1、精度高。仿真计算机是数学仿真的主要硬件设备。随着仿真机技术的发展,计算机运算精度有了很大的提高,这保证了试验结果的精确性。同时,数学仿真试验结果的逼真度和置信度,主要依赖于建立的数学模型的准确性。现有的可靠性和仿真技术已经能较好地解决可靠性建模这一问题。
2、对计算机要求较低。可靠性仿真不要求实时仿真,因此在一般的个人微机、工作站上就可以进行,而不需专门的昂贵的仿真机(小型机、巨型机等)。这一点更有利于可靠性仿真工作的开展 。
3、难度较低。可靠性数学模型变为计算机上运行的仿真模型,可以直接利用系统数学模型中各种坐标系及其变换关系进行,不必考虑因实物接入而带来的各坐标系之间的协调转换,降低了实现仿真的难度。
4、成本低。数学仿真突出的优点之一就是所有试验封闭在计算机上进行,它不需要实物的参与,又可以进行大量的、 重复性的试验,节省了可靠性工程经费的投入。可靠性仿真特别适用于可靠性统计试验。
对于庞大、复杂的系统,其各分系统、组合、元器件、零件都有不同的失效类型和故障模式,传统的分析方法研究十分困难。可靠性仿真则可以较好地解决这一问题。它即可以应用于可靠性设计中,也可以应用于可靠性试验中;既可以应用于可靠性统计试验,又可以应用于可靠性工程试验;既可以先对各分系统,如电气、液压等重点分系统进行可靠性仿真,进而依据这些结果对全系统进行可靠性仿真;也可以直接对全系统进行可靠性仿真,具有广泛的应用范围。
可靠性仿真在不同的研制阶段也具有不同的做法:在方案论证阶段,利用可靠性设计手册提供的可靠性预计数据和可靠性分配数据进行仿真试验,对系统作出比较粗略的估计;在工程研制阶段,就可以利用有关的试验数据进行仿真试验,通过修改实际系统,可以提高系统可靠性水平,通过对仿真结果的统计分析,可以实现对系统可靠性精确的评估;在产品使用阶段,通过对发生故障的复现、排除,实现对产品的改进设计。
可靠性仿真一般采取以下步骤 :
1、建立可靠性数据库(RDBF)。广泛收集可靠性数据, 对数据进行加工处理,得出各分系统及各分系统内各元器件、组合部件等的寿命分布类型和可靠性参数值,从而建立系统的可靠性数据库。
2、构造故障树(FTA)。故障树法是可靠性工程中最常用、最有效的一种设计分析方法,它既可以进行定性分析,也可以进一步用于进行定量分析。通过与故障模式及影响分析法(FMEA)的有机结合,由工程设计人员建立系统、分系统故障树,并邀请有关的可靠性工程人员参加审查,以保证故障树的逻辑关系正确 。
3、建立可靠性模型(数学模型)。利用系统的热设计、冗余设计、降额设计以及积累零件、元器件、部件、组合和分系统的失效模式, 由专业人员建立可靠性模型。
4、建立可靠性仿真模型。根据可靠性模型的形式、计算机类型以及试验要求将可靠性模型转变适合于计算机处理的形式,即可靠性仿真模型,并依据有关参数进行仿真模型的验证,确定模型的有效性。
5、编制仿真程序。利用仿真软件将可靠性仿真模型输入计算机,并对仿真程序要使用的数组定维、设置工作单元位置、输入可靠性仿真参数、初始条件、规定输出打印间隔、打印数据和绘图比例尺等。
6、可靠性仿真试验。依据仿真目的,在可靠性仿真模型上进行大量的仿真试验。仿真不同于一般的科学计算,它要求体现出“在模型上进行试验”这个含义,也就是在仿真试验时,工程技术人员就像在真实系统上进行试验那样可以观察系统的动态过程,适时地改变系统的初始条件和有关参数,甚至结构模型,实现人机交互功能。
7、可靠性仿真结果分析与评定。对于复杂的随机过程,一般采用蒙特卡洛法(Monte Carlo)等统计方法,通过选择不同的随机初始条件和随机输入函数,对可靠性仿真系统进行大量的统计计算,并得出系统变量的统计特性。
三、可靠性仿真的应用
对于设备来说,当前的发展趋势是利用可靠性仿真技术,建立产品可靠性仿真模型,支持在设计阶段开展基于仿真的可靠性设计分析与虚拟试验评估。可靠性仿真技术以各性能专业的仿真模型为基础,进一步考虑产品的寿命周期载荷、故障行为与故障机理以及工艺参数的散布特性,建立可靠性仿真模型,即基于可靠性的产品数字样机。在基于可靠性的数字建模、数据传递、拓延和试验仿真过程中,提升和验证产品的可靠性。