Quy trình FMEDA tích hợp giữa Siemens EDA và Modelwise giúp kỹ sư tự động hóa việc đánh giá lỗi, rút ngắn chu kỳ thiết kế và tạo báo cáo an toàn ngay từ giai đoạn đầu.
Khi “an toàn” không còn là việc làm sau cùng
Hệ thống điện tử ngày càng phức tạp đồng nghĩa với việc xuất hiện thêm nhiều điểm lỗi tiềm ẩn. Với các ứng dụng quan trọng về an toàn, kỹ sư buộc phải thực hiện phân tích an toàn chức năng để chứng minh thiết kế đáp ứng hoặc vượt các tiêu chuẩn an toàn, đồng thời phản ứng đúng khi sự cố xảy ra – những sự cố có thể gây nguy hại đến tính mạng, sức khỏe, tài sản hoặc môi trường.
Một trong những phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất là FMEDA (Failure Modes, Effects, and Diagnostics Analysis), có nguồn gốc từ các phương pháp phân tích do quân đội Hoa Kỳ khởi xướng từ những năm 1940. Tuy nhiên, khi thực hiện thủ công, FMEDA bộc lộ nhiều hạn chế:
- Tốn thời gian: quy trình lặp đi lặp lại, đòi hỏi nhiều công sức.
- Thiếu nhất quán: cách diễn giải chủ quan của từng kỹ sư làm tăng nguy cơ sai lệch và sai sót.
- Triển khai muộn: FMEDA thường chỉ được thực hiện ở cuối chu kỳ thiết kế, nên việc khắc phục vấn đề phát sinh dẫn đến chậm tiến độ và đội chi phí.
Hiện đại hóa FMEDA bằng chính thức hóa và tự động hóa
Siemens EDA hợp tác cùng Modelwise GmbH để đưa tính chính thức hóa (formalization) và tự động hóa vào quy trình phân tích an toàn chức năng FMEDA. Giải pháp Paitron của Modelwise thay thế phương pháp thủ công bằng cách tiếp cận tự động, cho phép tính toán kết quả FMEDA chính xác và hiệu quả. Việc đánh giá lỗi được thực hiện bằng mô phỏng mạch kết hợp suy luận tự động (automated reasoning), giúp giảm đáng kể thời gian và công sức cho một phân tích an toàn toàn diện.
Kết quả: phân tích FMEDA có thể được thực hiện ngay từ giai đoạn đầu của thiết kế và lặp lại ở mỗi vòng cải tiến, thay vì chờ đến phút cuối.
Tích hợp HyperLynx AMS và Xpedition Designer: một thiết kế, mọi tác vụ
Hiệu quả của quy trình FMEDA được nâng lên một tầng nữa khi Paitron kết hợp với Siemens HyperLynx AMS – hệ thống mô phỏng mạnh mẽ với khả năng mô hình hóa, mô phỏng và phân tích linh hoạt. HyperLynx AMS được tích hợp trực tiếp với Xpedition Designer, công cụ thiết kế sơ đồ nguyên lý, cho phép gán mô hình mô phỏng trực tiếp lên các ký hiệu trong sơ đồ PCB.
Nhờ vậy, một thiết kế duy nhất phục vụ đồng thời cho thiết kế sơ đồ nguyên lý, bố trí PCB, mô hình hóa và mô phỏng. Loại bỏ sơ đồ trùng lặp đồng nghĩa với rút ngắn chu kỳ kỹ thuật và hạn chế cơ hội phát sinh lỗi.
Một lợi thế khác của việc tích hợp FMEDA là khả năng tự động tạo BOM bằng cách trích xuất thuộc tính linh kiện trực tiếp từ cơ sở dữ liệu sơ đồ nguyên lý. Công cụ an toàn chức năng có thể tự động ánh xạ linh kiện vào các nhóm trong cơ sở dữ liệu tốc độ lỗi (failure rate) và dạng lỗi (failure mode) – một tác vụ vốn rất tẻ nhạt. Quy trình thống nhất dựa trên sơ đồ nguyên lý còn giúp đơn giản hóa việc bảo trì cơ sở dữ liệu linh kiện và bảo đảm tính nhất quán cho các công đoạn phía sau; chẳng hạn, định mức điện áp và dòng điện được đưa trực tiếp vào phân tích, nâng cao độ chính xác.
Quy trình tích hợp trong thực tế
Trong white paper được công bố, quy trình HyperLynx AMS/Paitron được minh họa qua hai thiết kế điện tử. Ví dụ đầu tiên là mạch giám sát điện áp (voltage monitor): các đầu vào, đầu ra của hệ thống và những dạng lỗi tiềm ẩn được chính thức hóa, tạo nên cách xác lập khách quan, có thể truy vết và giảm thiểu sự mơ hồ. Dạng lỗi và tốc độ lỗi của linh kiện được lấy từ các tiêu chuẩn công nghiệp SN 29500 và IEC 61709. Các lỗi này được chèn vào netlist mô phỏng và đánh giá bằng HyperLynx AMS.
Khi quá trình FMEDA hoàn tất, hệ thống tự động tạo báo cáo an toàn chi tiết với các chỉ số phù hợp tiêu chuẩn đã chọn. Báo cáo tổng hợp các chỉ số hiệu năng an toàn (KPI) theo IEC 61508:
| Chỉ số an toàn (IEC 61508) | Ý nghĩa |
|---|---|
| Safe Failure Fraction (SFF) | Tỷ lệ lỗi an toàn trên tổng số lỗi của hệ thống |
| Safety function failure rate | Tốc độ xảy ra lỗi của chức năng an toàn |
| MTBF | Thời gian trung bình giữa các lần hỏng hóc |
| Probability of failure per hour (PFH) | Xác suất lỗi nguy hiểm trên mỗi giờ vận hành |
Trong các dự án FMEDA thực tế, PCB thường phức tạp hơn nhiều so với một mạch giám sát điện áp, gồm nhiều trang sơ đồ chia theo các khối chức năng. Vì vậy, ví dụ thứ hai trong white paper là hệ thống bộ chuyển đổi nguồn trên PCB gồm năm khối – bộ chỉnh lưu, bộ điều khiển, hai bộ chuyển đổi DC-DC và mạch giám sát điện áp – với độ phức tạp từng khối tương đương hoặc cao hơn ví dụ ban đầu.
4 lợi ích của FMEDA dành cho đội ngũ thiết kế
- Sớm hơn: đưa phân tích an toàn vào giai đoạn đầu, giảm rủi ro phải sửa đổi muộn.
- Nhanh hơn: mô phỏng và suy luận tự động thay thế thao tác thủ công.
- Chính xác và nhất quán hơn: kết quả khách quan, có thể truy vết, dựa trên dữ liệu linh kiện thực tế từ sơ đồ nguyên lý.
- Liền mạch hơn: một thiết kế duy nhất cho sơ đồ nguyên lý, layout PCB, mô phỏng và phân tích an toàn.
Nguồn: Siemens Digital Industries Software.
Tìm hiểu thêm
- HyperLynx: Một thực tại song song cho thiết kế điện tử
- Giới thiệu về Xpedition và các phiên bản của Siemens
Liên hệ với VBTECH để được tư vấn trực tiếp:
