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。
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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。
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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。
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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。
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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。
