電(diàn)路设计中的可(kě)靠性过程设计

2020-07-17

DfR中使用(yòng)的结构化流程考虑了从设计流程的一端到另一端可(kě)能(néng)发生的所有(yǒu)类型的更改。特定数据控制着流程的各个方面。结构还包括在设计中使用(yòng)工具和方法以确保可(kě)靠性的顺序。取决于项目的范围和要求，该序列可(kě)以線(xiàn)性发生，也可(kě)以具有(yǒu)彼此并行发生的一些活动。顺序也可(kě)能(néng)从一个電(diàn)路或系统的设计到另一个電(diàn)路或系统的设计不同。

DfR的顺序包含六个基本步骤，可(kě)帮助设计团队制定可(kě)靠的产品开发路線(xiàn)图。尽管DfR影响设计和开发过程的各个方面，但主要影响发生在概念和设计阶段。专注于DfR的设计团队开始在概念阶段的初期就考虑失败的可(kě)能(néng)性，并在寻找分(fēn)析和提高可(kě)靠性的方法时保持这种关注。

DfR流程的合并

每个项目都应从所有(yǒu)利益相关者的角度出发。无论是从事航空航天应用(yòng)的電(diàn)路设计工作，还是将设备连接到物(wù)联网（IoT）的工业系统上的工作，设计团队都必须了解操作环境，并始终注意可(kě)能(néng)因厂商(shāng)而异的期望。对需求的关注通常建立在这些期望的基础上，同时也将注意力始终放在基准，最佳实践以及对任何竞争产品或系统的分(fēn)析上。

需求导致電(diàn)子系统的可(kě)靠性保证

设计团队可(kě)以使用(yòng)“关键到可(kě)靠性”框架来定义需求，该框架可(kě)以识别電(diàn)气和机械设计如何响应物(wù)理(lǐ)环境和应用(yòng)程序。根据不同的应用(yòng)，这些要求可(kě)能(néng)会促使電(diàn)路在极端温度和湿度，振动或冲击的大范围条件下持续运行。其他(tā)要求可(kě)能(néng)涉及一些限制，例如物(wù)理(lǐ)尺寸，灵活性或尺寸。

团队可(kě)以开发风险模型，包括对设备的历史数据，在方案设计的分(fēn)析，使用(yòng)最坏情况電(diàn)路应力分(fēn)析（WCCSA）和失效模式影响和危害性分(fēn)析（FMECA）和故障率的估计值。所有(yǒu)这一切的唯一目的是证明電(diàn)路和组件在产品的使用(yòng)寿命内可(kě)以在设计规格之内或之上运行。

定量评估推动了可(kě)靠性设计。WCCSA在描述元件在极端环境或工作条件下的功能(néng)性能(néng)时，会考虑元件公差的差异。该分(fēn)析包括制造商(shāng)，环境，组件老化，疲劳和公差，同时显示了多(duō)种因素如何导致组件偏离规格。

设计工程师可(kě)以使用(yòng)FMECA来确定潜在故障场景对電(diàn)路和系统的影响。故障模式和严重性分(fēn)析是通过故障树分(fēn)析，建模和根本原因分(fēn)析进行的。反过来，设计团队根据对成功的影响对FMECA的结果进行分(fēn)类。通过应用(yòng)程序确定成功的定义是仅涵盖设备，人类安全还是设备与安全的结合，FMECA的使用(yòng)使团队能(néng)够：

研究设计方案

制定测试方法

建立可(kě)靠性，可(kě)维护性和安全性的基准

 当设计团队完成FMECA测试时，结果将提供有(yǒu)关单点故障，关键故障估计，系统和子系统故障模式以及关键组件的可(kě)靠性的信息。信息树的各个部分(fēn)可(kě)以指示单点故障或灾难性故障的可(kě)能(néng)性。整个信息集使团队能(néng)够确定可(kě)靠性问题區(qū)域，制定消除或最小(xiǎo)化问题區(qū)域的计划以及可(kě)能(néng)的设计修改，其中可(kě)能(néng)包括具有(yǒu)更精确的公差和性能(néng)规格的新(xīn)技术或组件。  

FMECA的关键性分(fēn)析部分(fēn)按严重性和概率对失败的可(kě)能(néng)性进行排序。每个级别仅為(wèi)特定应用(yòng)的電(diàn)路分(fēn)析提供参考点。设计工程师可(kě)以使用(yòng)重要性分(fēn)析将重点放在重要的组件，電(diàn)路，子系统或系统上，并建立故障率的近似值。概率水平通常随着電(diàn)路设计的成熟而变化。 

可(kě)靠性设计使设计团队走上了一条不同的道路。这条道路不仅要考虑公差，还要考虑设计公差，还要考虑影响元器件和電(diàn)路的因素。结果，想到了“魔鬼在细节中”的成语。DfR不会接受模拟结果，而是会集中考虑数据，同时考虑可(kě)能(néng)导致意外问题的所有(yǒu)因素。 

这种详细的分(fēn)析使设计团队摆脱了假设，即具有(yǒu)Y公差百分(fēn)比的组件X不管在Z電(diàn)路中都能(néng)工作，并将它们指向更大的测试，分(fēn)析和验证。团队可(kě)以扩展DfR流程，以不断获取有(yǒu)关组件和電(diàn)路性能(néng)的知识，作為(wèi)进行改进的一种方法。