LE TEXIER Nicolas GEII 2 EEP2 IUT DE NANTES 2005-2006 L’obsolescence des composants électroniques Rapport de stage Transports de l’Agglomération Nantaise SEMITAN 3 rue Bellier BP 64605 44046 NANTES Cedex 1 10 avril - 17 juin 2006 Maître de stage : M. Pascal LE MEVEL Responsable de stage IUT : M. Daniel SARLAT Sommaire Remerciements ...................................................................................................................................p.3 Introduction ........................................................................................................................................p.4 Chapitre I : Présentation de la SEMITAN........................................................ p.5 I.1 - La SEMITAN, une société de transport ..................................................p.6 I.1.A – Le tramway...................................................................................................p.6 I.1.B – Le bus............................................................................................................p.7 I.1.C – La prestation de la TAN................................................................................p.8 I.2 - L’organisation de la SEMITAN.....................................................................p.9 I.2.A – Son statut juridique ......................................................................................p.9 I.2.B – Le personnel .................................................................................................p.10 I.2.C – Structure et Organisation générale ...............................................................p.11 I.3 - Les transports en commun de Nantes, une longue histoire .......p.12 I.4 - Nantes, un réseau précurseur et toujours dynamique...................p.13 Chapitre II : Le projet : présentation du tramway Alstom..................... p.14 II.1 - Captation, distribution et retour 750V ..................................................p.15 II.1.A – L’alimentation électrique............................................................................p.15 II.1.B – Les systèmes de protection .........................................................................p.17 II.2 - Traction, freinage.............................................................................................p.17 II.2.A – Le moteur de traction..................................................................................p.18 II.2.B – Les hacheurs...............................................................................................p.19 II.2.C – Les résistances de freinage rhéostatique .....................................................p.20 II.2.D – Les Baies de contrôle électronique (B-C-E) ...............................................p.21 II.3 – La basse tension et les auxiliaires ........................................................p.24 II.3.A – Les alimentations. .......................................................................................p.25 II.3.B – Le dispositif électrique de ventilation.........................................................p.25 II.4 – La tachymétrie ..................................................................................................p.26 Chapitre III : Le projet : L’obsolescence des composants ......................p.27 III.1 – Le statut des composants électroniques..........................................p.28 III.1.A – Une phase d’inventoriage. .........................................................................p.29 III.1.B – Le principe de l’obsolescence....................................................................p.30 III.1.C – La directive ROHS. ...................................................................................p.31 III.1.D – L’élaboration d’une procédure. .................................................................p.34 III.2 - Le remplacement des composants. ......................................................p.36 III.2.A – Des contraintes à respecter. .......................................................................p.36 III.2.B – Mise en place d’une méthodologie. ...........................................................p.41 III.2.C – Les diodes et les transistors. ......................................................................p.42 III.2.D – Les circuits intégrés...................................................................................p.45 III.2.E – Les relais, les transformateurs et les thyristors. .........................................p.48 III.3 – Constitution d’un stock de fin de vie...................................................p.49 III.4 – Comment gérer l’obsolescence des composants ? .....................p.50 III.4.A – Un travail de prévention. ...........................................................................p.51 III.4.B – Une intervention ciblée..............................................................................p.56 Glossaire.............................................................................................................................................p.62 Conclusion..........................................................................................................................................p.63 Sommaire des annexes .......................................................................................................................p.64 2 Remerciements Je tiens à remercier M. Pascal LE MEVEL pour m’avoir donner l’opportunité de travailler au sein de l’entreprise SEMITAN, et aussi pour m’avoir offert une certaine autonomie dans le travail que j’ai eu à effectuer tout en veillant au bon déroulement du stage. Je remercie les membres du service électronique tramway pour leur sympathie et pour m’avoir donner un aperçu grâce à leur activité du rôle d’un service comme celui-ci et de leur méthode de travail. Je remercie aussi M. SARLAT pour m’avoir rendu une petite visite afin de se rendre compte du déroulement du stage. Je tiens également à exprimer ma reconnaissance envers l’ensemble du corps professoral de l’IUT pour m’avoir apporté les compétences nécessaires au bon déroulement de ce stage et à ma formation professionnelle. 3 Introduction Mon stage de deux mois a clôturé les deux années d’enseignement universitaire à l’IUT Génie Electrique et Informatique Industrielle. J’ai effectué mon stage de 10 semaines, du 10 avril au 17 juin 2006 dans le domaine des transports urbain, au sein de la SEMITAN à Nantes, plus précisément dans le service électronique tramway. Le présent rapport a pour objectif principal de répondre à la question suivante : Quelles sont les solutions pour résoudre le problème de l’obsolescence des composants électroniques ? Dans tout atelier de maintenance, le management de ce problème est inévitable. Les éléments électroniques sont les plus atteints car ce domaine est touché par les effets du marché qui se veut de plus en plus performant car de plus en plus utilisé. Le spectre de l’obsolescence apparaît dans toutes les actions de maintenance et de nouvelles améliorations. La pérennité des systèmes est donc un élément pris en compte dans toute réflexion. Après une présentation de l’entreprise et du fonctionnement des éléments électrique du tramway Alstom dans les deux premiers chapitres, ce rapport aborde le problème de l’obsolescence. Il présente les solutions possibles aux situations qui diffèrent les unes des autres. Les méthodes pour appliquer ces solutions sont détaillées pour une possible réutilisation ultérieure. On verra que la recherche de solution amène d’une part à découvrir l’évolution technologique des composants électroniques au cours de ces dernières décennies et d’une autre part à comprendre les acteurs qui agissent sur le marché, que ce soit les fabricants qui engendre l’obsolescence ou les brokers qui profitent de cet état des choses. Le rapport termine sur la gestion théorique que devrait appliquer toute entreprise pour pallier à la question de la vétusté de leur système. On observera qu’un management préventif est possible et on examinera les avantages et les inconvénients de toutes les solutions possibles pour un management curatif. 4 CHAPITRE I : Présentation de la SEMITAN 5 Entreprise bien connue des habitants de Nantes et de ses environs, la SEMITAN dessert les 24 communes de l’agglomération nantaise. Fondée en 1979, la Société d’Economie Mixte des Transports de l’Agglomération Nantaise a en charge d’une part l’exploitation du réseau bus et tram, et d’autre part le développement des transports en commun sur la communauté urbaine de Nantes Métropole : études, projets d’extension… Depuis sa fondation, la TAN s’est développé jusqu’à assurer une couverture de 524 km². Son savoir-faire est reconnu dans toute la France ainsi qu’à l’étranger, notamment pour la mise en service du premier tramway moderne d’Europe en 1985 ainsi que pour sa politique d’utilisation. Son chiffre d’affaire est évalué à plus de 88 millions d’euros. I.1 - La SEMITAN, une société de transport. I.1.A – Le tramway. Le réseau de tramway de la TAN est le plus important de France avec 39 kilomètres de voies. 40% des emplois de l’agglomération sont desservis par le tramway. De même, 86% des étudiants sont inscrits dans des établissements desservis. En 1995, 93% des Nantais étaient favorables au tramway. En exploitation, 63 tramways sont disponibles sur les 3 lignes représentant 225 000 voyages par jour. A l’arrêt, les tramways sont stockés dans deux dépôts : à Dalby et à Trocardière, représentant ainsi une superficie de 5 hectares. Deux modèles de tramways sont actuellement en circulation : le modèle ALSTOM, mis en service en janvier 1985 et le modèle BOMBARDIER, mis en service en septembre 2000. 46 tramways ALSTOM : Spécificité : 3 caisses dont une à plancher bas pour un accès facilité Longueur : 39,15m Largeur : 2,30m Capacité : 236 (charge 4 au m²) 74 places assises ; 162 debout Poids : 52 tonnes à vide 23 tramways BOMBARDIER : Spécificité : 5 caisses toutes plancher bas pour un accès facilité Longueur : 36,40m Largeur : 2,40m Capacité : 252 (charge 4 au m²) 72 places assises ; 172 debout Poids : 33 tonnes à vide 6 à I.1.B – Le bus. La TAN offre en prestation à ses usagers 58 lignes de bus qui ont réalisé 17 772 milliers de kilomètres de voyage en 2004. Au total, 2/3 du parc de bus est constitué de véhicules propres. - 84 bus articulés (150 places) dont 49 à plancher bas. - 234 bus standards (100 places) dont 155 GNV à plancher bas. Le carburant Gaz Naturel pour Véhicule est utilisé sur les nouveaux bus, le transport est plus silencieux et moins polluant grâce à cette énergie. - 3 bus TANAIR (28 places) pour la desserte de l’aéroport. -18 minibus pour le transport des handicapés, HANDITAN et 1 minibus pour la desserte de Vertou. -1 navette fluviale pour les liaisons sur l’Erdre avec la faculté. 7 I.1.C – La prestation de la TAN. Grâce à ses 39 kilomètres de voie répartis en 3 lignes, le tramway dessert 40 % des emplois de l’agglomération, 20 % des bureaux, 42 % des commerces, 50% des lycéens de l’agglomération et 86 % des étudiants. La fréquentation par jour est respectivement de 95 000 voyages sur la ligne 1, de 110 000 voyages sur la ligne 2 et de 45 000 voyages sur la ligne 3. Quant aux bus, ses 624 kilomètres de lignes dont 9 en bus articulés et 49 en bus standard dont 19 affrétées offrent ainsi près de 170 000 voyages par jour. Son réseau est muni de 10 parkings pour les échanges voiture particulière – transport en commun. L’entreprise se veut être à l’écoute de ses usagers. C’est pour cela qu’elle a organisé différents services : - Le service Chronobus, installé sur les lignes 32 et 25 afin d’obtenir des délais d’attente plus courts sur ces deux lignes, grâce à un renfort de bus et à des aménagements de voirie et des priorités des feux. Le service est assuré par des bus GNV. Les usagers disposent ainsi d’un service avec une ponctualité, un confort et une accessibilité accrus. - Le service Luciole, mis en place entre 2h30 et 7h du matin les samedi et dimanche soirs pour permettre la desserte des principaux lieux de la vie nocturne nantaise. - Le service TanAir, qui permet de relier la gare Sud à l’aéroport en 20 minutes, avec des véhicules prévus pour le transport des bagages et des horaires adaptés aux heures d’arrivée et de départ des vols réguliers. - Le service HandiTan, offrant grâce à une équipe qualifiée un transport à la demande pour les personnes à mobilité réduite. En 2004, 115 324 courses ont été effectuées. 2090 personnes bénéficient du service HandiTan. - L’inter modalité TAN/TER : tous les tickets, abonnements et Pass permettent l’accès aux deuxième classe des TER pour un trajet se situant entièrement dans l’agglomération nantaise. - des systèmes de Pass disponibles pour chaque type de voyageur : écoliers, collégiens et lycéens, étudiants, personnes de plus de 26 ans et de plus de 65 ans. L’offre est ainsi adaptée aux besoins de chacun. L’adhésion à ses offres est en constante progression depuis le début de la mise en place en 2002. La TAN est intégrée à la vie nantaise. En effet, elle est associée aux grandes manifestations et propose un service améliorant la desserte lors de ces évènements que sont les matchs du FNCA ou les Folles Journées. Les hauts lieux de la vie publique nantaise disposent d’un accès facilité par des moyens supplémentaires mis à disposition. 8 I.2 - L’organisation de la SEMITAN I.2.A – Son statut juridique. Pour créer une société d’économie mixte, il faut que l’actionnaire principal soit une collectivité publique et possède au moins 50 % du capital de la société. Dans le cas de la SEMITAN, l’actionnaire principal est la Communauté de Nantes qui détient 65% des actions. Le capital de 600 000 euros de l’entreprise est réparti ainsi : 14,99% 10,00% 10,00% 0,01% 65,00% TRANSDEV CCI Caisse d'Epargne Associations Nantes Métropole Le groupe TRANSDEV en détient donc 15 %, c’est un opérateur international de transport qui exploite le réseau de 71 villes françaises, européennes et australiennes, comme Grenoble, Strasbourg, Toulouse ou encore Edimbourg, Rome, Melbourne, Sydney,… Cette société assure une mission technique auprès de la SEMITAN. La Chambre de Commerce et de l’Industrie et la Caisse d’Epargne et de Prévoyance des Pays de la Loire se partagent chacune 10 % et les associations d’usagers une part infime de 0.01 %, ce qui leur permet d’être représentées au conseil d’administration. La SEMITAN est très liée à la Communauté Urbaine, cette dernière étant à la fois son actionnaire majoritaire, son principal pourvoyeur de revenus et l’autorité qui fixe le cadre réglementaire dans lequel évolue l’entreprise. De plus, la plupart des équipements et infrastructures de transports en commun qu’utilise la SEMITAN appartient à la Communauté Urbaine. Cela explique la modestie de son capital social (600 000 euros) par rapport à l’importance du réseau qu’elle exploite. Lorsque la SEMITAN achète des équipements, elle le fait, le plus souvent, pour le compte de la Communauté Urbaine. Il en est de même lorsqu’elle fait construire de nouvelles infrastructures comme les lignes de tramways. Dans ces domaines, l’entreprise a des mandats de gestion de fonds publics. Elle est limitée dans l’utilisation de ces fonds, ces derniers ne peuvent servir qu’à sa mission d’organisation et d’exploitation des transports en commun. Depuis 2003, une autre procédure s’est mise en place pour les immobilisations. Certaines (les Immos-TAN) sont ainsi achetées par la SEMITAN qui en devient propriétaire jusqu’à la fin de la Délégation de Service Public dont elle bénéficie. Ces immobilisations sont financées par des subventions d’équipements. Le bilan de la SEMITAN est donc relativement restreint. L’actif du bilan de l’entreprise est principalement constitué, outre de valeurs mobilières de placement, de stock de pièces de rechanges et de créances sur Nantes Métropole. 9 I.2.B – Le personnel. La SEMITAN est l’un des principaux employeurs de l’agglomération nantaise. Elle emploie 1448 salariés. Répartition des employés (au 01/01/2005) : - 923 conducteurs ou agents de prévention ou Agent de Contrôle et Information Clientèle (ACIC) - 21 agents de prévention - 16 ACIC - 152 agents techniques - 20 agents commerciaux - 18 agents accueil téléphonique - 60 agents administratifs - 187 agents de maîtrise - 51 cadres Parmi ces employés, on trouve 18.1% de femmes, seulement 12% de salariés à temps partiel. L’âge moyen des employés est de 42 ans et 2 mois. Durant l’année 2004, 41 000h de formation ont été dispensées aux employés. L’évolution des effectifs depuis ces dernières années est le suivant : 1600 1100 1058 1109 1200 1280 1220 1340 1446 1448 600 100 -400 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2005 Le nombre d’emploi au sein de la SEMITAN n’a cessé de s’accroître. Cette progression s’explique notamment par le passage aux 35 heures et par la création de postes dans les métiers d’accueil et de prévention. Répartition de l’effectif par site : 20% 26% Unité de production de Dalby Unité de production St Herblain Unité de producion de Trentemoult Services centraux 30% 10 24% I.2.C – Structure et organisation générale La SEMITAN, qui regroupe une grande variété de métiers, est constituée d’une structure regroupant des services rattachés à des lignes hiérarchiques différentes et localisées dans plusieurs lieux d’exploitation. Au fil des années et des évolutions, les services se sont organisés pour assurer une bonne coordination entre eux et atteindre les objectifs de l’entreprise. Ainsi, comme l’indique l’organigramme, l’entreprise est dirigée par M. Alain Boeswillwald, puis est divisée en cinq subdivisions que sont la Direction Commerciale, la Direction Administrative et Financière, la Direction Exploitation et Maintenance, la Direction des Ressources Humaines et la Direction Etudes et Projets. L’unité d’exploitation est composée principalement des différentes Unités de UP Dalby Production UP St-Herblain (UP) mais également du Poste de Commande Centralisé UP Trentemoult (PCC) situé à Dalby et des circuits scolaires. On compte trois UP, un premier dépôt Bus et Tramway au siège à Dalby - Hôpital Bellier, un second exclusivement Bus à Saint-Herblain et un troisième au sud à Trentemoult (Bus) avec Trocardière (Tramway). A noter que les lignes 1 et 3 dépendent de Dalby et la ligne 2 de Trocardière. 11 I.3 - Les transports en communs de Nantes, une longue histoire C’est à Nantes qu’a été créé le premier service de transport en commun au monde en 1825. Les premiers tramways étaient hippomobiles. Puis grâce à Louis Mékarsky, les tramways fonctionnèrent à l’air comprimé dès 1879. Le tramway électrique apparut quelques temps plus tard, et la ville de Nantes compta jusqu’à 13 lignes avant la disparition du tramway en 1958. A cette époque de développement de la voiture particulière, son arrivée était souhaitée dans les villes, ce qui s’est traduit par des stationnements gratuits et une multiplication des voies de circulation. Ce phénomène s’est accéléré au détriment du tramway. Puis dans les années 80, suite aux problèmes de circulation, de stationnement, de pollution, le système de la voiture personnelle s’est révélé contestable, la liberté personnelle se faisait au détriment de la liberté collective, la problématique était alors de réduire le nombre de voiture particulière via le stationnement payant et la réduction des voies de circulation notamment. A Nantes on a choisi de réimplanter le tram pour plusieurs raisons. Tout d’abord, historiquement car la ville avait déjà utilisé ce système auparavant, ensuite parce qu’à l’époque l’implantation de transport en commun en site propre était fortement subventionnée par l’Etat, enfin et surtout les avantages du tramway sont nombreux : ■ Economie de consommation d’espace 1 tramway correspond à 3 bus standards, 2 bus articulés, ou 214 voitures particulières. ■ Moyen de transport propre Etant électrique il entre dans le cadre du développement durable et de la protection de l’environnement (il récupère notamment 30% de sa consommation au freinage). ■ Peu de nuisances sonores Il est peu bruyant (78 décibels contre 81 pour une voiture). ■ Une installation simple et moins coûteuse. Son installation coûte 5 à 6 fois moins chère que l’implantation d’un métro et ne nécessite pas le creusement de galeries mais seulement le partage de la voirie existante. ■ Un moyen plébiscité par la population Il remporte l’adhésion des gens, en effet en 1993, 95% des nantais étaient favorables au tramway. ■ Une parfaite intégration dans l’espace urbain Le tram entre parfaitement dans les plans d’urbanisation actuels, il contribue à la fois à décloisonner certains quartiers et à embellir l’espace urbain. ■ Un transport accessible à tous Le tramway, grâce au progrès technologique, propose un accès plancher bas intégral, ce qui facilite le transport pour les personnes âgées, les handicapés, les poussettes,… 12 I.4 - Nantes, un réseau précurseur et toujours dynamique. ● La mise en service du tramway moderne effectuée en 1985 a suscité, de part sa réussite, la convoitise des autres villes de France et d’Europe, qui l’ont déjà ou sont en train de l’adopter. Grenoble (1987), Paris (1992), Strasbourg (1994), Montpellier (2000), ou encore Rouen et Lyon (2001) l’ont déjà mis en service avec succès puisque dans la plupart de ces villes le réseau s’étoffe. Le tram est en projet ou à l’essai dans près d’une dizaine de villes dont Nice, Le Mans ou Bordeaux. Bien sûr, il est adapté à chaque réseau, c’est pour cela qu’on voit se développer diverses technologies : - Le tram sur rail : tramway circulant sur deux rails, insérés dans la chaussée, d’un écartement identique à celui du train. Il est propulsé à l’électricité par l’intermédiaire d’un câble aérien, la caténaire. - Le tram sur pneu : véhicule situé entre le bus et le tramway, monté sur pneumatiques, guidé par un rail unique encastré dans la voie. Son alimentation est électrique par caténaire, lors du guidage. Mais elle peut être couplée à une traction diesel, si l’on veut que ce tramway fonctionne de façon autonome hors de son rail (photo : Nancy). ● En chantier, la nouvelle ligne 4 inaugure un nouveau concept de transport en commun alliant la technologie des nouveaux bus articulés GNV aux particularités du tramway, c’est-à-dire le site propre. En effet, le BUSWAY s’articulera en direction du sud, la plupart du temps en site propre (6,7 kms) avec des fréquences rapprochées (4-5 minutes en heures pleines). Il compte comme avantages d’avoir un moindre coût par rapport à la mise en place d’une ligne tramway, et une fiabilité plus forte par rapport aux bus qui se heurtent aux aléas de la circulation. ● Un vaste programme de certification est en cours sur le réseau nantais. Déjà existante sur 5 lignes en NF Service et sur deux services internes en ISO (le PCC et la maintenance), la certification est en cours sur près de dix lignes, ainsi que sur les services Handitan et consommateur (en NF Service). Ce phénomène est national puisque plusieurs réseaux mettent en œuvre des certifications similaires. Notamment le réseau lyonnais dès 1998, il compte aujourd’hui 39 lignes de bus et l’ensemble des lignes tram - métro - funiculaire certifiées NF Service. La certification des lignes porte sur des critères comme : L'attention portée aux clients : attitude des conducteurs, tenues du personnel, vente de titres adaptés à chacun. L'information des voyageurs : dans les véhicules, les agences. La durée : ponctualité des lignes, temps d'attente dans les agences. Le confort : propreté, souplesse de conduite, fiabilité des véhicules, disponibilité d'équipements. La sécurité : lutte contre la fraude et les autres formes d'incivilité. L'accessibilité : offerte aux personnes à mobilité réduite notamment. 13 Chapitre II Le projet : présentation du tramway Alstom. 14 Mon projet, que je vais détailler dans le chapitre suivant, avait comme support les composants électroniques des différentes cartes du tramway Alstom. L’analyse de ces composants m’a amené à avoir connaissance du rôle de ces cartes au sein du système électrique d’alimentation et de contrôle. De plus, le stage étant immergé dans le service électronique tramway, j’ai ainsi eu la possibilité d’apercevoir le fonctionnement du tramway dans sa globalité. La description qui suit donne le descriptif de chacun des composants électriques du tramway Alstom. Quelques similitudes peuvent être faites entre les éléments de puissance des deux générations de tramways, car circulant sur les mêmes lignes, ils ont la même source d’alimentation. Mais du point de vue de la commande, ils sont très différents. On peut remarquer l’évolution technologique en observant la morphologie des deux tramways : sur la génération Bombardier, toute la partie électronique est située en toiture. Le volume est bien moins conséquent que celle de la génération Alstom où la partie électronique est située sous châssis. II.1 - Captation, distribution et retour 750V. II.1.A – L’alimentation électrique. La tension d’alimentation est de 750V, elle peut varier de 550V à 900V. Le retour de courant de traction est assuré par les rails de roulements. Le pantographe du tramway permet de capter le courant haute tension (750V) distribué par la ligne pour l’alimentation : - des deux moteurs de traction - du convertisseur statique d’alimentation des auxiliaires - des résistances de chauffage Il transmet également du courant à la ligne lors des phases de freinage en récupération. Il se compose des éléments suivants : - l’archet qui capte le courant. Hauteur de captation 3.60m à 6.50m. Deux bandes carbone fixées sur l’archet sont en contact avec la ligne. Leur longueur est de 1.20m de façon à assurer un balayage de la caténaire. Celle-ci est en effet désaxée pour éviter une usure de la bande carbone toujours au même endroit. - un dispositif de barres articulées permet d’assurer le contact avec la ligne. - un bâti supporte l’ensemble de ces éléments et est relié mécaniquement à la caisse par des isolateurs. - un moteur électrique de 72 volts assure la montée et la descente du pantographe à partir de chaque poste de conduite. 15 Afin de simplifier le câblage, la distribution de l’énergie de puissance et de réduire les débattements de l’archet, le pantographe est installé sur la caisse avant de l’élément, de telle sorte que l’archet soit approximativement dans l’axe du bogie porteur. 16 II.1.B – Les systèmes de protection. ● Le coupe circuit de ligne CCL assure la protection des câbles d’alimentation HT depuis le pantographe jusqu’au coffre disjoncteur situé sous caisse. ● Le parafoudre PF assure la protection contre la foudre et les surtensions accidentelles. ● Le disjoncteur DJ isole automatiquement ou sur commande le circuit de puissance de la source d’alimentation haute tension. Il est à commande rapide électromagnétique, dont les performances à l’ouverture ont été améliorées par l’ajout d’une commande électronique ultra-rapide extérieure. Le disjoncteur possède une bobine à manque de tension MT qui est excitée dès que les conditions de maintien sont réalisées, et un électroaimant de fermeture F, qui est excité pendant 200ms par l’intermédiaire du relais temporisé T. Les manœuvres du disjoncteur sont limitées aux seuls cas suivants : - Mise en service et hors service de la rame - Déclenchement automatique par action sur la bobine de manque de tension MT. - Déclenchement automatique par action sur la bobine de déclenchement rapide EMR depuis les équipements de contrôle hacheur. En cas de défaut constaté par l’équipement de contrôle hacheur d’un bogie, ce dernier est isolé automatiquement. - Déclenchement automatique par maximum de courant. - Ré-enclenchement automatique du disjoncteur dès la réapparition des conditions de maintien. ● Le filtre d’entrée est composé d’une self à air LF de 0.5mH et d’un ensemble de deux condensateurs en parallèle de 2.5mF unitaire. Chaque condensateur est associé à une résistance de décharge de 5.600 Ω, RDF. Ces résistances permettent de décharger les condensateurs de filtrage en l’absence d’alimentation. Elles sont calculées pour passer de 900V à 24V en moins d’une minute. II.2 - Traction, freinage. Un tramway est formé de deux motrices M1 et M2 et d’une remorque. Chaque motrice comporte un bogie moteur. L’alimentation électrique 750V, courant continu venant du pantographe, monté sur la motrice M1, est appliquée sur le disjoncteur DJ muni de son dispositif de déclenchement rapide, puis sur le filtre, avant de se partager entre deux branches comprenant hacheur et moteur identique pour les deux motrices. Chaque branche moteur est indépendante. Elles sont composées chacune d’un hacheur principal, d’un moteur de traction et d’un hacheur d’excitation. Le hacheur principal reçoit ses signaux de commande d’une baie de commande électronique appelée BCE. La BCE est elle-même pilotée par un signal alternatif disponible sur une ligne reliant les deux motrices, signal correspondant à la puissance requise de l’équipement de traction. Ce signal est émis par le manipulateur du conducteur qui passe par un codeur. Le circuit d’alimentation du bogie moteur de chacune des motrices est identique et autonome. Il comprend essentiellement : - le hacheur de puissance HP et son contacteur d’isolement CL - le hacheur d’excitation HE et son contacteur d’isolement CHE - la self de lissage moteur IL - la résistance de freinage rhéostatique RFR 17 - le moteur de traction à excitation compound M et son inverseur de sens de marche J20 - les mesures et protections II.2.A – Le moteur de traction. Le moteur TAO 679 E1 est un moteur de traction à excitation quadripolaire, avec pôles de commutation et enroulement de compensation. L’isolement des bobines est de la classe F pour le stator et H pour le rotor. Le refroidissement est obtenu par un ventilateur monté sur l’arbre d’induit. Ces principales caractéristiques sont : - Régime continu (tension 750 V – courant 400 A) - Champ 95% (vitesse 1690 tr/min – puissance 279 KW) - Vitesse max en service : 3320 tr/min - Vitesse d’emballement : 4140 tr/min - Masse de l’induit : 460 kg - Masse de la machine nue : 1310 kg 18 II.2.B Les hacheurs. Les hacheurs de puissance. - tension d’alimentation : compris entre 550 et 950 V - courant maximum : 550 A - fréquence de fonctionnement : 600 Hz Les deux hacheurs d’un même tramway fonctionnent avec un déphasage permanent de π, ce qui permet de doubler la fréquence vue du filtre : 1200 Hz. Sur défaut constaté par la logique hacheur, le circuit d’alimentation du bogie moteur est automatiquement isolé. Les manœuvres des contacteurs d’isolement CL se font à courant nul après la manœuvre du disjoncteur principal. Lors du fonctionnement en traction, le hacheur principal est connecté en série avec l’induit du moteur et la self de lissage. Cette commutation est assurée par la commutation statique traction freinage située dans l’enceinte hacheur. Sur l’allumage du hacheur principal HP, la tension est appliquée aux bornes du moteur et le courant peut circuler à travers HP et le moteur. Sur l’extinction du hacheur principal le courant lancé dans le moteur se referme par la diode de roue libre. Le hacheur d’excitation. - tension d’alimentation : comprise entre 550 et 925 V - courant maximum : 10 A - fréquence de fonctionnement : 300 Hz Sur défaut constaté par la logique hacheur, le hacheur d’excitation du bogie en défaut est automatiquement isolé ; les manœuvres du contacteur d’isolement CHE se font après la manœuvre du disjoncteur principal. Lors du fonctionnement en freinage, le hacheur principal est connecté en parallèle avec l’induit du moteur et la self de lissage. Cette commutation est assurée par la transition statique traction freinage, située dans l’enceinte hacheur. En freinage, le sens du courant dans l’enroulement d’excitation séparé ainsi que la polarité aux bornes du circuit comprenant l’induit et l’excitation série du moteur sont conservés. Seul le sens du courant dans l’induit change. Le freinage électrique par récupération comme en rhéostatique est efficace depuis la vitesse maximale jusqu’à environ 6 km/h. 19 II.2.C – Les résistances de freinage rhéostatique. Les résistances de freinage rhéostatique sont disposées sur la toiture de chacun des éléments et leur ventilation est naturelle. Si la ligne n’est pas capable d’accepter l’énergie de freinage, la génératrice débite dans les résistances de freinage rhéostatique RFR. Chaque fois que la ligne est susceptible d’utiliser l’énergie, le freinage électrique se fait uniquement par récupération. Sinon, une fraction de l’énergie est récupérée et le complément est dissipé dans les résistances. Celles-ci sont prévues pour pouvoir dissiper toute l’énergie de freinage. Dans ce dernier cas, on est en freinage rhéostatique pur. 20 II.2.D – Les Baies de contrôle électronique (B-C-E) Chaque motrice M1 et M2 possède une baie de contrôle électronique que l’on dénomme respectivement BCE1 et BCE2. Les deux BCE ont les mêmes fonctions, excepté l’horloge qui n’est présente que dans la BCE1. Une baie de contrôle électronique (BCE) est constituée d’un ensemble de cartes électroniques. Avec une ou plusieurs de ces cartes, elle intercepte, analyse et transmet les informations nécessaires aux fonctions permettant la bonne marche du véhicule. Ces ensembles sont : - bloc codeur - bloc anti-patinage et anti-enrayage - logique hacheur - commandes de freins Bloc codeur (BCE1 et BCE2) La clef de mise en service de la loge de conduite alimente le codeur de la motrice correspondante et branche la sortie du codeur sur la ligne de train du codeur-manipulateur. La conduite s’effectue à l’aide d’un manipulateur qui, alimenté par le bloc codeur, délivre un signal en tension continue. Cette tension est ensuite codée en un signal de courant alternatif. Le manipulateur parcourt cinq zones délimitées : Zone 1 : traction, avec cran intermédiaire correspondant à la vitesse de manœuvre V=3 km/h Zone 2 : neutre N Zone 3 : freinage normal de service FNS Zone 4 : freinage maximal de service FMS Zone 5 : freinage d’urgence FU L’information électrique, transmise en ligne de train, est décodée au niveau de chaque BCE. Le bloc codeur comprend deux cartes : une carte alimentation et une carte codeur. Horloge (BCE1) L’horloge est composée de deux horloges indépendantes, l’une étant en service, l’autre étant en attente. Elle fournit un signal +/- 15V, 600Hz qui permet la synchronisation des deux hacheurs de l’unité. L’horloge comprend 4 cartes : - 2 cartes alimentation AL +/-15V - 1 carte horloge HOR - 1 carte commutation horloge CHO Bloc anti-patinage – anti-enrayage (BCE1 et BCE2) Chaque motrice dispose de son bloc anti-patinage - anti-enrayage APAE. Il est composé des cartes MVB mesures des vitesses bogies et de cartes TVB traitement vitesses bogie. L’APAE reçoit 4 informations de vitesse : - deux provenant de capteurs cotep mesurant la vitesse de rotation : * du moteur du bogie moteur * de l’essieu du bogie porteur - une provenant d’une centrale tachymétrique donnant la vitesse du véhicule - une provenant de l’autre motrice représentant la vitesse combinée des 2 bogies porteur et moteur de cette motrice. 21 Logique hacheur (BCE1 et BCE2) Le rôle de la logique hacheur est de piloter le courant dans le moteur en fonction de la demande du manipulateur. Les principales fonctions assurées par la logique hacheur sont : ● Réception des informations extérieures. 3 cartes différentes assurant la réception des informations extérieures : - une carte IFE interface d’entrée - une carte AME amplis de mesures - une carte RECD réceptions diverses ● Traitement des informations extérieures. ▪ Une carte AFF affiche Elle crée les consignes de courant moteur en traction et en freinage ainsi qu’une consigne de couple en freinage. Ces consignes sont fonction : - De la position du manipulateur - Des consignes extérieures de vitesse secours V=20 km/h remorquage V=10 km/h manœuvre V=3 km/h - De la vitesse réelle de l’unité (vitesse tachymétrique) - De la tension filtre - Des limitations d’anti-patinage – anti-enrayage - Des secours en conduite secours (ordre traction secours, freinage secours) ▪ Une carte LOG logique Elle donne tous les ordres logiques de traction et de freinage en fonction des ordres logiques provenant de l’extérieur. - Ordres d’entrées - Ordres de sorties ▪ Une carte MCE mesure de couple Elle fournit : - La courbe de flux en fonction des ampères-tours et calcule l’effort électrique - Les limitations du courant induit Elle assure l’application du frein d’immobilisation à l’arrêt. ● Régulation et distribution hacheur. Cette fonction assure la distribution des impulsions d’allumage des thyristors du hacheur, en fonction de la consigne de courant de traction ou de freinage élaborée par la carte AFF. Elle est constituée de 5 cartes : - 1 carte RG11 et 1 carte RG12 qui pilotent le hacheur principal - 1 carte RGJ qui pilote le hacheur d’excitation - 2 cartes allumeur commandant les transformateurs d’impulsion des thyristors. ● Protection et mise sous tension. Ce sous ensemble regroupe 3 cartes : - 1 carte MST qui assure la mise sous tension de la motrice quand toutes les conditions requises sont présentes. - 1 carte PUI qui commande une disjonction rapide en cas de défauts graves, détectés par l’électronique 22 - 1 carte PAL qui surveille en permanence les alimentations de la logique hacheur et interdit le fonctionnement du hacheur si une ou plusieurs alimentations venaient à disparaître ou à sortir de la fourchette autorisée. Elle bloque toutes les impulsions d’allumage des thyristors délivrés par la BCE lors d’une demande d’arrêt hacheur. Elle commande l’ouverture rapide du disjoncteur lors d’une disparition d’une tension d’alimentation. ● Alimentation. Deux cartes AL +/-15 V et AL 24,9 V fournissent les tensions nécessaires à la logique hacheur, à l’APAE (bloc anti-patinage – anti-enrayage). Ces cartes sont alimentées par le +72 V de la batterie. ● Interface de sortie. Une carte interface de sortie permet de commander des relais de sortie. Cette carte commande un relayage qui est situé dans la baie dans un emplacement situé au-dessus des cartes. Commande des freins La commande des freins est un sous-ensemble autonome de conception Faiveley situé dans chaque BCE. Son rôle est d’amplifier les informations de consigne d’effort fournies par la logique hacheur pour alimenter les moteurs couples du frein mécanique. Il est alimenté en 72V et reçoit de la logique hacheur deux informations : - L’effort de freinage du bogie moteur FMM-R - L’effort de freinage de l’essieu porteur FMP-R Anti-enrayage – anti-patinage Pour conserver en permanence l’adhérence entre les roues et les rails, un équipement permettant de détecter et de contrôler le patinage et l’enrayage des roues motrices et l’enrayage des roues porteuses est indispensable. Chaque bogie moteur est équipé d’une roue phonique placée sur l’arbre moteur et d’un capteur magnétique. Le traitement du signal du capteur par un dispositif électronique permet de connaître la vitesse de rotation du moteur, il assure en outre, une détection de survitesse de ce moteur. Les bogies porteurs sont équipés du même dispositif mais une roue phonique est placée sur chaque essieu. La comparaison de toutes ces vitesses permet de détecter les patinages ou enrayages pour agir sur les niveaux de traction ou de freinage. Un système de correction de la détection de patinage permet de tenir compte de l’usure des roues. Pour améliorer, en cas de besoin, l’adhérence roue/rail, il y a possibilité de sabler au niveau du premier essieu de chaque bogie moteur dans le sens de la marche. L’éjection du sable se fait à l’aide d’un moteur électropneumatique, les bacs de sable étant implantés sur le châssis de bogie. Une installation d’anti-enrayage et d’anti-patinage est prévue sur chaque bogie moteur qui est ainsi équipé d’un capteur qui transmet les informations à un récepteur placé sous châssis. Dans le cas de l’enrayage, le dispositif commande le délestage du freinage. Dans le cas du patinage, la traction est délestée. 23 II.3 – La basse tension et les auxiliaires. L’énergie basse tension utilisée sur l’élément est délivrée par un convertisseur statique 750V/72V (situé en sous-châssis de M1) et une batterie en tampon (implantée en sous-châssis de M2). Le convertisseur est alimenté sous une tension continue variable de 450 V à 1000 V prélevée en sortie du filtre traction et il délivre en sortie une tension variable de 72 à 80 V en fonction de la tension et de la température de la batterie. 24 Deux dispositifs abaissant la tension batterie jusqu’à 24V sont incorporés au convertisseur mais en sont électriquement indépendants. Ils sont connectés en redondance afin d’alimenter le réseau basse tension 24 V avec le maximum de sécurité. Le dispositif d’énergie de servitude est prévu pour alimenter les appareils électriques et électroniques auxiliaires en énergie basse tension : - charge de batterie - éclairage des voyageurs - liaisons radio - alimentation des phares, fanaux, etc… - onduleur de ventilation - alimentation des circuits de commande des équipements électroniques de puissance - commande des portes, pantographe, etc… - freins électromécaniques - freins électromagnétiques à patins L’alimentation des auxiliaires est assurée dans les configurations suivantes : - situation dégradée : absence de tension de ligne750 V - situation dégradée : dispositif de conversion 750 V/basse tension hors service mais présence de la tension de ligne 750 V. II.3.A Les alimentations. Le convertisseur. Le convertisseur transforme la tension de ligne 750 V en basse tension BT réservée à l’alimentation des services auxiliaires, en situation de fonctionnement normal. Il est connecté d’une partie « puissance » alimentée par la tension ligne 750 V et d’une partie « commande et contrôle » alimentée à partir de la basse tension. Il délivre une tension continue asservie aux différents paramètres à prendre en compte pour la charge de la batterie. En régime transitoire, le convertisseur peut supporter la mise brutale sous la tension ligne maximale admissible, les coupures brèves et les variations par échelons de la tension d’alimentation. Le convertisseur comporte un appareillage de protection contre les défauts externes et internes et un système à réarmement ne pouvant être utilisé qu’un nombre limité de fois. Il est équipé d’une électronique de limitation du courant de sortie. Le convertisseur est inhibé avec signalement de défaut, lorsque la tension de ligne sort des limites admissibles. Il se réenclenche automatiquement dès que les tensions sont redevenues normales. La batterie. C’est une batterie alcaline cadmium-nickel de 72 V à plaques frittées minces, du type ouvert, d’utilisation très courante dans le matériel ferroviaire. La batterie est installée sous le plancher de la motrice M2 dans un coffre. Un débit d’air est assuré, tenant compte des conditions d’environnement climatiques. II.3.B – Le dispositif électrique de ventilation. Les onduleurs. Les onduleurs se présentent sous la forme d’un bloc implanté en toiture de la motrice 2 et de la remorque. Les connexions de puissance, de commande et de contrôle sont assurées par des connecteurs à l’avant. Ils servent uniquement à l’alimentation des moteurs de ventilation en courant triphasé 57 V 43.7 Hz. 25 L’onduleur statique comprend une partie « puissance » et une partie « commande et contrôle », alimenté à partir de la « BT » continue. Les variations de la tension d’entrée sont celles des limites admises par les conditions de fonctionnement de la batterie. Une régulation électronique permet de maintenir constante la tension de sortie. L’onduleur comporte un contrôle électronique qui surveille : - les tensions admissibles : arrêt en dessous de 48 V, redémarrage à 50 V - les sécurités (fusible, disjoncteur, maximum de courant) - l’arrêt sur défauts est signalé en cabine de conduite. Le chauffage et la ventilation. Le chauffage et la ventilation assurent dans toutes les circonstances une distribution homogène de l’air extérieur à l’intérieur de l’habitacle. L’air extérieur d’alimentation de chaque unité est aspiré au niveau du battant de pavillon. Des filtres protègent le groupe moto-ventilateur. Chaque unité alimente un réseau de gaines de diffusion situées au-dessus du garnissage de plafond (résille) qui distribue l’air sur toute la longueur de l’élément. Il y a deux ventilateurs pour chaque salle voyageurs et un ventilateur pour chaque cabine. Les ventilateurs sont alimentés, en triphasé 57 V 43.7 Hz, par deux onduleurs situés en toiture M2 et en toiture remorque. Chaque onduleur est alimenté en BT et délivre la tension triphasée de sortie 57 V-43,7 Hz. Leur fonctionnement est contrôlé dans chaque voiture par un relais. A chaque ventilateur est associée une résistance de chauffage alimentée en HT 750 V. La régulation chauffage-ventilation des salles voyageurs est obtenue par un régulateur (situé dans l’armoire de loge de M2) alimenté en BT 72 V, qui, par l’intermédiaire de sondes, détermine le paramètre de régulation et commande le chauffage si nécessaire et la position que les volets doivent prendre pour régler la proportion air neuf – air recyclé. Les ventilateurs sont eux alimentés en permanence dès la mise en service du tramway. II.4 – La tachymétrie. L’installation tachymétrique permet : - de mesurer la vitesse de l’élément. - la détection des seuils de vitesse servant aux systèmes de commande et de contrôle des équipements. - l’enregistrement sur un enregistreur de fin de parcours de la vitesse, du temps, du freinage d’urgence - de commander les compteurs kilométriques et horaires. La centrale tachymétrique (CT) réalise le traitement des informations provenant du dispositif de mesure de la vitesse et délivre les ordres : - de détection des seuils de vitesse par l’intermédiaire des contacts de relais - de la commande à distance de l’enregistreur de fin de parcours et des indicateurs de vitesse (les compteurs kilométriques sont également commandés à partir de la centrale). Les indications servant à la commande et au contrôle des équipements de l’élément permettant de réaliser le bon fonctionnement de ces derniers. Les sécurités et la protection du matériel sont donc réalisées quelle que soit la nature de la panne enregistrée par la centrale tachymétrique. 26 Chapitre III Le projet : L’obsolescence des composants. 27 Le sujet de mon stage a été de résoudre le problème de l’obsolescence des composants électroniques dans les différentes cartes qui composent le tramway Alstom. Sur la présentation du tramway, nous avons pu voir qu’il y a quatre systèmes électroniques : les cartes qui constituent la partie commande : la BCE ; celles pour la centrale tachymétrique (CT) ; celles pour la commande des freins et celles pour la partie alimentation : le CVS. Comme on peut le voir sur le graphique, il existe aujourd’hui une incompatibilité entre la durée de fonctionnement d’un équipement qui est de plusieurs années, voire plusieurs dizaines d’années, et la disponibilité des composants électroniques utilisés qui est de plus en plus brève. La durée de vie commerciale des composants électroniques a fortement diminuée, en passant de 20-25 ans en 1960 à quelques années, aujourd’hui. Comme nous l’avons dit dans le premier chapitre, les tramways Alstom ont été mis en service en 1985. Les cartes ayant été conçues environ 2-3 années auparavant, les tramways utilisent donc les technologies du début des années 1980. Il y a donc un problème de vieillissement des technologies. La politique de l’entreprise SEMITAN étant d’exploiter les tramways Alstom encore une vingtaine d’années, il m’a fallu proposer des solutions viables pour résoudre ce problème. Mon stage s’est déroulé en quatre parties : - une première pour l’inventoriage des composants - une seconde où j’identifiais leur statut. - une troisième pour proposer des composants de substitution pour ceux obsolètes ou en voie d’obsolescence. - une dernière afin de trouver des fournisseurs potentiels aux composants obsolètes ou en voie d’obsolescence dans le but de constituer un stock de fin de vie. III.1 – Le statut des composants électroniques. III.1.A – Une phase d’inventoriage. Durant les 2-3 premiers jours, mon travail a été de faire l’inventaire des composants électroniques des 4 systèmes : la BCE, la CT, le CVS et le Frein. Cataloguer permet de faire la liste de tous les composants présents, mais aussi de savoir le nombre exact de composant sur chaque tramway et sur tout le parc tramway. Il existait déjà la liste des composants sur papier, il n’y avait plus qu’à les transférer dans un fichier Excel. Il y a ainsi 4 fichiers Excel. Chaque fichier comprend un nombre de feuille égal au nombre de carte du système. Ainsi, sur la centrale tachymétrique, il y a 9 cartes électronique. 28 Chaque feuille informe sur le moindre composant que la carte contient : elle indique son type, s’il s’agit d’une diode, d’un transistor… ; son repère : pour le situer sur la carte à l’aide d’un plan ou à l’aide des numéros sur la carte directement ; son type : il s’agit de la référence du composant ; la quantité cumulée du composant ; sa valeur, sa tension et une observation s’il y a. Une dernière feuille vient s’ajouter aux précédentes : celle qui fait la synthèse de toutes les cartes de chaque système. Il s’agit tout simplement d’un tableau croisé dynamique, option de Excel qui permet cette synthèse. La particularité étant qu’il est aisément modulable par la suite : si l’on modifie une donné sur une carte, il n’y a plus qu’à actualiser le tableau pour rafraîchir les données. Voici le total pour la carte Frein. Elle ne comporte que 32 références de composants. Les autres cartes contiennent beaucoup plus de références, jusqu’à 114 pour la BCE. La première colonne est utilisé pour les liens hypertexte des documentations techniques de chaque composant : en effet, on ne peut mettre directement de lien au référence : étant des données dynamiques, ils ne peuvent être raccorder à des liens statiques. La seconde colonne renseigne sur les références des composants. La troisième fait le cumul de tous les mêmes composants sur l’ensemble des cartes. La dernière indique sur le nombre de chaque composant sur le parc entier. L’inventaire n’a d’abord concerné que les transistors, les circuits intégrés, les transformateurs, les thyristors et les relais. Il a été par la suite élargit pour y incorporer les diodes. Les résistances et les condensateurs n’ayant pas été 29 traités. III.1.B – Le principe de l’obsolescence. Un composant est considéré obsolète quand sa référence commerciale n’est plus disponible à l’achat chez le fabricant. Concrètement cela signifie que la référence commerciale du composant n’apparaît plus dans la liste des prix du fabricant. L’obsolescence d’un composant se caractérise donc par le passage d’un état de disponibilité à l’achat vers un état d’indisponibilité à l’achat de la référence commerciale du composant chez le fabricant, et ceci sur une période connue. Les natures et les causes des obsolescences sont multiples et diverses : Nature de l’obsolescence Cause * Arrêt de fabrication : - pas d’industrialisation du composant - rendement trop faible - rupture d’approvisionnement des matières premières - obsolescence de l’outil de fabrication - abandon de la technologie * Arrêt de commercialisation : - rentabilité - définitive ou temporaire - intentionnelle ou involontaire - partielle ou totale - officielle ou inavouée * Commercialisation restrictive : - embargo - allocation - licence export * Commercialisation dissuasive : - prix de vente élevé - délai de livraison trop long - quantité imposée prohibitive - évolution des spécifications et/ou des performances * Obsolescence d’un outil associé au composant (logiciel, outillage…) 30 La gestion du problème. Le principe de la gestion de l’obsolescence des composants se résume au schéma suivant : Le management de l’obsolescence requiert la définition d’une stratégie de pérennisation du système et des équipements afin d’encadrer le traitement préventif ou curatif des obsolescences. Le management de l’obsolescence présente deux aspects : - un aspect préventif qui s’inscrit dans une approche descendante depuis la spécification du système jusqu’au choix des composants en passant par la spécification et la conception des sous-ensembles, afin de minimiser et surveiller les risques. - un aspect curatif pour traiter les obsolescences avérées. Il s’inscrit dans une approche ascendante depuis la détection de l’obsolescence jusqu’à la validation technico-économique de la solution au niveau système : des solutions de traitement dont le choix se fait sur des critères technico-économiques, que ce soit dans le volet préventif ou dans le volet curatif. Les acteurs et leur responsabilité. Les acteurs intervenant dans le management de l’obsolescence sont multiples et leurs domaines de responsabilité sont très variés : - le maître d’œuvre garantit le respect des exigences contractuelles vis à vis du maître d’ouvrage. A ce titre, il s’engage sur la durabilité du système dans le cadre des conditions contractuelles de quantité et de durée de la production. - l’équipementier responsable de la définition d’un équipement est totalement responsable des choix des composants, il est ainsi amené à assumer auprès du maître d’œuvre les conséquences des obsolescences de composants, mais cette responsabilité ne peut s’inscrire que dans le cadre des conditions contractuelles de quantité et de durée de la production. III.1.C – La directive RoHS. Bien que les consommateurs soient de plus en plus sensibles aux produits respectueux de l'environnement, aucun dispositif légal n'encadrait jusqu'à présent l’aspect 31 environnemental de la production des équipements électriques et électroniques. Avec l'apparition de produits électriques et électroniques d'une durée de vie de plus en plus courte, il devenait urgent de légiférer dans ce domaine. Ainsi, à partir du 1er juillet 2006, la directive européenne RoHS (Restriction of Hazardous Substances) interdira le plomb et certaines autres substances dans les équipements électroniques. Cette date a été fixée et, pour un industriel, ne pas s'y conformer peut se traduire par des conséquences pénibles sur ses activités et ses méthodes de travail. Ainsi, durant la recherche du statut des composants, j’ai dû tenir compte de cette réglementation. Les constructeurs d'équipements électroniques qui n'auront pas migré à temps d'un process bien établi, utilisant du plomb dans les terminaisons, les conducteurs et les pâtes à braser, vers un process exempt de plomb, le risque potentiel est la restriction du nombre des marchés. On imagine sans peine les conséquences catastrophiques susceptibles d'en résulter. Les fabricants de composants, de pâtes à braser et de cartes électroniques sont confrontés à la pression de leurs clients - les constructeurs d'équipements - afin qu'ils leur fournissent des produits conformes à la réglementation ainsi que le support technique pour les implanter dans leurs conceptions. Heureusement, dans l'industrie des composants passifs, nombre de fabricants disposent déjà d'un catalogue de produits sans plomb prêts à être livrés. Ils sont dès lors aptes à offrir un support technique et logistique pour aider leurs clients dans la mise en œuvre de ces produits conformes à la future réglementation. En même temps que la directive RoHS, la directive DEEE (Déchets d’Equipements Electriques et Electronique) a été votée. Elle concerne le recyclage de ces équipements. Elle favorise la réutilisation, le recyclage et les autres formes de valorisation afin de réduire la quantité de déchet à éliminer. L'industrie du composant passif : un faible utilisateur de plomb La présence du plomb dans les composants passifs est devenue un gros souci politique et environnemental. Avec quelque 3 millions de kilogrammes par an (soit 0,05 % du plomb total utilisé), l'industrie des composants reste un maigre utilisateur de plomb. Cependant, il s'agit là d'un secteur dans lequel la technologie permet d'éradiquer un tel matériau. En réalité, 75 % environ (soit 4,5 millions de tonnes) de tout le volume de plomb utilisé aujourd'hui se trouve dans les accumulateurs, et essentiellement dans les accumulateurs de voitures. Malheureusement, une solution de remplacement viable n'existe pas dans ce domaine à ce jour. Une réglementation sans plomb ne se profile aujourd'hui qu'à l'horizon européen. Vu la globalisation des activités, elle a néanmoins un impact sur le plan mondial. D’ailleurs, les préférences des consommateurs japonais en faveur des produits « verts » ont déjà entraîné de nombreuses entreprises à mettre en place des stratégies d'élimination du plomb qui s'inscrivent largement dans les délais imposés par la directive européenne. Les EtatsUnis sont également entraînés dans ce mouvement du fait des avantages commerciaux prévisibles que leur conférera une offre de produits sans plomb. Mais pour le moment, aucun cadre légal semblable aux directives RoHS et DEEE n'existe dans ce pays. 32 Toutefois, l'Etat de Californie a annoncé qu'il adaptera sa législation aux directives européennes dans les délais fixés par la Commission. Mais le plomb ne sera pas le seul matériau proscrit, ou d'utilisation limitée, par la réglementation européenne. Le mercure (Hg), le chrome hexavalent (Cr VI), le cadmium (Cd) notamment présent dans les contacts de relais et de connecteurs, et les retardateurs de flammes à base de brome (PBB et PBDE) sont également visés. Ainsi, bien que le terme « sans plomb » soit d'usage, l'élimination ou la limitation de ce seul matériau dans les équipements électroniques ou électriques n'est pas une condition suffisante pour les rendre conformes RoHS. Beaucoup d'informations sont disponibles sur les composants et les process sans plomb, en particulier sur les sites Internet des fabricants de composants et d'équipements de brasage. Il est en effet dans leur intérêt de fournir le meilleur support possible à leurs clients afin de sauvegarder leurs relations commerciales pendant la phase de migration vers le sans plomb (ceci bien évidemment s'ils sont en mesure d'offrir des solutions de remplacement viables). Des composants conformes bien avant la date fatidique Tous les process sans plomb doivent être finalisés d'ici juillet 2006. Pour les fabricants de composants passifs, il est donc important de disposer d'un catalogue de composants sans plomb bien avant cette date fatidique. Ceci afin de permettre aux utilisateurs d'effectuer leurs tests, d'épurer leurs stocks et de commander les produits de remplacement nécessaires pour leurs listes d'approvisionnement. Beaucoup de fabricants de composants vont faire des efforts pour continuer à répondre aux demandes concernant des produits non conformes à la réglementation sans plomb. La politique est cependant d'encourager activement les clients à migrer vers le sans plomb. En réalité, la demande de composant contenant du plomb s'estompant peu à peu dans le temps entraînera une hausse continuelle de leurs prix, ainsi que des difficultés d'approvisionnement : ainsi, les composants présent sur les cartes du tram et toujours produit mais n’ayant pas d’équivalent RoHS ont été considérés comme en voie d’obsolescence. En effet, le stage se déroulant les deux mois précédents la mise en application de la directive, on peut supposer que l’entreprise qui produit ce genre de composant et qui respecte le traité dans d’autre composant, n’a pas eu l’objectif d’investir dans sa mise à niveau. Le composant sans plomb sera-t-il plus onéreux ? Le coût des composants sans plomb ne devrait pas être plus élevé que celui des composants non conformes auxquels ils se substitueront. Cependant, comme cela a toujours été le cas avec les composants électroniques, toute variation de coût au niveau des matériaux de base utilisés pour les réaliser peut avoir pour conséquence des évolutions de prix pour les utilisateurs finals. Sur un marché fortement compétitif, la balle est dans le camp des concepteurs et des fabricants de composants passifs pour qu'ils utilisent leur savoir-faire spécifique et les process les plus efficaces. La finalité est d'aider les clients à mettre en œuvre les plus récentes technologies au meilleur prix. Au niveau de la conception d'un équipement électronique, le remplacement de composants passifs contenant du plomb par des équivalents sans plomb n'entraîne pas de 33 problème majeur. Les domaines sensibles sont plus généralement en rapport avec les modifications effectuées dans les process de brasage, et dans la conception des composants eux-mêmes. Quant au composant passif lui-même, l'étain est la principale alternative au plomb, au niveau des terminaisons du composant. Son utilisation est toutefois à l'origine d'un effet indésirable appelé « tin whiskers » (ou « moustaches » d'étain). Ces formations favorisant les courts-circuits sont remédiables par différentes opérations. III.1.D – L’élaboration d’une procédure. Après quelques jours à consulter des sites Internet, grâce à une recherche empirique, j’ai réussi à mettre en place une procédure dans le but de connaître le statut d’un composant. Le statut des composants est indiqué sur le total dans chaque fichier Excel. Il y a trois catégories représentées par des couleurs affectées aux références : du vert pour les composants toujours produit, du orange pour les composants en voie d’obsolescence et du rouge pour les composants obsolètes. Afin de savoir la situation de chacun, il faut tout d’abord connaître le(s) fabricant(s) de la référence en question. Le plus simple est de consulter sa documentation technique. Sur Internet, il existe trois sites gratuits et tous complémentaires : Les sites indiquent tous les fabricants qui ont un jour produit la référence en question. Ces sites fournissent les documentations techniques de tous les composants, qu’ils soient toujours produits ou bien obsolètes. Si le composant est obsolète depuis longtemps et qu’il n’existe plus de documentation, le site datasheetarchive.com propose les résultats de tests effectués sur ce composant sous la forme d’une page Internet qui présente uniquement les caractéristiques mécaniques et électriques les plus importantes. Ce minimum d’information représente l’essentiel pour pouvoir trouver un équivalent. Il arrive que les documentations indiquent le statut ou la situation vis-à-vis de la directive, soit les deux comme les data sheet de Texas Instrument : 34 Afin d’acquérir le statut de la référence sur son statut et sur sa conformité RoHS, il faut aller se renseigner sur les sites Internet des fabricants. La majorité fournit cette information sur leur site : Les fabricants classent leur composants suivants plusieurs statuts : - Active : le produit est recommandé pour les nouvelles conceptions, - Lifebuy : le fabricant annonce l’arrêt futur de la production et active une phase de stockage de fin de vie, - NRND : ‘Not Recommended for New Design’ ; la référence est produite pour soutenir les clients existants, mais le fabricant recommande de ne pas l’employer dans une nouvelle conception, - Preview : la référence a été annoncé mais n’est pas en production. Les échantillons peuvent ou ne peuvent pas être disponibles. - Obsolete : le fabricant ne produit plus la référence. Une autre méthode consiste à aller se renseigner chez les fournisseurs qui sont en contact direct avec les fabricants. Farnell et Radiospares, par exemple indiquent parfois le statut des composants ainsi que leur conformité ou leur non-conformité envers la directive RoHS. 35 Le statut des composants a été réalisé suivant des critères : - Les composants qui ont le statut obsolète ne sont pas conforme RoHS. - Les composants non-conforme mais toujours produits sont considérés comme composants en voie d’obsolescence. - Les composants qui disposent d’une mise à niveau pour la conformité RoHS et qui sont accompagnés d’une référence complétée par un suffixe indiquant cette conformité ont été considéré comme toujours produit par le fabricant. III.2 – Le remplacement des composants. La partie la plus importante du stage a été la recherche de référence actuellement produite susceptible de remplacer les composants obsolètes ou en voie d’obsolescence. Les nouveaux composants doivent être en concordance avec les anciens tant au niveau des boîtiers qu’au niveau des caractéristiques techniques. L’objectif était de rechercher un nouveau composant où son intégration sur la carte ne puisse engendrer aucun désagrément par rapport au rôle de l’ancien composant mais aussi sur ceux des composants existants sur la carte. Si la recherche n’aboutissait pas sur quelque chose de viable, une autre investigation était faite pour trouver une solution qui en général aboutissait à la nécessité de re-concevoir localement la carte. III.2.A – Des contraintes à respecter. Les Boîtiers (packages). La première condition est que la nouvelle référence puisse remplacer l’ancienne au niveau physique. D’une part cela veut dire qu’il faut que les empreintes du composant en question correspondent aux perçages déjà existant sur les cartes, mais cela expose aussi le problème des dimensions à respecter. ● Les circuits logiques. Pour les circuits logiques, le type de boîtiers est indiqué par le suffixe de la référence. Sur le tramway, seuls les composants en céramique de type DIP sont présents pour les CI. Sauf pour les microprocesseurs qui sont en plastique. Leurs propriétés liées à la structure du matériau et aux possibilités de transformation de ces propriétés par en particulier des substitutions qui sont le plus souvent exploitées, de même 36 que la possibilité offerte par la technologie céramique de réaliser des microstructures complexes formées éventuellement de l’assemblage de matériaux distincts. Malheureusement, cette technologie est de moins en moins utilisée par les fabricants. Les références utilisant des boîtiers en céramique porte le suffixe ‘J’. La SNCF nous a informé que les boîtiers en plastique remplaçaient convenablement ceux en céramique. En effet, comme on peut l’observer sur cette documentation mécanique, les deux types de boîtiers sont similaires. L’utilisation des boîtiers plastiques est réservée à des applications en dessous de 5 GHz. Leur principal intérêt reste leur faible prix de revient. Ces composants portent le suffixe ‘P’ ou ‘N’ à leur référence. Certains composants, en particulier les comparateurs, sont parfois accompagnés de boîtiers métalliques avec 8 pattes placées circulairement. Ces références, caractérisées par le suffixe ‘H’, peut remplacer facilement les boîtiers du type DIP8 : on peut par exemple rajouter un support qui permet d’aligner les pattes pour qu’elles puissent s’ajuster dans les empreintes d’un type DIP. Le contraire est aussi possible : ce type de boîtier est utilisé dans les cartes du tramway. Si on veut remplacer ce composant par un autre du type DIP8, il suffit d’enlever le support. L’entreprise National Semi par exemple, fournit cette possibilité de boîtier sur presque tous ses composants présents en catalogue. Les boîtiers de la famille des SOP, QUAD, ARRAY, LCC et CSP ne sont pas utilisés sur les cartes du tramway. N’ayant pas la même morphologie, les composants qui les utilisent ne peuvent pas être utilisés comme élément de substitution. 37 ● Les diodes. Les boîtiers des diodes n’ont pas posé de problème majeur : même s’il y en a beaucoup de différent, leur morphologie et surtout leurs dimensions sont proportionnelles à leurs caractéristiques électrique. En effet, la taille du boîtier et le diamètre des fils dépendent principalement de l’intensité directe maximum. Le remplacement ne pose pas de problème au niveau du boîtier, cela est dû à la simplicité du composant : une anode et une cathode. Les diodes utilisées ont pratiquement toutes le préfixe ‘DO’ au nom de leur boîtier. Les diodes redresseuses ou de commutations ont souvent ces aspects-là. Les diodes redresseuses de puissances sont parfois à vis. Leur diamètre plus conséquent est nécessaire à la puissance qui les traverse. Il existe de nouveaux boîtiers pour diode qui ont l’aspect parallélépipédique, mais les empreintes ne correspondent pas à celles d’une diode de type ‘DO’. Or les systèmes électroniques du tramway ne comportent aucune diode de ce type. Ainsi, les composants qui utilisent ce genre de boîtiers ne peuvent être une solution pour le remplacement. 38 Concernant les LEDs, même s’il existe de nombreux modèles différents, le plus courant reste celui du schéma ci-contre. Etant très abondant, les boîtiers pour les LEDs ne posent pas de problème. ● Les transistors. Concernant les transistors, on retrouve trois types de boîtiers. Chacun est présent suivant la puissance que le transistor doit supporter. Pour les faibles puissances, on optera pour le composant à gauche et pour les fortes puissances, les deux modèles du haut. Leur boîtier ne pose aucun problème pour leur remplacement car en règle général, les fabricants proposent plusieurs types de boîtiers pour le même transistor. De plus, le type de boîtier est comme adapté à la puissance que le transistor contrôle. Ainsi, il est aisé de trouver un équivalent avec le même type de boîtier. 39 Les plages de Températures. Deux contraintes sont à respecter en ce qui concerne les paramètres thermiques. La première est la température de stockage. Généralement, la plage de température que le composant ne doit pas dépasser lorsqu’il n’est pas sous tension ne varie que très peu d’un composant à un autre. La plage va ainsi d’environ –60°C à +150°C. Cette contrainte n’a ainsi pas posé de problèmes majeurs étant donné que les composants du tramway n’ont pas l’occasion d’être soumis à des températures externes à cette plage. La deuxième contrainte est la température de fonctionnement. Elle est très importante car c’est elle qui indique la capacité d’un composant à remplir sa fonction dans les conditions de température du domaine ferroviaire : d’une part la température ambiante influe de manière conséquente sur les caractéristiques électriques du composant, et d’une autre part, le composant du tramway doit pouvoir travailler avec des températures extérieures de toutes les saisons. Cela inclut les températures négatives. On peut diviser le problème en deux : - Les composants passifs ont des gammes de température bien définis : ils vont de –55°C à 70°C pour le domaine commercial, jusqu’à 85°C pour le domaine industriel et jusqu’à 125°C pour le domaine militaire. Ainsi, pour ces composants, prendre des composants de substitution appartenant à n’importe lequel de ces domaines était possible. - Les composants actifs possèdent des gammes de température qui vont de 0°C à 70°C et de –55°C à 125°C. Ainsi, le remplacement des CI posait le plus de problème. En ce qui concerne les CI, comme nous l’avons déjà indiqué dans la partie sur les boîtiers, la majorité de leurs références proviennent de Texas Instrument. Malheureusement, la politique de cette entreprise pose problème quant à leur gamme de température. En effet, la majorité des CI de TI commencent par ‘SN54’. Or, ces préfixes caractérisent les composants destinés aux opérations militaires allant de –55°C à 125°C. Il se trouve que ces références sont soit obsolètes, soit en voie d’obsolescence. L’entreprise propose des composants similaires qui ont les mêmes caractéristiques électriques et la même fonction que ceux actuellement présent sur les cartes électriques, ils ont comme préfixe ‘SN74’ mais ont une plage de travail de 0°C à 70°C. Cette solution était considérée comme une solution de dernier recours s’il n’y avait pas chez d’autres fabricants de CI comme Philips ou Fairchild, des composants de substitution pouvant fonctionner avec des températures négatives. Il se posait ici la question de l’aptitude d’une carte à fonctionner si on changeait le fabricant d’origine des circuits logiques. La conformité RoHS. Le facteur de la conformité RoHS est une donnée importante à respecter pour le remplacement des composants. En effet, on peut considérer qu’un composant aujourd’hui produit mais n’étant pas conforme sera bientôt supprimé du marché s’il n’est pas mis à niveau. Ainsi, les propositions de composants de remplacement que je faisais étaient toujours conforme RoHS. Mais s’il existait un composant répondant mieux aux attentes mais n’étant pas conforme, il était noté en remarque. 40 Certains composants obsolètes ou en voie d’obsolescence pouvaient être tout simplement dans cette situation car leur fabricant les rendait conforme à la directive et ajoutait un suffixe à leur référence pour l’indiquer. Ainsi, c’est le cas pour Analog Devices qui rajoute un ‘Z’ à ces références. Certains, comme On semi ou ST Microelectronics y rajoutent un ‘G’. D’autres, comme International Rectifier, complètent leur référence par un ‘PBF’ qui signifie qu’il n’a pas de plomb (Pb) : « Pb free ». III.2.B – Mise en place d’une méthodologie. Pour les composants obsolètes ou en voie d’obsolescence n’ayant pas de simple mise à niveau pour répondre à la directive RoHS, il a fallu créer une procédure afin de trouver des références de remplacement. Afin d’obtenir ces informations, deux grands domaines peuvent être consultés : - les sites des fabricants - les sites des fournisseurs. La première phase de la recherche est la consultation de la documentation technique du composant pour collecter les informations techniques et mécaniques importantes. Pour la recherche avec les sites des fabricants, l’ancien producteur de la référence à remplacer peut indiquer un composant de substitution. Malheureusement, leur site en propose rarement, et quand c’est le cas, il avance une référence très aléatoire. Chaque grand fabricant produit des types de composants bien déterminés : ST Microelectronics ou On semi par exemple fabriquent entre autre des transistors, ainsi, si on cherche un transistor, on peut consulter leur site qui proposent parfois de bons composants de compensation. La recherche avec les sites des fournisseurs est plus aisée : en particulier avec Farnell qui propose un moteur de recherche avec des familles et des catégories : Leur système permet de chercher un composant suivant les critères que l’on veut. Leur moteur affine les résultats jusqu’à trouver un article potentiellement compatible. Même si ce système de recherche est utilisé par certain fabricant, passer par ce fournisseur permet de consulter une partie des catalogues de beaucoup de fabricants. De plus, les fabricants ne fournissent jamais en petite quantité : les commandes ne se font en général que par les fournisseurs. Une autre possibilité si le composant à remplacer est un composant spécial est d’appeler le fabricant pour lui demander conseil. Des nouvelles colonnes sont rajoutés au quatre bilans Excel précédent : une pour le composant proposé si le composant présent est en voie d’obsolescence ou s’il est obsolète, une colonne qui indique un fabricant du composant viable donc soit le composant 41 proposé, soit le composant toujours produit. Une colonne qui indique le degré de similitude entre les composants des cartes et les composants proposés. Et une dernière pour les remarques et observations éventuelles. A chaque nouveau composant est ajouté sa documentation technique en lien hypertexte pour une lecture plus facile. III.2.C – Les diodes et les transistors Afin de pouvoir trouver des composants de substitution aux diodes et aux transistors, il m’a fallu connaître la codification des références pour ces composants. Les trois principaux codes de marquage sont : - Joint Electron Device Engineering Council (JEDEC) - Japanese Industrial Standard (JIS) - Pro-Electron JEDEC Cette codification prend la forme : [chiffre] [lettre] [numéro de série] [suffixe] Exemple : 2N2222A La lettre est toujours N, le chiffre est égal au nombre de broches moins un (2 pour les transistors quoique les transistors à 4 broches comme les dual gate mosfets soient aussi codés 2...) et exception faite pour 4N et 5N qui sont réservés pour les optocoupleurs. De manière plus stricte, ce chiffre correspond au nombre de jonctions dont dispose le circuit. Le numéro de série compris entre 100 et 9999 ne signifie rien de particulier si ce n’est une idée de la date d’introduction du circuit. Le suffixe (optionnel) indique le groupe de gain (hfe) du circuit : A = Faible gain ; B = Gain moyen ; C = Gain élevé L’absence de suffixe signifie un gain quelconque. JIS Cette codification se retrouve sur les transistors japonais et prend la forme : [chiffre] [deux lettres] [numéro de série] [suffixe] Exemple : 2SC1947 De la même manière que pour JEDEC, le chiffre est égal au nombre de broches moins un. Les lettres indiquent le champ d’application du circuit en fonction de la codification ci-dessous : SA : Transistor PNP HF ; SB : Transistor PNP AF ; SC : Transistor NPN HF ; SD : Transistor NPN AF ; SE : Diodes ; SF : Thyristors ; SG : Gunn ; SH : UJT - Unijonction ; SJ : P-channel FET/MOSFET ; SK : N-channel FET/MOSFET SM : Triac ; SQ : LED ; SR : Rectifier ; SS : Diodes Signal ; ST : Diodes Avalanche SV : Varicaps ; SZ : Diodes Zener Le numéro de série a la même utilité que celui des JEDEC. Le suffixe (optionnel) indique que le type est approuvé par différentes organisations Japonaises. Remarque : Du fait que le premier chiffre des transistors commence toujours par 2 suivi du S, ces deux premiers caractères sont souvent "oubliés" sur le marquage du boîtier, par exemple un 2SC733 sera marqué C733. Pro-electron Cette codification prend la forme : [deux lettres] [une lettre] [numéro de série] [suffixe] Exemple : BC557B La première des deux lettres indique le matériau : A = Germanium ; B = Silicium ; C = Arséniure de Gallium ; R = Matériau composé 42 La deuxième lettre indique le champ d’application du circuit : A : Diode, RF ; B : Varicap ; C : Transistor, AF, faible signal ; D : Transistor, AF, puissance ; E : Diode Tunnel ; F : Transistor, HF, faible signal K : Circuit Effet Hall ; L : Transistor, HF, puissance ; N : Optocoupleur P : Circuit sensible aux radiations ; Q : Circuit produisant des radiations R : Thyristor, Faible puissance ; T : Thyristor, Puissance U : Transistor, puissance, commutation ; Y : Rectifieur Z : Diode Zener, Diode régulatrice de tension La troisième lettre indique que le circuit est plutôt destiné à un usage industriel ou professionnel qu’à un usage domestique. Il s’agit souvent des lettres W, X, Y ou Z. Le numéro de série a la même utilité que les autres codes de marquage. Le suffixe (optionnel) indique le groupe de gain comme pour les JEDEC exemples : BC108A, BAW68, BF239, BFY51, BC547B etc… A l’exception de JEDEC, les fabricants aux normes JIS et Pro-electron introduisent souvent leurs propres types pour des raisons commerciales (par exemple afin de placer leur nom dans la référence du circuit). Les préfixes de marque les plus communs sont : -MJ : Motorola, puissance boîtier métal -MJE : Motorola, puissance boîtier plastique -MPS : Motorola faible puissance boîtier plastique -MRF : Motorola transistors HF, VHF et micro-ondes -TIP : Texas Instruments transistor de puissance boîtier plastique -TIPL : Texas Instruments transistor de puissance planar -TIS : Texas Instruments transistor faible signal boîtier plastique -ZT, ZTX : Ferranti Les diodes Afin de pouvoir remplacer la référence d’une diode, il faut voir ses caractéristiques électriques. Une diode est caractérisée par : - IO, IF ou IFAV (Average Forward current), courant moyen direct qu’elle peut écouler - IF RMS (RMS Forward current), courant efficace direct qu’elle peut écouler - IFM ou IFPM (Forward Peak current), courant de pointe répétitif admissible - IFSM (Forward Surge non repetitive Maximal current), courant de pointe non répétitif admissible - VRRM (Repetitive Reverse Maximal voltage), tension inverse de pointe répétitive - VFM (Forward Maximal voltage), valeur maximale de la chute de tension à l’état passant. Commutation à la fermeture : 43 Si le courant dans la diode s’installe avec un fort di/dt, la tension directe aux bornes de la diode présente une pointe VFP (Peak Forward voltage). Cette pointe est d’autant plus grande que la tension de blocage est élevée et que la commutation au blocage est rapide. Commutation à l’ouverture : Le IRM étant atteint, la tension s’établit aux bornes de la diode et le courant dans la diode passe de IRM à zéro plus ou moins rapidement selon le type de diodes. En cas de fort dir/dt, on peut observer une surtension aux bornes de la diode à cause des diverses inductances de ligne qui n’ont pas pu être découplées. La commutation au blocage est caractérisé par : -trr (Reverse Recovery Time), durée entre le passage du courant par zéro et son retour à 0,25 IRM. -tri/tr (soft recovery ratio), facteur de douceur -Qr, quantité d’électricité correspondant au courant inverse pendant ce transitoire. Afin de sélectionner une diode, il a fallu respecter les grandeurs des principales caractéristiques électriques. En parcourant les documentations techniques des diodes, on se rend compte que depuis les deux dernières décennies, le temps de recouvrement a beaucoup diminué. Cela ne pose pas de problème de remplacer une diode par une autre ayant un trr inférieur. On se rend compte aussi que les courants de pointe supportable ont jusqu’à doublé, elles sont de plus en plus solides électriquement. Les LEDs Comme pour les diodes, ce qui caractérise électriquement les LEDs est le courant direct IF et la tension VF. Il y a en plus de cela la couleur de la LED, ainsi que son intensité lumineuse et l’angle de vision. Les LEDs étant utilisées pour la détection des défauts lors des tests, ces deux dernières caractéristiques ne représentaient pas un critère essentiel pour le choix d’un de ces composants. Il n’y a pas de couleurs ‘spéciales’ : seul les couleurs rouge, jaune et vert sont utilisées sur les cartes électroniques du tramway. Il arrive que les cartes comportent des éléments à multi-LED, c’est un composant qui comporte une série de LEDs. Ces composants ne se fabriquent plus aujourd’hui mais sont facilement remplaçables par une série de plusieurs LEDs uniques. 44 La gamme de fréquence du spectre lumineux émit par la LED varie selon sa couleur. Le graphique montre l’intensité lumineuse de la lumière diffusée en fonction de l’angle de vue. Les caractéristiques des nouvelles diodes proposées varient autour de cette courbe. Les transistors. Dans le but de pouvoir remplacer un transistor par un autre, il faut d’abord voir ce qui caractérise un transistor de puissance : - A l’état bloqué (iB=0), le courant de fuite iC est très faible. La tension maximale supportée par le transistor à l’état bloqué dépend de la polarisation de la jonction baseémetteur. - VCE0, VCER, VCEX : tension Collecteur Maximum - VCEO : Base ouverte - VCER : Base reliée à l’émetteur par une résistance - VCEX : Jonction Base Emetteur polarisée en inverse - On caractérise le transistor par le courant IC qu’il peut écouler en régime continu. On indique aussi la valeur instantanée ICM qu’il peut tolérer en impulsions ou pendant les commutations. Les transistors utilisés sur les cartes électroniques sont presque tous des transistors bipolaires. Le tramway n’utilise pas les technologies des IGBT et très peu les transistors à effet de champs comme les FET ou les MOS. Dans certains domaines de tensions et de courant, ces nouvelles technologies développées depuis ces vingt dernières années ont supplantés les transistors bipolaires. Ainsi, dans certains cas, il est inévitable de remplacer du bipolaire par les autres. Malheureusement, il peut y avoir des problèmes au niveau des empreintes car les boîtiers sont généralement différents. III.2.D – Les circuits intégrés. Les circuits logiques En ce qui concerne les circuits logiques, les caractéristiques électriques et de temps de réponse n’ont pas beaucoup évoluées, si ce n’est une amélioration des facultés des entrés à accepter des tensions de plus en plus faibles. En contrepartie, dans ces extrêmes, l’aptitude du circuit logique à remplir ses fonctions diminue fortement. Ce défaut est similaire à celui des températures élevées, faiblesse commune à tous circuits intégrés qui réagissent de la même manière sur les caractéristiques du composant. 45 Pour pouvoir remplacer un circuit logique, il existe, pour la majorité des références, des familles représentées par des lettres et des numéros qui sont utilisées par tous les fabricants. L’exemple ci-dessous montre un multivibrateur monostable de précision et on remarque que la codification ‘74HC4536’ est utilisée par tous les fabricants. Comme nous l’avons vu dans la partie sur les plages de températures, la quasitotalité des circuits logiques utilisent des composants fabriqués par Texas Instrument. Leur nouvelle gamme de températures faisant qu’il est impossible de se fournir chez eux, il y a nécessité de se fournir ailleurs. Malgré le fait que les documentations techniques montrent que les nouveaux composants sont susceptibles de remplacer les composants actuels, il se pose la question de la capacité d’un nouveau composant à fonctionner parmi d’anciens de chez TI. Certains composants sont très spécifiques, comme le SN5413J qui contient deux portes ET à quatre entrées et avec un trigger de Schmidt en entré du composant. Or il existe des composants qui ont aussi deux portes ET avec quatre entrées mais sans trigger. Ainsi, il y a ici la nécessité de rajouter sur la carte une bascule de Schmidt en plus du nouveau composant. Un autre exemple de composant spécifique est le AD532SD. Ce circuit intégré de chez Analog Devices réalise la fonction suivante : (X1-X2)(Y1-Y2)/10 V. Ce circuit est très spécifique. Si on souhaite vraiment trouver un composant de substitution, il faut trouver un circuit qui réalise une opération approchant celle-ci et qui puisse remplacer celui-ci. Le AD734AN réalise la fonction suivante : A0[(X1-X2)(Y1-Y2)/(U1-U2)-(Z1-Z2)]. Ce composant plus complexe que le précédent permet néanmoins de réaliser la première 46 fonction : il faut alors mettre les entrées A0 et U1 au niveau haut et les entrées U2, Z1 et Z2 à la masse : une re-conception locale de la carte s’impose donc. Les régulateurs de tension. Les régulateurs de tensions sont beaucoup plus fiables que les diodes zener. L’évolution de ces composants s’est portée principalement sur les tensions d’entrée. En effet, les régulateurs sont plus flexibles sur les tensions d’entrée minimales qui sont plus proches de la tension à réguler et plus flexibles sur la tension d’entrée maximale qui est de plus en plus élevée. En général, les tensions demandées en sortie sont des tensions ‘courantes’ : 5 V ou 15 V, ainsi, il est facile de trouver un régulateur pour ces tensions ‘normalisées’. Les microprocesseurs. Les microprocesseurs sont les composants qui ont souffert et qui souffrent le plus de l’obsolescence. Les leaders du marché demandant des composants de plus en plus performant et vérifiant la loi de Moore établie au milieu du 20ème siècle veulent que la puissance des microprocesseurs soit multipliée tous les ans par deux. Cette loi qui a été revue à la baisse est toujours applicable aujourd’hui et la puissance de ces composants a évolué exponentiellement au cours de ces cinquante dernières années. Ces amélioration ont porté sur : - Une Augmentation de la vitesse interne du microprocesseur (augmentation de la fréquence de l'horloge). Ceci augmente la vitesse de traitement des données. Ceci n'est pas valable sans augmenter le nombre d'informations transférées sur un laps de temps donné, d'où le point 2 - Une Augmentation de la vitesse de transfert sur les bus de données / adresses. Ceci va permettre d'apporter plus d'instructions et de données à traiter au processeur dans un laps de temps donné, d'où moins d'attente. - Une Augmentation du nombre de lignes de données. Le processeur peut donc transférer plus d'instructions (ou de données) 8 bits à chaque cycle d'horloge. Ceci est similaire à l'augmentation du nombre de voies de communication d'une autoroute qui augmente le nombre de voitures susceptibles de transiter sur un laps de temps donné. - Une Modification de périphériques externes (plus rapides ou nombre de lignes de données supérieures). Ceci va augmenter les performances vers l'extérieur. En effet, les processeurs sont nettement plus rapides que les périphériques. Le cas du clavier est un bon exemple. - Une Augmentation de la vitesse de la mémoire. - Une Modification internes des processeurs, en gardant la compatibilité avec les anciennes instructions: traitement plus rapide de chaque instruction. - Des Mémoires tampons pour assurer des temps d’attente entre le moment où le processeur demande l’instruction et le moment où il la reçoit plus court. C'est ce que l'on appelle les mémoires caches. Il est donc aujourd’hui impossible de trouver un microprocesseur équivalent à ceux présents sur les cartes électroniques du tramway. Il s’agira ici de trouver un composant globalement ressemblant, qui soit inévitablement plus puissant mais qui en réalité, ne nécessite pas cette amélioration. Il faut notamment faire attention aux tensions demandées par les nouveaux microprocesseurs qui ont beaucoup variées depuis ces dernières années. 47 III.2.E – Les relais, les transformateurs et les thyristors. Les relais Les relais sont des composants qui ont aussi beaucoup évolués : les relais électroniques remplacent avantageusement dans beaucoup de situations les relais électromécaniques utilisés actuellement sur les tramways. Ainsi, on comprend que tous les relais présents sur les cartes sont devenus introuvables sur le marché. Il y a malgré tout deux références de relais construites par la société American Zettler, qui produit depuis de nombreuses années ce genre de composants. Ils en ont fait leur spécialité et on retrouve dans leur catalogue certains relais utilisés sur les tramways. Quant aux autres relais, la meilleure solution est de retrouver ces relais en effectuant un stock de fin de vie. Il faut aussi faire attention dans certains cas à la vitesse de commutation du relais. Sur la carte CHO, il faut prendre en compte ce paramètre. Cette carte vérifie que la forme du signal émis par la première horloge est correcte. Sinon, la carte détecte l’erreur et commute pour que le système soit géré par une deuxième horloge. Cette carte est principalement composée de relais, dont un où sa commutation est volontairement ralentie par un condensateur de 22mF. En effet, le condensateur est placé en parallèle avec le relais pour qu’il se charge durant une courte durée, ralentissant la commutation du relais afin d’éviter un court-circuit sur le système. Un changement de relais électromécanique par un relais électronique par exemple pourrait neutraliser la fonction du condensateur car les temps de commutation des relais électroniques sont bien plus courts que ceux des relais électromécaniques. Il y a donc risque de court-circuit si on n’augmente pas aussi la valeur du condensateur. Les transformateurs. Il y a sur les cartes électroniques du tramway des transformateurs. Sur les cartes BCE, ces transformateurs assurent un rôle sécuritaire. Ils sont qualifiés de transformateurs d’isolement et sur les cartes CVS, ils jouent le rôle de transformateurs de puissance. Les transformateurs sont réalisés sur mesures, ils ne sont pas standardisés. Même si la directive ROHS touche aussi ces composants, ce sera au constructeur que reviendra le travail de respecter cette norme. Les thyristors. Un seul thyristor apparaît sur la liste des composants. Il est placé sur la carte frein. Cette technologie est de moins en moins utilisé car de manière général, les thyristors les plus utilisés sont les thyristors asymétriques qui contrairement aux thyristors symétriques, supportent à l’état bloqué une tension en directe très supérieure à celle en inverse. On les trouve dans les onduleurs et quelques types de hacheurs. Or, l’utilisation des thyristors asymétriques a progressivement disparu des convertisseurs à commutation forcée au profit du GTO. Les principales différences entre le GTO et le thyristor sont : - le GTO se commande à l’amorçage et au blocage (le GTO a la possibilité d’extraire ses charges stockées par sa gâchette, contrairement au thyristor). - afin de réduire les temps de commutation au blocage, un ‘court-circuit’ d’anode a été réalisé par l’intermédiaire d’une jonction N+. Dans ce cas, le GTO ne supporte pas de tension inverse. 48 III.3 – Constitution d’un stock de fin de vie. Après avoir recherché des composants potentiellement aptes à remplacer ceux actuellement présent sur les cartes du tramway, j’ai essayé de voir s’il était possible de constituer un stock de fin de vie des composants obsolètes ou en voie d’obsolescence. Le problème qui se pose est que pour la majorité des références, ils sont introuvables sur les fournisseurs habituels. Pour donner une idée, en mettant en commun les stocks de différents fournisseurs courant (Farnell, Radiospares, Sourcelec, Avnet), seulement la moitié des composants en voie d’obsolescence est disponible. En naviguant sur Internet, on se rend compte que l’obsolescence des composants électroniques est une activité lucrative. En effet, beaucoup de sociétés se sont spécialisées dans cette branche. Il existe deux sortes d’entreprise : - l’entreprise qui joue le rôle de « journal des petites annonces », ils font payer les particuliers/entreprises qui veulent montrer sur un site leur surplus de stock. L’acheteur peut consulter la liste des composants qui regroupe les stocks de tous les particuliers et il peut demander gratuitement à être en contact avec l’annonceur. Cette entreprise joue ici un rôle passif, elle n’intervient en rien dans les commandes. - l’entreprise qui gère les commandes entièrement. Soit l’entreprise a un début de stock, soit elle a des clients potentiels qui sont prêts à se séparer de leur stock. L’avantage de faire affaire avec ces entreprises pour constituer un stock de fin de vie est qu’il n’y a pas à se soucier de la similitude d’un éventuel composant de remplacement. Mais d’un autre côté, les composants peuvent être d’occasion, ce qui peut nuire à la fiabilité du composant. L’autre défaut de cette solution est le prix qu’il faut mettre pour obtenir ces composants. En effet, comme ils sont devenus obsolètes, certaines personnes qui avaient anticipé le phénomène ont constitué un stock pour pouvoir les revendre à des prix élevés. Deux fichiers Excel ont été créés : l’un pour les composants en voie d’obsolescence et l’autre pour les composants obsolètes. Chacun des fichiers indique le nombre de composant de chaque référence dans chaque carte avec son total. 49 Les autres colonnes indiquent le nom exact de la référence que l’on peut trouver sur Internet, les autres montrent leur statut par rapport aux fournisseurs. Pour faire des devis moins coûteux, les distributeurs proposés pour les composants en voie d’obsolescence sont soit des distributeurs ‘habituels’, soit des distributeurs européens comme Electronipool et o2xygen qui sont respectivement des entreprises allemandes et franco-anglaise. Pour les composants électroniques obsolètes, les distributeurs sont soit des entreprises européennes, soit des entreprises qui traitent au niveau international, généralement nord-américaine comme Netcomponent ou Crosscomponents. III.4 – Comment gérer l’obsolescence des composants ? L’obsolescence d’un composant est une donnée factuelle du marché et une caractéristique intrinsèque d’un produit commercial. C’est en effet la demande du marché qui conditionne pour tout composant une durée de vie commerciale plus ou moins longue : Ainsi, la durée de vie d’un composant dépend de l’influence d’un environnement complexe faisant intervenir le cycle de vie des marchés, les volumes et les coûts de production de composant, les technologies employées et le rythme de leur évolution, le nombre d’acteurs sur le marché… 50 Ces caractéristiques sont difficilement compatibles avec les principes de qualification de définition et les durées de vie des équipements et des systèmes aéronautique et militaire. C’est pour cela que ces domaines n’ont d’autre choix que d’utiliser les composants disponibles pour les marchés civils. C’est leur seul moyen d’accéder aux composants performants qui sont désormais destinés aux applications innovantes. Cela évite un marché spécifiquement militaire dont la pérennité est incertaine. Cela peut être utile pour les civils, nous l’avons vu pour les plages de température des composants actifs où seul des composants du domaine militaire ne pouvaient convenir. III.4.B – Un travail de prévention. Une stratégie pour la prolongation de la durée de vie. Les exigences dans la souplesse d’un programme (développement, industrialisation, tranches de production, maintenance…) et les perspectives d’évolution des technologies et des composants doivent permettre au maître d’œuvre de définir au plus tôt du programme la stratégie de durabilité du système la mieux adaptée (planification des re-conceptions locales ou globales de la définition, stocks de sécurité…). De même pour chaque équipementier qui doit définir la stratégie de pérennisation de son équipement en cohérence avec la stratégie système. Logique de définition de la stratégie de pérennisation Les prévisions de disponibilité de nouvelles technologies sur le marché doivent permettre d’envisager l’insertion de ces technologies dans le but d’améliorer les performances et de réduire les coûts dans le futur. Les prévisions d’obsolescence des principaux composants et des technologies de composants doivent permettre d’estimer l’évolution du taux d’obsolescence des équipements et du système. Les données d’échelonnement du programme dans le temps doivent permettre d’évaluer la pertinence d’une stratégie de re-conception compte tenu des quantités de matériels à fabriquer et de positionner les opportunités de re-conception en fonction de l’évolution du taux d’obsolescence. Les quantités de matériels à fabriquer dans une définition donnée permettront d’évaluer les quantités pour la constitution de stocks de sécurité. 51 La stratégie retenue permettra ainsi au maître d’oeuvre et aux équipementiers de cadrer les solutions de traitement à venir en fonction des re-conceptions planifiées, ou pas. La prise en compte des obsolescences en conception Le management de l’obsolescence des composants ne se limite pas à la gestion de la disponibilité commerciale des composants, il commence entre le maître d’œuvre et le maître d’ouvrage dès les phases de spécification du système et continue lors de la conception des cartes et équipements. Une idée pour simplifier les re-conceptions locales et l’insertion de nouvelle technologie est de noter les performances minimales de chaque composant/système à tous les niveaux de description. Ce travail de concepteur permettrait d’une part la conception d’architectures ouvertes et modulaires plus tolérantes à l’obsolescence et d’autre part une accessibilité plus aisée pour les schémas et autres nomenclatures. Les choix d’architectures doivent se baser sur les standards du marché reconnus ou en devenir (langages logiciel, interfaces…). Les solutions doivent être distinguées sous forme de blocs fonctionnels éventuellement réutilisables s’insérant dans une approche de conception par sous-partie. L’objectif étant de favoriser des re-conceptions partielles avec des requalifications limitées. Pour chaque fonction ou sous-partie, les caractéristiques de performance dimensionnantes dans l’application doivent être définies lors de la spécification de besoin et confirmées lors de la conception afin de faciliter dans le futur, le remplacement des composants devenant obsolètes. La conception doit être réalisée à partir de listes de composants préférentiels et faire l’objet d’une revue critique des choix afin d’anticiper les risques d’obsolescences. Pour chaque composant, les évolutions technologiques doivent être anticipées et intégrées lors de la conception : - anticiper les évolutions de capacité mémoire, - les FPGA ou CPLD seront plus rapides, attention aux aléas des logiques combinatoires, toute conception ciblée sur un composant d’un certain grade en 52 rapidité, doit pouvoir être ciblée sur le même type de composant de grade plus rapide. - les temps d’accès des mémoires (Sram, FIFO, etc.…) diminuent, concevoir avec des temps d’accès quasi nuls. - attention lorsque la consommation est critique, l’obsolescence de composants lents, notamment les mémoires, imposera le remplacement par des composants plus rapides, et, en général consommant plus. Ce type d’évolution doit être anticipé en conception et en spécification. - anticiper l’évolution de tension d’alimentation des composants complexes (FPGA, DSP,…). Les coeurs de FPGA sont passés en tensions d’alimentation de 5 V à 3.3 V, puis à 2.5 V et 1.8 V, et demain ils passeront à 1.2 V, puis 1 V… - prévoir si nécessaire des doubles implantations. La sélection des composants en conception Compte tenu de l'évolution rapide des technologies, de la croissance du nombre de composants nouveaux introduits sur le marché chaque année, et de leur faible durée de vie commerciale, le choix des composants et des technologies effectué par le concepteur devient difficile, il peut engager la société sur plusieurs décennies. Seul, le concepteur n’est pas forcément bien équipé pour effectuer le meilleur choix de composants. Une étroite collaboration entre les concepteurs, et les différents services de l’entreprise est nécessaire, elle permet par des échanges et une réunion des expériences d’anticiper les risques et les obsolescences. La sélection des composants doit être réalisée en prenant en compte les critères de choix suivants : - sélectionner des composants dont la commercialisation et la production est croissante ou juste mature, éviter les technologies en déclin ou juste émergentes (par rapport à leur cycle commercial de vie), - sélectionner le « bon boîtier » (ni de boîtiers en déclin, ni de boîtiers émergents avant d’avoir la certitude que le boîtier deviendra un standard), - sélectionner le couple fabricant/modèle leader dans le domaine et positionné sur des marchés porteurs, - sélectionner des composants en tenant compte de l’existence de secondes sources ou de composants à spécification équivalente, - éviter les composants destinés à des marchés dont les produits possèdent un cycle de vie très court (GSM, consumer, …), - réduire le nombre de modèles et de fournisseurs. Cette opération permet en général une augmentation relative du chiffre d'affaire avec le fournisseur, et par conséquent fiabilise les relations ; il doit en découler une meilleure détection des obsolescences. - sélectionner les fabricants et les fournisseurs en tenant compte de la maturité et de l’efficacité de leurs processus de gestion des obsolescences, - proposer aux concepteurs une liste de composants "standardisés", dont l'espérance de vie commerciale est jugée satisfaisante et qui donneront lieu à un suivi particulier (liste de composants préférentiels). - réaliser des revues de choix des composants dès la définition de l’architecture, afin d’identifier les risques d'obsolescence des composants dimensionnants et réorienter le concepteur vers une solution viable pour le projet. La surveillance des risques d’obsolescences L’objectif de la surveillance des risques d’obsolescence est de permettre au projet, puis au programme d’anticiper l’obsolescence afin d’en minimiser ses conséquences. Elle doit être réalisée une fois les composants sélectionnés en conception, et « entretenue » sur 53 la durée du programme par des revues périodiques des risques d’obsolescence. Plus particulièrement les étapes clés où cette surveillance s’impose sont : - la fin de la conception détaillée de l’équipement, - l’entrée en qualification de l’équipement, - la mise en série de l’équipement, - le démarrage d’une nouvelle tranche de production. L’évaluation des risques d’obsolescence est réalisée grâce à l’analyse des composants des nomenclatures. Le risque d’obsolescence d’un composant dépend de deux facteurs : - de la probabilité de l’obsolescence, - de ses conséquences sur le système. Pour chaque composant on pourra quantifier en terme de criticité le risque d’obsolescence. La criticité est le produit de la gravité et de la probabilité d’une obsolescence. Afin de permettre une quantification du risque, chacune des composantes pourra être affectée d’un coefficient (1, 2 ou 3) : Les criticités 1, 2, 3 sont considérées comme mineures. Les criticités 4, 6, 9 sont considérées comme majeures. ● Probabilité d’obsolescence La probabilité d’obsolescence sur une période donnée est fonction de la position du composant dans son cycle de vie. Elle est totalement dépendante de l’état du marché au moment de l’analyse. L’évaluation de la probabilité d’obsolescence d’un composant dépend de l’apparition d’un évènement redouté pouvant provoquer l’obsolescence. Ainsi, les informations techniques et commerciales, l’expérience et la veille technologique permettent d’évaluer cette probabilité à travers le suivi d’indicateurs de l’obsolescence : - Indicateur Fabricant : sa situation financière, le positionnement du fabricant par rapport à la concurrence, son métier de base, sa capacité de production et accords de sous-traitance. - Indicateur Technologie : le positionnement de la technologie dans le portefeuille technologique du fabricant, le positionnement par rapport aux technologies de la concurrence, le positionnement de la technologie sur son cycle de vie. - Indicateur Produit : le positionnement du produit dans le portefeuille produit du fabricant (performance,prix), le positionnement par rapport à l’offre de la concurrence (performance, prix), le volume relatif de production, la date d’introduction, la périodicité des évolutions technologiques. La probabilité doit être estimée pour une période de durée suffisamment longue pour permettre la mise en oeuvre d’actions correctives et suffisamment courte pour fiabiliser 54 l’estimation (par exemple : probabilité d’obsolescence dans les 2 ans). La valeur du coefficient de probabilité est attribuée de la façon suivante : - Coefficient 1 : Probabilité ressentie faible - Coefficient 2 : Probabilité moyenne ou difficile à apprécier - Coefficient 3 : Probabilité ressentie forte. ● Gravité de l’obsolescence La gravité représente l’estimation des conséquences de l’obsolescence en terme de coût(s), de délai et de performance de l’équipement ou du système. - Coefficient 1 : Remplacement possible par un composant compatible fonctionnellement, mécaniquement et électriquement. -Coefficient 2 : Remplacement possible par un composant nécessitant une validation importante, et/ou une re-conception locale du circuit imprimé. -Coefficient 3 : Re-conception de la carte nécessaire avec des conséquences sur les niveaux supérieurs (interfaces, logiciel, qualification…..) Réduction des risques d’obsolescence. Lors de l’analyse périodiques des nomenclatures, les solutions de traitement permettant de réduire les risques seront détaillées pour tous les composants présentant un coefficient de gravité de 2 ou 3, ceci quelle que soit la probabilité d’obsolescence. Cela permettra de déclencher le traitement en fonction de l’évolution de la probabilité d’obsolescence et donc de la criticité. La revue des risques d’obsolescence au niveau projet et au niveau programme décidera en fonction de l’évolution des criticités le déclenchement à titre préventif ou curatif des solutions de traitement, afin de limiter les effets de l’obsolescence. Logique de réduction des risques d’obsolescence Certains facteurs devront être pris en compte pour aider à la décision de mise en œuvre d’une solution de traitement. Ainsi, on favorisera le traitement d’un risque d’obsolescence à titre préventif si au moins une des conditions suivantes est remplis : 55 - le risque est majeur, - l’industriel n’a pas l’assurance de recevoir en temps et en heure le préavis d’obsolescence du fabricant, - le délai de traitement est long. Par contre, on favorisera le traitement d’un risque d’obsolescence à titre curatif lorsque les conditions suivantes sont réunies : - l’industriel a l’assurance de recevoir en temps et en heure le préavis d’obsolescence du fabricant, - le délai de traitement est court et compatible du délai de préavis. L’évaluation pour chaque carte ou module du pourcentage de composant dans chaque niveau de criticité permettra de suivre le taux d’obsolescence de la carte et facilitera la décision de re-conception. III.4.C – Une intervention ciblée. Pour mener à bien le traitement curatif, il est très important d’avoir rapidement connaissance des avis d’obsolescence émis par les fabricants afin d’anticiper les diverses solutions de remplacement sans affecter les programmes en cours. Le traitement exige une organisation industrielle devant permettre entre autres : - la détection des obsolescences le plus tôt possible, - l’analyse critique des informations d’obsolescence, - la diffusion de l’information d’obsolescence, - la présentation des solutions technico-économiques de traitement, - le choix du traitement, - le contrôle du bon déroulement du traitement adopté. Détecter les obsolescences et identifier les cas d’emploi. Les moyens de détection et de d’attribution des avis obsolescences sont divers : - information provenant de courriers fabricants ou fournisseurs, exemple : par la diffusion de LBO (Last Buy Order), - rencontres périodiques avec les fournisseurs ou les fabricants, - consultation des sites fabricant sur Internet, - échange d’informations lors de réunions d’entreprises. Il faut distinguer arrêt de distribution ou de commercialisation d’une référence et arrêt de production du produit toutes références confondues. Après vérification et confirmation de l’information, il est alors nécessaire d’identifier les cas d’emploi et d’évaluer les besoins : - identifier dans des systèmes actuels et anciens tous les matériels qui utilisent le composant. - analyse des besoins pour les en-cours, les productions futures et le SAV. - évaluer pour les matériels déjà installés les stocks nécessaires à maintenir et la durée de leur maintenance. - recourir en dernière extrémité à la récupération de composants déjà câblés sur des maquettes, prototypes ou équipements installés que l’on prévoit de remplacer par des produits plus récents. Diffuser l’information Par l’intermédiaire du correspondant ayant en charge l’obsolescence des composants et le contrôle du bon déroulement du traitement adopté et le suivi des procédures, l’information d’obsolescence doit être transmise le plus rapidement possible en direction 56 de correspondants compétents : - pour l’analyse de solutions de remplacement ou redesign : technologue, chef produit, chef projet. - pour déclencher les commandes de stock ou de demande d’échantillons de produits de remplacement : direction des achats, programmes. - pour analyser les stocks, et les besoins de production, les besoins du service après-vente : direction industrielle, service des approvisionnements, gestion de production. L’information donnée doit être suffisamment précise pour que les besoins des cas d’emploi identifiés soient pris en charge par les différentes directions citées ci-dessus. Sélectionner et mettre en œuvre les solutions de traitement Les solutions de traitement face à une obsolescence prévue ou annoncée sont diverses mais elles n'entraînent pas toutes les mêmes risques ni les mêmes coûts : Cette appréciation doit être pondérée par les conséquences de la solution choisie sur le coût de production de l’équipement. L’intégration et donc la reconception étant en général facteur de diminution des coûts : 57 ● Constitution d’un stock de fin de vie Trois solutions se présentent : - un dernier approvisionnement du composant, possible dans la période transitoire où le fabricant accepte encore une dernière passation de commande, et si l’obsolescence a été détectée durant cette période transitoire. Or, les fabricants ne préviennent pas systématiquement leurs clients, et d’autant moins, s’ils n’ont pas passé de commande durant les 18 derniers mois. - recours à des stocks existants (dormants) chez les distributeurs ou autres brokers spécialisés dans la recherche de composants obsolètes. Cette solution entraîne un risque sur la qualité et la traçabilité des composants. De plus, le date-code des composants peut être ancien (> 5 ans) - «cannibalisation» de composants : cela consiste à réutiliser des composants «d’occasion» ou qui n’ont pas été utilisés par ailleurs (autres programmes, autres clients,…). De la même manière, elle entraîne un risque sur la qualité et la traçabilité des composants, d’autant plus qu’il n’y a pas de garantie du fournisseur. - Coûts de stockage (m2 et infrastructure des magasins, achat composants, contrôle composants en entrée et/ou périodique, frais financiers…), - Risque de stocker des composants défectueux et/ou en voie de dégradation, - Risque de stocker des composants en nombre insuffisant, - Stockage restrictif des composants à péremption. - Les spécifications des composants à stocker sont conformes à celles des produits en nomenclature → pas de requalification. Inconvénients Avantage ● Remplacement par une autre référence commerciale du composant Cette solution n’est possible que lorsque l’obsolescence concerne l’arrêt de commercialisation d’une des références du composant (celle en nomenclature) et non pas l’arrêt total de sa production chez le fabricant : - lorsque le composant a fait l’objet d’une multiplication importante des références par le fabricant et les administrations. - lorsque la référence commerciale est modifiée par un rachat du fabricant ou du fait d’une évolution technologique ne dégradant pas l’aptitude du composant. - Incidence limitée sur le plan technique si l’échange est à quasi iso-spécification électrique et mécanique. - Risque sur les coûts d’achat si passage à un niveau de qualité supérieure, - Risque de remise en cause de l’aptitude si passage à un niveau de qualité inférieur. Avantage Inconvénients 58 ● Remplacement par un composant «catalogue» à spécification équivalente Elle consiste au remplacement du composant obsolète par un composant à spécification équivalente commercialisé par un autre fabricant. - Recours à des produits seconde source du marché concurrentiel : le risque associé à cette solution est de sélectionner une fausse seconde source technique bien que vraie seconde source commerciale. C’est le cas lorsque les fabricants signent des accords de revente de composants sous leur propre appellation alors qu’en fait ils sont issus de la même source. L’obsolescence de la première source entraînant tout naturellement celle des autres. - Recours à des produits seconde source du marché dit «après marché» : ce marché est alimenté par quelques fabricants spécialisés dans la fabrication et la commercialisation de composants obsolètes par leurs fabricants d’origine et qui en général leur fournissent leurs propres outils et/ou données techniques ; l’entreprise Comset Semiconductors du groupe Halfin par exemple, produit toujours des références présent sur les tramways. Cette solution permet de sélectionner des composant dont la reproduction est en général fidèle aux composants originaux. La qualité des composants doit faire l’objet d’une attention particulière. - Cette solution permet de rester à implantation identique grâce au marché des composants seconde source. - Le composant seconde source peut s’avérer non équivalent dans l’application concernée, - Cette option peut entraîner une requalification du composant ou/et de l’ensemble supérieur (carte, équipement) selon l’importance de la fonction du composant, - Risque sur les coûts d’achats lorsqu’il ne reste plus qu’une seule source, - Risque sur le niveau de qualité livré. Avantage Inconvénients ● Remplacement par un composant «catalogue» à spécification dégradée Cette solution n’est à envisager que lorsque celle à «spécification équivalente» n’est pas possible. Elle permet de retenir un composant à implantation identique mais dont l’aptitude (performances, qualité, fiabilité) peut être d’un niveau inférieur. Soit l’aptitude est suffisante pour l’application, soit elle ne l’est pas. Pour «amener» le composant à une aptitude suffisante pour les besoins de l’application, l’industriel doit mettre en oeuvre des opérations «lourdes» d’extension de performance (uprating) ou de deverminage (upscreening). Si cette approche n’est pas envisageable, l’industriel doit revoir à la baisse les exigences de l’application par la recherche des marges acceptables avec le client. Avantage - Pas de modification de la carte. - Etudes à réaliser pour statuer sur l’aptitude du composant, Inconvénients - Coût du tri des composants. ● Remplacement par un composant «spécifique» à spécification équivalente 59 Cette solution consiste à développer un composant nouveau ou à particulariser un composant existant, en conformité avec l’implantation et les performances du composant obsolète. Pour les composants à semi-conducteur, le remplacement peut se concrétiser selon la nature de la fonction électronique et de l’obsolescence, par : -Le développement d’un ASIC / FPGA / hybride -L’encapsulation de puce de semi-conducteur Cette solution fait appel aux compétences des «processeurs de puces» qui, la plupart du temps, prennent en charge l’encapsulation et le test final du composant une fois encapsulé. Dans ce cas, la puce peut être de même origine que celle du fabricant en nomenclature. Avantage - Pas de modification de la carte. - Risque sur le niveau de qualité de fabrication et des tests, - Partage délicat de la responsabilité de la garantie du produit fini entre le fabricant de la puce (fondeur) et l’encapsuleur, - Dans certains cas, les spécifications d’origine risquent de ne pas pouvoir être intégralement respectées, - Risque sur les coûts et délais de développement car produit spécifique, - Risque sur la pérennité de la solution si les quantités à produire sont peu motivantes pour le fournisseur. Inconvénients ● Re-conception locale de la carte imprimée Cette solution consiste à produire une nouvelle carte imprimée avec de nouveaux composants dont les implantations sont en général non compatibles avec ceux d’origine. L’objectif étant de garder (ou parfois d’améliorer) les caractéristiques globales et l’interfaçage avec l’ensemble supérieur. Cette méthode consiste à limiter localement la reconception de la carte, en remplaçant le composant obsolète par un composant nouveau au fonctionnement similaire, entraînant de fait la modification de quelques autres composants de son entourage immédiat. La solution n’est à retenir uniquement si l’ampleur de l’obsolescence sur la carte est limitée à un composant. - Re-conception minimale en coût et délai d’étude, de réalisation, de requalification. - Non-optimisation des équipes d’études pour cause de travaux parcellaires. Avantage Inconvénient ● Re-conception globale de la carte imprimée Cette solution consiste à re-étudier l’ensemble de la carte ; solution en général à envisager lorsque l’ampleur de l’obsolescence, touche ou menace, plusieurs composants de la carte. Il convient donc, lors de la reconception, d’apporter une attention particulière sur : - la compatibilité ascendante, en particulier lors de l’emploi de composants commerciaux, 60 - la portabilité des fonctions spécifiques de l’application d’une technologie vers une autre, - le juste niveau de validation et de qualification, - la mesure de la ‘vulnérabilité’ de la fonction re-conçue vis-à-vis des risques. Une reprise de configuration peut amener : - Une réduction du nombre de composants de la carte (intégration plus élevée), - Une réduction des coûts d’achat et de fabrication, - Des améliorations de performances et de fiabilité, - Un allégement du traitement des risques d’obsolescence. - Coûts et délais de la re-étude, de la requalification… Avantages Inconvénient 61 Glossaire ASIC : Application Specific Integrated Circuit, circuit intégré spécialisé qui regroupe en général un grand nombre de fonctionnalités uniques et/ou sur mesure. BCE : Une Baie de Contrôle Electronique est constituée d’un ensemble de cartes électroniques. Avec une ou plusieurs de ces cartes, elle intercepte, analyse et transmet les informations nécessaires aux fonctions permettant la bonne marche du véhicule. FIFO : First-in, First-out Memory, mémoire vive, jouant le rôle de file où l’ordre de sortie est identique à celui en entrée. FPGA : Field Programmable Gate Array, réseau de portes programmables in-situ, ils sont utilisés dans diverses applications nécessitant de l’électronique numérique. GTO : Gate Turn-Off Thyristor, thyristor blocable par la gâchette, c’est un interrupteur électronique utilise dans les dispositifs de forte puissance. RFQ : Request for quotation, il s’agit d’une invitation aux fournisseurs a indiquer des prix et des modalités et des conditions pour l’achat des composants électroniques. Des appels d’offres sont employés pour choisir un fournisseur. RoHS : Restriction of Hazardous Substances, une directive européenne qui sera en application le 1er juillet 2006 interdit une liste de produits contenus dans les composants électroniques. SRAM : Static Random Acces Memory, mémoire vive dont les temps d’accès avaient représenté une avancée importante pour la rapidité des processus informatique. 62 Conclusion Ce stage de dix semaines dans le service électronique tramway a été très instructif, il m’a rendu compte du rôle de ce service au sein de la maintenance. Les principales activités de ce service étant le dépannage, les tests/révisions des systèmes électroniques et la recherche de solutions aux différents problèmes rencontrés. J’ai ainsi pu remarquer que l’obsolescence était un problème central à toute activité : du dépannage où la nécessité de remplacement des pièces est nécessaire jusque dans le domaine de la recherche des nouveaux systèmes où le spectre de leur futur obsolescence qui aujourd’hui n’est que de deux-trois ans est très présent : il y a alors la nécessité d’étudier la capacité du système à être remplacé par les technologies futures. L’importance de l’obsolescence est appelée à croître avec la raréfaction des composants équivalents et la diminution du cycle de vie des composants. L’impact de l’évolution de la législation, telles les directives pour la limitation des matières dangereuses est également de nature à accélérer ce phénomène. Le problème touche tous les systèmes : je me suis rendu compte que contrairement aux idées reçues, ce problème touche aussi bien la génération des tramways Alstom qui utilise une technologie rudimentaire que les tramways Bombardier qui utilisent des technologies plus récentes. Un management des risques d’obsolescence des cartes électroniques devient donc incontournable pour pouvoir maîtriser les coûts et pour faire fonctionner le système encore plusieurs années. Elle repose sur une stratégie de durabilité des cartes qui se partage entre un management curatif des obsolescences déclarées et un management préventif des risques d’obsolescence. Le problème et sa gravité, nous l’avons vu, diffèrent selon la nature des composants. L’action de remplacement engendre des frais pour les tests de compatibilité. Sinon, la SEMITAN dispose de plusieurs solutions, il peut y avoir une action de sous-traitance, comme l’intervention d’une entreprise spécialisée dans les veilles technologiques ; il peut y avoir la constitution d’un stock fin de vie, dans ce cas, il faudra faire l’analyse des besoins de composants qu’il y a eu dans le passé ou seul un technicien ayant de l’expérience peut le réaliser à cause du manque d’historique des consommations de composants. Il faut aussi effectuer une recherche des stocks existants dans le magasin de l’atelier où l’absence de spécialiste en composants électronique a des conséquences sur la qualité de l’inventaire des stocks. Les actions inter-entreprise sont aussi une possibilité pour résoudre le problème : une mise en commun des stocks de composants peut être effectuée avec la SNCF par exemple. D’un autre point de vue, le stage m’a fait connaître le fonctionnement d’une grande entreprise, notamment les problèmes de communication entre les différents services qui peuvent intervenir. C’est le cas de la gestion préventive de l’obsolescence, lésé par la volonté d’économie à court terme. Cette imprudence, qui se traduit par la préoccupation d’autres problèmes se reflètera par des problèmes d’obsolescences imprévus qui malheureusement a un impact plus important sur les coûts financiers. L’enseignement théorique et pratique reçu durant ces deux dernières années à l’IUT a été bénéfique pour la compréhension globale du projet : le vocabulaire rencontré chez les fabricants et autres professionnels de l’électronique a été plus facilement accessible. L’électronique et l’EEP et en moindre mesure l’informatique industrielle ont permis une compréhension de l’aspect technique : les notes et les polycopiés des cours et TDs ont étés nécessaires comme base de travail notamment pour la compréhension de tous les composants et des documentations techniques. 63 Sommaire des annexes Annexe A : Localisation des appareils électriques sur la motrice M1 Annexe B : Localisation des appareils électriques sur la motrice M2 Annexe C : Journal officiel de l’union européenne Annexe D : Synoptique de la BCE. 64 Annexe A Localisation des appareils électriques sur la motrice M1 65 Annexe B Localisation des appareils électriques sur la motrice M2 66 Annexe C - Journal officiel de l’union européenne 67 68 69 70