一个电路系统的完整设计过程,包括系统设计、功能设计、容差设计三个阶段。系统设计似乎是其中最务虚的部分,但又是最重要的部分,也是最迷茫最感觉无从下手的部分。
在借鉴航天系统总体设计思路、FMEA工作流程、SIL功能安全设计等多方面的设计方法后,集思广益,综合出了一个基于接口单一故障状态下的错误处理措施的系统方法。本来也没觉得什么,但在多次讲课后,多次听到听众反映“此法甚妙,它可以在设计师没有可靠性设计经验的情况下,帮助打开一扇可以发现可靠性隐患和找到解决方法的大门,如果用好了,确实不错”(来自学员评语,非杜撰),于是萌生了写出来的冲动。
系统,有多个个体组成,且个体之间通过相互作用,形成一个有机且完成一个完整功能的整体。它有两个核心点,一是多个个体,二是个体间相互作用。而个体和个体之间的相互作用就是通过接口实现的,这里的接口包括电气接口、信息接口、机械接口、环境接口,所以有的教科书上也把系统设计简化称为“接口设计”,此称呼虽显粗浅,倒也基本恰如其分。其分析框架如图:
下面用实例来说明上图的功用。分析的方法就是先列出接口的list(以投影仪为例),如下表(以下内容仅供示意分析方法之用,因非投影专业技术人员,见谅见谅)。
接口list | 单一故障list | 措施 | |
电气接口 | 电源插座 | 电源插座地线接地不良 | 塑料壳(容错措施) 隔离电源(容错措施) 独立地线(防错措施) |
松动脱落 | 插座带防脱落架固定装置(防错措施) | ||
电源波动 | 用带稳压功能的电源模块(防错措施) | ||
数据线插座 | 接触不良 | 用带拧接固定的接插件(防错措施) | |
数据线偏长 | 说明书规定数据线长度限制(防错措施) | ||
数据线受扰 | |||
误插导致信号线短路 | 输出端口加防短路电路 输入端加保护电路(容错措施) | ||
信息接口 | 数据接口 | 与不同电脑、不同操作系统的匹配 | |
键盘输入 | 快按 | ||
多个键同时按下,如on/off与menu同时按下 | 软件读键不响应(防错措施) | ||
按键的时间过长,如ON/OFF、Menu键 | 电路设计采用沿触发,而不是电平触发(防错措施) | ||
投影输出 | 距离远近的清晰程度 | ||
遥控器输入 | 连续快速按 | 短时间内连按的按键不响应(防错措施) | |
其他型号的投影仪遥控器混用互扰 | 制定自己的专用协议(防错措施) | ||
机械接口 | 吊装安装孔 | 强度 | 多圈螺纹(防错措施) |
安装不正会否影响投影效果 | 左右可调(纠错措施) | ||
桌面平放支腿 | |||
环境接口 | 温度湿度 | 环境温度过高 | 高温保护不启动(防错措施) |
环境温度过低 | 预热后再启动(防错措施) | ||
散热 | 进出风孔积灰 | 过热提示灰尘大(判错措施) | |
长时间运行 | 热保护停机(判错、纠错措施) | ||
电磁环境 | 静电 | ||
电压跌落与瞬时中断 |
列出每一个具体的接口,这一点倒还不算难,基本了解产品的工程师都可以做得到。
下一步就是列出每个接口的单一故障状态(SFC)了,这需要一点对产品的理解,不过有个东西可以好好利用,就是公司过去同类产品的投诉记录,当然也可以结合一些行业资深人士的经验(如上表中<单一故障list>一列)。这部分列得越全,则后面问题预防的就会越好。毕竟,发现问题是最难的,君不闻“一流的人才发现问题,二流的人才解决问题,三流的人才制造问题”嘛。
列出了单一故障后,剩下的问题就是解决了问题了,解决的方式有多种,不是说只有唯一的选项——消灭。有些问题用消灭性的措施是很难有解、或者成本代价很大的,消灭的措施就是“防错措施”;如果系统要求不是实时性功能的话,也可以用“判错”的措施解决,判断出来并给予提示,让使用者能及时处理和发现问题,也算是功德基本圆满;当然,在判断出来后,如果能纠正,那自然是最好,这样的措施叫“纠错”。最后就是没有办法的办法了,既防不住,又判不出,自然也纠不了,那只好默认问题的发生,但发生后须有充分的措施保证,即使故障了,不会出现致命的后果,能及时悬崖勒马救命于一线,也算是不得已的最后保障了,这就叫“容错措施”。至于在工作中实际选哪一种措施解决问题,宜根据实际要求来抉择,抉择的基础是成本、技术难度、后果的可接受程度。
以上都是设计阶段的内容,之后的测试也必不可少的需加入这些项的测试验证。验证的方法就是人为的制造单一故障,然后看故障后的系统措施是否生效,以保证系统的可靠性和安全性。
以上就是系统设计方法的基础方法和内容。对一个问题的研究,是一个开始很薄,越来越厚,然后又越来越薄,最后薄到似乎无内容的程度。我也不知道此问题我算研究到了哪个地步,反正是写到这里真的就觉得无话可说了,只好收笔。