Ingénierie des exigences dans le développement matériel

Soyons honnêtes : très peu de personnes se passionnent pour les exigences. Pourtant, chaque équipe hardware a déjà subi le coût d’exigences peu claires : des reprises qui apparaissent tardivement, ou une version construite qui ne répond pas réellement à ce que les parties prenantes avaient demandé. 

L’ingénierie des exigences (RE) est la discipline qui suit un processus structuré de définition, de documentation et de gestion des exigences afin que le produit final résolve le bon problème. Lorsqu’elle est bien appliquée, elle permet de détecter les erreurs tôt, de maintenir l’alignement de l’équipe et de donner à chacun l’assurance que ce qui est livré correspond bien à ce qu’il avait été convenu de construire.

Cependant, le terme prête souvent à confusion, car il trouve ses origines à la fois dans l’ingénierie logicielle et dans l’ingénierie système appliquée aux produits hardware. 

Dans cet article, vous obtiendrez une définition claire de l’ingénierie des exigences et de son rôle dans le développement de produits hardware. Nous présentons à la fois une vue d’ensemble théorique et un cadre pratique de son application dans un projet hardware, avec des exemples concrets ainsi qu’une liste des pièges les plus courants et des moyens de les éviter.

Points clés

• L’ingénierie des exigences aide les équipes hardware à transformer l’intention de conception en exigences claires et à maintenir l’alignement de toute l’équipe.
• Les exigences guident le projet depuis la planification et la conception initiales jusqu’aux essais, aux modifications et à la documentation finale.
• Un bon processus d’exigences aide les équipes de développement à détecter les problèmes tôt, à éviter des refontes coûteuses et à garantir que le produit final correspond à ce qui a été convenu.

Qu’est-ce que l’ingénierie des exigences ?

L’ingénierie des exigences est une approche systématique et rigoureuse de la définition, de la documentation et de la gestion des exigences pendant le développement de produits hardware.

Elle aide les équipes à comprendre le problème à résoudre, à clarifier et analyser les besoins des parties prenantes, à résoudre les conflits et arbitrages, à documenter ce que le produit doit accomplir et à maintenir cette compréhension à jour à mesure que le produit évolue.

En pratique, les exigences créent une compréhension partagée entre les parties prenantes et les équipes d’ingénierie de ce qui est construit, de la raison pour laquelle cela est construit, et de la manière dont l’équipe saura si le produit final respecte l’intention de conception.

Avantages de l’ingénierie des exigences

Lorsque la RE est bien menée, elle aide à éviter les malentendus et les erreurs coûteuses, maintient l’alignement de l’équipe et contribue à garantir que le produit final respecte ses exigences.

Les principaux avantages de la RE incluent :

• Vision partagée : Maintient l’alignement des parties prenantes, des responsables et des équipes d’ingénierie autour d’une même compréhension de ce qui est en cours de réalisation.
• Périmètre clair : Précise clairement ce qui fait partie du projet et ce qui n’en fait pas partie, ce qui aide à éviter les ajouts non maîtrisés, connus sous le nom de dérive du périmètre.
• Réduction des erreurs coûteuses : Aide à identifier les problèmes dans les exigences dès le départ, avant qu’ils ne se transforment en reprises de conception coûteuses, en nouveaux prototypes ou en cycles d’essais répétés.
• Amélioration de la planification et de l’ordonnancement : Donne aux équipes une vision plus claire de ce qui doit être construit, ce qui facilite l’estimation du travail et l’élaboration de calendriers réalistes.
• Amélioration de la qualité du produit : Aide à garantir que le produit final fait ce qui a été convenu et respecte les normes de qualité requises.

Évolution de la discipline de l’ingénierie des exigences

L’ingénierie des exigences trouve ses racines à la fois dans l’ingénierie système et dans l’ingénierie logicielle. Ces deux filiations se sont développées dans des contextes d’ingénierie différents, de sorte que le terme peut encore avoir une portée légèrement différente selon la source.

Dans le contexte de l’ingénierie logicielle, l’accent porte principalement sur les exigences de développement logiciel : ce que le logiciel doit faire, comment il doit se comporter et quels attributs de qualité il doit respecter. Les ingénieurs logiciel pensent en termes d’exigences fonctionnelles et non fonctionnelles documentées sous forme de user stories, de cas d’usage et de critères d’acceptation. Dans le contexte de l’ingénierie système, le périmètre est plus large. Les exigences concernent l’ensemble du système, y compris le hardware, le logiciel, les personnes, les processus, les interfaces, les conditions d’exploitation et les autres caractéristiques du système. Les ingénieurs système parlent d’exigences de niveau système déclinées en exigences hardware, mécaniques, électriques, firmware et de sécurité, enregistrées sous forme d’énoncés d’exigences formels et de matrices de traçabilité des exigences.

Dans le développement hardware, la RE réunit ces deux perspectives. Elle combine la rigueur et la portée pluridisciplinaire de l’ingénierie système, nécessaires pour traiter les coûts de nomenclature (BOM), les contraintes thermiques et les limites de fabrication, avec la traçabilité sur l’ensemble du cycle de vie utilisée en ingénierie logicielle pour garder les exigences testables et connectées tout au long du développement.

Disciplines liées à l’ingénierie des exigences

L’ingénierie des exigences est étroitement liée à d’autres disciplines du développement produit, en particulier l’ingénierie système et le product management.

Ingénierie système

L’ingénierie système considère un produit comme un système complet. Un ingénieur système veille à ce que les différentes parties, telles que le hardware, le logiciel, les pièces mécaniques et les essais, fonctionnent correctement ensemble et n’entrent pas en conflit.

Cela est étroitement lié à la RE, car les exigences donnent à toutes ces équipes une référence commune sur ce que le produit doit accomplir.

Si vous aimez les analogies, imaginez la construction d’une maison. Différents spécialistes travaillent sur les fondations, l’électricité, la plomberie et le chauffage, mais quelqu’un doit tout de même s’assurer que tous ces éléments s’assemblent réellement en une structure complète. L’ingénierie système joue exactement ce rôle dans le développement produit.

Product management

Le product management aide à décider quoi construire et pourquoi. Les product managers échangent avec les clients, étudient le marché, analysent les concurrents et travaillent avec l’entreprise pour déterminer quels problèmes valent la peine d’être résolus et quelles fonctionnalités sont les plus importantes.

Cela est également lié à la RE, car ces besoins clients de haut niveau et ces objectifs métier deviennent le point de départ de la définition des exigences produit.

Phases du processus d’ingénierie des exigences

Le processus de RE peut être organisé de différentes manières selon le domaine d’application, les personnes impliquées et l’organisation. Dans certains projets, les activités se déroulent principalement les unes après les autres, tandis que dans d’autres, elles sont répétées et réexaminées à mesure que l’équipe en apprend davantage.

Comme décrit dans un article publié dans la revue Requirements Engineering, une approche classique des manuels décompose le processus de RE en quatre activités principales (phases) :

• Recueil des exigences : collecte des exigences auprès des parties prenantes et d’autres sources afin de comprendre ce que le système doit faire et dans quelles conditions il doit fonctionner.
• Analyse et spécification des exigences : examen de ce qui a été recueilli, résolution des informations floues ou contradictoires, et transformation de ces éléments en exigences claires que l’équipe d’ingénierie peut utiliser.
• Validation des exigences : vérification que les exigences sont correctes, complètes et qu’elles décrivent bien ce que le système est censé accomplir.
• Gestion des exigences : suivi des exigences et de leurs changements dans le temps, y compris les raisons de ces changements et les autres exigences, travaux de conception ou essais qui peuvent être affectés.

Qui participe au processus

Plusieurs rôles clés interviennent dans le cadre de la RE et travaillent ensemble pour définir ce que le produit doit faire :

• Responsable des exigences : L’ingénieur qui prend des besoins vagues exprimés par les parties prenantes, pose les bonnes questions et les transforme en un ensemble d’exigences que l’équipe d’ingénierie peut réellement utiliser pour le développement produit. Il s’agit souvent d’un ingénieur système, d’un ingénieur principal ou d’une personne ayant une responsabilité similaire.
• Leadership produit technique : Les personnes qui communiquent avec la partie prenante ou métier, comprennent ses besoins, puis traduisent cette demande en un objectif produit clair. Cela peut inclure des Product Managers, des Program Managers ou des rôles similaires.
• Ingénieur de mise en œuvre : L’ingénieur qui utilise ces exigences définies pour concevoir et construire sa partie du produit, qu’il s’agisse de créer un schéma, de modéliser une pièce 3D ou d’écrire du logiciel ou du firmware. Cela peut inclure des ingénieurs en électronique, en mécanique, en logiciel ou en firmware.
• Responsable de la vérification : La personne qui décide comment les exigences seront testées et qui s’assure que les revues et essais nécessaires sont réalisés. Cela peut inclure des ingénieurs de vérification, des ingénieurs test ou des ingénieurs QA.

Cadre pratique d’ingénierie des exigences pour le développement hardware

Bien que les quatre activités ci-dessus définissent le cœur du processus de RE, les équipes hardware ont besoin d’un moyen pratique de les appliquer tout au long d’un projet.

Ce qui suit présente une vision pratique du cadre d’ingénierie des exigences pour le développement hardware, montrant comment les exigences s’intègrent à chaque étape.

Lancement du projet : capturer l’intention

Au démarrage d’un projet, les responsables techniques reçoivent généralement des éléments vagues tels que des demandes client, des appels d’offres (RFP), des objectifs métier ou des contraintes de coût, de taille ou de calendrier. Par exemple, un client peut demander un appareil plus petit qui prenne en charge un cas d’usage spécifique.

Avec le Responsable des exigences, les responsables techniques clarifient ce qui est nécessaire et transforment ces éléments en exigences de haut niveau décrivant ce que le produit doit accomplir.

Ingénierie des exigences : définir les exigences

Les exigences de haut niveau issues de la phase de lancement du projet restent trop générales pour une conception détaillée. Dans cette phase, le Responsable des exigences définit le système global, le décompose en parties et sous-systèmes, et transforme ces exigences de haut niveau en exigences plus spécifiques pour chaque partie.

Il vérifie également que les exigences ne sont pas contradictoires, que rien d’important ne manque et que chacune est claire et testable. Le résultat est un ensemble d’exigences validé que l’équipe d’ingénierie peut utiliser comme point de départ pour la conception du produit.

Mise en œuvre : développer les conceptions

Les ingénieurs de mise en œuvre utilisent les exigences validées pour concevoir et réaliser leur partie du produit, qu’il s’agisse de créer un schéma, de modéliser une pièce 3D ou d’écrire du logiciel ou du firmware. À mesure que la conception progresse, ils relient chaque exigence à la caractéristique de conception qui y répond. Ces liens créent la traçabilité du projet et aident le Responsable des exigences à voir comment les exigences ont été mises en œuvre.

Vérification & validation : tester et vérifier

Les exigences définissent également ce qu’il faut contrôler lors des revues et des essais. L’ingénieur de vérification définit comment chaque exigence sera contrôlée et travaille avec les ingénieurs de mise en œuvre pour effectuer les revues, mesures ou essais nécessaires, puis consigne les résultats. Cela relie ce que le produit devait accomplir aux preuves montrant s’il l’a effectivement accompli.

Gestion des changements : réviser et itérer

Les exigences et les conceptions produit changent souvent au cours du développement. Une exigence peut s’avérer impossible à respecter, un composant peut devenir indisponible sur le marché, ou une nouvelle contrainte peut apparaître. Dans ce cas, le Responsable des exigences suit ce qui a changé, pourquoi cela a changé, et quelles exigences, parties de conception ou essais sont affectés.

Documentation & transfert : livrer le projet

À la fin du projet, le responsable des exigences travaille avec l’ingénieur de vérification et le reste de l’équipe pour clôturer les exigences, les revues de conception et les activités de vérification. La documentation finale doit fournir un enregistrement traçable de ce qui était requis, de ce qui a été réalisé et de la manière dont cela a été vérifié. Les clients, les fabricants, les auditeurs ou les équipes qui continueront à travailler sur le produit auront besoin de ces informations plus tard.

Exemples d’ingénierie des exigences

L’ingénierie des exigences dans les dispositifs médicaux

L’ingénierie des exigences est utilisée dans l’ensemble des produits de technologie médicale et de soins. Les exigences accompagnent le produit tout au long du développement. Les équipes transforment les besoins des parties prenantes en exigences système structurées, les maintiennent connectées à mesure que les spécifications évoluent, et les utilisent pour planifier la vérification et documenter les résultats des tests.

Les dispositifs médicaux ajoutent une couche réglementaire. Les équipes consacrent davantage d’efforts à la traçabilité, à la vérification, à la documentation et aux formalités administratives. Cela facilite l’homologation réglementaire dans le cadre de référentiels tels que FDA 21 CFR Part 820 aux États-Unis et ISO 13485:2016 dans l’UE et sur d’autres marchés.

Le protège-dents HitIQ est un exemple de dispositif médical portable où les exigences de sécurité dictent chaque spécification technique. Découvrez comment cela fonctionne dans le témoignage client complet.

L’ingénierie des exigences dans l’électronique grand public et industrielle

Le processus fondamental d’ingénierie des exigences est similaire dans l’électronique grand public et l’électronique industrielle, mais les produits sont développés dans des conditions différentes. Les produits grand public comme les appareils de maison intelligente ou les objets connectés se vendent en grands volumes et sont lancés rapidement. Les produits industriels comme les automates programmables industriels (PLC) ou les variateurs de moteur doivent fonctionner pendant des années dans des conditions difficiles.

Dans les deux cas, les équipes consignent ce que le produit doit faire, relient chaque exigence à la conception, mettent à jour les exigences lorsqu’un changement intervient et les testent en conséquence.

Ce qui change, c’est l’endroit où les équipes concentrent leurs efforts supplémentaires. Dans l’électronique grand public, ils portent sur le rythme rapide des changements, car une exigence mal comprise peut impliquer de redessiner la carte. Dans l’électronique industrielle, ils portent sur la vérification, car le produit doit être testé pour une longue durée de vie et des conditions sévères avant sa mise sur le marché.

Pour concevoir un matériel fiable conforme aux réglementations de sécurité, il est essentiel de maintenir le lien entre les exigences et les modifications de conception. Découvrez comment MakeSafe Tools gère cela dans le témoignage complet.

Comment éviter les pièges courants de l’ingénierie des exigences

L’ingénierie des exigences s’accompagne de certains défis courants. Savoir ce qui peut mal tourner permet de repérer plus facilement les problèmes dès le début et de les éviter pendant le développement de produits matériels.

Voici quelques-uns des pièges les plus courants à surveiller et comment les éviter :

Outils logiciels pour l’ingénierie des exigences

Gérer un petit ensemble d’exigences est relativement simple. À mesure qu’un projet grandit, garder l’ensemble organisé et à jour demande davantage d’efforts. À ce stade, la manière dont vous gérez les exigences commence à prendre plus d’importance.

En pratique, les équipes travaillent généralement avec l’une de ces approches :

• Feuilles de calcul et documents : familiers et faciles à prendre en main, ce qui les rend utiles pour les petits projets. À mesure que le projet grandit, cependant, ils demandent davantage de travail manuel pour être maintenus.
• Outils dédiés de gestion des exigences (RM) : offrent davantage de structure et de contrôle à mesure que les projets deviennent plus complexes. En contrepartie, certains outils apportent aussi plus de processus qu’une petite équipe n’en a besoin.

L’objectif est d’utiliser un niveau de structure suffisant pour le projet sans rendre la gestion des exigences plus compliquée qu’elle ne doit l’être.

Pour les petites équipes hardware qui ont dépassé le stade des feuilles de calcul mais n’ont pas besoin d’un grand workflow RM d’entreprise, Requirements Portal est une option pratique à envisager. Il est conçu pour offrir aux petites équipes une manière plus structurée de gérer les exigences sans la lourdeur d’un système d’entreprise traditionnel.

Conclusion & prochaines étapes

À ce stade, vous devriez avoir une compréhension claire des principaux concepts de l’ingénierie des exigences et de leur application en pratique.

Si vous souhaitez continuer à vous former à l’ingénierie des exigences, ces ressources constituent un bon point de départ :

• ISO/IEC/IEEE 29148:2018 fournit la norme internationale relative aux processus et pratiques d’ingénierie des exigences. Elle apporte des recommandations supplémentaires sur la manière dont les exigences doivent être rédigées, structurées, documentées et gérées.
• NASA Systems Engineering Handbook donne des conseils pratiques sur la manière dont les exigences sont créées, rédigées, vérifiées et utilisées pendant le développement système.
• Guide to the Systems Engineering Body of Knowledge (SEBoK) explique comment les exigences s’intègrent dans le processus global d’ingénierie système et comment les différentes parties d’un système sont développées conjointement.
• Requirements Engineering journal publie des recherches, des exemples industriels et différentes approches de l’ingénierie des exigences de manière plus approfondie.

Si vous êtes prêt à passer de la théorie à la pratique, essayez Requirements Portal et commencez dès aujourd’hui à travailler avec des exigences structurées sur un véritable projet hardware, gratuitement et sans configuration requise.

Questions fréquemment posées

Pourquoi l’ingénierie des exigences est-elle importante ?

L’ingénierie des exigences est importante parce qu’elle aide l’équipe à développer le bon produit en comprenant clairement les besoins des parties prenantes avant que la conception et le développement n’aillent trop loin.

Quel est le rôle d’un ingénieur exigences ?

Un ingénieur exigences transforme les besoins des parties prenantes en exigences claires que l’équipe d’ingénierie peut utiliser, et maintient ces exigences organisées à mesure que le projet évolue. Il fait le lien entre les clients et les équipes de développement. 

Quelle est la différence entre l’ingénierie des exigences et la gestion des exigences ?

L’ingénierie des exigences est l’ensemble du processus consistant à identifier, comprendre et consigner ce qu’un système doit faire au départ. La gestion des exigences est la partie spécifique de ce travail qui permet de garder ces exigences organisées et d’assurer le suivi des modifications une fois qu’elles ont été rédigées.