單元 15 · 安全分析:FMEA、FTA、DFA

分析方法選擇、ASIL 導向、分析表格

15.1 三種分析工具

工具方向問的問題
FMEA自下而上某元件失效會造成什麼影響?
FTA自上而下這個頂端失效是由哪些原因組合而成?
DFA跨元件元件是否獨立?有無共因/串聯失效?
ISO 26262 要求:Part 9 規定依 ASIL 選擇分析;DFA 特別用來支援 ASIL 分解freedom from interference 的獨立性證明。

15.2 FMEA 步驟

  1. 列出分析對象與失效模式。
  2. 評估影響、嚴重度(S)、發生度(O)。
  3. 評估現有偵測(D)→ 風險優先數 RPN = S×O×D。
  4. 對高 RPN 提出改善。
範例 FMEA
項目      失效模式         影響            S O D RPN
煞車致動器 不回應指令       無法減速→撞擊   9 3 2  54
雷達模組   離線(無輸出)   無法偵測→撞擊   9 4 3 108 ← 高
CAN frame  CRC 錯誤漏檢    錯誤訊號       8 2 5  80

改善:雷達離線加 Watchdog(D→1)→ RPN 36

15.3 FTA 步驟

  1. 定義頂端事件(如「AEB 未煞車」)。
  2. 逐層向下問「什麼會導致它」。
  3. 用 AND/OR 邏輯閘組合。
  4. 計算頂端機率(若有底層失效率)。
範例 FTA
頂端:AEB 未執行煞車
   ├─OR─ 雷達未偵測到目標
   │      ├─ 雷達失效(隨機)          ← 硬體
   │      └─ 雷達訊號被遮蔽(系統性)   ← 部署
   └─OR─ 煞車命令未執行
          ├─ ECU 未發出指令(軟體缺陷)
          └─ 致動器失效(隨機硬體)

解讀:軟體缺陷是 OR 分支之一 → 需要測試/防禦式設計
      隨機硬體 → 需診斷與安全機制

15.4 何時用哪個

15.5 練習

  1. 你的系統最頂端的安全目標是什麼?畫一張 2 層 FTA。
  2. 挑一個元件做 FMEA,至少 3 個失效模式。
  3. 說明為何「冗餘」需要 DFA 證明獨立性。

15.6 深入原理:三種分析要形成閉環

FMEA、FTA、DFA 不是互斥的報告格式。FMEA 從元件失效往上追影響,適合檢查安全機制是否能偵測;FTA 從安全目標往下拆原因,適合檢查是否遺漏軟體、硬體、介面或環境因素;DFA 檢查冗餘路徑是否真的獨立,特別關注共因失效、共享電源、共享時脈、共享資料與共同流程缺陷。三者的結果要回寫需求、架構、測試與 FMEDA。

分析結果應回饋到完成判準
FMEA 發現未偵測失效安全機制、TSR、測試有 owner 與故障注入證據
FTA 出現單一 OR 分支架構、冗餘、FMEDA風險降低或正式接受
DFA 發現共同依賴分區、介面、ASIL 分解獨立性論證完成

15.7 Worked Example:由 FTA 追到 DFA 缺口

範例
頂端事件:AEB 未煞車。
FTA 顯示主路徑與監視路徑都依賴同一個 5V 電源與同一個時脈。
即使兩個軟體元件不同,電源掉壓會同時讓兩者失效,
因此「冗餘」不能直接宣稱獨立。DFA 行動:加入獨立電源監視、
檢查時脈共因,並把結果回寫到架構與 ASIL 分解論證。

15.8 練習

  1. 為一個安全目標畫兩層 FTA,至少包含軟體與硬體原因。
  2. 從其中一個元件展開三列 FMEA,填失效、影響、偵測與反應。
  3. 找出一項看似冗餘但可能共享的資源,提出 DFA 證據。

15.9 交付物檢查清單

分析表不應在設計完成後被當成靜態附件;當架構、ASIL 分解或安全機制改變時,應重新確認分析假設與殘餘風險。

15.10 實務判讀:分析結論要改變設計

如果 FMEA、FTA、DFA 只產生風險顏色,卻沒有導致需求、架構、診斷或測試改變,分析活動就沒有完成目的。每個高風險結果都應有處置選項:降低失效可能性、增加偵測、限制影響、加入獨立路徑,或由授權角色接受殘餘風險。處置完成後要重新分析,而不是把原表格標成已完成。

快速問法:隨機抽一列 FMEA,能否找到對應安全機制與測試?抽一個 FTA 葉節點,能否找到 owner?

延伸判讀:若分析結果沒有改變任何需求、架構或測試,請回到分析邊界與失效假設重新檢查。

看完這單元你應該能說出:
  • 選擇適合的安全分析方法(FMEA/FTA/DFA)。
  • 執行 FMEA 並產出分析表格。
  • 執行 FTA 並說明其與 FMEA 的互補。

延伸閱讀

15.A 進階真實情境 Worked Example

進階範例:ASPICE 評鑑中的「過程範圍」選擇策略
專案背景:Tier-1 開發 ADAS 系統,需要同時滿足 ASPICE 與 ISO 26262。

┌─ 過程範圍選擇決策 ──────────────────────────────────────┐
│ 決策因素:                                                 │
│   1. 客戶要求(OEM 合約中的 ASPICE 等級要求)             │
│   2. 安全等級(ASIL 等級影響 Process Area 選擇)          │
│   3. 組織成熟度(避免選擇超出能力的 Process Area)         │
│                                                           │
│ OEM 合約要求:                                             │
│   • SWE.1 ~ SWE.5:CL2                                    │
│   • SYS.1 ~ SYS.5:CL2                                    │
│   • MAN.3:CL2                                            │
│   • SUP.1:CL2                                            │
│                                                           │
│ ISO 26262 隱含要求:                                      │
│   • SWE.1(軟體需求分析):ASIL D 要求 CL3               │
│   • SWE.2(軟體架構設計):ASIL D 要求 CL3               │
│   • SWE.4(軟體單元驗證):ASIL D 要求 CL3               │
│                                                           │
│ 決策:                                                     │
│   基礎範圍:OEM 要求的 Process Area(CL2)               │
│   增強範圍:ISO 26262 隱含的 Process Area(CL3)         │
│   總計:12 個 Process Area,其中 3 個需達 CL3            │
├─ 風險評估 ──────────────────────────────────────────────┤
│ 風險 1:範圍過大導致評鑑延誤                               │
│   → 分階段評鑑:第一階段先評 CL2,第二階段升級 CL3       │
│                                                           │
│ 風險 2:ISO 26262 隱含要求模糊                            │
│   → 與評鑑師對齊:明確哪些 Process Area 因 ASIL D 需要    │
│     提升到 CL3                                            │
│                                                           │
│ 風險 3:組織資源不足                                      │
│   → 建立內部培訓計畫,提升團隊能力                        │
└────────────────────────────────────────────────────────────┘

15.B 深入原理擴充

ASPICE 評鑑範圍的選擇不是「越多越好」——必須根據客戶要求安全等級組織成熟度三個因素綜合考量。

關鍵概念:「過程範圍」(Process Scope)的策略性選擇。 過多的 Process Area 會導致評鑑成本急劇上升(每個 Process Area 需要 1-2 個月的準備); 過少的 Process Area 則無法滿足客戶和安全要求。最佳策略是「先聚焦、再擴展」—— 選擇最關鍵的 5-8 個 Process Area 先達到目標等級,再逐步擴展。

15.C 診斷式疑難排解表

症狀可能原因解決方案
評鑑範圍選擇不當未充分了解客戶要求或安全要求在合約談判階段明確 ASPICE 範圍,並與 ISO 26262 要求交叉檢查
評鑑成本超標Process Area 過多,準備工作量大分階段評鑑:第一階段先評核心 Process Area,第二階段再擴展
評鑑後無法維持Process Area 過多,日常執行負擔重將 Process Area 納入日常流程,避免「為評鑑而評鑑」

15.D 進階挑戰題

  1. 若 OEM 要求 SWE.1 ~ SWE.5 全部 CL3,Tier-1 應如何評估所需的準備時間與資源?
  2. 比較「一次評鑑所有 Process Area」與「分階段評鑑」的優缺點,各舉 3 個例子。
  3. 設計一個 ASPICE 評鑑範圍選擇的決策流程,涵蓋客戶要求、安全等級、組織成熟度三個因素。