Résoudre les défis de demain liés à la gestion de l’obsolescence grâce à la conception de système

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Les systèmes de test conçus pour fabriquer et supporter des plates-formes aérospatiales et de défense doivent généralement rester en service pendant toute la durée de vie de cette plate-forme, ou au moins suffisamment longtemps pour permettre le support/maintien en condition opérationnelle planifié sur 20 ou 30 ans. La plupart des systèmes de test ne sont pas conçus de manière à inclure l’ingénierie de support/maintien en condition opérationnelle dans leur conception initiale.

 

Envisagez de mettre en œuvre ces meilleures pratiques dans l’implémentation des opérations, l’acquisition de matériel et la conception logicielle afin de réduire le poids du support/maintien en condition opérationnelle lié à l’obsolescence des systèmes de test avant la fin de vie de l’équipement. En suivant ces meilleures pratiques, vous pouvez réduire le nombre d’heures d’ingénierie de moitié, voire plus, et réduire les coûts associés de centaines de milliers, voire de millions, d’euros sur toute la durée de vie du système de test.

Contenu

Zoom sur le support/maintien en condition opérationnelle et l’obsolescence dans les prises de décisions opérationnelles

La conception d’un système de test destiné à fonctionner sur le long terme doit être envisagée en fonction de l’intégralité du cycle de vie du système.

Choisir des plates-formes et des fournisseurs fiables

Vous pouvez améliorer votre processus décisionnaire de préparation à l’obsolescence en choisissant des produits à la durée de vie optimale et des fournisseurs qui mettent l’accent sur la conception de produits au cycle de vie long.

Deux des meilleures pratiques de haut niveau pour bien choisir des blocs de construction destinés à vos systèmes de test durables consistent à travailler avec des outils commerciaux prêts à l’emploi (COTS) et à utiliser les plates-formes propres à l’industrie gérées par divers fournisseurs et utilisateurs finaux. Plusieurs associations gouvernementales, comités de l’industrie du test et des mesures, et organisations privées travaillent à la mise en place de plates-formes normées et interopérables avec de nombreux fournisseurs. On peut citer par exemple Sensor Open Systems Architecture (SOSA) et PXI Systems Alliance (PXISA). L’achat auprès de fournisseurs qui coopèrent avec ces organisations permet de vous assurer que les plates-formes que vous utilisez ont été vérifiées et offrent de nombreuses options de durabilité sur le long terme.

La plupart des fournisseurs d’outils d’ingénierie possèdent des politiques, des services et des engagements coopératifs. Ces politiques peuvent englober jusqu’au nouveau développement de produit. Par exemple, les nouveaux produits et instruments PXI développés par NI doivent supporter plusieurs nouvelles versions de LabVIEW et assurer la continuité opérationnelle d’une version à l’autre. Le modèle PXI-4060 du multimètre numérique (DMM) PXI lancé en 1998 utilise la même fonction « Fetch » pour les mesures du driver d’instruments NI-DMM que celle du DMM PXIe-4081 PXI sorti en 2017. 

Figure 1. Les DMM NI utilisent les mêmes fonctions de driver depuis la sortie du tout premier. Le DMM PXIe-4081 fonctionne avec le même code que celui écrit pour le PXI-4060 en 1998.

Coopérer avec votre fournisseur

Les meilleurs systèmes de test sont développés sur des plates-formes contenant des plans de durabilité mis à jour en continu avec les informations essentielles du cycle de vie des composants matériels du système. Pour obtenir les informations du cycle de vie, il faut établir une relation de coopération et une bonne communication avec des fournisseurs consciencieux qui mettent en place des plans. Les fournisseurs d’instruments doivent vous pousser à planifier l’évolution de la technologie sur votre système et même partager avec vous des informations de leurs feuilles de route, si possible. Ils doivent également fournir des services allant de la consultation en amont à propos de la sélection des produits à des accords de services étendus sur le long terme pour répondre à vos besoins spécifiques.

Si vous possédez des produits vieux de plusieurs dizaines d’années, comme le DMM PXI-4060, dans votre système de test, NI se fera un plaisir de s’impliquer régulièrement dans un examen du cycle de vie de votre système de test afin de mesurer le risque d’obsolescence de chaque instrument et de constituer un calendrier d’insertions de technologie. Consultez la Figure 2 pour voir un exemple d’examen de cycle de vie de technologie. Grâce à ces examens, vous pouvez planifier un unique projet d’insertion de technologie pour remplacer plusieurs composants vieillissants en une seule fois. Cela réduit les efforts et les coûts d’ingénierie, et prévient les événements d’obsolescence imprévus. Enfin, au lieu d’être pris de court, vous pouvez planifier correctement l’effectif et le budget qu’il vous faut pour actualiser la technologie et faire des recherches sur les nouveaux produits et capacités proposés par le fournisseur afin d’élargir les fonctionnalités de vos systèmes de test.

Figure 2. Voici un exemple d’examen de cycle de vie et du plan associé de remplacement de l’instrumentation par des options plus modernes. La planification des insertions de technologie avec vos fournisseurs d’outils réduit le risque de temps d’arrêt de votre système de test.

« Les relations entre CACI et NI ont atteint un niveau de confiance mutuelle, car nous travaillons ensemble pour fournir des solutions de test durables, de haute qualité et à des prix abordables. »
 — Paul Pankratz, CACI. Lire l’article complet

Maintenant que vous avez sélectionné vos produits et fournisseurs, vous pouvez découvrir les autres meilleures pratiques permettant de réduire l’obsolescence de vos systèmes.

Coopérer avec l’équipe d’approvisionnement

Une fois que vous avez choisi les produits et fournisseurs appropriés, vous pouvez améliorer vos opérations décisionnelles en impliquant votre équipe d’acquisition dans la définition du système. Si vous identifiez des équipements critiques ou des fonctionnalités des fournisseurs qui vous permettront d’économiser de l’argent sur d’autres outils et efforts d’ingénierie pour toute la durée de vie du système, vous pouvez collaborer avec l’équipe des achats pour les inclure comme exigences dans le système final. Cela simplifie grandement les processus de proposition et d’achat.

Documenter un plan de gestion de l’obsolescence

La dernière étape opérationnelle pour améliorer la durabilité consiste à mettre en œuvre un plan de gestion de l’obsolescence dans la documentation du système au moment de la livraison. Ce plan doit fournir des informations sur le remplacement de tous les composants du système, y compris le moment où ils doivent être remplacés, l’importance de chaque composant pour le fonctionnement du système de test et le niveau de risque associé à l’obsolescence ou au remplacement de ce composant. La criticité et le risque sont les informations les plus importantes à saisir dans ce plan. L’équipe qui conçoit le système de test en sait souvent beaucoup plus sur ces problèmes que ceux qui en assurent la maintenance 20 ans après et peut expliquer les efforts nécessaires au remplacement de chaque composant. Consultez la Figure 3 pour voir un exemple de plan de gestion de l’obsolescence.

Composant Plan d’exécution Composant de remplacement Échéance Criticité et risque
Câble personnalisé Remplacement immédiat
(changement de fournisseur)
Câble personnalisé Immédiat Moyen et bas
Réseau de résistance 1 kΩ Remplacement immédiat
(fourni par fournisseur)
Réseau de résistance 1 kΩ Immédiat Bas et bas
DMM Racal 4152A Remplacement par produit similaire
(fourni par le fournisseur)
DMM NI PXIe-4080 Actualisation technologique Moyen et moyen
Windows XP Remplacement par nouveau produit
(fourni par le fournisseur)
Windows 10 Actualisation technologique Haut et moyen
FPGA Virtex-2 Achat avant date limite (LTB) N/A N/A Haut et bas


Figure 3.
Un système de test doit avoir un plan d’obsolescence décrivant comment gérer la fin de vie de n’importe quel composant du système. Le plan doit énumérer tous les facteurs ayant contribué à cette décision, y compris la criticité et le risque d’obsolescence de ce composant.

Sélection et intégration du matériel

Vous devez toujours tenir compte de la durabilité de chaque élément de matériel que vous sélectionnez lors de la conception d’un nouveau système de test devant fonctionner pendant des décennies. Cependant, les services des fournisseurs permettant de maintenir le système et les compétences nécessaires pour le faire fonctionner et le maintenir au fil du temps sont tout aussi importants.

Composants COTS

Les systèmes de test les plus durables sont construits avec des composants COTS. L’utilisation de produits COTS développe la base d’utilisateurs pour un produit donné, ce qui augmente les chances que le produit soit correctement maintenu. Le matériel de test des gros fournisseurs compte de nombreux utilisateurs. Par conséquent, les mises à jour du firmware, des drivers et du cycle de vie du matériel sont planifiées avec soin afin de réduire leur impact sur une large base d’utilisateurs.

Norme industrielle ouverte

Vous devez sélectionner une plate-forme matérielle en croissance constante afin de vous assurer que votre système de test puisse durer des décennies. Vous éviterez ainsi de repenser complètement l’architecture d’un système de test lorsqu’un seul composant arrive en fin de vie ou lorsque vous aurez besoin de nouvelles capacités de mesure. Les plates-formes industrielles ouvertes telles que PXI, VXI et GPIB ont l’avantage de proposer de nombreux fournisseurs innovants sur les plates-formes matérielles par le biais d’une concurrence entre matériels d’instrumentation. Cette concurrence favorise une croissance saine de la plate-forme et un approvisionnement constant de nouveaux produits pour répondre aux besoins des systèmes de test avancés.

Le PXISA comprend plus de 70 fournisseurs de tests et mesures qui supervisent la maintenance et l’innovation de la plate-forme matérielle de test PXI, une plate-forme à norme ouverte. La croissance de la plate-forme PXI a été rapide à partir de l’adoption de la norme en 1998. En plus de sa large gamme de produits, PXI devrait continuer à se développer en continu dans un futur proche, comme le montre la Figure 4, ce qui fait d’elle une plate-forme idéale à utiliser pour les systèmes de test sur le long terme.

Figure 4. PXI est la principale plate-forme d’instrumentation de test plug-in disponible sur le marché actuellement. Les experts prévoient une croissance continue de PXI sur d’autres plates-formes d’instrumentation de tests modulaires à l’avenir.

Architecture matérielle modulaire et plug-in

Les normes ouvertes possédant des composants plug-in modulaires réduisent encore plus les coûts en maximisant la réutilisation des composants et en réduisant l’effort d’insertion de technologie. Le remplacement d’un instrument traditionnel demande de prendre en compte la taille, la production de chaleur, la consommation d’énergie et d’autres facteurs. La mise à niveau ou le remplacement d’un instrument modulaire est aussi simple que de retirer l’ancien instrument de son emplacement dans le support et de le remplacer par le nouveau.

Les architectures plug-in simplifient également l’expansion du système de test. Les systèmes de test conçus pour la longévité doivent souvent intégrer davantage d’E/S au fil du temps afin de tester les nouvelles fonctionnalités ou les éléments remplaçables en escale (LRU). Il faut une plate-forme d’instrumentation avec un large portefeuille de produits pouvant effectuer des tests sur des signaux CC, analogiques, numériques et RF à différents niveaux, avec précision et rapidité pour disposer de systèmes de test capables de résister à l’épreuve du temps.

Instrumentation synthétique ou définie par logiciel

Le matériel de test dans les systèmes de test modernes nécessite souvent beaucoup de mesures et de tests. Les instruments possédant des mesures configurées par logiciel ont la flexibilité nécessaire pour prendre les bonnes mesures et obtenir les résultats escomptés. Souvent, ces instruments ont une compatibilité de code étendue avec d’autres instruments utilisant des API standards du secteur, telles que VISA ou IVI, ou des API sophistiquées définies par le fournisseur. La combinaison d’outils matériels et logiciels complémentaires appropriés peut faciliter la conception d’architectures de systèmes de test à long terme.

Les instruments avec des FPGA ouverts rajoutent un niveau de compatibilité en vous aidant à concevoir le firmware d’un instrument et à le réutiliser, le cas échéant, sur des instruments compatibles. Ce type de personnalisation n’est pas toujours nécessaire, mais peut aider à promouvoir des fonctionnalités importantes qui pourraient devenir obsolètes au fil du temps.

Figure 5. Les matériels NI dotés de FPGA programmables vous aident à créer des fonctionnalités de mesures personnalisées, telles que des déclenchements et du traitement du signal, ainsi que des firmwares de matériels interopérables.

Investissement et assistance de la plate-forme matérielle

Une autre étape de la durabilité consiste à s’assurer que les produits de test sont fabriqués par des fournisseurs réputés pour leur suivi minutieux des correctifs de bugs et des mises à jour continuelles de l’assistance logicielle, ainsi que pour leur capacité à fournir des produits de remplacement aux produits obsolètes. Sans l’assistance des fournisseurs, vous pourriez avoir des difficultés à résoudre les problèmes techniques et des problèmes imprévisibles sur le système.

Un bon fournisseur de matériel fournit également des options de garanties sur la fonction des instruments, les services et instructions d’étalonnage, les plans de réparation et même la possibilité de réserver du matériel de rechange afin de minimiser les temps d’arrêt en cas de panne des instruments du système de test. NI propose plusieurs niveaux de contrats de services, allant de la couverture d’un seul instrument à la couverture de l’intégralité du système pouvant durer 20 ans. 

Figure 6. Collaborez avec NI sur un programme de service qui prolonge jusqu’à 20 ans le cycle de vie de vos produits NI. Vous pouvez utiliser ce programme préconfiguré tel quel ou le personnaliser pour répondre aux besoins spécifiques de votre application.

Minimisez le risque d’obsolescence et assurez la maintenance à long terme grâce au programme de service de longue durée NI.

Outils et architecture logiciels

L’architecture logicielle de test que vous avez sélectionnée peut être encore plus importante que les plates-formes logicielles que vous avez choisies pour construire un système de test durable.

Outils logiciels COTS

Comme mentionné précédemment, l’utilisation d’outils logiciels COTS peut considérablement augmenter la durabilité des systèmes de test. Les outils COTS possèdent de larges bases d’utilisateurs et sont gérés par de grandes équipes spécialisées en développement logiciel. Cela signifie que les efforts de maintenance de votre organisation logicielle sont considérablement réduits. Imaginez une application datée conçue pour fonctionner sous Windows XP et devant être transférée sous Windows 10 à la suite de mandats du Ministère de la Défense. Si l’environnement de développement de l’application (ADE) utilisé pour développer le code ne prend pas en charge Windows 10, le programme de test doit être complètement reconstruit.

Les entreprises qui vendent un volume élevé d’outils logiciels d’entreprise peuvent également proposer des contrats d’achat sur mesure et des abonnements logiciels répondant à des besoins de facturation spécifiques ou à des termes et conditions définis.

Chaîne d’outils et interopérabilité des logiciels de test

Le progiciel idéal doit minimiser les efforts de développement et d’enrichissement du programme de test et, ainsi, rationaliser la productivité des développeurs du logiciel tout en minimisant leurs efforts relatifs à la durabilité tout au long de la durée de vie du système de test.

Les systèmes de test doivent être flexibles et utiliser des ADE capables de résister aux changements structurels en utilisant plusieurs plates-formes matérielles et logicielles pour suivre le rythme de l’accélération technologique, maximiser l’efficacité de l’ingénierie et minimiser les efforts de maintenance logicielle. Les développeurs de logiciels peuvent être forcés d’utiliser plusieurs ADE pour différents projets si les outils ne répondent pas aux besoins ou n’interagissent pas avec les outils de chaque projet. Imaginez que votre programme de test nécessite une nouvelle mesure effectuée par un instrument qui n’est pas dans l’ensemble de test. Si votre logiciel de développement ne prend pas en charge ce nouveau matériel, vous devrez peut-être modifier considérablement l’application.

Vous aurez besoin d’un logiciel évolutif pour intégrer facilement et rapidement ces modifications au programme de test. Les exemples d’outils qui améliorent l’expérience de programmation comprennent des API faciles à utiliser qui minimisent le besoin d’apprendre les mises en garde relatives au matériel et les exemples de code prêts à l’emploi qui servent de point de départ à toute application. Les outils logiciels doivent également simplifier l’exécution de nouvelles analyses sur les données provenant du matériel en fournissant des fonctions d’analyses ou en assurant une interopérabilité avec des outils tels que MathWorks MATLAB ® ou Python, qui permettent l’analyse de données complexes.

Les outils logiciels doivent également inclure des fonctionnalités qui maximisent la possibilité de réutiliser le code. Certains outils logiciels le font en vous aidant à créer des bibliothèques ou des référentiels de code via des services de configuration interactifs ou en prenant en charge des drivers qui utilisent un protocole de communication standard pour vous aider à programmer plusieurs instruments avec la même API. Les drivers d’instruments NI sont conçus pour prendre en charge plusieurs familles et générations d’instruments afin de garantir la compatibilité du code au fil du temps.

Architecture logicielle modulaire

Ne vous laissez pas enfermer dans un programme de test inflexible en construisant une architecture monolithique ; préférez plutôt la planification en créant des couches qui effectuent des opérations de test distinctes. Dans une architecture monolithique, le programme de test de l’unité sous test (UUT) comprend un code qui gère le contrôle de flux du test, l’exécution du test, le stimulus de l’UUT, l’analyse de la mesure, la vérification des limites, l’enregistrement des résultats, les interfaces utilisateur d’opérateur et la planification des ressources de l’instrument. Cette source unique de fonctionnalité signifie que toute nouvelle exigence de test résultant d’un événement d’obsolescence vous oblige à revalider l’ensemble du système de test.

Créez plutôt une architecture logicielle modulaire dotée de bases de code distinctes pour toutes les fonctions critiques du système de test. Un logiciel de gestion de test tel que TestStand gère les tâches courantes du programme de test comme le contrôle de flux du test, l’exécution du test, l’enregistrement des résultats, la vérification des limites, les interfaces utilisateur d’opérateur et la planification des ressources de l’instrument. Le code de test doit être responsable des tâches spécifiques à l’UUT, telles que les fonctionnalités de stimulus, de mesures et d’analyses.

Figure 7. Une base de code unique pour gérer toutes les tâches du programme de test semble être un bon moyen de développer jusqu’à ce qu’elle soit trop grosse et devienne difficile à modifier ou à réparer. L’utilisation de bases de code modulaires et plus petites pour différentes tâches permet de rendre un système de test plus extensible.

Couches d’abstraction fonctionnelles

L’une des techniques logicielles les plus connues pour protéger un système de test contre les événements d’obsolescence matérielle inévitables consiste à utiliser des couches d’abstraction matérielles (HAL) et des couches d’abstraction de mesures (MAL).

Figure 8. Les MAL et HAL permettent aux ingénieurs de test de choisir le résultat du test requis et à l’architecte du système de test de maintenir l’opérabilité du driver d’instruments et du matériel.

Les drivers d’instruments aux normes de l’industrie comme IVI peuvent définir un point de départ rapide et facile à l’abstraction de fonctions, mais ils échouent souvent lorsque vous souhaitez utiliser les fonctionnalités spécifiques des nouveaux instruments, qui ne sont pas conformes aux appels de fonction de base du driver.

Les MAL vous aident à développer un code de haut niveau qui exécute les fonctions nécessaires sans définir de paramètres d’instrument ou de communication spécifiques. Elles donnent également au système de test la possibilité de choisir la ressource correcte et disponible pour assurer une fonction de test donnée. Dans certains cas, une fonction des MAL se traduit par un instrument spécifique, mais certaines fonctions de l’instrument se chevauchent et peuvent être utilisées pour terminer des tests à la place d’un périphérique occupé ou défaillant. La prise de mesures de courant avec un multimètre numérique en est un excellent exemple. Vous pouvez utiliser une unité de source et mesure (SMU) pour effectuer cette mesure plus efficacement dans de nombreux cas.

Pour qu’une MAL fonctionne correctement, vous avez besoin d’une couche d’abstraction qui gère la sélection et la communication des instruments. Cette couche est la HAL, qui permet à la base de code d’exécuter la fonction dans la MAL à partir de toute configuration spécifique d’instrument et de périphérique dans le système. La construction de ces couches dans votre code vous donne la possibilité de changer d’instruments sans altérer le code d’analyse de mesure, l’interface utilisateur du testeur ou la structure de test globale.

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Formation et support technique

Un fournisseur hors pair met à disposition des ingénieurs support à la demande pour vous aider à franchir tous les obstacles que vous pourriez rencontrer ou pour vous familiariser avec l’utilisation du matériel. NI propose un support technique à la demande, des cours en classe et en ligne, ainsi que des programmes de certification des compétences. Les certifications vous aident, en tant que chef d’équipe, à mesurer les compétences des développeurs de votre équipe et vous donnent une méthode pour évaluer les nouveaux ingénieurs ou entrepreneurs susceptibles de rejoindre vos équipes pour mener à bien des projets.

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