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技術(shù)專題
電路設(shè)計(jì)中的可靠性過程設(shè)計(jì)
DfR中使用的結(jié)構(gòu)化流程考慮了從設(shè)計(jì)流程的一端到另一端可能發(fā)生的所有類型的更改。特定數(shù)據(jù)控制著流程的各個方面。結(jié)構(gòu)還包括在設(shè)計(jì)中使用工具和方法以確保可靠性的順序。取決于項(xiàng)目的范圍和要求，該序列可以線性發(fā)生，也可以具有彼此并行發(fā)生的一些活動。順序也可能從一個電路或系統(tǒng)的設(shè)計(jì)到另一個電路或系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不同。
DfR的順序包含六個基本步驟，可幫助設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)制定可靠的產(chǎn)品開發(fā)路線圖。盡管DfR影響設(shè)計(jì)和開發(fā)過程的各個方面，但主要影響發(fā)生在概念和設(shè)計(jì)階段。專注于DfR的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)開始在概念階段的初期就考慮失敗的可能性，并在尋找分析和提高可靠性的方法時保持這種關(guān)注。
DfR流程的合并
每個項(xiàng)目都應(yīng)從所有利益相關(guān)者的角度出發(fā)。無論是從事航空航天應(yīng)用的電路設(shè)計(jì)工作，還是將設(shè)備連接到物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的工業(yè)系統(tǒng)上的工作，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)都必須了解操作環(huán)境，并始終注意可能因廠商而異的期望。對需求的關(guān)注通常建立在這些期望的基礎(chǔ)上，同時也將注意力始終放在基準(zhǔn)，最佳實(shí)踐以及對任何競爭產(chǎn)品或系統(tǒng)的分析上。
需求導(dǎo)致電子系統(tǒng)的可靠性保證
設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以使用“關(guān)鍵到可靠性”框架來定義需求，該框架可以識別電氣和機(jī)械設(shè)計(jì)如何響應(yīng)物理環(huán)境和應(yīng)用程序。根據(jù)不同的應(yīng)用，這些要求可能會促使電路在極端溫度和濕度，振動或沖擊的大范圍條件下持續(xù)運(yùn)行。其他要求可能涉及一些限制，例如物理尺寸，靈活性或尺寸。
團(tuán)隊(duì)可以開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)模型，包括對設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)，在方案設(shè)計(jì)的分析，使用最壞情況電路應(yīng)力分析（WCCSA）和失效模式影響和危害性分析（FMECA）和故障率的估計(jì)值。所有這一切的唯一目的是證明電路和組件在產(chǎn)品的使用壽命內(nèi)可以在設(shè)計(jì)規(guī)格之內(nèi)或之上運(yùn)行。
定量評估推動了可靠性設(shè)計(jì)。WCCSA在描述元件在極端環(huán)境或工作條件下的功能性能時，會考慮元件公差的差異。該分析包括制造商，環(huán)境，組件老化，疲勞和公差，同時顯示了多種因素如何導(dǎo)致組件偏離規(guī)格。
設(shè)計(jì)工程師可以使用FMECA來確定潛在故障場景對電路和系統(tǒng)的影響。故障模式和嚴(yán)重性分析是通過故障樹分析，建模和根本原因分析進(jìn)行的。反過來，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)根據(jù)對成功的影響對FMECA的結(jié)果進(jìn)行分類。通過應(yīng)用程序確定成功的定義是僅涵蓋設(shè)備，人類安全還是設(shè)備與安全的結(jié)合，FMECA的使用使團(tuán)隊(duì)能夠：
研究設(shè)計(jì)方案
制定測試方法
建立可靠性，可維護(hù)性和安全性的基準(zhǔn)
當(dāng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)完成FMECA測試時，結(jié)果將提供有關(guān)單點(diǎn)故障，關(guān)鍵故障估計(jì)，系統(tǒng)和子系統(tǒng)故障模式以及關(guān)鍵組件的可靠性的信息。信息樹的各個部分可以指示單點(diǎn)故障或?yàn)?zāi)難性故障的可能性。整個信息集使團(tuán)隊(duì)能夠確定可靠性問題區(qū)域，制定消除或最小化問題區(qū)域的計(jì)劃以及可能的設(shè)計(jì)修改，其中可能包括具有更精確的公差和性能規(guī)格的新技術(shù)或組件。
FMECA的關(guān)鍵性分析部分按嚴(yán)重性和概率對失敗的可能性進(jìn)行排序。每個級別僅為特定應(yīng)用的電路分析提供參考點(diǎn)。設(shè)計(jì)工程師可以使用重要性分析將重點(diǎn)放在重要的組件，電路，子系統(tǒng)或系統(tǒng)上，并建立故障率的近似值。概率水平通常隨著電路設(shè)計(jì)的成熟而變化。
可靠性設(shè)計(jì)使設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)走上了一條不同的道路。這條道路不僅要考慮公差，還要考慮設(shè)計(jì)公差，還要考慮影響元器件和電路的因素。結(jié)果，想到了“魔鬼在細(xì)節(jié)中”的成語。DfR不會接受模擬結(jié)果，而是會集中考慮數(shù)據(jù)，同時考慮可能導(dǎo)致意外問題的所有因素。
這種詳細(xì)的分析使設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)擺脫了假設(shè)，即具有Y公差百分比的組件X不管在Z電路中都能工作，并將它們指向更大的測試，分析和驗(yàn)證。團(tuán)隊(duì)可以擴(kuò)展DfR流程，以不斷獲取有關(guān)組件和電路性能的知識，作為進(jìn)行改進(jìn)的一種方法。