Développement d'une Approche Méthodologique de Gestion de l'Obsolescence des Composants pour la CEM

Development of a Methodological Approach for the Management of Components Obsolescence for EMC

• Auteur / Autrice : Saliha Chetouani
• Direction : Sonia Ben Dhia, Alexandre Boyer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Electrique
• Date : Soutenance le 28/11/2023
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Génie électrique, électronique, télécommunications et santé : du système au nanosystème (Toulouse ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LAAS - Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes - Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes / LAAS
• Jury : Président / Présidente : Christian Vollaire
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sylvie Jarrix, Alain Reineix

Mots clés

Mots clés contrôlés

Compatibilité électromagnétique

Mots clés libres

Compatibilité Électromagnétique

Obsolescence des Composants

Immunité Conduite

Paramètres S

Mesures Indirectes

Direct Power Injection (DPI)

Electromagnetic Compatibility

Components Obsolescence

Conducted Immunity

S-Parameters

Indirect Measurements

Direct Power Injection (DPI)

Résumé

Une simple comparaison de la durée de vie commerciale des composants électroniques (3 à 5 ans aujourd’hui) et celle des équipements et des systèmes électroniques (15 à 40 ans pour un avion par exemple) met en évidence la problématique inévitable de l’obsolescence rapide des composants. Pour rester conforme aux normes de compatibilité électromagnétique (CEM), tout changement d’un composant obsolète doit conduire les équipementiers à requalifier leurs produits pour prouver la non-régression de leurs performances CEM. La requalification d’un équipement induit des essais, des coûts et des délais très importants. Or, dans de nombreux cas, cette requalification complète n’est sans doute pas indispensable pour démontrer une non-régression (ou évaluer une non-conformité) mais les équipementiers ne disposent pas d’outils et de solutions pour en faire la preuve. L’objectif de ce travail de thèse est de proposer une approche méthodologique en vue de la gestion de l’obsolescence des composants dans des équipements industriels. Basée sur une approche de modélisation de type « boîte noire » de l’équipement, cette méthode expérimentale permet de décliner les contraintes CEM, en immunité conduite, partant du connecteur à l’entrée de l’équipement jusqu’au composant obsolète. Une fois cette fonction de transfert établie, un lien est envisagé entre le niveau d’immunité déterminé aux bornes du composant devant être remplacé et celui du nouveau composant. Ce lien permet de prévoir, à partir d’un essai unitaire sur le nouveau composant, le niveau de risque d’une non-conformité CEM de l’équipement à la suite de ce changement et l’évaluation de la marge d’erreur de l’estimation faite. Les solutions proposées sont basées sur des outils matériels standards, disponibles dans tous les laboratoires CEM. En outre, les outils logiciels nécessaires à leurs applications sont libres. Ainsi, cette approche doit constituer une solution rapide et moins coûteuse que des essais de qualification systématiques à chaque remplacement de composant. Les étapes de développement de la méthodologie proposée sont validées sur un démonstrateur proposé pour cette étude. Celle-ci porte sur la prédiction de l’immunité d’un cas d’étude expérimental, à la suite de changement de composant. Après une mesure indirecte de la fonction de transfert de l’équipement (à partir du connecteur d’entrée de l’équipement jusqu’aux bornes du composant obsolète), une déclinaison analytique de la perturbation, identifiée à l’entrée de l’équipement, est faite à l’entrée du composant. À partir de la définition de la perturbation au niveau du composant, un test DPI (Direct Power Injection) permet d’appliquer la contrainte normative déclinée du niveau équipement sur le nouveau composant. Les résultats du test DPI permettent de statuer sur le niveau de risque de régression des performances CEM de l’équipement intégrant le nouveau composant.

A simple comparison of the commercial lifetime of electronic components (approximately 3 to 5 years) and that of electronic equipment and systems (15 to 40 years for an aircraft, for example) shows the inevitable problem of rapid obsolescence of components. To remain compliant with standards, any change of an obsolete component must lead the original equipment manufacturers (OEM) to requalify their products to prove the non-regression of their electromagnetic compatibility (EMC) performances. The requalification usually requires time-consuming tests, significant costs and delays. However, in many cases, this complete requalification is probably not essential to demonstrate a non-regression (or assess a non-compliance), but the OEM do not have tools to prove it. Currently, the EMC test standards is the only authorized methods to validate EMC of an equipment. The objective of this PhD thesis is to propose a methodological approach for the management of components obsolescence in industrial equipment. Based on ''black box'' modeling approach of the equipment, this experimental method consists in declining the conducted immunity requirements, from the connector at the input of equipment to the obsolete component. Once this transfer function is established, a link is envisaged between the immunity level determined at the boundary of the component to be replaced and that of the new one. This link allows predicting, from a unit test on the new component, the level of risk of an EMC non-compliance of the equipment due to a change of the obsolete component and the evaluation of the margin of error of this estimate. The solutions offered are based on standard tools, available in all EMC laboratories. In addition, the software tools necessary for their applications are free. Accordingly, this approach must constitute a faster and cheaper solution than systematic EMC qualification test of the equipment each time a component is replaced. The development stages of the proposed methodology are validated on a demonstrator proposed for this study. This concerns the prediction of the immunity of an experimental case study, after a component change. After an indirect measurement of the transfer function of the equipment (from the input connector of the equipment to the terminals of the obsolete component), an analytical calculation of the disturbance, identified at the input of the equipment, is made at the input of the component. From the definition of the disturbance at the component level, a DPI test (Direct Power Injection) allows to apply the normative constraint declined from the equipment level to the new component. The results of the DPI allow determining the level of risk of regression in the EMC performances of the equipment integrating the new component.