基于失效物理与故障树分析的典型机载电子设备的可靠性预计方法与软件实现

作     者：赵攀 

作者单位：西安电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：何亮;曹鹏辉

授予年度：2020年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 07[理学] 08[工学] 0701[理学-数学] 

主      题：可靠性工程 电子系统 失效物理 FMEA 故障树 

摘      要：众所周知,可靠性工程已存在于生产生活中的方方面面,尤其是对于航空航天领域或高精密工业的可靠性评估,可以大大降低企业的生产成本,缩短产品的开发周期,为国家节省大量的人力物力。可靠性评估是产品设计、生产以及检测过程中一项非常重要的工作,全面而准确的可靠性评估不仅能够正确评价产品的具体可靠性水平,还可以将相应的可靠性信息和数据反馈给产品设计人员,对产品可靠性设计的改进给出指导意见。目前,国内对于电子系统可靠性的分析主要还是基于大量实验数据和数理统计的方法,存在诸多不足。因此,本文基于失效物理展开针对电子系统的可靠性评估工作,通过分析系统中电子元器件的失效机理和失效模型,完成对系统底层器件的可靠性评估,通过有限元模拟得到可靠性评估模型需要的参数,进而利用故障树分析得到底层失效模式与系统级失效模式之间的关系,计算系统级失效率并展开影响因素的重要度分析,最终对该分析方法进行了软件实现。本论文主要完成了如下工作:首先介绍了失效物理分析方法、电子元器件的常见失效模式、典型的失效机理等,针对系统的失效分析,介绍了FMEA和FTA可靠性分析方法。针对部分元器件的失效物理模型参数难以通过实验确定的问题,采用有限元分析软件ANSYS仿真模拟了器件的失效过程并提取相应参数,根据寿命模型计算疲劳寿命;接下来,针对一种典型的机载电子设备-氧气监控器进行可靠性分析,在明确系统各功能模块与可靠性结构层次的基础上,对系统中底层电子元器件进行多失效机理下的可靠性建模。通过故障树分析方法,明确各层次失效模式间的逻辑关系,计算系统级失效模式的故障率,并进行了影响因素的重要度分析。最后,对本文所采用的可靠性评估方法进行了软件实现。该软件通过计算机编程语言python编写,其功能由失效物理模型库分析与FMEA分析两部分构成,该软件能够快速识读电子系统的层次结构关系,通过元器件的参数设置评估电子元器件以及子模块的失效率,并在此基础上实现了对整个电子系统可靠性分析报表与数据的生成与输出。