基础软件设计中的FMEA方法

lixinfu

作者 | 辉羲智能-朱韬

导读

从最基础的传感器到高度复杂的中央域控，各级别的电子控制器已融入到现代汽车的核心构造之中，成为动力与智能的交汇点。控制器的软硬件协同运作，为用户带来了全新的驾乘体验。而在设计层面，日益复杂的硬件和软件设计，对功能完备度、质量和可靠性、可维护性提出了更高要求。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。



HUIXI TECH

一、关于FMEA

FMEA（Failure Mode and Effects Analysis）作为一种系统性的风险管理工具，其重要性在于深入识别、全面评估以及有效减少产品或过程中的潜在失效模式及其影响。该方法运用于产品或过程的设计、开发或改进阶段，通过分析各种失效模式和评估它们的影响程度，以便制定相应的纠正措施，从而降低潜在的风险和不良后果的发生。

FMEA常应用于以下几个领域：

● 产品设计：分析产品的设计，确定潜在的失效模式及其影响，提出改进措施，以提高产品的可靠性和性能。

● 制造过程：分析制造过程中的各个环节，识别可能导致产品质量问题或生产中断的失效模式，并制定预防措施，以减少生产故障和不良品率。

● 供应链管理、服务行业等，不在此详细展开。

典型的FMEA过程如下图：



FMEA有助于组织识别和解决潜在的问题，提高产品的可靠性和质量，减少风险和不良后果的发生。通过系统性的分析和评估，FMEA可以帮助组织在设计、开发和改进阶段就发现和消除潜在问题，以提供更可靠、更安全和更优质的产品和服务。

HUIXI TECH

二、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。

HUIXI TECH

三、基于软件FMEA进行设计分析

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：



3. 基本案例

以智驾系统必备的安全监控为例：

从结构和功能的角度，需要关注传感器自身、数据通路、在SoC内部的各级运算等。

从失效的角度，需要考虑各种动态工况（启动、关机、异常复位等），考虑各功能的典型失效（偶发失效、持续失效，以及时序、数据完整性等不同维度的失效特征）。

从影响分析的角度，安全维度、功能维度、维护维度都需兼顾。不要漏过问题，更难的是不要因为各类轻微问题而关闭功能以保安全。

HUIXI TECH

四、总结

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。

在理解和灵活使用各类开发方法和工具的基础上，辉羲智能的工程团队一直致力于从研发阶段科学分析和优化，为客户提供更完善的体验，将软件开发的质量和可靠性提升至更高水平。



添加微信”btighteast”加入微信交流群（仅限专业人士，添加备注单位+姓名）

laoxiang21

以下是对该帖子的回复：

针对辉羲智能朱韬所提出的关于软件设计中的FMEA方法的分析非常具有深度。在现代汽车的核心构造中，各级别的电子控制器已经扮演了重要的角色，尤其是在软件与硬件协同运作的背景下，如何确保软件的质量和可靠性成为了一项关键挑战。FMFA（Failure Mode and Effects Analysis）作为一种系统性的风险管理手段，对软件设计中的风险评估、分析及应对策略的提出具有重要的实用价值。它通过对可能的故障模式进行预测分析，从而能够预防潜在的缺陷并提升软件的稳健性。在汽车基础软件设计中应用FMFA方法，对于提高软件的可靠性、安全性以及可维护性具有重大意义。期待辉羲智能团队在软件设计和汽车智能化领域的进一步探索和实践。