L’Art de la Conception Électronique : Sûreté de fonctionnement, Fiabilité et Sécurité

La conception électronique hardware

Dans l’industrie, un système embarqué est constitué a minima d’une carte avec un microcontrôleur, qui est programmée spécifiquement pour gérer les tâches de l’appareil dans lequel elle s’insère.

Nous interagissons avec des systèmes embarqués tous les jours, souvent sans même nous en rendre compte. Par exemple, la machine à laver qui règle ses cycles de nettoyage selon la charge et le type de linge, le micro-ondes qui chauffe le repas à la perfection avec juste quelques pressions sur des boutons, ou encore le système de freinage dans la voiture qui assure la sécurité en calculant continuellement la pression nécessaire pour arrêter le véhicule efficacement, etc …

Ces systèmes sont « embarqués » car ils font partie intégrante des appareils qu’ils contrôlent. Ils sont souvent compacts, rapides, et conçus pour exécuter leur tâche de manière autonome avec une efficacité maximale et une consommation d’énergie minimale.

C’est le rôle du technicien et ingénieur conception du bureau d’étude de concevoir ce système dit embarqué avec une partie hardware et une partie software.

La conception électronique hardware moderne est un métier très exigeant techniquement qui nécessite une solide compréhension des évolutions technologiques des composants, des besoins des utilisateurs mais aussi de son écosystème technologique. De la conception, au déploiement, au dépannage, à la maintenance, ce métier nécessite de suivre les progrès réalisés dans le domaine de la technologie numérique qui englobe électronique et informatique.

En conception de systèmes embarqués industriels, la prise en compte des notions de Fiabilité – Maintenabilité – Disponibilité – Sécurité, noté aussi sous le sigle FMDS incluant la Sûreté de Fonctionnement (SdF) et la sécurité fonctionnelle est de plus en plus partie intégrante des exigences clients. Intégrer de tels concepts dans les produits peut se passer en douceur si l’entreprise y est bien préparée.

Ces notions représentent les fondamentaux qui assurent la pérennité et l’efficacité des produits une fois en cours d’utilisation. La mise en œuvre de ces notions permet de garantir le meilleur niveau de performance et de satisfaction utilisateur. Comprendre leur implication tout en reconnaissant leur interdépendance est crucial pour les ingénieurs et concepteurs qui visent l’excellence dans la création de produits électroniques pour l’industrie.
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Sécurité fonctionnelle

Définition

La sécurité fonctionnelle est une facette critique de la sûreté de fonctionnement centrée sur l’élimination ou la gestion des risques liés aux défaillances potentielles des systèmes électroniques. Elle concerne la capacité d’un système à rester ou à revenir dans un état sûr en cas de défaillance. La sécurité fonctionnelle est donc intrinsèquement liée à la conception et à l’architecture du produit, nécessitant une approche méthodique pour identifier, évaluer et atténuer les risques de défaillance. Cela inclut des mesures telles que les systèmes de détection d’erreurs, les mécanismes de redondance, et les procédures d’arrêt d’urgence.

L’importance de la sécurité fonctionnelle

À l’ère des objets connectés (aussi connus sous le sigle de IoT pour Internet Of Things) et des systèmes embarqués, la sécurité fonctionnelle est devenue un enjeu majeur, en particulier dans des secteurs critiques tels que l’automobile, l’aéronautique, et la santé, où une défaillance peut avoir des conséquences graves. Chaque secteur propose sa propre norme qui a le même objectif, assurer non seulement la protection des utilisateurs mais contribuer également à la confiance et à la crédibilité du produit sur le marché. La sécurité fonctionnelle est garante d’un fonctionnement sûr même en présence de défaillances. Cette dernière requiert une attention particulière dès les premières étapes de conception pour intégrer des stratégies et des mécanismes qui préviennent les incidents.

Que surveiller pour une sécurité fonctionnelle optimale ?

Il existe de nombreux paramètres à surveiller et de nombreuses méthodes à mettre en place pour une sécurité fonctionnelle optimale. Ici deux seront soulignés : La fiabilité et la cybersécurité.

• La fiabilité  : La fiabilité mesure la probabilité qu’un produit performe ses fonctions requises, sans faille, sous des conditions définies, pour une période spécifique. C’est la quantification de la durabilité et de la constance d’un produit. Dans la conception hardware, cela se traduit par des choix de composants de haute qualité, des architectures robustes et surtout des tests rigoureux. On aborde ici des notions comme le taux de défaillance, ou encore le calcul de temps moyen entre pannes ou durée moyenne entre pannes, souvent désigné par son sigle anglais MTBF (Mean Time Between Failures) et qui correspond à la moyenne arithmétique du temps de fonctionnement entre les pannes d’un système réparable.

La fiabilité des composants électroniques contribue aux démarches de sûreté de fonctionnement et de sécurité fonctionnelle essentielle dans des domaines où le temps de fonctionnement est critique. Ce sont les disciplines complémentaires à connaître pour anticiper et éviter les défaillances des systèmes. Pour les produits électroniques, il est important de comprendre les calculs de fiabilité et de savoir les analyser.

• La (cyber)sécurité  : C’est la protection contre les menaces malveillantes ou les accès non autorisés qui pourraient compromettre les fonctionnalités du produit. Dans le domaine de l’électronique, cela implique la mise en place de barrières physiques (ex : un serveur dans une salle fermée à clé) et logicielles (ex : des mots de passe ou l’obligation d’un VPN) pour protéger les données et les fonctionnalités des appareils. La sécurité est particulièrement pertinente dans le contexte actuel de connectivité accrue, où les risques de cyberattaques et de violations de données sont omniprésents. Ce sujet a été abordé avec Jean Christophe Marpeau, référent cybersécurité chez #CAPTRONIC.

Conclusion

La conception électronique hardware moderne est un équilibre délicat entre sûreté de fonctionnement, fiabilité et sécurité. Ces concepts, bien que distincts, travaillent de concert pour créer des produits non seulement performants mais aussi dignes de confiance et sûrs. Les professionnels de l’électronique ont pour devoir d’harmoniser ces aspects pour répondre aux attentes croissantes en matière de qualité et de sécurité dans notre société connectée.

Sébastien SALAS est chef de projet d’un pôle d’innovation digitale (DIH, Digital Innovation Hub) et directeur de formation au sein du programme CAP’TRONIC de JESSICA France. Il s’attelle à proposer des formations pour les entreprises au croisement des dernières innovations technologiques et des besoins des métiers du numérique et de l’électronique en particulier, pour les aider à développer leurs compétences et leur maturité technologique.