Définition des tests automatisés
Le test automatisé est le processus qui consiste à permettre à un ordinateur d'exécuter une série de tests individuels sur un produit selon une séquence logique. Ces tests effectuent des mesures à l'aide d'instruments matériels, qui transmettent les valeurs mesurées à un ordinateur équipé d'un logiciel (exécutif de test) capable de comparer les résultats à des limites prédéfinies et de déterminer si le produit a réussi ou échoué. Grâce à l'automatisation, la procédure de test peut être exécutée très rapidement, de manière fiable et répétée, avec un risque limité d'erreur humaine. Le test automatisé est désormais utilisé dans toutes les industries qui utilisent l'électronique et le nombre de testeurs automatisés augmente considérablement.
Exemples quotidiens de tests automatisés
Un exemple courant du passage du test manuel au test automatisé peut être trouvé chez le mécanicien local. Lorsque les voitures étaient faciles à réparer, les consommateurs les amenaient chez un mécanicien qui vérifiait manuellement des éléments tels que le distributeur, les bougies d'allumage et si le carburant était bien acheminé vers le carburateur. Ces vérifications étaient effectuées une par une jusqu'à ce que le défaut soit diagnostiqué et la réparation effectuée. De nos jours, le mécanicien branche la voiture à un ordinateur, appuie sur un bouton, puis analyse les résultats des tests générés après que l'ordinateur a effectué une série de mesures plus complètes. Par exemple, lors du test d'une unité de contrôle du moteur (ECU), de nombreux tests sont effectués sans que le mécanicien ait besoin de savoir exactement ce qui se passe. Ce processus est défini comme un test automatisé, dans lequel une série de tests est effectuée sur un produit de manière séquentielle.
Tests manuels et tests automatisés
Le processus de test manuel est généralement pris en charge par une ou plusieurs personnes qui effectuent une série de mesures jusqu'à ce que le test soit terminé. Très souvent, les entreprises emploient des opérateurs qui passent leur journée devant les équipements de test à surveiller les instruments et à noter les résultats des tests. Ce processus est utilisé depuis de nombreuses années et continue d'être utilisé lorsque les coûts de main-d'œuvre sont faibles. Les tests manuels sont également utilisés lorsque le processus de test d'un produit est assez simple et qu'un opérateur peut effectuer les tests en peu de temps. Le test automatisé, en revanche, consiste à faire appel à un système de test informatisé pour effectuer le processus de test d'un produit. Historiquement, les équipements de test automatisés étaient coûteux et complexes, et la plupart des systèmes de test automatisés étaient conçus pour les secteurs de la défense, de l'automobile et des télécommunications. Des années 1970 au début des années 1990, le coût de l'informatique était extrêmement élevé par rapport à la main-d'œuvre, et pendant ces années, le coût des équipements de test automatisés dépassait largement le coût de la main-d'œuvre. Par conséquent, les tests manuels restaient prédominants.
Séquences de test et logiciels de gestion des tests
Les tests individuels (appelés modules de test) exécutent des fonctions et des vérifications spécifiques. Lorsque ces tests individuels sont regroupés, ils sont appelés séquence de test. Un exemple de séquence de test pourrait être (1) un test de mise sous tension, suivi de (2) un test de vérification de la tension, puis de (3) un test de courant. Avec un équipement de test automatisé, plusieurs séquences de test peuvent être créées pour faciliter le test de nombreux produits au sein du même système. Les modules de test peuvent être créés dans de nombreux langages de programmation, tandis que la séquence de test est généralement créée à l'aide d'un outil logiciel d'exécution de test. Un outil d'exécution de test a de nombreuses fonctions, notamment la création de séquences de test individuelles, l'intégration de limites de mesure pour déterminer les conditions de réussite/échec et la création de conditions dans lesquelles de nouvelles séquences de test peuvent être appelées en fonction des mesures. Ce type de logiciel fournit également un cadre pour la sortie des données de test, de sorte que les résultats peuvent être téléchargés dans des bases de données pour une analyse plus approfondie.
Test semi-automatique
Lorsque l'on compare les tests manuels et automatisés, il est important de ne pas raisonner en termes manichéens. De nombreuses entreprises ont recours à une troisième option pour leur stratégie de test, appelée test semi-automatisé. Cette option est généralement déployée lorsque le produit nécessite une certaine forme de configuration pendant les tests. Le test semi-automatisé consiste à faire appel à un opérateur pendant tout ou partie du cycle de test.
Le produit est généralement placé dans un gabarit relié à un ordinateur. Pendant la procédure de test, une interface utilisateur graphique (GUI) affichée sur l'écran de l'ordinateur guide l'opérateur à travers les étapes de la procédure de test qui nécessitent un réglage manuel du produit. Il peut s'agir de régler un potentiomètre ou d'aligner une certaine pièce mécanique. L'ordinateur peut lire un paramètre pendant que l'opérateur effectue les réglages.
Une fois que la valeur se situe dans la plage requise, l'ordinateur peut avertir l'opérateur en affichant un message indiquant que le réglage est correct. Une fois ces tests effectués, l'ordinateur reprend le contrôle et les tests restants sont entièrement automatisés, comme décrit précédemment.
Types de tests automatisés
Les systèmes d'essai automatisés sont de toutes formes et de toutes tailles et font appel à tous les domaines d'expertise. Des experts en optique, en RF, en mécanique, en électricité, en logiciel et autres sont tous nécessaires à différents stades des différents projets de test.
Voici quelques exemples de types de tests :
- Test en circuit
- Balayage des frontières
- Inspection optique automatisée (AOI)
- Inspection automatisée par rayons X (AXI)
- Équipement d'essai fonctionnel automatisé
- Test combiné
Test en circuit (ICT)
Le test en circuit existe depuis de nombreuses années. À l'origine, il servait à tester les cartes de circuits imprimés individuelles utilisées dans les produits électroniques. Une sonde électrique teste une carte de circuits imprimés (PCB) équipée afin de vérifier l'absence de courts-circuits, de circuits ouverts, la résistance, la capacité et d'autres éléments de base qui indiquent si l'assemblage a été correctement fabriqué. Le test peut être effectué à l'aide d'un dispositif de test « bed-of-nails » (lit de clous) et d'un équipement de test spécialisé, ou à l'aide d'un dispositif de test en circuit sans fixation. Un testeur « bed-of-nails » est un dispositif électronique traditionnel contenant de nombreuses broches insérées dans des trous d'une feuille laminée en tissu de verre. Les broches sont alignées à l'aide de broches d'outillage afin d'entrer en contact avec les points de test d'un PCB, qui sont à leur tour connectés à une unité de mesure par des fils et des câbles. Chacune des petites broches à ressort entre en contact avec un nœud du circuit du dispositif sous test (DUT). En appuyant le DUT contre le lit de clous, il est possible d'établir rapidement et simultanément un contact fiable avec des centaines, voire des milliers de points de test individuels dans le circuit du DUT. La force de maintien peut être appliquée manuellement ou au moyen d'un vide, tirant ainsi le DUT vers le bas sur les clous. Les systèmes ICT intègrent souvent un enregistrement des données de test, avec des rapports de sortie propriétaires basés sur la conception du fabricant. De nombreux systèmes ICT sont encore utilisés aujourd'hui, bien qu'ils soient progressivement remplacés par les systèmes de balayage des limites décrits ci-dessous. L'ICT présente de nombreux avantages, notamment la rapidité des tests et la possibilité de tester simultanément de nombreuses parties du circuit imprimé, ainsi que le fait d'être disponible dans le commerce. Ils sont normalement utilisés pour tester des circuits imprimés individuels peuplés avant leur assemblage dans le sous-ensemble.
Balayage des frontières
Le boundary scan est une forme de test automatisé qui est devenue extrêmement populaire ces dernières années. Souvent connu sous le nom de JTAG (Joint Test Action Group), ou sous sa norme IEEE (IEEE 1149.1), le boundary scan offre de nombreux avantages significatifs par rapport aux formes de test plus traditionnelles et, à ce titre, est devenu l'un des principaux outils utilisés aujourd'hui dans le cadre du test automatisé. La principale raison pour laquelle le test boundary scan a été développé à l'origine était de résoudre les problèmes liés au manque d'accès aux cartes et aux circuits intégrés à des fins de test. Les produits étant de plus en plus petits, l'espace disponible est devenu plus difficile à trouver, ce qui signifie que les méthodes de test traditionnelles étaient inadaptées, voire impossibles. Le boundary scan permet de résoudre ce problème en utilisant des registres boundary scan spécifiques dans les grands circuits intégrés montés sur la carte. Lorsque la carte est réglée en mode boundary scan, des données sont transmises aux registres de données sérielles des circuits intégrés. La réponse et donc les données qui sortent de cette chaîne de données sérielles permettent au testeur de détecter toute défaillance à une vitesse relativement élevée. Grâce à sa capacité à tester des cartes et même des circuits intégrés dont l'accès physique est très limité, le boundary scan s'est largement répandu et son utilisation ne cesse de croître.
Inspection optique automatisée (AOI)
L'AOI est courante dans de nombreux environnements de fabrication. Il s'agit essentiellement d'une forme d'inspection visuelle, mais elle est réalisée automatiquement à l'aide de caméras, d'ordinateurs et de logiciels. En raison de la nature automatisée de l'inspection, elle offre un degré de répétabilité et de rapidité beaucoup plus élevé que l'inspection manuelle traditionnelle. L'AOI est particulièrement utile lorsqu'il est placé à la fin d'une ligne de production créant des circuits imprimés soudés, où il peut rapidement localiser tout problème de production, y compris les défauts de soudure, et déterminer si les bons composants sont montés et si leur orientation est correcte. Ce type d'inspection était traditionnellement effectué par des opérateurs qui examinaient le même type de cartes pendant de nombreuses heures. L'un des principaux problèmes de l'inspection visuelle manuelle est la fatigue de l'opérateur. Vers la fin d'une période de travail, la précision de l'inspection manuelle diminue souvent, ce qui entraîne le passage de mauvais produits ou l'échec de bons produits. L'AOI permet de résoudre ces problèmes avec succès. En raison de leur coût élevé, les systèmes AOI ne sont souvent utilisés que sur les lignes de production à haut volume.
Inspection automatisée par rayons X (AXI)
L'AXI présente de nombreuses similitudes avec l'AOI. Cependant, avec l'avènement des boîtiers BGA (Ball Grid Array), il a été nécessaire de créer une forme d'inspection permettant de visualiser des éléments qui n'étaient pas optiquement visibles. Les systèmes AXI peuvent regarder à travers les boîtiers de circuits intégrés (IC) pour évaluer avec précision les joints de soudure, de la même manière qu'un médecin regarde un os aux rayons X pour détecter une éventuelle fracture.
Équipement d'essai fonctionnel automatisé
L'essai fonctionnel consiste, comme son nom l'indique, à tester le fonctionnement d'un appareil. Il se situe à un stade beaucoup plus avancé du processus de fabrication et constitue souvent le dernier test avant que le produit ne soit emballé et expédié au client. Une fois que le produit a atteint ce stade de test, c'est généralement la réparation la plus coûteuse en cas de défectuosité. Plus tôt un problème ou une question de conception est testé(e) et détecté(e), moins il est coûteux de le résoudre. La plupart des testeurs fonctionnels doivent être fabriqués sur mesure, car la plupart des fonctions des produits d'une entreprise sont uniques à cette dernière. Lorsqu'un nouveau produit est conçu et fabriqué, il présente souvent des caractéristiques qui n'ont jamais existé auparavant, ce qui signifie que personne n'a jamais construit de testeur pour ces caractéristiques.
Test combiné
Comme le montrent les types de tests déjà évoqués, aucune méthode de test n'est en mesure de fournir une solution complète. Pour surmonter ce problème, de nombreux systèmes ATE intègrent une variété d'approches de test au sein d'un même testeur. En combinant les fonctions de test, la couverture de test est beaucoup plus élevée. Un testeur combinatoire est également capable d'entreprendre une variété de types de tests différents sans avoir à déplacer physiquement la carte d'un testeur à l'autre. Cette suite unique de tests peut inclure des tests ICT ainsi que des tests fonctionnels et des tests JTAG boundary scan. Chaque type de test automatisé décrit a ses points forts ; il est donc nécessaire de choisir le type d'approche de test approprié pour le test requis. En combinant les différentes techniques d'essai disponibles, il est possible d'exploiter au maximum tout ATE construit. Les tests pourront ainsi être exécutés rapidement, tout en offrant un niveau élevé de couverture pour tester avec succès tous les types de produits.
Choisir entre test manuel et test automatisé
En analysant la situation globale de l'utilisation du produit, en plus du volume de fabrication, la voie à suivre est généralement claire. Souvent, les produits critiques sont testés à plusieurs reprises afin de garantir leur bon fonctionnement. Il s'agit par exemple des produits utilisés pour protéger la sécurité des personnes ou ceux dont un dysfonctionnement pourrait avoir des conséquences catastrophiques, comme dans les secteurs des transports, de l'aérospatiale, de la médecine et de la défense. Par exemple, les entreprises qui fabriquent des composants aéronautiques savent que toute défaillance de leurs produits pourrait entraîner des pertes humaines et des destructions à grande échelle. C'est pourquoi elles investissent massivement dans des équipements de test automatisés. Un autre exemple est celui des fabricants de dispositifs médicaux implantables, dont la qualité des produits peut faire la différence entre la vie et la mort pour leurs utilisateurs. Ces entreprises ont été parmi les premières à adopter la technologie des tests automatisés, à la fois pour des raisons de sécurité et pour des raisons de coût. Les tests automatisés ne se fatiguent jamais et n'ont jamais de mauvais jours. Lorsqu'un opérateur effectue les tâches nécessaires, il a été démontré que les résultats peuvent varier entre avant et après le déjeuner. De plus, la subjectivité commence à jouer un rôle. Ce qui convient à une personne peut ne pas convenir à une autre. Des produits qui n'auraient pas dû être commercialisés ont été mis sur le marché et des articles qui avaient été rejetés se sont avérés parfaitement conformes. Ces erreurs ont coûté cher en rappels, en réparations et en réputation de la marque. Lorsque l'on travaille avec des limites objectives, les résultats sont toujours fiables et reproductibles.
L'application est-elle adaptée à l'automatisation ?
Le test manuel est traditionnellement utilisé lorsque le test est un processus simple et que les coûts de main-d'œuvre sont faibles. Les tests manuels sont également fréquemment utilisés dans les départements de recherche et de développement où la flexibilité est un facteur important pour tester un nouveau produit en cours de développement. La possibilité de modifier un processus de test et d'essayer plusieurs options différentes se prête bien aux tests manuels. Les entreprises ont parfois du mal à passer d'un processus de test manuel à un processus de test automatisé, car les coûts perçus du développement du logiciel peuvent sembler élevés.
Le test automatisé est aujourd'hui largement utilisé pour tester toutes sortes de produits électroniques en raison de la réduction du coût des équipements de test et des outils logiciels, conformément à la loi de Moore. Au fur et à mesure que les coûts des équipements de test diminuent, le déploiement des équipements de test automatisés se généralise. Un autre facteur contribuant à la diffusion des tests automatisés est l'augmentation du coût de la main-d'œuvre dans le monde entier, qui rend les tests manuels plus onéreux. Dans les secteurs de niche où des compétences spécialisées sont requises, trouver et former le personnel adéquat peut s'avérer tout aussi coûteux et difficile. Les tests automatisés sont utilisés pour tous les types de produits, qu'il s'agisse de produits à grand volume et à faible coût ou de produits à faible volume et à valeur élevée. Les facteurs permettant de décider quel équipement de test doit être utilisé dépendent du type de produit fabriqué. Dans le cas des produits à haut volume/faible coût, les délais d'essai sont souvent critiques, de sorte que gagner quelques secondes en testant un produit est un facteur déterminant dans le choix du type d'équipement d'essai à utiliser. Pour les produits plus complexes et de grande valeur, la capacité à effectuer de nombreux tests en profondeur est plus importante ; par conséquent, l 'équipement d'essai tend à être plus sophistiqué et potentiellement plus coûteux.
L'automatisation vaut-elle l'investissement financier ?
L'une des décisions les plus importantes que les chefs d'entreprise doivent prendre lorsqu'ils se lancent dans l'introduction d'un nouveau produit est de savoir s'ils doivent investir dans des tests automatisés. Le coût de mise en place d'un système de test automatisé, bien qu'il ait baissé ces dernières années, reste un investissement important. Cela dit, une fois l'investissement initial réalisé, il existe des moyens de le transformer en une plateforme permettant de réaliser des économies. En concevant et en mettant en place des stations de test avec un noyau commun, celles-ci peuvent être facilement réutilisées et recyclées tout au long du processus de fabrication. La clé d'un noyau commun ou d'une station de test générique consiste à regrouper tous les instruments coûteux dans une unité de base. À partir de là, il est facile de concevoir des fixations flexibles autour d'eux pour s'adapter à différents produits et étapes du cycle de vie du produit en les échangeant selon les besoins.
L'opposition à l'introduction d'équipements de test automatisés peut également venir de l'intérieur de l'organisation, car certains membres du personnel peuvent avoir l'impression que leur emploi est menacé par l'introduction d'une nouvelle technologie. Cette menace perçue est souvent renversée lorsqu'ils réalisent que les tâches banales de leur travail seront remplacées par des fonctions plus passionnantes où ils pourront apporter une plus grande valeur ajoutée à l'entreprise. Bien gérée, cette situation peut se transformer en une expérience positive pour toutes les parties concernées.
Les principales différences entre les tests manuels, semi-automatiques et automatisés ont été abordées, mais la question de savoir comment décider demeure.
Pour déterminer la stratégie la plus adaptée à une situation donnée, il convient de répondre à un certain nombre de questions :
- Le produit est-il peu coûteux ou de grande valeur ?
- Sera-t-il produit en grande quantité ?
- Le test est-il complexe ou relativement simple ?
- Est-il essentiel pour le client final ?
- Faut-il tester 100 % des unités ou des tests par lots suffisent-ils ?
Les réponses à ces questions permettent de prendre de meilleures décisions quant à l'opportunité d'introduire une stratégie de test automatisé. Pour les entreprises qui fabriquent des produits électroniques simples et peu coûteux, le test automatisé est essentiel pour maintenir les coûts de fabrication et de test à un niveau bas. Dans ces cas, faire tester chaque produit à la main par un opérateur est beaucoup trop coûteux. Lorsque le produit est complexe ou de grande valeur, il est souvent judicieux d'automatiser les tests en raison du coût élevé de la main-d'œuvre spécialisée nécessaire pour tester la complexité du produit. Les produits de grande valeur ont souvent des clients qui attendent des tests de haut niveau et des processus documentés afin de garantir une qualité constante. Pour les produits critiques, une qualité élevée et des tests répétés sont essentiels à toutes les étapes de la production. Les tests doivent être effectués à chaque niveau d'assemblage, depuis le test des circuits imprimés individuels jusqu'au test des sous-systèmes, en passant par le test d'acceptation fonctionnelle. Les défaillances sur le terrain de ce type de produits (c'est-à-dire le coût d'une mauvaise qualité) sont bien plus coûteuses que des tests complets.
Pour mieux comprendre, et donc justifier, les différences entre les processus de test déjà évoquées, il est utile d'appliquer un exemple de scénario de test typique. Dans l'exemple de scénario décrit ci-dessus, un produit qui doit être testé est décomposé en fonction du coût potentiel par test pour chacun des trois processus de test. Les calculs critiques permettant de décider de la meilleure stratégie sont la durée du test, les coûts de l'opérateur, les coûts de l'équipement et le développement technique (c'est-à-dire la conception du logiciel) nécessaire. L'exemple suppose qu'une ligne de produits fabrique 10 000 unités par an en fonction des coûts fixes, des coûts de développement et des durées de test estimés. Ces informations sont utilisées pour calculer les coûts de test par unité. La dépense critique dans cet exemple est le temps de test. Au fur et à mesure qu'il diminue, le coût par test diminue considérablement.
Dans le cas d'un test manuel, les coûts de l'opérateur sont plus élevés car le niveau de compétence doit être plus élevé. Un technicien d'essai formé est nécessaire pour effectuer l'essai. Ce n'est pas le cas pour les scénarios de test semi-automatiques ou entièrement automatisés, où un opérateur moins qualifié peut être utilisé. (Dans ces cas, l'opérateur pourrait éventuellement travailler avec plusieurs testeurs en même temps, mais cette hypothèse de multiplexage n'est pas utilisée dans les calculs.) L'exemple présenté dans le tableau ci-dessus fournit un guide pour calculer différents scénarios de type de test. Dans ce cas, en raison du volume unitaire (10 000 par an), il est justifié de passer d'un test manuel à un test semi-automatisé, mais pas à un test entièrement automatisé. En effet, le volume est suffisamment élevé pour justifier une certaine forme d'automatisation afin de réduire de manière significative les coûts de main-d'œuvre, mais le volume n'est pas assez important pour justifier les coûts plus élevés d'une automatisation complète.
La réussite des tests de produits est essentielle à la qualité, mais elle a un coût. La question de savoir si les tests de produits doivent être manuels ou automatisés doit être soigneusement pesée, en tenant compte de toutes les considérations ci-dessus. Une bonne planification permettra d'obtenir des résultats efficaces et d'accélérer la fabrication tout en améliorant les résultats globaux.
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