[发明专利]一种航空参数处理设备电源模块的FMIS方法

说明书

技术领域

本发明提供一种航空参数处理设备电源模块的FMIS方法，特别是涉及一种基于应力仿真和失效模式注入技术的航空参数处理设备电源模块故障及其影响仿真方法，属于产品可靠性仿真领域。

背景技术

随着科技的高速发展，航空产品的复杂程度不断提高，同时对可靠性的要求也越来越高。因此，在产品研制过程中对故障分析、可靠性设计提出了更高的要求。航空参数处理设备是对采集的航空飞行参数进行记录、处理、测量、报警，以监控飞机运行状态的电子设备。电源模块的功能是将外界电源电压转化为设备中其他模块需要的电压，为整个设备提供电源输入。电源模块通过卡槽、连接器、锁紧条固定设备机箱两侧，在飞机执行任务的过程中受到温度载荷以及飞行中振动载荷的作用，其各组成元器件、连接件可能会发生某些状态的变化甚至失效，这种变化或失效会对其周围的元器件或部件产生影响，最终危害到整个模块甚至设备的可靠性和安全性。

目前工程上应用的硬件FMEA(失效模式及影响分析，Failure Modes and Effect Analysis)方法是通过系统的分析元器件、零部件、设备在设计、制造和使用过程中所有可能的故障模式，以及每一故障模式的原因及影响，找到潜在的薄弱环节，提出改进措施和设计预案，从而提高产品可靠性的一种分析方法。这种方法的实施依赖于工程人员的经验，具有较大的主观性，经验不丰富的工程人员可能无法找到关键的失效模式，无法准确的估计这些失效模式对其同层次、高一层次和最终层次的影响，从而不能提出有针对性的设计改进措施。

FMIS(失效模式注入仿真，Failure Modes and Injection Simulation)是利用应力与失效模式注入仿真相结合的方法获得产品实际环境和工作条件下会发生的失效模式、定量确定在这些故障模式下电路输出的方法。FMIS主要包括应力仿真和失效模式注入两个关键的技术或方法。应力仿真方法是指利用商用数值仿真软件，例如ANSYS、Flotherm、Nastran将设备所承受的温度、振动载荷施加到产品的数字模型上，利用计算机仿真的方法获得设备对这些载荷的响应。失效模式注入技术是利用EDA(电子设计自动化，Electronic Design Automation)软件，将失效模式电路模型注入到正常的电路仿真模型中，获得该失效模式下电路各部分及最终输出电性能情况。常用的EDA软件包括Pspice、Cadence、Cyber等。FMIS方法是进行FMEA的定量辅助方法。通过对现有技术的查新和检索，国内外还没有利用FMIS方法进行航空参数处理设备电源模块FMEA方面研究和应用的报道。

发明内容

1、目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种航空参数处理设备电源模块的FMIS方法，它是基于应力仿真方法和失效模式注入技术来确定电源模块失效模式，并定量获得该失效模式下电路输出，为设计人员评估失效模式的影响、确定其危害性提供依据，同时也为电源模块的设计改进提供依据。

2、技术方案：本发明是通过以下技术方案实现的，确定电源模块的关键部件，确定关键部件的潜在失效模式，仿真电源模块正常状态下的电路输出，仿真电源模块在失效状态下的电路输出。

本发明一种航空参数处理设备电源模块的FMIS方法，其具体步骤如下：

步骤一：确定航空参数处理设备电源模块(以下简称“电源模块”)上的关键部件。主要包括：

a.首先要获得电源模块在温度、振动载荷下的应力分布。详细过程如下：

1)确定电源模块任务过程中最恶劣的温度和振动环境。主要包括：

1.若电源模块的设计要求中给出了电源模块的工作温度范围以及振动加速度功率谱密度剖面，则选择温度范围中的高温作为最恶劣的温度环境，选择所给出的振动加速度功率谱密度剖面中，振动加速度功率谱密度量值最大的一个做为最恶劣振动环境，若只给出一个振动加速度功率谱密度剖面，则将该剖面确定为最恶劣振动环境。

2.若电源模块设计要求中未给出电源模块的工作温度范围以及振动加速度功率谱密度剖面，根据国家标准《GBT2423.43-2008电工电子产品环境试验》确定最恶劣的温度和振动环境。

2)对电源模块进行Flotherm温度分布仿真。Flotherm是一种成熟的商业有限积分软件，主要功能是进行温度仿真。主要包括：