電(diàn)路设计的故障分(fēn)析

2020-09-24

在電(diàn)子行业工作了多(duō)年之后，我终于了解，欣赏并利用(yòng)了风险分(fēn)析。如果没有(yǒu)某种类型的风险分(fēn)析，我们会盲目地相信设计师，供应商(shāng)和制造商(shāng)会使用(yòng)高质量的组件，并依赖导致质量保证的产品的质量流程。尽管这种信任水平可(kě)以加快向客户的产品分(fēn)销速度，但也可(kě)能(néng)导致灾难性的失败。有(yǒu)条理(lǐ)的风险分(fēn)析技术对于帮助工程师消除猜测，识别风险和评估后果非常必要。

风险分(fēn)析的重要性

当工程师识别风险时，我们会从事件，来源和威胁方面进行思考。尽管我们可(kě)以在年终假期聚会的背景下定义事件，但事件对项目的负面影响要大得多(duō)：事件会阻止项目实现目标。每个事件最终都会带来负面结果（称為(wèi)威胁），并且具有(yǒu)称為(wèi)触发源的称為(wèi)源的元素。任何识别风险的尝试都必须考虑定义项目目标，风险来源，可(kě)能(néng)发生的事件以及对那些目标的威胁的链条。

例如，一个项目可(kě)能(néng)具有(yǒu)专注于為(wèi)客机生产下一代航空電(diàn)子设备的目标。从PCB设计的角度来看，风险源可(kě)能(néng)包括高公差组件的可(kě)用(yòng)性以及供应链中断迫使设计团队选择低公差组件进行生产的可(kě)能(néng)性。在测试期间，当产品在模拟过程中发生故障（表明在飞行条件下组件发生故障）时，威胁就变得显而易见。

当我们评估风险时，我们会根据威胁的严重程度和事件发生的可(kě)能(néng)性来组织已确定的所有(yǒu)风险。為(wèi)了简化一点，我们可(kě)以基于严重性和概率的乘积构造一个矩阵。我们将此产品称為(wèi)综合风险指数（CRI）。CRI的高值意味着更高的优先级风险。掌握了CRI值后，我们可(kě)以确定风险的优先级并确定我们是否要减轻或接受风险。

 

故障分(fēn)析

故障分(fēn)析（FTA）   使用(yòng)自上而下的方法来发现故障原因。每个图形故障树都由两种不同类型的事件和连接事件的逻辑门组成。布尔逻辑描述了低级，不需要的系统状态（或基本事件）之间的逻辑关系，这些状态可(kě)能(néng)导致系统故障或最高事件。工程团队可(kě)以使用(yòng)一个或多(duō)个故障树来显示组件故障状态的组合。我们可(kě)以使用(yòng)下表中显示的符号来构建一个地图，该地图显示事件如何发生。

 

由于FTA是自上而下工作的，因此我们通过定义主要故障来开始该过程。主要故障成為(wèi)故障树中的首要事件。从那里，我们使用(yòng)可(kě)用(yòng)的技术信息来识别基本事件和逻辑门，以显示主要事件和基本事件之间的关系。然后，我们遵循相同的过程来识别其他(tā)基本事件，并显示与主要事件的逻辑关系。每个逻辑门代表一个故障状态。下图显示了FTA的一小(xiǎo)部分(fēn)，但实际的故障树具有(yǒu)许多(duō)分(fēn)支和事件。

  

FTA的分(fēn)析部分(fēn)从剪切集（或可(kě)能(néng)导致主要事件的一组组合基本事件）开始。随着分(fēn)析的继续，切割集减少到最少的切割集或可(kě)能(néng)导致主要事件的最小(xiǎo)事件数量。每次分(fēn)析都可(kě)以通过对最小(xiǎo)割集的概率计算得出结论。在团队為(wèi)每个基本事件分(fēn)配概率后，他(tā)们可(kě)以使用(yòng)可(kě)靠性和概率方程式来确定系统的可(kě)靠性或发生顶级事件的概率。 

失效模式与影响分(fēn)析

顾名思义，故障模式和影响分(fēn)析（FMEA）  确定可(kě)能(néng)的故障模式，并考虑这些故障模式对系统性能(néng)的影响程度。与仅研究关键或安全系统的FTA方法相反，FMEA考虑所有(yǒu)潜在的故障模式，然后识别，评估并确定可(kě)能(néng)的故障的优先级。FMEA在電(diàn)路或产品的设计阶段运作良好，并通过显示可(kě)能(néng)的操作挑战或消除级联问题来提供价值。

在FMEA方法中，每种故障模式都会收到基于严重性（S），事件（O）和可(kě)检测性（D）的风险评分(fēn)，并接收等于三个因素乘积的风险优先级数字。在大多(duō)数情况下，设计团队将继续分(fēn)析RPN大于100的故障模式，并采取纠正措施。该FMEA方法还允许团队来评估故障对整个系统操作的影响。

FMEA与FTA

FTA与FMEA的概念让人想起两位身着忍者的对手，他(tā)们仔细地互相盘旋，寻找机会。相反，情况恰恰相反。在大多(duō)数情况下，工程团队会结合这两种技术来全面评估风险。使用(yòng)这种混合方法，团队可(kě)以充分(fēn)利用(yòng)FTA和FMEA的优势，同时最大限度地减少局限性。 

使用(yòng)混合FTA / FMEA或FMEA / FTA方法，团队可(kě)以分(fēn)析日益复杂的系统，其中包括影响功能(néng)和安全性的大量关键组件。通过对可(kě)能(néng)导致不良事件以及存在故障的原因的条件进行广泛分(fēn)析，可(kě)以得出混合方法的好处。

FMEA与FTA分(fēn)析的比较不那么重要，因為(wèi)这两种技术都有(yǒu)很(hěn)多(duō)好处。建议将两种技术结合在一起以准确有(yǒu)效地识别风险是采取的最佳方法。