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科学“算命”,您的产品能“活”多久?

   

——可靠性仿真技术系列(之一)

  为了使自己在激烈的市场竞争中立于不败之地,产品研发和制造企业一方面要不断丰富升级产品的功能和性能,另一方面还要提升产品质量,以获得良好的市场口碑。可靠性是产品质量的重要指标之一。

过去,设计人员在评判自己所设计新产品的可靠性的时候,往往是根据已投放市场的相似产品故障维修反馈数据,利用这些历史数据进行统计学上的评估。一般来讲,历史数据的收集周期比较长且分散,设计人员在新品研制时难以有效利用。

  那么问题来了,我们新研的产品如何在设计之初就将可靠性“设计”进去,且能准确预测其将来的可靠性水平呢?

  华质检测(中国航空综合技术研究所)可以给您一个完美的解决方案——可靠性仿真。

  可靠性仿真技术由中国航空综合技术研究所在“十五”期间从美国马里兰大学CALCE中心引进,随后进行了大量的国内产品适用性研究。“十一五”期间,又开展了大量的工程化研究,并丰富扩展了故障机理模型库、元器件库和材料库等基础支撑数据,为工程应用打下坚实基础。“十二五”期间,该技术在航空产品设计领域已经开展大规模的工程应用,效果显著,对我国航空产品可靠性的提升做出了巨大的贡献。

  可靠性仿真技术的诞生及发展依赖于故障物理理论和建模仿真等工程软件的高速发展。故障物理认为电子产品的任何故障必然是由特定的热、机械、化学、物理或电子驱使的某种故障机理所导致,这就将故障发生从偶然变为必然,从而在设计上变“被动挨打”为“主动出击”,通过这些规律去事先分析可靠性的薄弱点。同时,随着目前产品设计中建模仿真等工程软件的广泛应用,为可靠性仿真的工程化提供了必不可少的平台环境。所以,可靠性仿真的诞生是当前工程技术发展的必然,也将是未来发展的趋势。


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  那么,可靠性仿真是如何在产品设计之初就将可靠性设计到产品中去,而且可以准确评估其可靠性水平呢?

  每个故障物理模型呈现给我们的都是一堆复杂数学运算符号和字母的组合公式,一眼看去令人眼花缭乱,但是这些凝结了前辈智慧结晶的公式却蕴藏着很大的玄机。这些模型可以将产品的失效时间与产品材料、尺寸、工作条件以及使用条件等参数建立起定量的关联。能做到这一点,其实是可靠性设计领域内的一个重大突破,也是广大可靠性工作者前仆后继换来的成绩。有了故障物理模型,下一步就是建模分析软件该派上用场了,这些软件可以根据故障物理的输入需求,开展仿真建模计算,获得各种应力数据。比如,有些焊点失效模型是与热、振动的工作应力有关,那么我们可以利用三维建模软件建立产品的CAD模型,并利用CFDFEA的相关工具开展热分析和振动分析,获得产品热、振动应力,作为故障物理模型的输入,计算出产品的失效时间。如果发现产品失效时间不满足您的预期,可靠性仿真分析可以直接帮您找到引起失效的“罪魁祸首”,直接修改产品设计,比如调整布局、更换器件、改变约束等等,这样就可以在产品设计初期就达到了可靠性设计提高的目的。

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  如果您新研发了一款产品,那么只需提供产品相关设计信息及未来的使用环境,就可以预测该产品的失效时间,并能够发现引起失效的主要设计缺陷,提供设计改进方案。有这样一种方法,必然会显著提升您产品的可靠性,大幅缩短研制周期,节省研制经费。


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