可靠性仿真技術發(fā)展雜談

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

“圖解結構可靠性仿真”、“仿真工作流在結構可靠性建模中的應用”、“美軍開發(fā)新型可靠性方法用于建模和仿真”、“機械可靠性軟件驅動Excel仿真視頻”等系列文章,深受大家歡迎。今天繼續(xù)分享一篇關于國內外可靠性仿真技術發(fā)展的文章,供學習參考。

國外可靠性仿真技術發(fā)展

美國NASA的AMES研究中心通過C-MAPSS(商用航空推進系統(tǒng)仿真模塊)建立飛機發(fā)動機系統(tǒng)模型,通過單元退化機理模型和響應面技術構建了發(fā)動機性能參數(shù)的退化模型。該方法可以應用單元退化機理來預測系統(tǒng)退化過程和壽命。

美國Sandia國家實驗室開發(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相結合,對微型機械等設備的關鍵薄弱環(huán)節(jié)進行定位和評價。美國馬里蘭大學CALCE研究中心針對電子產品(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、振動仿真等虛擬仿真技術為故障物理模型提供輸入?yún)?shù),并基于最弱環(huán)理論預測電子產品的壽命。CALCE還根據(jù)該可靠性建模仿真方法開發(fā)了一種用于電子產品可靠性預計的軟件工具——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)等產品的可靠性評估中成功應用,并發(fā)揮重要的作用。

法國國家太空研究中心針對微機電系統(tǒng)(MEMS),結合環(huán)境試驗獲得的數(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。愛爾蘭國家微電子研究中心提出應用仿真工具對微電子產品進行可靠性建模與仿真,在建模過程中考慮了電遷移與應力遷移等退化機理,并且給出了該項技術的具體應用案例。以色列飛機工業(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,采用功能分析技術實現(xiàn)專業(yè)設計工作與可靠性設計工作的良好結合。

在可靠性建模仿真、不確定性量化及優(yōu)化技術的平臺化研究方面,國外已經(jīng)形成了一些通用軟件平臺。這些平臺一般是將CAE仿真工具(例如多體動力學軟件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,解決可靠性建模仿真與優(yōu)化問題。美國Sandia國家實驗室開發(fā)的通用優(yōu)化算法平臺DAKOTA,提供包含基于梯度計算的非線性規(guī)劃、無需梯度計算的模式搜索法和遺傳算法等的優(yōu)化算法庫,以及蒙特卡洛與代理模型等不確定性量化方法。NASA利用DAKOTA對航空飛行器進行了不確定性量化分析與可靠性優(yōu)化設計。美國Engineous公司開發(fā)的綜合性CAE平臺Isight/Fiber能夠快速聯(lián)合各種仿真軟件,將設計框架、優(yōu)化算法、代理模型組織起來,有助于實施產品的多學科優(yōu)化設計與分析。

總體來說,國外特別是美國的科研機構對于可靠性仿真技術的理論研究日趨完備,并且已經(jīng)將該項技術推廣到工程領域中,在航天飛船、飛機引擎與某些軍用裝備的研制中發(fā)揮了重要作用。未來以美國為首的西方國家將進一步研究基于故障物理的可靠性仿真方法,實現(xiàn)更加精確逼真的可靠性建模與仿真分析。

我國可靠性仿真技術發(fā)展

我國對可靠性仿真技術的研究開展時間較晚,技術發(fā)展相對滯后,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。國內越來越多的企業(yè)與科研院所在產品研制工作中開始發(fā)現(xiàn)可靠性仿真技術的工程實用價值,并對部分設備開展了可靠性仿真分析工作。針對系統(tǒng)級產品來說,國內對于考慮可靠性的多學科設計優(yōu)化技術,目前大多停留在研究探索階段,北航針對機電產品的機械、電子、液壓學科之間的耦合特性,初步建立了可靠性與性能一體化仿真設計分析平臺,但尚未開展大規(guī)模應用。未來我國可靠性仿真的技術發(fā)展及工程化應用前景十分廣闊。

國內開展可靠性仿真技術研究的單位很多,今天重點介紹91質量網(wǎng)具有完全自主知識產權的機械可靠性仿真分析與優(yōu)化軟件 PROMREL。

Promrel(Professional Mechanical ReliabilityAnalysis System)是一個與數(shù)字化環(huán)境集成的、支持開展可靠性與性能一體化設計與仿真分析的專業(yè)機械產品可靠性設計分析軟件,可針對機械、機電等復雜產品,進行結構/機構、設備、系統(tǒng)級產品復雜環(huán)境下多場耦合、多機理相關的可靠性量化分析、壽命預測、方案優(yōu)化等。主要包括多學科工具集成、試驗設計、響應面擬合、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個緊密集成的功能模塊。

在多學科協(xié)同仿真建模方面,提供可視化的工作流建模功能,模擬設計產品的行為特性,在一個流程中集成多個工具軟件,如Pro/E、UG、CATIA、ANSYS、MSC.ADAMS、 PATRAN / NASTRAN、 FLUENT、MATLAB /SIMULINK等,實現(xiàn)多學科協(xié)同設計。具備圖形化的工作流建模功能,建立產品設計參數(shù)與性能響應的邏輯關系;具備常用CAD/CAE軟件接口,自動調用相應的軟件,并支持自編軟件;與試驗設計、響應面擬合、可靠性分析等功能模塊無縫集成。

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