可靠性仿真技術(shù)發(fā)展雜談

2017-01-12 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

“圖解結(jié)構(gòu)可靠性仿真”、“仿真工作流在結(jié)構(gòu)可靠性建模中的應(yīng)用”、“美軍開發(fā)新型可靠性方法用于建模和仿真”、“機(jī)械可靠性軟件驅(qū)動(dòng)Excel仿真視頻”等系列文章,深受大家歡迎。今天繼續(xù)分享一篇關(guān)于國(guó)內(nèi)外可靠性仿真技術(shù)發(fā)展的文章,供學(xué)習(xí)參考。

國(guó)外可靠性仿真技術(shù)發(fā)展

美國(guó)NASA的AMES研究中心通過C-MAPSS(商用航空推進(jìn)系統(tǒng)仿真模塊)建立飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)模型,通過單元退化機(jī)理模型和響應(yīng)面技術(shù)構(gòu)建了發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)的退化模型。該方法可以應(yīng)用單元退化機(jī)理來(lái)預(yù)測(cè)系統(tǒng)退化過程和壽命。

美國(guó)Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了基于CAD/CAE的可靠性仿真分析工具,通過虛擬仿真和物理加速試驗(yàn)相結(jié)合,對(duì)微型機(jī)械等設(shè)備的關(guān)鍵薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行定位和評(píng)價(jià)。美國(guó)馬里蘭大學(xué)CALCE研究中心針對(duì)電子產(chǎn)品(主要為印制電路板),提出了一種基于故障物理的可靠性建模仿真方法。該方法利用熱仿真、振動(dòng)仿真等虛擬仿真技術(shù)為故障物理模型提供輸入?yún)?shù),并基于最弱環(huán)理論預(yù)測(cè)電子產(chǎn)品的壽命。CALCE還根據(jù)該可靠性建模仿真方法開發(fā)了一種用于電子產(chǎn)品可靠性預(yù)計(jì)的軟件工具——CalcePWATM,已經(jīng)在NASA的航天飛船逃逸系統(tǒng)、HONEYWELL公司的AS900航空引擎電子控制系統(tǒng)等產(chǎn)品的可靠性評(píng)估中成功應(yīng)用,并發(fā)揮重要的作用。

法國(guó)國(guó)家太空研究中心針對(duì)微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS),結(jié)合環(huán)境試驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)與建模仿真工具,提出了基于故障物理的一階行為模型建模與仿真方法,目的是提升MEMS的可靠性水平。愛爾蘭國(guó)家微電子研究中心提出應(yīng)用仿真工具對(duì)微電子產(chǎn)品進(jìn)行可靠性建模與仿真,在建模過程中考慮了電遷移與應(yīng)力遷移等退化機(jī)理,并且給出了該項(xiàng)技術(shù)的具體應(yīng)用案例。以色列飛機(jī)工業(yè)公司研制了一種可靠性、維修性分析工具——綜合可靠性分析工具IRAT(IntegratedReliability Analysis Tool)。該工具能夠充分利用各專業(yè)CAE/CAD工具,采用功能分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)專業(yè)設(shè)計(jì)工作與可靠性設(shè)計(jì)工作的良好結(jié)合。

在可靠性建模仿真、不確定性量化及優(yōu)化技術(shù)的平臺(tái)化研究方面,國(guó)外已經(jīng)形成了一些通用軟件平臺(tái)。這些平臺(tái)一般是將CAE仿真工具(例如多體動(dòng)力學(xué)軟件ADAMS、有限元分析軟件ANSYS、ABAQUS、電路仿真軟件PSPICE、液壓仿真軟件AMESim等)有效集成起來(lái),解決可靠性建模仿真與優(yōu)化問題。美國(guó)Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的通用優(yōu)化算法平臺(tái)DAKOTA,提供包含基于梯度計(jì)算的非線性規(guī)劃、無(wú)需梯度計(jì)算的模式搜索法和遺傳算法等的優(yōu)化算法庫(kù),以及蒙特卡洛與代理模型等不確定性量化方法。NASA利用DAKOTA對(duì)航空飛行器進(jìn)行了不確定性量化分析與可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)。美國(guó)Engineous公司開發(fā)的綜合性CAE平臺(tái)Isight/Fiber能夠快速聯(lián)合各種仿真軟件,將設(shè)計(jì)框架、優(yōu)化算法、代理模型組織起來(lái),有助于實(shí)施產(chǎn)品的多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)與分析。

總體來(lái)說(shuō),國(guó)外特別是美國(guó)的科研機(jī)構(gòu)對(duì)于可靠性仿真技術(shù)的理論研究日趨完備,并且已經(jīng)將該項(xiàng)技術(shù)推廣到工程領(lǐng)域中,在航天飛船、飛機(jī)引擎與某些軍用裝備的研制中發(fā)揮了重要作用。未來(lái)以美國(guó)為首的西方國(guó)家將進(jìn)一步研究基于故障物理的可靠性仿真方法,實(shí)現(xiàn)更加精確逼真的可靠性建模與仿真分析。

我國(guó)可靠性仿真技術(shù)發(fā)展

我國(guó)對(duì)可靠性仿真技術(shù)的研究開展時(shí)間較晚,技術(shù)發(fā)展相對(duì)滯后,目前正處于蓬勃發(fā)展階段,并且形成了一些創(chuàng)新成果,例如可靠性與性能一體化建模仿真方法等。國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的企業(yè)與科研院所在產(chǎn)品研制工作中開始發(fā)現(xiàn)可靠性仿真技術(shù)的工程實(shí)用價(jià)值,并對(duì)部分設(shè)備開展了可靠性仿真分析工作。針對(duì)系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品來(lái)說(shuō),國(guó)內(nèi)對(duì)于考慮可靠性的多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù),目前大多停留在研究探索階段,北航針對(duì)機(jī)電產(chǎn)品的機(jī)械、電子、液壓學(xué)科之間的耦合特性,初步建立了可靠性與性能一體化仿真設(shè)計(jì)分析平臺(tái),但尚未開展大規(guī)模應(yīng)用。未來(lái)我國(guó)可靠性仿真的技術(shù)發(fā)展及工程化應(yīng)用前景十分廣闊。

國(guó)內(nèi)開展可靠性仿真技術(shù)研究的單位很多,今天重點(diǎn)介紹91質(zhì)量網(wǎng)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的機(jī)械可靠性仿真分析與優(yōu)化軟件 PROMREL。

Promrel(Professional Mechanical ReliabilityAnalysis System)是一個(gè)與數(shù)字化環(huán)境集成的、支持開展可靠性與性能一體化設(shè)計(jì)與仿真分析的專業(yè)機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)分析軟件,可針對(duì)機(jī)械、機(jī)電等復(fù)雜產(chǎn)品,進(jìn)行結(jié)構(gòu)/機(jī)構(gòu)、設(shè)備、系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品復(fù)雜環(huán)境下多場(chǎng)耦合、多機(jī)理相關(guān)的可靠性量化分析、壽命預(yù)測(cè)、方案優(yōu)化等。主要包括多學(xué)科工具集成、試驗(yàn)設(shè)計(jì)、響應(yīng)面擬合、可靠性分析、系統(tǒng)可靠性分析、可靠性優(yōu)化、耐久性分析7個(gè)緊密集成的功能模塊。

在多學(xué)科協(xié)同仿真建模方面,提供可視化的工作流建模功能,模擬設(shè)計(jì)產(chǎn)品的行為特性,在一個(gè)流程中集成多個(gè)工具軟件,如Pro/E、UG、CATIA、ANSYS、MSC.ADAMS、 PATRAN / NASTRAN、 FLUENT、MATLAB /SIMULINK等,實(shí)現(xiàn)多學(xué)科協(xié)同設(shè)計(jì)。具備圖形化的工作流建模功能,建立產(chǎn)品設(shè)計(jì)參數(shù)與性能響應(yīng)的邏輯關(guān)系;具備常用CAD/CAE軟件接口,自動(dòng)調(diào)用相應(yīng)的軟件,并支持自編軟件;與試驗(yàn)設(shè)計(jì)、響應(yīng)面擬合、可靠性分析等功能模塊無(wú)縫集成。

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