langage XML personnalisables et extensibles, basés sur vos besoins de programmation d’applications particuliers.

Chameleon, multilangage, vous aide à convertir en NI LabWindows TM/CVI, les drivers d’instruments IVI et d’autres langages logiciels. Il fournit une traçabilité entre le code cible nouvellement généré et l’ancien code via un processus de traduction systématique basé sur un modèle. Il prend également en charge les sorties formatées pour faciliter la lisibilité/la maintenabilité conformément aux diverses exigences du guide de style.


Figure 8.
Chameleon réduit considérablement les coûts de réhébergement de logiciels et le temps de développement tout en améliorant la qualité et la traçabilité. (Image fournie par ADVINT.)

Chameleon génère des rapports métriques de TPS qui vous donnent un aperçu technique de la source via sa fonction de génération de rapports basée sur une requête. Les rapports comportent des feuilles de style XML uniques pour vous aider à extraire et à formater les données dont vous avez besoin. Vous pouvez utiliser ces rapports pour déterminer l’ampleur et la focalisation de vos efforts de modélisation et aider à automatiser la génération de documentation de TPS.

Chameleon réduit considérablement les coûts de réhébergement de logiciels et le temps de développement tout en améliorant la qualité et la traçabilité. Une fois le modèle initial vérifié pour le premier programme de test, vous pouvez l’utiliser pour les programmes de test suivants du même ancien système de test et le mettre à jour si nécessaire. Il a été démontré que Chameleon permettait la conversion de code pour seulement 1 $ par ligne de code lors de la conversion de programmes de test à partir d’un système ATE ancien. La conversion manuelle peut prendre jusqu’à une heure d’ingénierie par ligne de code et coûte 100 fois plus cher.

En savoir plus sur les services de transformation de code source d’ADVINT.

NI : interfaçage numérique basé sur FPGA

De nombreux TPS nécessitent une interface avec des périphériques, tels que les périphériques sous test, pour communiquer avec eux ou entre différents sous-systèmes. Cette communication s’effectue parfois via un protocole numérique inhabituel ou personnalisé. Si du matériel dans ces applications est obsolète, les ingénieurs de test doivent en trouver un autre. Un remplacement en vente libre est peu probable, mais s’il en existe un, il est certainement coûteux. Dans cette situation, la technologie FPGA peut aider. Vous pouvez utiliser des FPGA pour définir la personnalité matérielle via logiciel, ce qui en fait une solution appréciée. Cependant, la technologie FPGA a traditionnellement impliqué une conception personnalisée, conçue localement, ce qui entraîne une charge de maintenance et des risques importants.


Figure 9.
La gestion du cycle de vie d’un système basé sur FPGA développé à l’interne représente un fardeau et un risque importants sur le plan de la maintenance.

Au lieu de cela, vous devriez envisager de tirer parti des modules PXI de NI compatibles FPGA. Cette approche comble le fossé entre un instrument à fonction fixe et une conception entièrement personnalisée. Avec une solution prête à l’emploi, vous disposez d’un point de départ de niveau supérieur. De plus, vous n’avez pas à vous soucier de la charge supplémentaire liée à la conception et à la maintenance d’une solution personnalisée.

Grâce au module LabVIEW FPGA, vous pouvez concevoir plus efficacement des systèmes complexes avec un environnement de développement hautement intégré, des bibliothèques d’IP, un simulateur haute fidélité et des fonctionnalités de mise au point. Vous pouvez créer des VIs FPGA embarqués qui combinent un accès direct aux E/S avec une logique LabVIEW définie par l’utilisateur, pour définir du matériel personnalisé destiné aux applications telles qu’un protocole de communications numériques.

Lorsque vous concevez un instrument de remplacement pour un instrument numérique, les FPGA offrent une grande flexibilité pour la personnalisation. Mais si vous devez implémenter un protocole standard, vous devez utiliser des cœurs d’IP déjà développés. En plus de ceux fournis par NI, New Wave Design and Verification offre de nombreux cœurs d’IP que vous pouvez déployer directement sur du matériel basé sur FPGA NI.

IP NI IP New Wave
• UART
• SPI
• I2C
• RS232
• Xilinx Aurora 64b/66b
• Xilinx Aurora 8b/10b
• Serial RapidIO
• 1GbE UDP
• CPRI
• JESD204B
• JTAG
• RFFE
• Fibre Channel Link Layer
• Fibre Channel ASM
• Fibre Channel RDMA
• Fibre Channel AV
• 1394b PHY
• 1394b OHCI
• 1394b GP2Lynx
• 1394b AS5643
• sFPDP
• ARINC-818
• HOTLink II
• High Speed Data Bus


Tableau 1.
Cœurs d’IP FPGA de NI et New Wave Design and Verification pour les communications numériques

En savoir plus sur les possibilités de LabVIEW FPGA.

Planifier pour l’avenir

Il est courant pour un ingénieur de test de faire face à l’obsolescence dans les secteurs de l’aérospatiale et de la défense. Bien que vous passiez beaucoup de temps à examiner et à résoudre les problèmes d’obsolescence d’aujourd’hui, vous devez tenir compte des défis de demain. Lorsque vous développerez votre prochain TPS, établissez un plan d’obsolescence. La technologie évolue constamment et les composants que vous achetez aujourd’hui auront probablement une durée de vie inférieure à celle de votre TPS. Avoir les bons processus en place lors du développement d’un TPS peut vous aider à réduire l’obsolescence avant qu’elle ne devienne un fardeau important.