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技术专题
电路设计的故障分析
在电子行业工作了多年之后，我终于了解，欣赏并利用了风险分析。如果没有某种类型的风险分析，我们会盲目地相信设计师，供应商和制造商会使用高质量的组件，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以加快向客户的产品分销速度，但也可能导致灾难性的失败。有条理的风险分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：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（称为威胁），并且具有称为触发源的称为源的元素。任何识别风险的尝试都必须考虑定义项目目标，风险来源，可能发生的事件以及对那些目标的威胁的链条。
例如，一个项目可能具有专注于为客机生产下一代航空电子设备的目标。从PCB设计的角度来看，风险源可能包括高公差组件的可用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能性。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能性来组织已确定的所有风险。为了简化一点，我们可以基于严重性和概率的乘积构造一个矩阵。我们将此产品称为综合风险指数（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。
故障分析
故障分析（FTA） 使用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，这些状态可能导致系统故障或最高事件。工程团队可以使用一个或多个故障树来显示组件故障状态的组合。我们可以使用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。主要故障成为故障树中的首要事件。从那里，我们使用可用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的一小部分，但实际的故障树具有许多分支和事件。
FTA的分析部分从剪切集（或可能导致主要事件的一组组合基本事件）开始。随着分析的继续，切割集减少到最少的切割集或可能导致主要事件的最小事件数量。每次分析都可以通过对最小割集的概率计算得出结论。在团队为每个基本事件分配概率后，他们可以使用可靠性和概率方程式来确定系统的可靠性或发生顶级事件的概率。
失效模式与影响分析
顾名思义，故障模式和影响分析（FMEA） 确定可能的故障模式，并考虑这些故障模式对系统性能的影响程度。与仅研究关键或安全系统的FTA方法相反，FMEA考虑所有潜在的故障模式，然后识别，评估并确定可能的故障的优先级。FMEA在电路或产品的设计阶段运作良好，并通过显示可能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）和可检测性（D）的风险评分，并接收等于三个因素乘积的风险优先级数字。在大多数情况下，设计团队将继续分析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，他们仔细地互相盘旋，寻找机会。相反，情况恰恰相反。在大多数情况下，工程团队会结合这两种技术来全面评估风险。使用这种混合方法，团队可以充分利用FTA和FMEA的优势，同时最大限度地减少局限性。
使用混合FTA / FMEA或FMEA / FTA方法，团队可以分析日益复杂的系统，其中包括影响功能和安全性的大量关键组件。通过对可能导致不良事件以及存在故障的原因的条件进行广泛分析，可以得出混合方法的好处。
FMEA与FTA分析的比较不那么重要，因为这两种技术都有很多好处。建议将两种技术结合在一起以准确有效地识别风险是采取的最佳方法。