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技術(shù)專題
電路設(shè)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(shè)計師，供應(yīng)商和制造商會使用高質(zhì)量的組件，并依賴導(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的產(chǎn)品分銷速度，但也可能導(dǎo)致災(zāi)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(shè)備的目標。從PCB設(shè)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(yīng)鏈中斷迫使設(shè)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(shè)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(shè)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(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。通過對可能導(dǎo)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。