软件FMEA与硬件FMEA的区别

发布日期:2023-06-01 15:32:15   浏览量 :481
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引言

软件失效模式及其后果分析(SFMEA),是一种系统化的工程技术和模式化的思考形式,它以失效模式为基础,以失效影响或后果为中心,根据分析层次和因果关系推理,归纳进行分析,以识别软件开发的薄弱环节,并提出改进措施建议。目前,软件FMEA常用于开发阶段的需求分析,概要设计阶段和详细设计阶段,以及产品定型后的可靠性、安全性分析。

随着用户对于汽车嵌入式软件的可靠性、安全性要求日益提升,以及软件功能及复杂程度的增加,应用FMEA方法进行软件产品可靠性、安全性分析具有重要意义。本文将以分析软件的FMEA方法和实施过程为基础,对汽车嵌入式软件进行举例及总结。


软件FMEA和软件开发过程关系

软件FMEA是一种软件可靠性、安全性设计与分析技术,它是一种诱导式的分析方法

汽车嵌入式软件的生存期模型--V流程模型,说明了实施软件FMEA和开发过程之间的关系

▲图1 汽车嵌入式软件FMEA和开发过程关系图

基于模型的设计开发过程,通过MIL (Model in Loop模型在环)仿真、SIL(Software in the Loop,软件在环)仿真能够在V模型的早期阶段对软件组件和系统设计进行对应的测试验证。


软件FMEA实施过程

软件FMEA的过程与硬件设计FMEA的过程类似,包括:

1、软件系统结构和约定层次定义

2、建立功能网络

3、建立失效网络

4、分析软件的失效模式及原因

5、分析软件的失效模式的影响严重度

6、改进措施建议

▲图2 软件FMEA分析流程图

一、软件系统结构及约定层次定义:软件约定层级分为初始约定层次、约定层次及最低约定层次。

▲图3 软件FMEA分析实施过程示意图

二、建立功能网络:软件功能网络由子系统、组件或函数块等部件组成,并使用逻辑符号或者连接线表示这些部件之间的交互作用和关系。

三、建立故障网络:通过故障网络说明故障模式、原因和影响之间的关系,功能网络中最低层级功能对应故障描述为失效模式、次低层级功能对应故障故障模式描述为失效原因,次低层上一级功能对应故障定义为失效影响

四、分析软件的失效模式及原因:软件失效原因是由于软件缺陷在运行时被触发而产生的。软件FMEA是找出其关键通用调用路径下的关键软件缺陷。

▲图4 软件故障模式分类

▲图5 软件故障原因按其缺陷分类

五、分析软件失效模式的影响严重度

软件失效的严重度等级划分为5个等级

5-未能符合安全和法规要求

4-基本功能的损失或降级

3-次要功能的损失或降级

2-其他功能不良

1-没有影响

六、改进措施建议

经过分析得到潜在失效模式和影响,根据每一个失效模式产生的原因和对系统的影响程度,提出相应改进措施,形成完整的FMEA表。


变速器控制软件FMEA应用实例分析

变速器是汽车动力传动系统的关键总成部件,是影响车辆安全行驶的核心环节之一,其控制软件的可靠性显得尤为得要。该软件使用Matlab、Simulink软件工具编写模型,利用RTW完成模型到C代码自动转换。采用自顶向下的结构化设计方法,分为系统调度、换档规律、协调管理、发动机控制、离合器控制、变速器控制、输入/输出处理、离线测试、CAN通信解析、故障管理、自学习和底层驱动等若干子系统,每一个子系统又分为若干组件。
▲图6 变速器软件架构

分离离合器控制功能框图:

▲图7 分离离合器功能框图

分析分离离合器模块功能项所对应的典型故障模式构成故障网络:

▲图8 分离离合器功能和故障网络图

分析软件失效模式和原因、严重度,形成SFMEA工作表

▲图9 分离离合器模块SFMEA工作表


软件FMEA应用结果分析

软件FMEA分析故障原因可归纳如下:编码有误、数据错误、逻辑错误、计算异常和软硬件接口可靠性问题。综合权衡失效影响的严重程度、失效发生的概率、采取措施的代价等因素,已采取相应的软件可靠性加强措施,并在项目开发中得以实施。

举例:

1.失效原因:编码有误

故障类型:输入变量数据未定义,存储类型有误、接口变量声明不一致等。

改进措施:编写《模型设计规范文档》,二次开发变量类型检查组件,“一键式”自动检测变量类型。

2.失效原因:软硬件接口有误

故障类型:未防范已知的硬件故障模式

改进措施:软件周期性对驱动电动机、电磁阀进行状态监控、设计故障安全处理机制。利用模型诊断方式、降低传感器输入信号偏差对某些功能或者性能指标达成的影响。


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