Alstom standardise ses moyens de test électronique avec l’instrumentation PXI, LabVIEW et NI TestStand

Charreire François, Alstom Transport

"La qualité des matériels et logiciels de NI, alliée à l'expérience du service Moyens de Test en matière de bancs de test en production et clients nous ont permis de réaliser dans les délais quatre systèmes sophistiqués, pleinement fonctionnels du premier coup."

- Charreire François, Alstom Transport

Le défi:

Développer un banc de test générique, le plus pérenne possible, pour répondre aux besoins de test en production de la majorité des produits électroniques actuels et à venir du site Alstom Transport de Villeurbanne.

La solution​:

S’appuyer sur des standards matériels, avec un PC et une instrumentation PXI, et logiciels, avec LabVIEW et NI TestStand, en intégrant une couche logicielle d'abstraction hard/soft pour favoriser la pérennité.

Le site d’Alstom Transport Villeurbanne, avec plus de 600 collaborateurs, a pour mission de concevoir et de fabriquer les systèmes électroniques embarqués dans les matériels roulants ferroviaires, ainsi que ceux destinés à la signalisation et la sécurité ferroviaire. Le service “Moyens de Test” du site étudie et réalise l’ensemble des outils de test en production. À l’image d’Alstom en général, il s’est résolument engagé dans une politique de standardisation afin notamment d’unifier les différentes architectures utilisées, de réduire les coûts de portage logiciel, de garantir le respect des procédures et la qualité, et d’assurer la pérennité des outils de test. C’est la raison pour laquelle le service a développé, sous le nom de projet NEPTUNE, un nouveau banc générique, le plus indépendant possible des produits à tester : jusqu’à présent, les bancs de test étaient spécifiques à chaque type de produits. Les cartes électroniques fabriquées par le site seront ainsi testées par le banc NEPTUNE, mais aussi les produits des clients d’Alstom dans le cadre de la maintenance afin de minimiser les pièces de rechange, et d’être capables de diagnostiquer une panne.

 

Les inconvénients d’un testeur par produit

Les produits à tester sont majoritairement des tiroirs composés de cartes électroniques au format 6U. Avant leur intégration, ces cartes passent individuellement par des phases classiques de tests in situ et fonctionnel, de déverminage et de test diélectrique. Après intégration, il convient d’effectuer un test fonctionnel des tiroirs, pour vérifier qu’ils fonctionnent comme prévu.

 

Jusqu’à présent, nous développions un banc de test sur mesure pour chaque nouveau produit. Nous en étions arrivés à devoir gérer une quinzaine de testeurs différents. On imagine les nombreux inconvénients que cela représentait. Par exemple, lorsqu’un banc tombait en panne, il n’y en avait pas d’autre pour le remplacer. Il fallait stopper la production pour réparer le testeur. En outre, les clients ne pouvaient pas se permettre d’acquérir plusieurs bancs de test pour leurs besoins de maintenance.

 

Qui peut le plus peut le moins

Pour développer un banc générique, nous nous sommes basés sur le produit à tester le plus exigeant en termes d’instrumentation, en prenant une marge de 20 % pour nous assurer que le banc serait capable de tester la majeure partie des produits actuels et à venir. C’est pourquoi le banc de test est particulièrement riche en instruments de toutes sortes. Il se compose en fait de deux baies : une baie d’instrumentation générique et une seconde baie dédiée à l’interfaçage aux produits à tester.

 

La baie générique intègre un PC industriel, pouvant accueillir de nombreuses cartes PCI, relié à deux châssis NI PXI-4865 à 18 emplacements, un bloc de conditionnement de signaux pour l’adaptation aux tensions ferroviaires (24 V – 110 V), deux charges programmables, une alimentation réglable et un module de gestion des alimentations.

 

Les châssis PXI intègrent un multimètre NI PXI-4070, un compteur NI PXI-6602, quatre générateurs arbitraires NI PXI-5412, une carte de sortie analogique NI PXI-6713, un module de 100 relais SPST (NI PXI-2569), quatre modules de 31 relais SPST indépendants (NI PXI-2568) et treize matrices de commutation 4x32 points (NI PXI-2529).

 

Cette architecture matérielle, qui intègre quatre bus indépendants, permet d’adresser jusqu’à 380 entrées différentielles ; ce qui répond aux besoins de test des produits les plus basiques jusqu’à ceux des produits les plus complexes comme les tiroirs de pilotage de moteurs ou encore les boîtiers de contrôle sécuritaire.

 

Le PXI choisi pour sa fiabilité

Nous aurions pu nous orienter vers une instrumentation VXI comme c’était le cas dans les testeurs de précédente génération, mais nous avons préféré choisir la plate-forme PXI. Elle offre la meilleure garantie de pérennité, avec des performances largement suffisantes en matière de cadences de test. Ce qui nous importait avant tout, c’était de disposer d’un système fiable et répétable. Et concernant l’efficacité des tests, nous avons surtout peaufiné l’aspect logiciel. De ce côté, nous avons choisi l’environnement de développement graphique LabVIEW et le séquenceur de tests NI TestStand. Le langage graphique de LabVIEW est bien adapté aux ingénieurs qui ne sont pas de purs informaticiens. En outre, le code LabVIEW est facile à réutiliser. Étant donné que les ingénieurs de validation de nos produits se mettent peu à peu à LabVIEW, cela nous permet d’envisager la réutilisation du code développé en amont. Quant à NI TestStand, il a été choisi pour sa grande ouverture, sa facilité d’utilisation et son degré de personnalisation élevé.

 

Une architecture logicielle basée sur LabVIEW et NI

TestStand Nous avons développé une architecture logicielle modulaire et évolutive, en trois couches : une première couche de bas niveau correspondant aux drivers des matériels, une couche d’abstraction et une couche applicative s’appuyant sur NI TestStand. Pour la couche d’abstraction, nous avons travaillé avec un prestataire de services pour définir et créer sous LabVIEW des objets dits “métiers”, basés pour certains sur les drivers IVI. Nous disposons ainsi d’objets indépendants des instruments et faciles à manipuler, comme un générateur courant-tension, une source programmable, etc.

 

La couche applicative, liée à notre expérience des produits et des tests qu’ils exigent, a été développée en interne. Pour l’IHM, créée sous LabVIEW, nous avons repris les mêmes principes que pour les bancs de précédente génération afin de ne pas dérouter les opérateurs. Nous avons pris soin de permettre la “localisation” de l’interface utilisateur, avec un simple bouton qui permet de passer d’une langue à une autre.

 

Opérationnel du premier coup

Le développement du banc de test a pris un peu plus d’un an, avec 4 à 5 personnes. Le projet était très ambitieux car nous partions sur des matériels et des logiciels qui nous étaient inconnus. Ce qui est remarquable, c’est que malgré cela, ce qui devait être un prototype s’est révélé être une pré-série. En d’autres termes, le premier banc de test que nous avons développé a été opérationnel du premier coup. C’était un peu ce que nous escomptions en choisissant une solution “tout NI”, avec des éléments réputés pour bien fonctionner, sans aucun souci d’intégration matériel/logiciel. Le seul problème que nous avons rencontré concerne la partie conditionnement des signaux, qui a retardé la certification CE. Mais pour le reste, cela s’est passé aussi rapidement que possible, avec notamment de bonnes surprises concernant le respect des délais de livraison des produits NI. Et côté fiabilité, nous n’avons observé aucune panne majeure en un an d’utilisation.

 

Du coup, nous avons pu réaliser trois autres bancs “de série”. L’objectif pour cette année 2008 est d’en produire encore cinq ou six, pour répondre à nos besoins internes de test en production, à ceux des sites de maintenance d’Alstom et à ceux de nos clients. Dans ce cadre, le projet NEPTUNE suit le cycle produit classique d’Alstom, au même titre que les produits électroniques proposés à nos clients. Le banc de test est ainsi un produit standard, disponible au catalogue et livré fini. Comme la plupart des clients acquièrent plusieurs produits Alstom en même temps, ils peuvent se contenter d’investir dans une seule baie générique, complétée par les baies d’interfaces spécifiques aux produits à tester.

 

Ces baies d’interfaces ont été conçues pour réduire les temps de configuration globale du testeur. La liaison entre les deux baies est assurée par un connecteur d’usure unique, qui réduit considérablement les manipulations liées au câblage. Il peut être nécessaire d’ajouter une carte dans le PC industriel, mais ça ne prend que cinq minutes. Résultat : le banc de test est reconfigurable en moins de deux heures, si l’on change le produit à tester.

 

Avantages et évolutions

Les objectifs du projet NEPTUNE ont été atteints. Nous disposons maintenant d’un testeur générique, qui peut couvrir la majeure partie des besoins actuels et à venir, simplement en remplaçant la baie d’interfaçage au produit à tester. L’interchangeabilité de la baie d’instrumentation facilite la maintenance. Elle assure la disponibilité du testeur, qui permet d’adapter les cadences de production aux besoins. Côté clients, cette baie générique représente une économie substantielle et une garantie de pérennité.

 

Un autre avantage important pour Alstom concerne le “time-tomarket”. À chaque nouveau produit, nous allons disposer très rapidement des moyens de le tester, ce qui va accélérer sa mise sur le marché.

 

Les évolutions envisagées concernent l’intégration d’outils de suivi de production, avec la mise en place de bases de données, pour faire de l’analyse statistique en vue d’améliorer la qualité. Nous allons nous pencher également sur la possibilité de rapprocher la conception des produits et le test en production, au travers de la réutilisation du code.

 

Juin 2008

 

Informations sur l’auteur:

Charreire François
Alstom Transport
11-13, avenue de Bel-Air
Villeurbanne 69100
France
Tel: : + 33 4 72 81 59 33
françois.charreire@transport.alstom.com

Le banc de test se compose d’une baie d'instrumentation générique, et d'une baie d'interfaçage spécifique au produit à tester.
L’IHM du banc de test, écrite sous LabVIEW, est multilingue, pour répondre aux besoins des clients d'Alstom partout dans le monde.