[發明專利]一種基于故障物理的電子產品任務可靠度計算方法

有效

• 申請號: 201310589193.4
• 申請日: 2013-11-20
• 公開（公告）號: CN103559418A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 駱明珠;陳穎;葉翠;康銳
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00;G06F9/455;G06F17/50
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

技術領域

本發明提供一種基于故障物理的電子任務可靠度計算方法，特別是涉及一種基于故障物理的多任務電子產品任務可靠度計算方法，屬于產品可靠性預計領域。

背景技術

隨著科技的高速發展，電子產品的復雜程度不斷提高。對具有高可靠性要求的電子產品來說，能夠在設計階段分析并定量計算其可靠性，對發現產品設計薄弱環節并進行設計更改具有非常重要的意義。傳統上，工程人員在設計的早期主要是用根據經驗的方法對電子產品進行可靠性預計，這種方法依賴于工程人員的主觀判斷，往往會造成定位不準確的過設計問題或者忽略某薄弱部位而造成的欠設計問題。

隨著數值仿真方法，如有限元、有限體積方法的發展以及商用軟件的成熟，應力仿真技術已經開始應用于各種產品的設計和分析中。近年來，隨著故障物理（Physics?of?Failure，PoF）研究的不斷深入，建立了大量的元器件、組件等在工作或貯存狀態的故障物理模型。計算產品任務可靠度的關鍵在于計算產品平均故障前時間，而目前計算電子產品平均故障前時間的方法往往僅對產品典型剖面進行仿真，這并不能真實全面地反映產品尤其是多任務多階段產品在壽命周期內歷經的應力情況。本發明在這些研究的基礎上，提出了一種新的基于故障物理的電子產品任務可靠度計算方法。它對電子產品在全壽命周期中所有可能歷經任務剖面進行仿真，在已知產品所有潛在故障機理及其對應故障物理模型，且各故障機理相互獨立的假設下，進行仿真得到各種任務下各潛在故障機理的故障前時間（Time?to?Failure,TTF），其中TTF最短的故障機理定為產品的主故障機理，對產品在各任務下的主故障機理對應的TTF求平均值,即是產品的平均故障前時間(Mean?Time?to?Failure,MTTF)的預計值，根據MTTF預計值，求得任意給定時刻的產品任務可靠度。通過對現有技術的查新和檢索，國內外還沒有基于故障物理模型并結合產品壽命周期內所有任務來計算產品任務可靠度方面的報道。

發明內容

1、目的：本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種基于故障物理的電子產品任務可靠度計算方法，通過仿真得到產品的主故障機理，為改進設計提供依據，從而提高產品的固有可靠性。

2、技術方案：本發明是通過以下技術方案實現的，采集產品各任務相關設計信息，確定產品所有任務及其所對應的環境剖面，對各任務的環境應力進行仿真獲得產品對環境載荷的局部響應，對產品進行損傷累積分析，并調用軟件中的故障物理模型進行故障預計，得到各任務下的主故障機理和相應TTF，進一步求得產品的MTTF，根據MTTF計算給定時刻t下產品的任務可靠度。

本發明一種基于故障物理的電子產品任務可靠度計算方法，其具體步驟如下：

（下述“產品”是“電子產品”的簡稱）

步驟一：采集產品各任務相關設計信息，包括：

a.確定產品在全壽命周期內所有執行任務剖面信息，包括產品在全壽命周期使用中可能歷經的所有典型任務剖面、每個任務剖面的名稱與持續時間；統計飛機的飛行記錄歷史信息獲得各個任務剖面的持續時間，任務剖面個數為m；

b.確定各任務的環境剖面，根據國家軍用標準GJB899A-2009《可靠性鑒定與驗收試驗》，結合產品某一任務剖面內不同任務階段的環境溫度數據，并綜合考慮產品散熱和氣候變化的影響，畫出產品各個任務對應的溫度剖面，根據產品在任務過程中承受隨機振動情況分析畫出產品在各個任務剖面所經受的振動剖面；溫度剖面包括任務過程中各時間對應的溫度，其中包括靜態溫度及溫度變化過程，振動剖面包括任務過程中各時間對應的不同振動量級的振動應力及各振動量級對應的振動加速度功率譜密度圖；

c.確定產品在全壽命周期內的總工作時間要求T；

步驟二：將產品各任務的環境應力進行仿真，獲得產品對環境載荷的局部響應，包括：

a.針對產品每個任務，利用Flotherm軟件對產品進行溫度應力仿真，得到產品的溫度分布，包括：

1)導入產品的三維CAD(計算機輔助設計，Computer?Aided?Design)模型；首先將建立好的產品三維CAD模型通過中間格式，如IGES、SAT、STEP格式導入到Flotherm軟件中，該三維CAD模型描述了產品的結構組成、裝配連接關系，包括了產品所有的電路模塊以及功耗超過0.1W的元器件的幾何結構，不需要建立元器件焊接點的幾何結構；

2)定義產品各組成部分的溫度分布仿真材料參數，包括：各組成材料的比熱容、導熱系數，至此形成產品模型Ⅰ；