FMEA分析

本文來源于硬件十萬個為什么

曾經(jīng)一位以前的同事后來去華為終端做手環(huán)說，華為做穿戴式設備很痛苦。為什么呢，華為在用做通信設備的嚴謹性在做終端設備。

例如，做一款手環(huán)，手環(huán)的難度在于：天線設計和防水。華為的手環(huán)天線不但在要自由空間中測試手環(huán)的TIS，TRP；而且要測試手模的TIS和TRP，也就是要測試手環(huán)或者手表戴在手上的真實場景的射頻關鍵參數(shù)；而一些互聯(lián)網(wǎng)公司外包的手環(huán)或者兒童手表，其實沒有測試相關的場景，雖然在不戴在手上的時候，指標還好。

備注：TRP（total radiated power）是總輻射功率，我們平時說的發(fā)射功率應該是NHPRP（near horizontal part radiated power）接近水平面部分輻射功率。TIS（total istropic sensitivity）是總全向靈敏度，我們平時說的接收靈敏度應該是NHPIS（near horizontal part istropic sensitivity）接近水平面部分全向靈敏度。

另外的話，手表一但承諾防水等級IP67之后，那么每臺設備在出廠前都需要進行氣密性和防水測試。如果通過不了，產(chǎn)品不能正常過點，也就不允許發(fā)貨。所以工程師也非?？啾?。

華為由于在可靠性積累多年，所以在可靠性方面可以講的很多。我先從可靠性設計中非常重要的FMEA，說起。

第一部分、概念

先說一下定義：FMEA是一種可靠性設計的重要方法。它實際上是FMA（故障模式分析）和FEA（故障影響分析）的組合。它對各種可能的風險進行評價、分析，以便在現(xiàn)有技術的基礎上消除這些風險或將這些風險減小到可接受的水平。

FMEA（失效模式與影響分析）　　Failure Mode and Effects Analysis　　潛在失效模式與后果分析

歷史：

50年代初，美國第一次將FMEA思想用于一種戰(zhàn)斗機操作系統(tǒng)的設計分析；　　

60年代中期，F(xiàn)MEA技術正式用于航天工業(yè)（Apollo計劃）；　　

1976年，美國國防部頒布了FMEA的軍用標準，但僅限于設計方面?！　?/p>

70年代末，F(xiàn)MEA技術開始進入汽車工業(yè)和醫(yī)療設備工業(yè)?！　?0年代初，進入微電子工業(yè)?！　?/p>

80年代中期，汽車工業(yè)開始應用過程FMEA確認其制造過程。　　

1988年，美國聯(lián)邦航空局發(fā)布咨詢通報要求所有航空系統(tǒng)的設計及分析都必須使用FMEA?！　?/p>

1991年，ISO-9000推薦使用FMEA提高產(chǎn)品和過程的設計?！　?/p>

1994年，F(xiàn)MEA又成為QS-9000的認證要求。

我們做FMEA的目的是：

能夠容易、低成本地對產(chǎn)品或過程進行修改，從而減輕事后危機的修改。

找到能夠避免或減少這些潛在失效發(fā)生的措施；

益處顯而易見：

·指出設計上可靠性的弱點，提出對策

·針對要求規(guī)格、環(huán)境條件等，利用實驗設計或模擬分析，對不適當?shù)脑O計，實時加以改善，節(jié)省無謂的損失

·有效的實施FMEA，可縮短開發(fā)時間及開發(fā)費用

·FMEA發(fā)展之初期，以設計技術為考慮，但后來的發(fā)展，除設計時間使用外，制造工程及檢查工程亦可適用

·改進產(chǎn)品的質量、可靠性與安全性

第二部分、質量是設計出來的，不是測試出來的。

在我看來，F(xiàn)MEA不單純是一種故障后果防范的工具，更是一種設計理念。也就是說：在你設計電路或者設計軟件的時候，就需要考慮某個部件如果損壞了，可能對系統(tǒng)的影響，并且在設計的時候就能夠預見，并制定對策。

看下圖，你可以發(fā)現(xiàn)可靠性不是靠測試出來問題，解決問題實現(xiàn)的。而是設計出來的。也就是我們經(jīng)常說的“質量是設計出來的”。

看著下圖簡略的描述，可以看到，在設計的概念階段、就介入的可靠性的設計，而在計劃階段和開發(fā)階段的起始，就需要完成FMEA的分析報告。

1、幫助決策者從各種方案中選擇滿足可靠性要求的最佳方案

2、通過系統(tǒng)級FEMA分析并確定系統(tǒng)最合理的可靠性架構，功能模塊劃分，冗余策略，復位策略，集中式/分散式控制策略等

3、通過板級/器件級FEMA保證所有單元的各種故障模式及其影響都被周密考慮

4、找出系統(tǒng)的可靠性薄弱環(huán)節(jié)，分析每個單元故障后對系統(tǒng)功能影響及其影響程度，為進一步改進產(chǎn)品可靠性設計以及可靠性定量計算提供資料

產(chǎn)品的可靠性可以理解為三個規(guī)定，即規(guī)定條件下、規(guī)定時間內、產(chǎn)品完成規(guī)定功能的能力。

從用戶的角度考慮，可簡單地理解為幾個層面的要求：

1、硬件不出故障；

2、硬件故障，僅對性能有部分影響，設備的功能不受損。

3、硬件故障，設備部分或全部功能受損。但能盡快恢復業(yè)務。

第三部分、FMEA的基本思想：遍歷性、系統(tǒng)性。

我們可以在很多FMEA的教材上面看到這兩個概念：遍歷性、系統(tǒng)性。那么這兩點在硬件設計的過程中是如何體現(xiàn)的呢？

FMEA的分析方法：

硬件法，從硬件的角度，對每個器件管腳輸出分別去考慮故障模式、故障影響、檢測補償措施。（因為我們遍歷了每一個器件、每一個器件的每一個管腳，所以這里體現(xiàn)了遍歷性）

功能法，每個產(chǎn)品可以完成若干功能，而功能可以按輸出分類。這種方法將輸出一一列出，并對它們的故障模式進行分析。對應系統(tǒng)級、單板級分析。（此處按照功能和場景，對故障模式分別進行遍歷和分析）。

第四部分、FMEA分析操作步驟

嚴酷等級：

1、這種故障會導致整個系統(tǒng)崩潰或主要功能受到嚴重影響；
2、這種故障會導致系統(tǒng)主要功能受到影響、任務延誤的系統(tǒng)輕度損壞或存在較大的故障隱患；

3、系統(tǒng)次要功能喪失或下降，須立即修理，但不影響系統(tǒng)主要功能實現(xiàn)的故障；

4、部分次要功能下降，只須一般維護的，不對功能實現(xiàn)造成影響（一般告警或指示燈故障等）。

描述結構圖 ：

清晰功能模塊之間的相互關系，主要輸入/輸出信號。

參考的FMEA表格：

我曾經(jīng)開發(fā)過程中，也非常的急于出成果。但是正真做成硬件精品，往往忽略一些功能設計之外的考慮，最后導致返工。

可靠性設計，包含FMEA的設計是很重要的。磨刀不負砍柴工，從設計階段，就融入可靠性、預防失效的思考，讓你的設計上升一個臺階