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當(dāng)前全球科技水平的不斷提升使得航空航天、軍事裝備等行業(yè)得到空前發(fā)展。高科技產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)復(fù)雜、系統(tǒng)組成龐大、研發(fā)周期長費用高、可靠性問題突出。傳統(tǒng)的基于統(tǒng)計的可靠性設(shè)計分析方法，與性能設(shè)計專業(yè)技術(shù)體系不一致，在設(shè)計過程中難以相互融合，造成可靠性設(shè)計分析工作往往滯后于性能設(shè)計分析工作，可靠性設(shè)計分析難以對產(chǎn)品的設(shè)計狀態(tài)產(chǎn)生真正影響。

同時，傳統(tǒng)的可靠性試驗與評估方法需要大量新研產(chǎn)品進(jìn)行試驗，往往在研制后期才能開展。通過可靠性試驗發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品薄弱環(huán)節(jié)再進(jìn)行設(shè)計更改，時間周期長并且代價較大。

近年來，數(shù)字樣機(jī)與虛擬仿真等相關(guān)技術(shù)發(fā)展迅速，國內(nèi)外大部分科研機(jī)構(gòu)都采用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品三維建模裝配與功能/性能分析，從而在設(shè)計階段早期獲得產(chǎn)品性能參數(shù)并改進(jìn)設(shè)計。目前，將可靠性工作融入到產(chǎn)品設(shè)計和分析仿真過程，在工程上有著強(qiáng)烈的需求。

可靠性仿真技術(shù)充分利用產(chǎn)品現(xiàn)有的功能/性能模型及相關(guān)CAD工具，以系統(tǒng)功能/性能模型為內(nèi)核，以可靠性模型為外殼，聯(lián)合各專業(yè)CAD工具建立綜合集成環(huán)境，實現(xiàn)可靠性與性能一體化建模仿真，支持在設(shè)計階段開展基于仿真的可靠性設(shè)計、分析與評價?？煽啃苑抡娼Y(jié)果可以為可靠性與性能的協(xié)同設(shè)計與分析提供模型與數(shù)據(jù)支持。綜上可知，可靠性仿真技術(shù)對于解決工程中可靠性設(shè)計與性能設(shè)計“兩張皮”問題具有極高的實用價值。

在可靠性分析時，很多情況下難以直接建立應(yīng)力、應(yīng)變、位移等與載荷、材料、結(jié)構(gòu)尺寸的關(guān)系，往往需要借助各種CAE工具，如有限元、多體動力學(xué)來進(jìn)行分析，這種情況下反映為功能函數(shù)與基本隨機(jī)變量的關(guān)系是隱式的。

從可靠度計算的角度分析，模擬法和響應(yīng)面法一般只需要獲得功能函數(shù)在給定樣本點的值，這些值可以借助CAE工具分析獲得，再對結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計來計算可靠度；一次可靠度法不僅需要計算功能函數(shù)的值，還需要獲得功能函數(shù)關(guān)于隨機(jī)向量的梯度。

利用CAE工具進(jìn)行可靠性仿真計算，必須解決以下2個問題：

（1）可靠度計算程序?qū)AE軟件的封裝和調(diào)用，以實現(xiàn)功能函數(shù)值的計算；

（2）梯度的計算，這可以在獲得功能函數(shù)值的基礎(chǔ)上采用有限差分法計算。

因此關(guān)鍵是實現(xiàn)利用CAE工具實現(xiàn)功能函數(shù)值的計算。

有兩種實現(xiàn)可靠性仿真計算的思路：抽樣仿真和迭代仿真，如圖所示。

圖  可靠性仿真的流程