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技術(shù)專題
電路設計的故障分析
在電子行業(yè)工作了多年之后，我終于了解，欣賞并利用了風險分析。如果沒有某種類型的風險分析，我們會盲目地相信設計師，供應商和制造商會使用高質(zhì)量的組件，并依賴導致質(zhì)量保證的產(chǎn)品的質(zhì)量流程。盡管這種信任水平可以加快向客戶的產(chǎn)品分銷速度，但也可能導致災難性的失敗。有條理的風險分析技術(shù)對于幫助工程師消除猜測，識別風險和評估后果非常必要。
風險分析的重要性
當工程師識別風險時，我們會從事件，來源和威脅方面進行思考。盡管我們可以在年終假期聚會的背景下定義事件，但事件對項目的負面影響要大得多：事件會阻止項目實現(xiàn)目標。每個事件最終都會帶來負面結(jié)果（稱為威脅），并且具有稱為觸發(fā)源的稱為源的元素。任何識別風險的嘗試都必須考慮定義項目目標，風險來源，可能發(fā)生的事件以及對那些目標的威脅的鏈條。
例如，一個項目可能具有專注于為客機生產(chǎn)下一代航空電子設備的目標。從PCB設計的角度來看，風險源可能包括高公差組件的可用性以及供應鏈中斷迫使設計團隊選擇低公差組件進行生產(chǎn)的可能性。在測試期間，當產(chǎn)品在模擬過程中發(fā)生故障（表明在飛行條件下組件發(fā)生故障）時，威脅就變得顯而易見。
當我們評估風險時，我們會根據(jù)威脅的嚴重程度和事件發(fā)生的可能性來組織已確定的所有風險。為了簡化一點，我們可以基于嚴重性和概率的乘積構(gòu)造一個矩陣。我們將此產(chǎn)品稱為綜合風險指數(shù)（CRI）。CRI的高值意味著更高的優(yōu)先級風險。掌握了CRI值后，我們可以確定風險的優(yōu)先級并確定我們是否要減輕或接受風險。
故障分析
故障分析（FTA） 使用自上而下的方法來發(fā)現(xiàn)故障原因。每個圖形故障樹都由兩種不同類型的事件和連接事件的邏輯門組成。布爾邏輯描述了低級，不需要的系統(tǒng)狀態(tài)（或基本事件）之間的邏輯關(guān)系，這些狀態(tài)可能導致系統(tǒng)故障或最高事件。工程團隊可以使用一個或多個故障樹來顯示組件故障狀態(tài)的組合。我們可以使用下表中顯示的符號來構(gòu)建一個地圖，該地圖顯示事件如何發(fā)生。
由于FTA是自上而下工作的，因此我們通過定義主要故障來開始該過程。主要故障成為故障樹中的首要事件。從那里，我們使用可用的技術(shù)信息來識別基本事件和邏輯門，以顯示主要事件和基本事件之間的關(guān)系。然后，我們遵循相同的過程來識別其他基本事件，并顯示與主要事件的邏輯關(guān)系。每個邏輯門代表一個故障狀態(tài)。下圖顯示了FTA的一小部分，但實際的故障樹具有許多分支和事件。
FTA的分析部分從剪切集（或可能導致主要事件的一組組合基本事件）開始。隨著分析的繼續(xù)，切割集減少到最少的切割集或可能導致主要事件的最小事件數(shù)量。每次分析都可以通過對最小割集的概率計算得出結(jié)論。在團隊為每個基本事件分配概率后，他們可以使用可靠性和概率方程式來確定系統(tǒng)的可靠性或發(fā)生頂級事件的概率。
失效模式與影響分析
顧名思義，故障模式和影響分析（FMEA） 確定可能的故障模式，并考慮這些故障模式對系統(tǒng)性能的影響程度。與僅研究關(guān)鍵或安全系統(tǒng)的FTA方法相反，FMEA考慮所有潛在的故障模式，然后識別，評估并確定可能的故障的優(yōu)先級。FMEA在電路或產(chǎn)品的設計階段運作良好，并通過顯示可能的操作挑戰(zhàn)或消除級聯(lián)問題來提供價值。
在FMEA方法中，每種故障模式都會收到基于嚴重性（S），事件（O）和可檢測性（D）的風險評分，并接收等于三個因素乘積的風險優(yōu)先級數(shù)字。在大多數(shù)情況下，設計團隊將繼續(xù)分析RPN大于100的故障模式，并采取糾正措施。該FMEA方法還允許團隊來評估故障對整個系統(tǒng)操作的影響。
FMEA與FTA
FTA與FMEA的概念讓人想起兩位身著忍者的對手，他們仔細地互相盤旋，尋找機會。相反，情況恰恰相反。在大多數(shù)情況下，工程團隊會結(jié)合這兩種技術(shù)來全面評估風險。使用這種混合方法，團隊可以充分利用FTA和FMEA的優(yōu)勢，同時最大限度地減少局限性。
使用混合FTA / FMEA或FMEA / FTA方法，團隊可以分析日益復雜的系統(tǒng)，其中包括影響功能和安全性的大量關(guān)鍵組件。通過對可能導致不良事件以及存在故障的原因的條件進行廣泛分析，可以得出混合方法的好處。
FMEA與FTA分析的比較不那么重要，因為這兩種技術(shù)都有很多好處。建議將兩種技術(shù)結(jié)合在一起以準確有效地識別風險是采取的最佳方法。