航空電子設備可靠性設計優化方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及主要應用于航空電子設備設計，是一種利用可靠性分析來完成航空電子設備設計優化并提升設備可靠性的方法。
【背景技術】
[0002]航空電子設備技術難度大，系統性強。所處的自然環境和機械環境條件惡劣，同時對可靠性要求也越來越高，如何改善和提高設備在惡劣環境下的可靠性已成為一個必須面臨的問題。隨著科學技術的發展，綜合化航空電子設備的功能要求越來越高，結構日益復雜，使電子設備的故障診斷變得十分復雜，可靠性受到影響。目前航空電子設備中采用了大量新技術，集成度高，系統性強，產品結構復雜，使用環境嚴酷，工藝裝配程度密集;要求維護費用降低，可靠性技術步入新的領域。未來的航空電子設備向綜合化、模塊化、小型化、多功能化、高可靠性的方向發展，這將必然導致如散熱、電磁兼容和接口互聯等問題的出現。同時，電子設備的功能、體積、重量、可靠性以及對各種環境的適應性等被納入設計的范疇，這給設計提出了更高的要求。航空電子設備的可靠性受多方面因素的影響，按過去一般的可靠性設計已不能滿足要求。在過去的可靠性理論中，對影響設備可靠性至關重要的人的因素沒有全面描述，甚至很少提到。在可靠性工程中，只把人的作用局限于維護和管理方面。可產品可靠性設計的基礎是穩定性設計，離開了穩定性設計，產品質量時間上的延續是無法保證的。設計因素產品可靠性是設計出來的。設計對設備的可靠性有著舉足輕重的影響。如果設計人員在產品設計時，對可靠性缺乏應有的重視，由不適當的設計將帶入潛在的缺陷，這些缺陷在應力驅使時將使缺陷樣品達到失效，產品運行將出現難以預料的重大故障。大量統計表明，在元器件失效中，軟件因素影響可靠性的諸因素、不正確使用元器件造成的失效占1/3。根據統計，因人為因素造成的設備故障占設備總故障數的30%?50%，典型統計值為30.6%。目前國內航空電子設備的可靠性工程還主要依靠可靠性鑒定、可靠性增長試驗等事后評價的方法，存在周期長、費用高，而且不能完全暴露設計和生產中的所有缺陷可能給后續設備投入使用造成重大損失等問題。大量統計表明，在元器件失效中，軟件因素影響可靠性的諸因素、不正確使用元器件造成的失效占1/3。目前硬件可靠性不斷提高，而軟件可靠性問題顯得更為突出。應用軟件日益復雜，軟件商開發的各種軟件產品往往都有數以萬計甚至幾百萬源程序語句。在進行內容豐富、結構十分復雜的軟件設計時，要求不發生差錯或把錯誤的數目限制在極低的限額以下，必需有一整套提高軟件可靠性的技術與工具。軟件是人腦所設計的產品，并由人工生產。如果設計人員對用戶某些要求失察，或設計時忽視了某些外部環境規律，或者設計人員和用戶聯系不暢都有可能發生錯誤。錯誤的軟件在一定輸入環境下會形成軟件運行錯誤。若軟件本身不包含適當的容錯技術，軟件出錯將導致軟件故障。
[0003]在現有技術中，航空電子設備可靠性水平的提升普遍采用“設備性能設計一可靠性設計一可靠性試驗一改進與完善一可靠性試驗”的串行工作模式。這種模式通常是在設備設計完成后，用基于經驗確定的元件恒定失效模型的失效率來對設備的可靠性預計。這種可靠性預計可以計算出設備的故障率值，但如何對預計數據進行綜合分析，找出設備的可靠性優化方向，進而在設計階段提高設備的可靠性水平，這種可靠性預計方法并未提供。這將使設備的可靠性優化無法在設計階段完成，導致設計過程的多次迭代，甚至有可能在試驗中出現不滿足可靠性指標的情況，引起生產過程的迭代。由于綜合化航空電子設備越來越復雜，可靠性要求越來越高，可靠性受各種因素的制約，按目前的設計方法和控制方法難以保證。綜合化航空電子設備的。
【發明內容】
[0004]為了克服現有技術航空電子設備可靠性方法存在的上述不足，本發明提供一種能夠縮短研制周期，降低研發成本，并能防止故障出現，提升設備可靠性水平的提升航空電子設備可靠性設計優化方法
本發明的上述目的可以通過以下措施來達到:一種航空電子設備可靠性設計優化方法其特征在于包括如下步驟:在設計階段，根據航空電子設備設計方案進行三維數字樣機建模；以三維數字樣機為基礎，根據設備壽命周期內的溫度、振動環境載荷，功耗、電流、電壓、頻率和其它工作載荷，相關參數動態范圍的相關設計信息，進行熱特征、力學特征的環境應力數字樣機建模與模型驗證;參照航空電子設備環境適應性要求進行設備熱、力學環境應力分析，定位設備的環境應力薄弱環節，對照并依據航空電子設備標準設計準則，確定不滿足環境適應性的薄弱環節，返回三維數字樣機設計步驟進行設計優化，并重新循環至應力分析步驟，直至滿足環境適應性要求;對滿足環境適應性的，則進入故障風險預測與可靠性評估，建立故障物理樣機模型，根據應力分析結果，分析故障風險分布，定位設備的可靠性薄弱環節，根據故障風險分布情況，評估航空電子設備的可靠性水平，參照可靠性指標要求，滿足可靠性指標要求的，則進入詳細工程化設計，不滿足可靠性指標要求的，針對分析中出現的可靠性薄弱環節重新進行三維數字樣機設計優化，并循環到故障風險預測與可靠性評估，直至滿足可靠性指標要求后進入詳細工程化設計。
[0005]本發明相比于現有技術具有如下有益效果:
縮短設備研制周期，降低設備研發成本。本發明參照航空電子設備環境條件，分析航空電子設備熱特征、力學特的環境應力，尋找所述設備的環境應力薄弱環節，開展相應的設計優化，分析所述設備的故障風險，定位設備的可靠性薄弱環節，評估航空電子設備的可靠性水平，并進行針對性優化，直至滿足可靠性指標要求；可以克服傳統可靠性“設備性能設計一可靠性設計一可靠性試驗一改進與完善一可靠性試驗”的串行工作模式的不足，在設計階段切實提升設備的可靠性指標，降低在可靠性試驗中出現設備不滿足可靠性指標的情況，降低修改實物樣機的概率，從而縮短研制周期，降低研發成本。
[0006]降低研發成本，并能防止故障出現。本發明對影響設備可靠性指標的故障機理進行分析，依靠分析手段，發現可靠性薄弱環節，針對分析中出現的可靠性薄弱環節及和相應的故障風險信息進行設計優化，使設備的可靠性評估值滿足要求，通過對設備三維數字樣機進行進一步設計優化來防止故障出現，可以在設備的設計階段切實有效地提升設備的可靠性指標。在提升設備的可靠性水平的同時降低了研發成本。
[0007]可靠性指標提升。本發明將故障風險預測與可靠性評估融入了航空電子設備的設計流程中，通過故障風險預測，定位航空電子設備的可靠性薄弱環節，并根據可靠性薄弱環節優化數字化樣機設計，把可靠性要求設計到了航空電子設備中去，實現可靠性與性能的融合與同步優化，提高了設備設計階段的可靠性水平。
【附圖說明】
[0008]下面結合附圖和實施例對發明進一步說明。
[0009]圖1是本發明航空電子設備可靠性設計優化的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0010]參閱圖1。在以下實施例中，提升航空電子設備可靠性的設計優化實現是通過在性能設計中融入可靠性分析與優化來實現的。在設計階段，根據航空電子設備設備設計方案進行三維數字樣機建模；以三維數字樣機為基礎，根據設備壽命周期內的溫度、溫度循環、振動、沖擊環境載荷，功耗、電流、電壓、頻率和其它工作載荷，結構形式、外形尺寸、連接關系和相關參數動態范圍的相關設計信息，進行熱特征、力學特征的環境應力數字樣機建模與模型驗證;參照航空電子設備環境適應性要求，進行設備熱特征、力學等環境應力分析，定位設備的環境應力薄弱環節，對照并依據標準規定的設計準則，確定不滿足環境適應性的薄弱環節，返回三維數字樣機設計，進行設計優化，并重新循環至應力分析直至滿足環境適應性要求;對滿足環境適應性的，則進入故障風險預測與可靠性評估，建立故障物理樣機模型，根據應力分析結果，分析故障風險分布，定位設備的可靠性薄弱環節，根據故障風險分布情況，評估航空電子設備的可靠性水平，參照可靠性指標要求，滿足可靠性指標要求的，則進入詳細工程化設計，不滿足可靠性指標要求的，針對分析中出現的可靠性薄弱環節重新進行三維數字樣機設計優化，并循環到故障風險預測與可靠性評估，直至滿足可靠性指標要求后進入詳細工程化設計。具體步驟包括如下:
(1)根據航空電子設備設計方案，進行三維數字樣機設計建模；
(2)以三維數字樣機為基礎，加入航空電子設備的以下三個方面的相關設計信息:(a)功耗、電流、電壓、頻率和其它工作載荷，(b)設備生命周期內的溫度、溫度循環、振動、沖擊等環境載荷，(C)連接關系和相關參數動態范圍等設備特性，進行航空電子設備的熱、力學等特征的環境應力數字樣機建模，并通過熱測試和動力學測試等方法進行模型驗證與修正;其中環境應力數字樣機包括:熱特征數字樣機和力學特征數字樣機。
[0011](3)參照航空電子設備的環境適應性，進行航空電子設備的熱、力學等環境應力分析，尋找設備的環境應力薄弱環節，并依據薄弱環節返回步驟(I)進行三維數字樣機設計建模，進行相應的航空電子設備三維數字樣機改進，并重新循環至應力分析直至滿足設備的環境適應性要求；
(4)建立航空電子設備故障物理數字樣機模型，根據應力分析結果，進行設備的故障風險預測，根據故障風險分布情況，評估航空電子設備的可靠性水平。參照可靠性指標，針對分析中出現的可靠性薄弱環節返回至步驟(I)進行三維數字樣機優化，并循環到故障風險預測與可靠性評估直至滿足可靠性指標要求，從而進入詳細工程化設計。
[0012]根據航空電子設備設計方案，在加入航空電子設備的幾何結構、互連關系與安裝位置的基礎上，進行三維數字樣機建模;加入航空電子設備的工作載荷、環境載荷和設備特性，對三維數字樣機進行相應處理，得到航空電子設備的熱特征數字樣機和力學