Comprendre l'ingénierie des systèmes

Dans des articles précédents, nous avons discuté de l'importance de la gestion des exigences dans les projets d'ingénierie et de la nécessité de concevoir des produits en tenant compte de leur fabricabilité. Il est essentiel de reconnaître que la conception d'un produit électronique implique non seulement des tâches de conception électronique, mais aussi une série d'activités couvrant plusieurs disciplines, telles que la conception mécanique, le développement de firmware et de logiciels, la conception de logique programmable, les simulations, et d'autres domaines comme la gestion de projet, le marketing et les ventes.

Dans cet article, nous allons parcourir les différents domaines impliqués dans un projet d'ingénierie et les différentes étapes du développement de produits électroniques du point de vue de l'exécution du projet. Cela inclut la phase d'initiation, ainsi que les phases de planification, de suivi, de conception et de développement, de validation, de test et de certification, entre autres.

Développement de Produits Électroniques : Qu'est-ce que l'Ingénierie Système ?

L'ingénierie des systèmes est une approche structurée et interdisciplinaire pour développer des produits complexes nécessitant une coordination à travers de multiples domaines techniques et non techniques. Dans le contexte du développement de produits électroniques, elle garantit que le matériel, le logiciel, la conception mécanique, le firmware, la conformité et même les processus commerciaux fonctionnent de manière cohésive. Elle met l'accent sur des exigences claires, des phases de développement définies, des stratégies d'intégration robustes et la gestion du cycle de vie pour livrer des produits fiables, manufacturables et prêts pour le marché. En appliquant l'ingénierie des systèmes, les équipes peuvent aligner les efforts techniques avec les objectifs commerciaux et réduire les problèmes coûteux en fin de phase.

Voici une liste des rôles clés dans un projet de développement de produit et leurs fonctions principales.

Gestion de Projet

Responsable de la planification du projet (feuille de route, jalons), de la coordination des tâches à travers les départements, de la gestion des ressources et de la configuration, du suivi du projet et du rapport des progrès ou des retards à la direction.

Gestion de Produit

Ce domaine définit les exigences et la fonctionnalité du produit, collabore avec les ventes et le marketing sur le benchmarking du produit (prix, caractéristiques, design) et aligne la conception avec les stratégies commerciales et marketing. Il garantit également que le produit final répond aux objectifs stratégiques.

Marketing et Ventes

Tout produit destiné à la commercialisation nécessite une recherche de marché et un positionnement. Ce département gère les stratégies de prix, les canaux de vente et les campagnes de lancement.

Ingénierie Matérielle

L'équipe matérielle définit l'architecture du système (CPU, mémoire, capteurs, connectivité, etc.), sélectionne les composants électroniques (en collaboration avec les ingénieurs de la chaîne d'approvisionnement et de production), conçoit les schémas et les agencements de PCB, effectue des simulations d'intégrité des signaux et de puissance, et soutient les tests de validation et de certification.

Génie Logiciel

Dans les projets de développement de produits électroniques, il y a généralement un développement logiciel de bas niveau (qui inclut les chargeurs d'amorçage, les pilotes de bas niveau, etc.) et un composant de développement logiciel de haut niveau (comme le système d'exploitation, les applications et les scripts). Ce travail relève du département de développement logiciel, bien qu'il soit courant que les domaines du logiciel embarqué et du logiciel de haut niveau soient assez distincts.

Conception Mécanique/Industrielle

Les ingénieurs en conception mécanique ou industrielle conçoivent l'enceinte du produit, sélectionnent les matériaux et les finitions, analysent la compatibilité avec l'électronique (interférences mécaniques, emplacement des connecteurs, boutons, etc.), l'ergonomie, et la gestion thermique (dissipation de la chaleur pour les processeurs, batteries).

Qualité et Conformité

Pour qu'un produit soit commercialisé, il doit se conformer aux normes et réglementations obligatoires, telles que le marquage CE, les réglementations FCC, RoHS, etc. De plus, des tests environnementaux (température, humidité, vibrations), des tests d'impact, des évaluations IPx et des certifications spécifiques (Wi-Fi, Bluetooth) doivent être réalisés. Le département Qualité et Homologation est responsable de toutes ces activités, ainsi que des contrôles de qualité pour les matériaux, les processus et le produit final.

Ingénierie de Fabrication/Production

Une fois que le produit a terminé toutes les phases de conception et de validation, il est temps de passer à la fabrication. Cela relève de la responsabilité du département de production, qui gère non seulement la fabrication elle-même, mais aussi la conception de tous les processus nécessaires pour la fabrication, l'assemblage, les tests, et plus encore.

Chaîne d'Approvisionnement

Une tâche tout aussi critique est la gestion de la chaîne d'approvisionnement, qui englobe la gestion et la qualification des fournisseurs, l'acquisition de tous les composants de fabrication nécessaires, l'analyse des risques d'approvisionnement, le contrôle de l'obsolescence des composants (gestion du cycle de vie), la gestion des stocks et la planification des achats. Toutes ces activités sont gérées par le département de la Chaîne d'Approvisionnement.

Quelles sont les phases d'un projet de développement de produit électronique ?

Comme nous l'avons mentionné dans l'introduction, un projet de développement de produit électronique est un processus qui implique différents domaines, chacun ayant des tâches spécifiques. Par conséquent, le projet est divisé en phases distinctes pour décomposer les tâches de haut niveau en tâches plus petites et gérables. Ces tâches plus petites sont ensuite exécutées par diverses équipes de travail, assurant ainsi l'achèvement en temps voulu et la qualité.

Un projet d'ingénierie devrait, au minimum, être divisé dans les phases suivantes :

1. Définition et Réunion de Lancement (KOM)
2. Planification
3. Conception
4. Prototypage
5. Validation
6. Industrialisation
7. Lancement

1. Définition du Produit

Durant cette phase initiale, les questions fondamentales sont : Quel est le but du produit, et quel besoin réel adresse-t-il ? Si ces questions ne trouvent pas de réponses solides, il se pourrait que lancer le projet ne soit pas judicieux. Autrement, après une analyse approfondie (incluant l'identification des besoins, des concurrents, des ressources nécessaires, des délais de développement et des coûts de développement du produit), une Réunion de Lancement (KOM) est convoquée. Ici, le projet est officiellement présenté, ainsi que l'équipe de projet, le périmètre, les dates clés (début, fin et jalons intermédiaires), les estimations de coûts, le client cible, ou le besoin spécifique que le produit satisfait. Cette réunion marque officiellement le lancement du projet.

L'étape suivante et sans doute la plus cruciale est la définition des exigences du projet. Toutes les exigences définies formeront collectivement la spécification du produit, qui servira de document fondamental pour le développement du produit.

2. Planification du Projet

La planification du projet est cruciale pour l'exécution, assurant que toutes les parties impliquées sont au courant des délais de développement et des jalons clés. Plus important encore, elle met en évidence les dépendances entre les disciplines, surtout lors de l'intégration du matériel avec le firmware ou les composants mécaniques. Les projets utilisent souvent des méthodologies agiles ou en cascade pour la planification. Altium Develop propose un outil de gestion des tâches (similaire à un tableau Kanban) qui peut être directement lié aux schémas et aux mises en page. Cela rationalise le flux de travail et élimine le besoin d'outils externes.

3. Conception de Produit

Lorsque nous parlons de conception, nous ne faisons pas uniquement référence à la conception matérielle elle-même, mais à la conception de toutes les parties intégrées ou disciplines qui se réunissent pour concevoir le produit. Cela inclut la conception matérielle, la conception mécanique, la conception thermique, le firmware et le logiciel.

Tout processus de conception commence par une conception conceptuelle initiale – un diagramme représentant l'architecture globale du produit à créer. Ce diagramme sert non seulement à structurer la conception mais permet également la division de tâches plus spécialisées, telles que "conception d'antenne PCB pour circuit BLE" ou "conception d'alimentation électrique". Une fois l'architecture claire, l'équipe passe à la conception détaillée. Cela implique la création de schémas, la sélection de composants, la réalisation de simulations, l'écriture de code, la conception de PCBs, la conduite d'analyses thermiques et la réalisation de simulations d'intégrité de signal et de puissance.

Si des lacunes sont trouvées lors de ces simulations, le processus de conception est itéré jusqu'à ce que les simulations donnent des résultats positifs.

4. Prototypage et Intégration

L'étape suivante consiste à construire un prototype initial qui implique toutes les zones techniques :

• PCB / PCBA (Circuit Imprimé / Assemblage de Circuit Imprimé)
• Impression 3D du Boîtier
• Publication du Firmware / Logiciel

Une fois une version de chaque composant prête, il est temps d'intégrer le tout et de former le premier prototype fonctionnel.

5. Test et Validation

Une fois le prototype fonctionnel et ayant subi une vérification basique initiale, l'équipe de validation exécute une suite complète de tests et d'évaluations pour valider son fonctionnement correct. La définition appropriée des tests implique de lier chaque test à des exigences spécifiques, assurant que chaque exigence dispose d'un ou plusieurs tests associés pour la vérification et la validation. Cette validation s'étend au-delà de la simple fonctionnalité, englobant d'autres aspects tels que les tests électriques, les évaluations thermiques, les tests d'intégrité de signal, les tests de compatibilité électromagnétique (CEM), le stress mécanique, et la durabilité du boîtier.

6. Phase d'Industrialisation

Si la validation est réussie et qu'aucune refonte n'est nécessaire, il est temps d'industrialiser le produit, c'est-à-dire de le transformer en un article pouvant être produit en masse. Il est crucial que les exigences de Conception pour la Fabricabilité (DFM) aient été considérées durant la phase de conception pour éviter des surprises inattendues qui pourraient nécessiter une refonte du produit en raison de problèmes de fabrication. 

De plus, les processus de production impliqués dans la fabrication du produit doivent être validés. Cela implique de vérifier leur fiabilité sur une grande série de production. Typiquement, un échantillon significatif de 500 à 1000 unités est fabriqué et soumis à une validation complète, avec les résultats de chaque pièce fabriquée examinés et chaque processus validé.

Cette phase est également le moment où toutes les certifications nécessaires sont obtenues (en tenant compte du fait que les réglementations varient selon le pays ou la région), et les accords d'approvisionnement avec les fournisseurs de composants sont finalisés.

7. Lancement du Produit

Le lancement d'un produit ne se résume pas simplement à le fabriquer et à l'expédier au client. Un lancement réussi implique une série d'étapes critiques qui peuvent déterminer son succès ou son échec ultime, même pour un produit bien conçu.

Il est crucial de planifier minutieusement le lancement, de maintenir un contrôle qualité robuste sur les pièces fabriquées, d'établir des canaux de vente efficaces, de gérer les retours sous garantie, de fournir un excellent service client et support technique, de gérer correctement les mises à jour futures, et d'être conscient de l'environnement concernant la logistique du produit (emballage, transport et recyclage).

Conclusions

• Le développement de produits électroniques implique de nombreux intervenants

Dans le développement de produits électroniques, les ingénieurs en conception matérielle ne sont pas les seuls éléments du puzzle. L'équipe impliquée comprend généralement au moins des ingénieurs électroniciens, des designers industriels, des développeurs de firmware/logiciels, des spécialistes de la simulation, des équipes de production, de l'assurance qualité, des ventes, de la logistique et des départements de planification.

• Le développement de produits électroniques nécessite plusieurs phases

Développer un produit électronique nécessite une série d'étapes séquentielles, commençant par la définition des exigences et progressant à travers la conception, le prototypage, les tests de validation et l'industrialisation, aboutissant au lancement du produit sur le marché.

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