电子制造的故障树分析结构

2020年9月23日

熟悉FMEA和生产方面的知识

高中毕业后，在小镇上一个特别无聊的夜晚，我和朋友决定去爬镇上的水塔。被抓或受伤的风险从来没有在我们青少年的脑海中掠过。尽管存在这些风险，但我们都没有做任何类型的风险分析——我们没有认真考虑使用FTA和FMEA分析，甚至没有考虑做一个简单的利弊清单。

在电子行业工作多年后，我终于理解、欣赏并运用了风险分析。如果没有某种类型的风险分析，我们就会盲目地相信设计师、供应商和制造商使用高质量的组件，并依赖于高质量的流程来生产防故障的产品。尽管这种程度的信任可能会加快产品分发给客户的速度，但也可能导致灾难性的失败。有方法的风险分析技术对于帮助工程师消除猜测、识别风险和评估结果是必要的。

风险分析的重要性

当工程师识别风险时，我们会考虑事件、来源和威胁。虽然我们可以在年终假日聚会的背景下定义事件，但事件对项目有更负面的含义:事件阻止项目实现目标。每个事件最终都会产生负面的结果，即所谓的威胁，并具有作为触发因素的来源。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这些目标的威胁。

例如，一个项目的目标可能集中在为客机生产下一代航空电子设备。从一个PCB设计从角度来看，风险的来源可能包括高耐受性组件的可用性和中断的可能性供应链迫使设计团队为生产选择公差较低的组件。这种威胁在测试过程中变得很明显，当产品在模拟过程中失败时，模拟结果显示组件在飞行条件下出现故障。

当我们评估风险时，我们根据威胁的严重程度和事件发生的概率来组织我们所识别的所有风险。为了简化这一点，我们可以基于严重性和概率的乘积构造一个矩阵。我们称之为综合风险指数(CRI)。CRI值越高，意味着风险优先级越高。有了CRI值，我们就可以确定风险的优先级，并决定我们是想要减轻风险还是接受风险。

综合风险指数。

故障树分析

故障树分析(FTA)使用自顶向下的方法来发现失败的原因。每个图形故障树由两种不同类型的事件和连接事件的逻辑门组成。布尔逻辑描述低级的、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或顶级事件的失败。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所示的符号来构建一个显示事件如何展开的地图。

描述事件如何展开的符号表。

因为FTA是从自上而下开始工作的，所以我们通过定义一个主要失败来开始这个过程。主要故障成为故障树中的顶部事件。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，按照相同的过程识别其他基本事件，并显示与主事件的逻辑关系。每个逻辑门代表一个故障状态。下一张图显示了一个FTA的小样本，实际的故障树有许多分支和事件。

自由贸易协定样本。

FTA的分析部分从切割集(cut set)开始——或一组组合的基本事件，它们可以导致主要事件。随着分析的继续，切割集将减少到最小切割集或可能导致主要事件的最小数量的事件。每个分析都可以以最小切割集的概率计算作为结论。当一个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来确定事件系统可靠性或者上面事件发生的概率。

失效模式及影响分析

顾名思义，失效模式与影响分析(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FTA方法相反，FTA方法只研究关键或安全系统，FMEA考虑所有潜在的失效模式然后识别、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工作良好，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，每一种故障模式都会根据严重性(S)、发生性(O)和可检测性(D)获得一个风险评分，并获得一个等于这三个因素乘积的风险优先级数。在大多数情况下，设计团队将继续分析RPN高于100的故障模式，并采取纠正措施。的FMEA方法也允许团队评估故障对整个系统运行的影响。