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技術(shù)專(zhuān)題
電路設(shè)計(jì)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(fēng)險(xiǎn)分析。如果沒(méi)有某種類(lèi)型的風(fēng)險(xiǎn)分析，我們會(huì)盲目地相信設(shè)計(jì)師，供應(yīng)商和制造商會(huì)使用高質(zhì)量的組件，并依賴(lài)導(dǎo)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(hù)的產(chǎn)品分銷(xiāo)速度，但也可能導(dǎo)致災(zāi)難性的失敗。有條理的風(fēng)險(xiǎn)分析技術(shù)對(duì)于幫助工程師消除猜測(cè)，識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)和評(píng)估后果非常必要。
風(fēng)險(xiǎn)分析的重要性
當(dāng)工程師識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，我們會(huì)從事件，來(lái)源和威脅方面進(jìn)行思考。盡管我們可以在年終假期聚會(huì)的背景下定義事件，但事件對(duì)項(xiàng)目的負(fù)面影響要大得多：事件會(huì)阻止項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。每個(gè)事件最終都會(huì)帶來(lái)負(fù)面結(jié)果（稱(chēng)為威脅），并且具有稱(chēng)為觸發(fā)源的稱(chēng)為源的元素。任何識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)的嘗試都必須考慮定義項(xiàng)目目標(biāo)，風(fēng)險(xiǎn)來(lái)源，可能發(fā)生的事件以及對(duì)那些目標(biāo)的威脅的鏈條。
例如，一個(gè)項(xiàng)目可能具有專(zhuān)注于為客機(jī)生產(chǎn)下一代航空電子設(shè)備的目標(biāo)。從PCB設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，風(fēng)險(xiǎn)源可能包括高公差組件的可用性以及供應(yīng)鏈中斷迫使設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)選擇低公差組件進(jìn)行生產(chǎn)的可能性。在測(cè)試期間，當(dāng)產(chǎn)品在模擬過(guò)程中發(fā)生故障（表明在飛行條件下組件發(fā)生故障）時(shí)，威脅就變得顯而易見(jiàn)。
當(dāng)我們?cè)u(píng)估風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，我們會(huì)根據(jù)威脅的嚴(yán)重程度和事件發(fā)生的可能性來(lái)組織已確定的所有風(fēng)險(xiǎn)。為了簡(jiǎn)化一點(diǎn)，我們可以基于嚴(yán)重性和概率的乘積構(gòu)造一個(gè)矩陣。我們將此產(chǎn)品稱(chēng)為綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（CRI）。CRI的高值意味著更高的優(yōu)先級(jí)風(fēng)險(xiǎn)。掌握了CRI值后，我們可以確定風(fēng)險(xiǎn)的優(yōu)先級(jí)并確定我們是否要減輕或接受風(fēng)險(xiǎn)。
故障分析
故障分析（FTA） 使用自上而下的方法來(lái)發(fā)現(xiàn)故障原因。每個(gè)圖形故障樹(shù)都由兩種不同類(lèi)型的事件和連接事件的邏輯門(mén)組成。布爾邏輯描述了低級(jí)，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(dǎo)致系統(tǒng)故障或最高事件。工程團(tuán)隊(duì)可以使用一個(gè)或多個(gè)故障樹(shù)來(lái)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(hào)來(lái)構(gòu)建一個(gè)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(guò)定義主要故障來(lái)開(kāi)始該過(guò)程。主要故障成為故障樹(shù)中的首要事件。從那里，我們使用可用的技術(shù)信息來(lái)識(shí)別基本事件和邏輯門(mén)，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(guò)程來(lái)識(shí)別其他基本事件，并顯示與主要事件的邏輯關(guān)系。每個(gè)邏輯門(mén)代表一個(gè)故障狀態(tài)。下圖顯示了FTA的一小部分，但實(shí)際的故障樹(shù)具有許多分支和事件。
FTA的分析部分從剪切集（或可能導(dǎo)致主要事件的一組組合基本事件）開(kāi)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(dǎo)致主要事件的最小事件數(shù)量。每次分析都可以通過(guò)對(duì)最小割集的概率計(jì)算得出結(jié)論。在團(tuán)隊(duì)為每個(gè)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(lái)確定系統(tǒng)的可靠性或發(fā)生頂級(jí)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(duì)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(shí)別，評(píng)估并確定可能的故障的優(yōu)先級(jí)。FMEA在電路或產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段運(yùn)作良好，并通過(guò)顯示可能的操作挑戰(zhàn)或消除級(jí)聯(lián)問(wèn)題來(lái)提供價(jià)值。
在FMEA方法中，每種故障模式都會(huì)收到基于嚴(yán)重性（S），事件（O）和可檢測(cè)性（D）的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分，并接收等于三個(gè)因素乘積的風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先級(jí)數(shù)字。在大多數(shù)情況下，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)來(lái)評(píng)估故障對(duì)整個(gè)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(duì)手，他們仔細(xì)地互相盤(pán)旋，尋找機(jī)會(huì)。相反，情況恰恰相反。在大多數(shù)情況下，工程團(tuán)隊(duì)會(huì)結(jié)合這兩種技術(shù)來(lái)全面評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)。使用這種混合方法，團(tuán)隊(duì)可以充分利用FTA和FMEA的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)最大限度地減少局限性。
使用混合FTA / FMEA或FMEA / FTA方法，團(tuán)隊(duì)可以分析日益復(fù)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(guò)對(duì)可能導(dǎo)致不良事件以及存在故障的原因的條件進(jìn)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?yàn)檫@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(zhǔn)確有效地識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)是采取的最佳方法。