一种航天电子类产品可靠性评估方法技术

本发明专利技术公开了一种基于失效机理的航天电子产品可靠性评估方法，在采用物理仿真与试验相结合的分析方法，构建电子产品的物理仿真模型，采用灵敏度分析、蒙特卡罗分析、应力分析等手段，识别产品关键元器件的基础上，结合元器件的实际工况，开展失效机理分析。目前，针对元器件的失效机理分析主要是在电子产品试验或使用过程中出现失效后，用于分析失效原因的一种手段，从而有针对性的改进产品，提高产品的寿命与可靠性；本发明专利技术运用失效机理分析的目的在于找到影响薄弱器件寿命与可靠性的关键特征参数，为作为可靠性模型的自变量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于航天电子产品的可靠性分析与评估
，具体涉及一种基于失效机理的航天电子产品可靠性评估方法。
技术介绍
电子类产品被广泛应用于航天星箭产品中，例如，运载火箭中的功率放大器、计算机、配电器、调频发射机等单机产品；卫星中的计算机、线路盒、驱动器、控温仪等单机产品都属于电子类产品。这些电子类产品多数由印刷电路板(PCB)组成，而电路板又有不同类型的元器件组成，如电阻、电容等。可靠性作为一个间接表达产品工作与任务完成能力的指标，无法在试验中直接测量，需要通过对产品及其试验数据的分析和计算才能得到，这就需要运用可靠性评估技术。所谓可靠性评估是指利用产品研制、试验、生产、使用等过程中收集到的数据和信息来估算和评价产品的可靠性。目前，对于可靠性评估来说，针对运载火箭中的电子类产品，由于工作时间较短，一般认为其失效类型为随机失效，失效时间服从指数分布，通过统计产品的累积试验时间和失效数，来计算产品的可靠度。针对卫星类产品，同样认为产品的失效类型为随机失效，但由于其在轨工作时间较长，仅运用地面试验数据无法满足其可靠性指标要求。因此，目前针对卫星中的电子类产品主要采用基于贝叶斯(Bayes)的可靠性评估方法，将产品的可靠性预计结果作为先验数据，将地面试验数据作为追加信息，运用贝叶斯理论将两部分信息进行综合计算，从而得到产品的可靠性评估结果，以改善由于地面试验数据不足而造成可靠性指标无法验证的问题。无论是运载火箭还是卫星的电子类产品，均采用基于统计的可靠性评估方法，认为产品的失效类型为随机失效，通过统计试验时间和失效数来计算产品的可靠度。针对航天高可靠小子样的特点，该方法具有一定的局限性：1)可靠性试验周期长、成本高目前，卫星类产品的设计寿命越来越长，从之前的3-5年已经逐渐提升到5-8年，甚至更长时间。长寿命的要求给卫星用电子类单机的寿命与可靠性验证增加了困难。由于研制进度的要求，在地面几乎无法开展1：1的试验。此外，通过大量的单机级试验去验证其寿命与可靠性，使试验的成本居高不下。2)试验数据利用不充分运用试验时间和失效数两个试验信息来评估产品可靠性，对于试验中测量的众多关键性能参数，在可靠性评估中无法得到使用，由此造成在试验时间相对不足时，评估结果往往不能反映产品真实可靠性水平。3)与产品的关联程度不足由于可靠性评估所采用的试验数据为试验时间，与产品本身的失效原因和失效机理没有建立直接的关联。因此，在可靠性评估结果不满足指标要求的条件下，也无法给出针对性的产品改进建议，在失效数多时，说明产品需要设计改进，在失效数较少或零失效时，只能通过增加试验时间来提高可靠性评估值，造成试验成本与时间的浪费。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术针对航天电子类产品高可靠、小子样的特点，提供了一种可靠性物理与智能学习相结合的航天电子类产品可靠性评估方法。针对航天电子类产品，包括航天用PCB和电子类单机等，采用可靠性物理与智能学习相结合的方法，充分利用产品的关键性能参数信息，评估产品的可靠性，以解决高可靠小子样产品可靠性评估问题，并通过薄弱环节识别方法，识别产品的关键元器件，为产品的设计改进与可靠性提升提供支持。本专利技术的一种航天电子产品的可靠性评估方法，包括如下步骤：步骤1、对航天电子产品的薄弱环节进行识别，得到关键元器件，具体包括如下步骤：S11、根据电子产品物理结构，采用电路仿真分析软件，搭建电子产品物理仿真模型，设置电子产品中各元器件的输入输出特征参数，初步建立所述电子产品的输入与输出关系；S12、判断电子产品是否存在潜在故障；若存在潜在故障，对电子产品进行改进后执行下一步，若不存在潜在故障，直接执行S13；其中，采用蒙特卡洛分析方法判断电子产品是否存在潜在故障，具体方法为：1)根据各元器件正态分布的分布参数按照公式(1)和公式(2)分别生成各元器件的性能随机数，其中，第i个元器件输入输出特征参数所生成的随机数记为Xi；Xi＝μ+σXi'(2)其中，Uj是[0,1]之间的随机数，μ为均值，σ为标准差；2)将各元器件对应的随机数Xi代入到S11中的物理仿真模型中，通过仿真计算，得到电子产品输出结果；3)重复1)步骤和2)步骤N次，得到M个电路输出结果，其中，M最少取50次；对得到的M个仿真输出结果进行分析，得到输出的极值，并根据电子产品的输出性能指标要求，判断仿真输出结果是否满足性能指标要求，若极值均在要求范围内，则判断产品满足要求，不存在潜在故障；反之，存在潜在故障；S13、采用应力分析手段，识别电子产品的薄弱环节，作为关键元器件，具体为：在电子产品正常工作的条件下，运用步骤S11中建立的电子产品物理仿真模型，计算产品中各元器件的工作应力，并得到各元器件的工作应力与规定值的比值，并按照比值从大到小的顺序对各元器件进行排序；将满足以下三个条件中一个或一个以上的元器件判定为薄弱环节：条件1：所述比值大于1的元器件；条件2：通过观察比值，不满足降额要求的元器件；条件3：相邻两个元器件的比值之差超过30％且排序靠前的元器件比值大于0.5时，确定两个元器件排序靠前的元器件为薄弱环节，同时确定排序在该薄弱环节器件之前的所有元器件为薄弱环节；在均不满足以上3个条件的情况下，判定排序前三的元器件为薄弱环节；步骤2、针对步骤1中确定的关键器件，结合其工作条件，运用失效机理分析方法，确定关键元器件的失效机理；然后根据关键元器件的失效机理，结合产品的工作环境，分析并确定关键元器件与失效机理及工作寿命相关的性能参数，即寿命特征参数；步骤3、针对关键元器件开展器件级试验，测量元器件在试验过程中的寿命特征参数，并记录元器件其失效前时间TF；然后建立失效前时间TF与寿命特征参数的对应关系，即得到可靠性数学模型；步骤4、针对不同样本，收集可靠性数学模型中元器件的各寿命特征参数，针对各参数的样本差异性，计算各寿命特征参数的分布类型与分布类型对应的分布参数；步骤5、基于拉丁超立方抽样的可靠性评估计算，具体为：针对各个寿命特征参数，先根据精度要求确定抽样次数N，然后依据步骤4得到的各寿命特征参数的分布类型与分布参数，采用拉丁超立方抽样方法进行N次抽样，并将抽样样本分别代入到步骤3建立的可靠性数学模型中，计算得到N个时间TF的计算值；通过统计N个TF计算，获得TF概率分布函数F(t)，并根据产品的任务时间tm的要求，计算产品的可靠度R，即：R(tm)＝P{TF＞tm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种航天电子产品的可靠性评估方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、对航天电子产品的薄弱环节进行识别，得到关键元器件，具体包括如下步骤：S11、根据电子产品物理结构，采用电路仿真分析软件，搭建电子产品物理仿真模型，设置电子产品中各元器件的输入输出特征参数，初步建立所述电子产品的输入与输出关系；S12、判断电子产品是否存在潜在故障；若存在潜在故障，对电子产品进行改进后执行下一步，若不存在潜在故障，直接执行S13；其中，采用蒙特卡洛分析方法判断电子产品是否存在潜在故障，具体方法为：1)根据各元器件正态分布的分布参数按照公式(1)和公式(2)分别生成各元器件的性能随机数，其中，第i个元器件输入输出特征参数所生成的随机数记为Xi；Xi′=Σj=112Uj-6---(1)]]>Xi＝μ+σX′i              (2)其中，Uj是[0,1]之间的随机数，μ为均值，σ为标准差；2)将各元器件对应的随机数Xi代入到S11中的物理仿真模型中，通过仿真计算，得到电子产品输出结果；3)重复1)步骤和2)步骤N次，得到M个电路输出结果，其中，M最少取50次；对得到的M个仿真输出结果进行分析，得到输出的极值，并根据电子产品的输出性能指标要求，判断仿真输出结果是否满足性能指标要求，若极值均在要求范围内，则判断产品满足要求，不存在潜在故障；反之，存在潜在故障；S13、采用应力分析手段，识别电子产品的薄弱环节，作为关键元器件，具体为：在电子产品正常工作的条件下，运用步骤S11中建立的电子产品物理仿真模型，计算产品中各元器件的工作应力，并得到各元器件的工作应力与规定值的比值，并按照比值从大到小的顺序对各元器件进行排序；将满足以下三个条件中一个或一个以上的元器件判定为薄弱环节：条件1：所述比值大于1的元器件；条件2：通过观察比值，不满足降额要求的元器件；条件3：相邻两个元器件的比值之差超过30％且排序靠前的元器件比值大于0.5时，确定两个元器件排序靠前的元器件为薄弱环节，同时确定排序在该薄弱环节器件之前的所有元器件为薄弱环节；在均不满足以上3个条件的情况下，判定排序前三的元器件为薄弱环节；步骤2、针对步骤1中确定的关键器件，结合其工作条件，运用失效机理分析方法，确定关键元器件的失效机理；然后根据关键元器件的失效机理，结合产品的工作环境，分析并确定关键元器件与失效机理及工作寿命相关的性能参数，即寿命特征参数；步骤3、针对关键元器件开展器件级试验，测量元器件在试验过程中的寿命特征参数，并记录元器件其失效前时间TF；然后建立失效前时间TF与寿命特征参数的对应关系，即得到可靠性数学模型；步骤4、针对不同样本，收集可靠性数学模型中元器件的各寿命特征参数，针对各参数的样本差异性，计算各寿命特征参数的分布类型与分布类型对应的分布参数；步骤5、基于拉丁超立方抽样的可靠性评估计算，具体为：针对各个寿命特征参数，先根据精度要求确定抽样次数N，然后依据步骤4得到的各寿命特征参数的分布类型与分布参数，采用拉丁超立方抽样方法进行N次抽样，并将抽样样本分别代入到步骤3建立的可靠性数学模型中，计算得到N个时间TF的计算值；通过统计N个TF计算，获得TF概率分布函数F(t)，并根据产品的任务时间tm的要求，计算产品的可靠度R，即：R(tm)＝P{TF＞tm}＝1‑F(tm)。...

【技术特征摘要】
1.一种航天电子产品的可靠性评估方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、对航天电子产品的薄弱环节进行识别，得到关键元器件，具体包括如下步骤：S11、根据电子产品物理结构，采用电路仿真分析软件，搭建电子产品物理仿真模型，设置电子产品中各元器件的输入输出特征参数，初步建立所述电子产品的输入与输出关系；S12、判断电子产品是否存在潜在故障；若存在潜在故障，对电子产品进行改进后执行下一步，若不存在潜在故障，直接执行S13；其中，采用蒙特卡洛分析方法判断电子产品是否存在潜在故障，具体方法为：1)根据各元器件正态分布的分布参数按照公式(1)和公式(2)分别生成各元器件的性能随机数，其中，第i个元器件输入输出特征参数所生成的随机数记为Xi；Xi′=Σj=112Uj-6---(1)]]>Xi＝μ+σX′i(2)其中，Uj是[0,1]之间的随机数，μ为均值，σ为标准差；2)将各元器件对应的随机数Xi代入到S11中的物理仿真模型中，通过仿真计算，得到电子产品输出结果；3)重复1)步骤和2)步骤N次，得到M个电路输出结果，其中，M最少取50次；对得到的M个仿真输出结果进行分析，得到输出的极值，并根据电子产品的输出性能指标要求，判断仿真输出结果是否满足性能指标要求，若极值均在要求范围内，则判断产品满足要求，不存在潜在故障；反之，存在潜在故障；S13、采用应力分析手段，识别电子产品的薄弱环节，作为关键元器件，具体为：在电子产品正常工作的条件下，运用步骤S11中建立的电子产品物理仿真模型，计算产品中各元器件的工作应力，并得到各元器件的工作应力与规定值的比值...

【专利技术属性】
技术研发人员：李健，沈岭，赵礼兵，周海京，刘金燕，宗益燕，赵子覃，
申请(专利权)人：中国航天标准化研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11