若何提高硬件的靠得住性

虽然做了很多事情，但是可靠性是个别系性的工程、跨学科的领域。

大家操作起来总以为缺少思路，也以为知识点比较零散。
我们正在准备中国电子学会_硬件工程师_可靠性（高等）的课程。
以是正在整理,做更系统的梳理和总结。

也希望大家给我们供应见地和建议。
以是我们也希望做一个完全的、系统的梳理。
然后从方法论的角度，对大家梳理思路，能够清晰地入手可靠性提升的事情。

一、用理论的方法对系统可靠性进行估量，并且找到薄弱点。

这个是很多可靠性公司或者咨询公司，喜好入手的方法。
但是很多硬件工程师会以为，这个方法不足落地，整了很多数据，实际没有什么浸染。

正是由于事情量大，与实操可靠性提升缺少线性辅导关系，导致大家以为没用。
但是我们真正要做好可靠性还是须要从这个维度入手。
我们从理论剖析时，须要做如下事情。

建立可靠性模型

串联模型：组成产品的所有单元中任一单元发生故障都会导致全体产品故障

并联模型：组成产品所有单元同时事情时，只要有一个单元不发生故障，产 品就不会故障，亦称储备模型

表决模型：组成系统的n个单元中，正常的单元数不小于r（1≤r≤n）系统就不会故障，这样的系统称为r/n(G)表决模型。

可靠性分配

在产品设计阶段，将产品的可靠性定量哀求按规定的准则分配到规定的产品层次的过程。

可靠性分配的目的：

将整机可靠性哀求分配到各组成单元

明确设计时对各组成单元掌握的重点

可靠性估量

通过将全体硬件系统进行拆分，从每个可以供应失落效率的单元，按照模型进行打算，得到整体的失落效率。

以是我们须要经历：建立模型→分解部件→估量可靠性是否知足需求→找到可靠性的短板→优化（模型优化，系统级优化，模块级优化，器件级优化）。

在实操过程中，大家担心的是：

1、很多器件的失落效率无法得到。
短缺一个数据可能导致结果不准确。

2、很多数据并不准确。

3、打算量巨大，但是与实际数据相差甚远。

但是，我们通过打算，可以找到短板，同时可以从理论评估是否知足其失落效率的需求。
须要我们企业累积的去投入，形成数据积累和工具积累，在每个项目的时候的重复劳动避免，则大大供应效率和准确度。

二、评估设备的组件会怎么失落效，失落效之后会有什么后果。

这个方法实在便是FMEA

•FMEA：Failure Modes and Effects Analysis，失落效模式与影响剖析。
讲白点，便是通过“想”和穷举法，逐一考虑各个器件（组件）可能会怎么坏掉？坏掉之后有什么影响，剖析剖析，看看软件、硬件层面，有没有什么手段和方法能够检测、办理、隔离、规复 这个问题。

指在产品的设计过程中，通过对系统各组成单元潜在故障模式对产品功能的影响剖析，或对系统功能流程各个步骤，数据流和存储各环节失落效后对产品影响剖析，把每个潜在故障模式按影响严厉程度分类，提出预防改进方法，如故障检测、故障隔离、故障规复等软硬件故障管理需求及测试验证需求，以提高系统的可靠性可掩护性的剖析方法。

FMEA 是一种自下而上的方法，用于剖析一个别系设计或制造过程，以评估潜在的失落效和影响。

FMEA的基本思想：遍历性、系统性。

我们可以在很多FMEA的教材上面看到这两个观点：遍历性、系统性。
那么这两点在硬件设计的过程中是如何表示的呢？

FMEA的剖析方法：

硬件法，从硬件的角度，对每个器件管脚输出分别去考虑故障模式、故障影响、检测补偿方法。
（由于我们遍历了每一个器件、每一个器件的每一个管脚，以是这里表示了遍历性）

功能法，每个产品可以完成多少功能，而功能可以按输出分类。
这种方法将输出逐一列出，并对它们的故障模式进行剖析。
对应系统级、单板级剖析。
（此处按照功能和场景，对故障模式分别进行遍历和剖析）。

我们在实现FMEA的时候，须要提升产品的可测试性，同时须要一些软件、硬件方法，对部分故障单元进行记录、复位、下单，等操作。

三、测试+实验方法

这便是用事实的方法来判断产品是否知足可靠性哀求，并且来探求产品可靠性的短板。

既然很多同学不相信方法一、和方法二。
打算为虚，实验为实。
真刀真枪上试验台，看看产品是不是扛得住折磨，特殊是正式量产之前，要足够样本对可靠性进行摸底。

以是，我们常常须要做的一件事：拷机。

这里不是烤鸡，而是针对产品特性进行永劫光事情测试，看看经不经得住磨练。
例如上图中，折叠屏手机，须要机器装置对其进行反复操作。

当然这个方法太慢了，我们须要对设备的寿命考验进行加速。
我们一样平常采取的方法便是加大“应力”——热应力、机器应力、化学应力、电应力。

此处涉及内容比较多，各个行业有各个行业的实验标准，此处暂时不赘述。

但是实验是最真实可靠的考验标准。

四、故意搞毁坏

这个方法便是为了考验我们产品，我们做故障注入的方法——FIT（

fault injection techniques 故障注入技能）。
这个方法也是验收方法二（FMEA）的标准。

我们在设计阶段，就把FMEA的需求做好，然后在设计过程中，就考虑到FMEA的需求。
同时设计好，末了怎么验收，也便是FIT测试的方法。

以是故意搞毁坏，也假如对症下药的搞毁坏，不是想一出是一出。
记得有测试职员说她的发卡掉到电路板上了，电路板掉电不能规复。
但是，无法复现，也不知道详细什么故障模式。
FIT测试也是设计出来的，不是随意试出来的。

FIT方案设计基于两个原则：

一是担保测试的覆盖率

二是担保测试事情量的可实行性

用例设计中考虑故障涌现的概率（根据FMEA剖析结果）。
对可能产生同一种影响的不同故障考虑故障模式的收敛，即只仿照一种故障模式(条件故障检测是通过检测这些故障模产生的故障影响来确定故障，而不是直接检测故障模式)

五、防护设计

我们针对故意搞毁坏的，还有应力，须要有针对性的做一些设计：热设计、构造设计、化学防护设计、EMC防护设计（防雷击、防浪涌、ESD）等等。

热设计

(1)热设计的紧张设计方法

（a）传导散热设计。
如：选用导热系数大的材料，加大与导热零件的打仗面积，只管即便缩短热传导的路径，在传导路径中不应有绝热或隔热件等。

（b）对飘泊热设计。
如：加大温差，即降落周围对流介质的温度；加大流体与固体间的打仗面积；加大周围介质的流动速率，使它带走更多的热量等。

（c）辐射散热设计。
如：在发热体表面涂上散热的涂层以增加黑度系数；加大辐射体的表面面积等。

（d）耐热设计。
如：靠近高温区的所有操纵组件、电线、线束和其它附件均应采纳防护方法并用耐高温材料制成；导线间应有足够的间隙，在特定高温源附近的导线要利用耐高温绝缘材料。

热设计根本（上）

热设计根本（中）

热设计根本（下）

环境防护设计（三防）

(1)防湿润设计

采纳具有防水、防霉、防锈蚀的材料。

供应排水疏流系统或除湿装置，肃清湿气聚拢物。

采纳干燥装置接管湿气。

运用保护涂层以防锈蚀。

憎水处理，以降落产品的吸水性或改变其亲水性能

浸渍，用高强度和绝缘性能好的涂料来添补某些绝缘材料。

(2)防盐雾堕落设计

防止盐雾导致的电化学堕落、电偶堕落、应力堕落、晶间堕落等。

(3)防霉菌设计

采取防霉剂处理零部件或设备。

设备、部件密封，并且放进干燥剂，保持内部空气干燥。

在密封前，材料用足够强度的紫外线辐照，防止和抑杀霉菌。

其余还有一些，例如防硫化、防氧化、设计等。

抗冲击、振动和噪声设计

（1）抗冲击、振动和噪声设计的紧张方法

消源设计。
如：液体火箭发动机的振动是导弹的一个紧张的振源，通过肃清发动机不稳定燃烧、改变推力室头部喷嘴的排列和流量，减小其振源，就能降落导弹振动的等级。

隔离设计。
如：采取主动隔离或者被动隔离方法将设备与振源隔离开来。
减振设计。
如：采取阻尼减振、动力减振、摩擦减振、冲击减振等方法花费或者接管振动能量。

抗振设计。
如：改变安装部位；提高零部件的安装刚性；安装紧固；采取约束阻尼处理技能；采取部件密封；防止共振等。

六、故障剖析（失落效模式与失落效剖析）

包括系统故障剖析，以及器件失落效剖析。
按照不用的层级，我们须要做不同深度的维度的失落效剖析。

器件选型时，我们须要考虑其失落效模式，同时须要考虑其失落效机理。
如果发生失落效了，我须要做好器件的失落效剖析。

须要理解失落效剖析，可以点击查看，之前的文章合集： 失落效剖析合集

七、硬件稳定性干系的电路设计

很多工程师以为，如果这个没做好，或者没有做到，根本就不是合格的产品。
前面说的六条都是浮云。

冗余设计

降额设计

单板上电、复位设计

旗子暗记完全性

电源完全性

逻辑电平设计

等等

八、管理

管理这两个字，有时看似很虚，但是通过管理，我们可以把人本身的不稳定成分剔除掉，避免由于人犯缺点导致的不可靠。

这里包括研发管理、生产管理、物料管理、流程管理等等。
我们后续通过文章和视频进行详细的先容。