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嵌入式软件如何做FMEA?(软件失效设计开发质量)

少女玫瑰心 2024-10-29 12:13:53 0

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FMEA应用在硬件方面,各行各业也都积累了比较多的实战经验与经典案例。
目前,整机产品上越来越多的功能是由件来实现的,那么,软件FMEA该如何做呢?

本文将从软件开发的视角,以软件FMEA这一特殊方法为切入点,尝试探讨提高软件质量和可靠性的手段。

什么是FMEA?

FMEA(Potential Failure Mode and Effects Analysis)即潜在的失效模式及后果分析,是在产品/过程/服务等的策划设计阶段,对构成产品的各子系统、零部件,对构成过程,服务的各个程序逐一进行分析,找出潜在的失效模式,分析其可能的后果,评估其风险,从而预先采取措施,减少失效模式的严重程序,降低其可能发生的概率,以有效地提高质量与可靠性,确保顾客满意的系统化活动。

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(图片来自网络侵删)

FMEA种类:

按其应用领域常见FMEA有设计FMEA(DFMEA)和过程FMEA(PFMEA),其它还有设备FMEA、应用FMEA、采购FMEA、服务FMEA。

2019年6月发布的AIAG&VDA FMEA手册明确的将其定义为技术风险分析工具,基于风险管理的过程(ISO31000风险管理将其定义为风险识别、风险分析、风险评价和风险控制),用事前预防(设计开始前)的思维,系统分析产品以及工艺过程控制所存在的风险,并加以系统评价和控制。

所以,从上述来看,FMEA的应用其实非常的明确,就是将FMEA开发的结果应用于设计以及设计控制活动中,以增强设计结果可靠性的保证。

要想让FMEA的价值真正发挥出来,那必须将FMEA理解为一个完整的过程,而这个过程的步骤就是启动(I)、开发(D)、应用(A)及动态管理(A)。

注:IDAA模型是QualityIn质量学院基于多年FMEA实践总结出来的实践方法论,并于2015年正式提出,请勿抄袭或进行商业目的的应用。
有关IDAA的具体内容请关注我们的线上或线下FMEA相关课程(www.quality-in.com)。

启动就是在正式开发FMEA前的准备,这次AIAG&VDA FMEA手册提出的5T(目的、时间、团队、任务、工具)就是在做FMEA的准备工作,而七步法的第一步“策划准备”就是启动。
当然,我认为七步法中的策划准备并不完整,比如,历史数据、经验教训、以往FMEA的结果的收集等重要工作就没有被显著提及;

开发这是FMEA的关键阶段,也是大家最关注的阶段,按照七步法的第二到第六步,我们将输出一份FMEA文件;

应用在IDAA模型中,每个阶段都非常重要,但最重要的其实不是FMEA的开发,而是FMEA的应用。
就是将FMEA开发的结果应用于设计及设计控制过程,不管是针对产品设计还是过程设计,均是如此。

动态管理就是将量产后所发生的问题分析结果反向更新到FMEA中去,包括失效模式、原因以及控制措施等等。
这个也可以理解为我们常说的逆向FMEA,严格意义上说也应该是FMEA的一种应用形式,是组织知识和经验的不断积累的重要手段。
软件开发质量控制工具箱!

提到软件开发质量控制,非常容易让人联想到敏捷开发、 ASPICE等概念。
如果放开思路,不局限于CMMI等既有体系,那么软件开发的质量控制和提升还有多种工具,例如:

专家经验类:依靠核心专家的经验,全面把控设计方案和测试过程的合理性,从而对整个设计进行控制。
体系推进类:体系推进类是经常被讨论的,涵盖了各种标准化的方法论,如各级review、测试体系、失效库的建立和分析等。
FMEA也是其中之一。
管理监督类:从结果导向的角度,对软件产品的进度和质量进行考核,从而推动软件开发质量提升。

不同的产品与市场,不同的团队特点下,适合灵活采取各种方案。
当然,方案间不是互斥的,相信每个软件团队都有符合自身特点的工具组合。

嵌入式软件如何做FMEA?

1. 必要性

软件FMEA是一个相对特殊的主题。
谈到FMEA,被检查对象更多涉及系统、硬件或生产过程,软件似乎并不太常见。
而谈到软件质量控制,虽然有各种体系和审核,FMEA却常常不是强制要求。

然而正是这个相对冷门的方法,在汽车行业的软件开发中却孕育着独特价值。
根据个人经验,以下是一些特殊要素,可说明其在汽车行业中的重要性:

● 系统整合性:汽车行业的软件需在一个完整系统中工作,因此不能孤立地检查软件。
例如,在设计驱动程序时,必须考虑到车辆可能出现的电压波动、温度变化等因素。
只有从系统角度来检查软件设计,才能提供更为全面的视角。

● 软硬件协同:软件行为需要与硬件紧密结合,并可能受到批量一致性的影响。
例如软件需要与一个外围器件进行SPI通信,单个样品测试多次都是好的,但批量后的少数个体偶发失效也客观存在,不能因此影响客户体验。

● 可靠性和可维护性:整体对可靠性和可维护性要求很高,功能丧失或系统重启等问题可能对客户影响极大。
有些与可靠性关联的故障工况,可能在研发阶段难以预见或模拟。
而可维护性虽与FMEA关系并不显著,却容易在常规软件review中被忽略。

通过对比经典的软件质量控制工具箱,我们可以发现,虽然其中的专家经验或管理监督方法能全方位覆盖各种问题,但ASPICE等经典体系对于上述特殊要素的聚焦却相对不足。

软件FMEA以其天然的系统观点、关注环节间关联性的特点,以及对衡量标准(如可维护性、关注程度等)的人为调整能力,在汽车行业软件设计中成为一种实用且有效的工具。
这一方法的价值不应被忽视,反而应当作为软件质量控制的重要组成部分加以重视和推广。

2. 边界与方法

当然,虽然软件FMEA是一项有力的工具,但在实际应用中必须明智地选取适用范围和关注点。
不是每个子系统设计都需要进行一轮FMEA分析,也不是软件设计中的每个部分都需要全部检查。

以下是结合个人经验,对有关软件FMEA适用范围和关键焦点的一些理解。

适用范围:软硬结合的复杂子系统

● 在FMEA的体系下去检查coding级别的错误,投入大且基本难有什么产出,那是ASPICE等工具的长项;

● FMEA体系还是更适合概念性/体系性/失效模式为导向的检查。
检查目标为软件产品所实现的功能,而不是软件本身。

失效模式非常体现软件FMEA特色

● 需要考虑失效对软件的影响:例如系统FMEA关注晶振的偏差影响,软件FMEA中就需要关注偏差范围内频率变化是否能被各模块容错处理。

● 需要考虑软件特有的失效类型:例如时序问题、资源抢占、数据一致性等,这些软件特殊的失效类型在软件FMEA中可能会受到重点关注,而在系统FMEA中可能会被忽略。

● 特别考虑失效定位的便捷性:软件失效处理和更新所占的时间不容忽视,因此“失效是否方便被快速定位”是高价值功能,前期提前考虑能节省后期大量人力物力。

经典软件流程与FMEA的不同关注项:

软件开发的质量和可靠性设计是一个综合话题,对此的追求应从设计阶段就需要保证,而不是单纯依靠测试。
多种工具和方法都可以为研发过程提供支撑,软件FMEA方法虽被较少提及,但却具有特殊意义。

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