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技術(shù)專(zhuān)題
電路設計中的可靠性過(guò)程設計
DfR中使用的結構化流程考慮了從設計流程的一端到另一端可能發(fā)生的所有類(lèi)型的更改。特定數據控制著(zhù)流程的各個(gè)方面。結構還包括在設計中使用工具和方法以確?？煽啃缘捻樞?。取決于項目的范圍和要求，該序列可以線(xiàn)性發(fā)生，也可以具有彼此并行發(fā)生的一些活動(dòng)。順序也可能從一個(gè)電路或系統的設計到另一個(gè)電路或系統的設計不同。
DfR的順序包含六個(gè)基本步驟，可幫助設計團隊制定可靠的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)路線(xiàn)圖。盡管DfR影響設計和開(kāi)發(fā)過(guò)程的各個(gè)方面，但主要影響發(fā)生在概念和設計階段。專(zhuān)注于DfR的設計團隊開(kāi)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(shí)保持這種關(guān)注。
DfR流程的合并
每個(gè)項目都應從所有利益相關(guān)者的角度出發(fā)。無(wú)論是從事航空航天應用的電路設計工作，還是將設備連接到物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的工業(yè)系統上的工作，設計團隊都必須了解操作環(huán)境，并始終注意可能因廠(chǎng)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上，同時(shí)也將注意力始終放在基準，最佳實(shí)踐以及對任何競爭產(chǎn)品或系統的分析上。
需求導致電子系統的可靠性保證
設計團隊可以使用“關(guān)鍵到可靠性”框架來(lái)定義需求，該框架可以識別電氣和機械設計如何響應物理環(huán)境和應用程序。根據不同的應用，這些要求可能會(huì )促使電路在極端溫度和濕度，振動(dòng)或沖擊的大范圍條件下持續運行。其他要求可能涉及一些限制，例如物理尺寸，靈活性或尺寸。
團隊可以開(kāi)發(fā)風(fēng)險模型，包括對設備的歷史數據，在方案設計的分析，使用最壞情況電路應力分析（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)品的使用壽命內可以在設計規格之內或之上運行。
定量評估推動(dòng)了可靠性設計。WCCSA在描述元件在極端環(huán)境或工作條件下的功能性能時(shí)，會(huì )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(shí)顯示了多種因素如何導致組件偏離規格。
設計工程師可以使用FMECA來(lái)確定潛在故障場(chǎng)景對電路和系統的影響。故障模式和嚴重性分析是通過(guò)故障樹(shù)分析，建模和根本原因分析進(jìn)行的。反過(guò)來(lái)，設計團隊根據對成功的影響對FMECA的結果進(jìn)行分類(lèi)。通過(guò)應用程序確定成功的定義是僅涵蓋設備，人類(lèi)安全還是設備與安全的結合，FMECA的使用使團隊能夠：
研究設計方案
制定測試方法
建立可靠性，可維護性和安全性的基準
當設計團隊完成FMECA測試時(shí)，結果將提供有關(guān)單點(diǎn)故障，關(guān)鍵故障估計，系統和子系統故障模式以及關(guān)鍵組件的可靠性的信息。信息樹(shù)的各個(gè)部分可以指示單點(diǎn)故障或災難性故障的可能性。整個(gè)信息集使團隊能夠確定可靠性問(wèn)題區域，制定消除或最小化問(wèn)題區域的計劃以及可能的設計修改，其中可能包括具有更精確的公差和性能規格的新技術(shù)或組件。
FMECA的關(guān)鍵性分析部分按嚴重性和概率對失敗的可能性進(jìn)行排序。每個(gè)級別僅為特定應用的電路分析提供參考點(diǎn)。設計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，子系統或系統上，并建立故障率的近似值。概率水平通常隨著(zhù)電路設計的成熟而變化。
可靠性設計使設計團隊走上了一條不同的道路。這條道路不僅要考慮公差，還要考慮設計公差，還要考慮影響元器件和電路的因素。結果，想到了“魔鬼在細節中”的成語(yǔ)。DfR不會(huì )接受模擬結果，而是會(huì )集中考慮數據，同時(shí)考慮可能導致意外問(wèn)題的所有因素。
這種詳細的分析使設計團隊擺脫了假設，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，分析和驗證。團隊可以擴展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。