Bunnie Huang: A l’usine, Partie 1 sur 4: Le Devis (ou comment faire une nomenclature)

L’électronique est plus complexe que le logiciel. En électronique, on réalise des objets concrets. Souvent, en tant que bricoleurs, nous ne dépassons pas le stade du prototype, ce qui est déjà une grande satisfaction. On peut alors le publier sur des sites web présentant ce genre de projet. Mais il peut alors arriver qu’un de nos bricolages suscite de l’intérêt chez plusieurs personnes, et on arrive alors au point où il faut fabriquer une grande quantité de notre produit… C’est l’industrialisation!

J’ai appris par l’expérience que cette étape n’a vraiment, vraiment rien à voir avec la fabrication d’un prototype en N exemplaires. Mais il faut le vivre pour le réaliser! En particulier, j’ai appris qu’il faut adopter une attitude assez paranoïaque et laisser de coté toute “espérance” non basée sur des faits: en effet, Murphy veille. C’est à dire que tout ce qui peut foirer, foirera. Et il y a plus d’opportunités qu’on veut bien le croire sur un coin d’établi. La fabrication en grande quantité peut vous rappeler assez violemment tout ce que vous avez caché sous le tapis, ou supposé évident! Tout doit être sous contrôle, comme un vol spatial, car n’importe quel point laissé “en l’air” est une source de problèmes. “ça marchera bien comme ça” est une expression à bannir de son vocabulaire.

C’est pourquoi j’ai été assez touché de trouver aujourd’hui cet article de Bunnie Huang, grand Maker devant le dieu de l’électronique. Il a fabriqué de nombreux produits, tels que le Chumby ou le NeTV, ou récemment un ordinateur portable en matériel libre ; il a une grande expérience dans tout ce qui concerne la fabrication en quantités industrielles. Ses conseils sont très précis, et précieux.

C’est pour cela que j’ai décidé de traduire cet article: pour faire bénéficier à tous les francophones de cette belle tranche d’expérience qui concernera tôt ou tard tous ceux qui veulent dépasser le stade du prototype. Même pour un kit, même pour une fabrication en dizaines de pièces, ces conseils vous éviteront des prises de têtes.

Il n’est pas facile de traduire un article aussi long en langage fluide, j’accepte donc les corrections en commentaires! Merci en avance!


Ce qui suit est donc la traduction de l’article de Bunnie Huang: The Factory Floor, Part 1 of 4: The Quotation (or, How to Make a BOM). C’est donc lui qui s’exprime à travers le “je” utilisé dans l’article suivant.

N’hésitez pas à consulter les autres parties de cette série:

  1. Le Devis (ou comment faire une nomenclature)
  2. Concevoir pour l’industrialisation
  3. La Conception Industrielle pour les Startups
  4. Choisir (et conserver) un partenaire

Ce mois ci, je vais donner des cours à quelques étudiants diplômés du MIT Media Lab, et nous ferons une “visite geek” de Shenzen. Nous visiterons plusieurs usines et nous nous promènerons parmi les marchés électroniques pour suggérer de nouvelles orientations et élargir l’horizon des projets de recherche en électronique de ces étudiants.

Pendant les cours, ils apprendront comment industrialiser leurs projets de recherche en se basant sur l’écosystème industriel électronique chinois. Ces leçons pourront  également être utiles aux Makers qui cherchent à lancer un produit en volumes modérés (quelques centaines à quelques milliers d’unités). Je partagerai avec eux quelques conseils extraits du cours, répartis en 4 articles au cours du mois à venir, sur les sujets suivants:

  • Obtenir une devis : les standards de documentations (comment faire une nomenclature, ou BOM, Bill of Materials)
  • Optimisation des processus: Concevoir pour l’industrialisation et fabriquer des outils de tests
  • La conception industrielles pour les débutants: de l’ingénierie robuste avec un budget minimal
  • Comment choisir une usine: construire et maintenir des partenariats

Partie 1 sur 4: Le Devis (ou Comment faire une nomenclature (BOM))

La plupart des makers qui tentent d’industrialiser un produit réalisent très rapidement que la seule méthode praticable de production est la sous-traitance. Si seulement la sous-traitance était aussi simple que : Schéma+Monnaie=Produit! Que ce soit pour fabriquer avec le sous-traitant du coin ou en Chine, une nomenclature (BOM) claire et complète est la première étape nécessaire à une campagne de production en sous-traitance réussie.

Chaque chose, même si elle est supposée évidente, jusqu’à la couleur du circuit imprimé, doit être décrite précisément et explicitement, afin qu’un tiers puisse reproduire fidèlement ce qui a été conçu. Une documentation absente ou incomplète sera à coup sûr une cause de délais, de défauts, et de surcoûts. Nous allons donc commencer notre série d’articles par la création de la nomenclature complète et précise qui est requise pour obtenir un devis de fabrication.

Nous allons nous baser sur une simple étude de cas. Supposons que nous avons utilisé Kickstarter pour financer la réalisation d’un éclairage de sécurité pour vélo. Il contient un circuit basé sur un timer 555 pour faire clignoter quelques LEDs. Après une superbe campagne marketing, nous avons maintenant à gérer plusieurs milliers de commandes à livrer en quelques mois.

A ce point, voici à quoi pourrait ressembler la nomenclature:

Cette nomenclature, accompagnée d’un schéma, est probablement suffisante pour qu’un ingénieur puisse faire un prototype, mais elle n’est vraiment pas adaptée à la réalisation d’un devis des coûts de fabrication. Voici quelques trucs qui manquent dans cette nomenclature:

  • La liste des fabricants de chaque composant
  • Les tolérances, les matériaux, et les spécifications en tension des composants passifs
  • Les infos sur les boitiers de chaque composant
  • Les références complètes spécifiques à chaque fournisseur

De plus, la table précédente ne mentionne que la nomenclature des composants électronique. Une BOM complète pour un flash à LEDs doit également contenir le circuit imprimé, la batterie, les pièces en plastique du boitier, la lentille, les vis, toutes les étiquettes nécessaires (par exemple, un numéro de série), un manuel, et l’emballage (un sac en plastique et une boite en carton, par exemple). Il faut probablement aussi un carton plus grand, car un flash à LED dans son emballage est trop petit pour être expédié tout seul. Même si les boites en carton sont bon marché, elles ne sont pas gratuites, et si elles ne sont pas commandées à temps, vos appareils vont rejoindre l’inventaire des pièces en attente en attendant que ces grands cartons soient livrés, pour que l’expédition de vos produits soit possible.

Voici quelques informations  supplémentaires sur chaque chose qui manque dans cette nomenclature.

Fournisseurs autorisés

Une usine normale va avoir besoin de savoir qui sont les fournisseurs de chaque composant. On appelle ça l’AVL (approved vendor list, ou LFA en français : liste des fournisseurs autorisés). Un fournisseur n’est pas un distributeur (comme Digikey, Mouser ou Avnet); un fournisseur est la société qui fabrique réellement le composant. Un condensateur peut être fabriqué, par exemple, par TDK, Murata, Taiyo Yuden, AVX, Panasonic, Samsung, etc. Vous seriez surpris de savoir combien de fois j’ai vérifié des nomenclatures qui spécifiaient des composants “Digikey” ou autre.

Même si chercher à savoir qui fabrique les condensateurs a l’air inutile, il y a vraiment des situations pour lesquelles le fournisseur d’un composant est important, même pour un humble condensateur. Par exemple, substituer sans réfléchir les capas de filtrage d’un régulateur à découpage, même si le substitut a les mêmes caractéristiques en capacité et en tension, peut provoquer une situation instable, et même des incendies de cartes.

Bien entendu, il y a parfois des situations où un composant est vraiment indépendant du fournisseur, et dans ce cas, je marque dans la nomenclature : “sans préférence” (c’est particulièrement vrai pour des choses comme les résistances de pull-up). Cela invite l’usine à suggérer son fournisseur préféré à votre place.

Tolérances, compositions et spécifications en tension

Pour les composants passifs marqués “sans préférence”, certains paramètres cruciaux doivent toujours être indiqués dans la nomenclature, pour s’assurer que le bon composant est approvisionné:

  • Pour les résistances, il faut au minimum spécifier la tolérance et la puissance admissible. Une résistance de 1k, 1% 1/4 de watt est un animal très différent d’une résistance 1k, 5%, bobinée de 1W.
  • Pour les condensateurs, il faut au minimum la tolérance, la tension de service, et le type de diélectrique. Pour des applications spécifiques, certains paramètres comme l’ESR (résistance série) ou le courant d’ondulation maximum (ripple current) doivent également être mentionnés. Une capa électrolytique de 10 uF, 10%, 50V a des performances en haute fréquence très différentes d’une capa céramique X7R de 10 uF, 20%, 16V.
  • Les inductances sont suffisamment spécialisées pour que je ne recommande pas de les marquer “sans préférence”. Pour les inductances de puissance, les caractéristiques principales sont la composition du noyau, la résistance en courant continu, le courant de saturation, le comportement en température. Mais contrairement aux résistances et aux capas, il n’y a pas de boitier standard. De plus, certains paramètres importants comme le blindage et le résinage, qui ont une influence importante sur les performances d’un circuit, sont souvent implicites dans la référence, donc, il est simplement mieux de spéficier complètement les inductances plutôt que de les laisser sans préférence. C’est la même chose pour les inductances utilisées en RF.

Boitier et forme

Il est toujours important de spécifier complètement le format des composants, ou leur boitier. Des informations incomplètes ou mal spécifiées dans ce domaine vont provoquer des erreurs à l’assemblage. Au delà des paramètres basiques comme les codes EIA ou JEDEC (0402,0805, TSSOP, etc.) voici d’autres choses importantes à prendre en compte:

  • Pour les CMS, la hauteur d’un composant peut varier, surtout pour les tailles plus grandes que 1206 ou les inductances. Soyez prudent si la carte est prévue pour être glissée dans un boitier serré.
  • Pour les composants en boitier traversant, l’écartement entre les pattes et la hauteur du composant doivent toujours être spécifiés.
  • Pour les circuits intégrés, essayez de spécifier le nom courant qui correspond au boitier, et pas seulement le code interne du fournisseur. (Par exemple, un boitier “DW” de chez TI est en fait un SOIC). C’est une bonne vérification qui peut éviter des erreurs.

Références étendues

Les concepteurs réfléchissent souvent avec des noms de composants abrégés. Un bon exemple est le 7404. Le vénérable 7404 est un hexuple inverseur, utilisé depuis des dizaines d’années. Parce qu’il est utilisé partout, le terme “7404” est devenu synonyme de sa fonction, “inverseur”. Pourtant, quand on passe en production, des infos comme le type de boitier, le fournisseur et la famille logique doivent être indiqués. Une référence complète de circuit pourrait être 74VHCT04AMTC, qui indique un inverseur fabriqué par Fairchild Semiconductor, de la série VHCT, dans un boitier TSSOP, livré en tubes. Les caractères supplémentaires sont très importants, parce que de petites variations peuvent produire de gros problèmes, comme la cotation et l’achat du mauvais composant (et faire qu’on se retrouve coincé avec une bobine de composants inutilisables), ou encore des problèmes subtils de fiabilité. En fait, j’ai déja eu un problème à cause de la mauvaise substitution d’un composant “VHC” par un “VHCT”. Cela décalait les seuils logiques de TTL à CMOS, et cela donnait une réponse asymétrique aux signaux d’entrée sur certains produits. Heureusement je me suis rendu compte du problème avant la montée en puissance de la production, ce qui a permis d’éviter des opérations de reprise manuelle, ou pire, des retours.

Voici un autre exemple qui montre comment quelques caractères oubliés peuvent coûter des milliers de dollars. Une référence complète pour le régulateur à découpage LM3670 pourrait être LM3670MFX-3.3/NOPB. Il se trouve que si /NOPB est omis, la référence est toujours valide et approvisionnable, mais pour une version qui n’utilise pas de la soudure sans plomb. Cela peut être désastreux pour des produits qui sont exportés dans une région (comme l’Europe) qui exige de respecter la règlementation RoHS (qui signifie entre autres choses “sans plomb”). Un problème plus subtil est le “X” dans la référence. Les références qui contiennent un “X” sont livrées en bobines de 3000 pièces, et celles qui ne l’ont pas sont livrées par 1000. Alors que beaucoup d’usines vont se poser des questions devant l’absence du “/NOPB” (puisqu’elles mettent en référence les documentations RoHS des produits qu’elles achètent), elles vont rarement faire attention aux quantités de composants dans les bobines. Pourtant, cela vous concerne, parce que si vous vouliez juste 1000 composants, ajouter un X dans la référence signifie que vous allez payer pour 2000 composants supplémentaires inutiles. Ou alors, si vous êtes en train de faire une grande production et que vous oubliez le X, vous allez payer plus cher en frais de port pour vous faire expédier trois fois plus de bobines que nécessaire, pour la même quantité de composants. Dans tous les cas, l’usine fera la cotation pour le composant exact que vous avez spécifié, donc négliger la quantité de composants dans les bobines vous fera passer à côté d’une économie potentielle.

En résumé, chaque chiffre et chaque lettre compte, et le manque d’attention aux détails peut concrètement vous coûter cher.

La nomenclature revue et corrigée

Voici par exemple à quoi ressemble une nomenclature correcte pour le projet précédent, avec toutes les spécifications requises.


(cliquez pour une version agrandie, ou récupérez l’original au format openoffice.

Pour le contraste, comparons cela avec la nomenclature originale:

Il y a de grandes différences entre une nomenclature destinée à la production d’un prototype par un ingénieur, et une nomenclature destinée à la production en masse d’un produit dans une usine.

Remarquez que deux colonnes supplémentaires sont apparues dans la nomenclature finale, le “VMC” (volume minimal de commande) et le délai d’approvisionnement. Ces informations n’ont aucun sens quand on se contente de produire des prototypes en petit volume, et qu’on achète des composants chez des distributeurs qui n’ont que peu de restrictions sur les volumes mini de commande et gardent sous la main un stock pour livraison le lendemain. Par contre, quand on passe à la production, de grosses économies sont réalisées, car on court-circuite le distributeur et on achète directement chez les grossistes. Et chez les grossistes, les VMC et les délais d’appro ont leur importance.

La bonne nouvelle c’est que l’usine se chargera de remplir le VMC et les délais d’appro dans le devis. Malgré tout, ce sont des infos qu’il est bon de connaitre dès le début de la conception. Si le VMC d’un composant particulier est très important, il sera peut être nécessaire d’acheter une très grosse quantité de composants dont la plupart sera inutile, ce qui augmente le prix réel du projet. Si le délai d’appro d’un composant est très long, on pourra envisager une modification du design pour choisir un composant disponible plus rapidement. Utiliser des composants disponibles rapidement économise non seulement du temps, mais aussi de l’argent, car personne ne veut sortir d’argent pour des composants 4 mois avant de toucher le moindre chiffre d’affaires.

Remarquez également l’inclusion de tous les détails annexes dans la nomenclature, qui n’étaient pas présents dans la BOM du prototype. Ces informations sont faciles à laisser de coté, mais l’oubli d’un manuel utilisateur dans la BOM passe souvent inaperçu jusqu’au moment où on ouvre le premier produit de tête de série, ce qui produit un cafouillis de dernière minute pour l’inclure dans le produit final. Enormément de produits ont été retardés à cause d’un simple manuel ou design de boîte qui n’avait pas été fini ou approuvé à temps, et c’est vraiment très pénible de se retrouver avec 100 k€ de stock en inventaire dans un entrepot en attente d’une feuille de papier!

Pour finir, je dirais qu’une bonne pratique est de fournir à l’usine quelques “échantillons de référence” avec les fichiers de conception. Ces prototypes permettent à l’usine de prendre des décisions éclairées sur toutes les ambigüités de la nomenclature que vous leur soumettez. C’est peut être ennuyeux de souder à la main un proto de plus juste pour l’usine, mais croyez moi, quelques heures de soudure valent mieux qu’une semaine d’échanges emails pour clarifier la situation avec le sous traitant.

Gérer les changements

Les designs évoluent. Même si une conception est parfaite, les fournisseurs déprécient parfois des composants, ce qui oblige à une modification de la conception. Et avouons le, tous les choix de conception ne résistent pas au choc avec la clientèle. Alors que le processus d’élaboration d’un devis est clair, il est également important de bien formaliser les processus de gestion du changement une fois qu’un de nos produit est en production. La meilleure chose à faire est de publier un document formel écrit appelé “Notification de Modifications” (NM) pour informer l’usine de chaque modification intervenue après le devis initial. Une NM devrait porter au minimum la documentation détaillant chaque composant modifié avec une brève description de la raison, un numéro unique de révision pour suivre facilement les évolutions, et une méthode pour s’assurer que l’usine a bien reçu le document. Ne pas gérer les changements de manière formelle en comptant uniquement sur des échanges d’emails provoque souvent des problèmes, comme l’achat des mauvais composants, ou pire, l’installation d’un mauvais composant, et des lots entiers de production qui passent à la reprise manuelle ou à la poubelle. Même après avoir résolu un problème avec des ingénieurs de l’usine, je fais toujours une NM écrite et je la soumets à l’équipe de production pour formaliser les trouvailles. Je déteste les paperasses autant que tous les autres ingénieurs, mais en prod, une petite erreur peut coûter très cher, et ça me motive pour garder une discipline sévère pour les NM.

Restez par là jusqu’à la semaine prochaine, où je décrirai le “design en vue d’une production” et les équipements de test.

Consultez également les autres parties de cette série:

  1. Le Devis (ou comment faire une nomenclature)
  2. Concevoir pour l’industrialisation
  3. La Conception Industrielle pour les Startups
  4. Choisir (et conserver) un partenaire