可靠性仿真技術在電路設計中的應用與分析

山東華宇工學院 鄧 蕾

隨著當前科學技術的發展，人們在日常生產以及生活中，對于電子設備的依賴性越來越強，當前對于電子設備功能的需求也越來越多，在這樣的情況下，電子設備傳統的可靠性設計以及驗證手法已經無法滿足當前的需求，因此在當前的電子設備發展中，需要增強電子設備可靠性方面的設計工作，只有這樣才可以有效滿足當前的使用。在這樣的背景下，當前相關的設計人員提出了可靠性仿真技術，這種技術是能夠對當前電子設備的可靠性水平進行驗證以及評估，從而指導改進當前的電子設備。通過在設計的過程中，對電子設備的可靠性仿真技術進行測試，能夠有效提升電子電路設計過程中的完善性，從而增強整體的可靠性，對于當前的電路設計工作，有著非常重要的價值。

1 可靠性仿真技術與傳統可靠性設計技術的分析

在當前的設計過程中，對于可靠性的指標有著較為嚴格的要求，通過這樣的方式，直接提升了整體的運作效率。在當前對于電子設備的設計進行可靠性驗證的時候，主要采用的方式是在規定的可靠性指標淺前提下，完成對電子設備的設計，并且開展新一輪的可靠性預計工作，直到最終的結果滿足指標的要求，只有這種情況下，才可以保證電子設備的能效可以滿足可靠性要求，進而進行生產的工作。這種評估方式，能夠準確地對當前電子設備的可靠性指標進行評估，但是在使用的過程中，會花費大量的時間用于評估以及改進，因此會產生非常高的費用，并且這種方式，在不同的設備評估過程中，需要對設備的整體設計進行評估，也就是說，這種方式本身不具備可操作性，導致了現代化在這種情況下難以實現。

因此針對這樣的情況，當前有部分的工作人員將目光轉向了仿真技術，隨著仿真技術的發展，在該領域中，已經有了足夠的可運行性，將這種技術運用在可靠性評估方面，可以有效提升可靠性評估的可操作性。同時提升對于可靠性驗證的工作效率，降低費用方面的消耗，因此有著非常可觀的前景。在這樣的情況下，可靠性仿真方法在設計的過程中，主要的優勢有以下幾個方面：首先是能夠建立模型，從而對整體進行檢測，這樣的方式參與人數少，并且主要由機器運行，因此本身的驗證能力比較強，其次就是在進行的過程中，周期時間比較短，可以保證自身的準確度，同時這樣驗證方式，不需要在場地中進行，因此有著很強的便利性，在方案的階段，可靠性仿真方法可以進行預先的測試，進而對當前的設計進行指導，相較于傳統的方式，只有在成品出現之后，才能夠進行驗證來說，無疑可以讓設計者少走很多彎路，對于設計的指導有著非常重要的意義，因此在當前的設計過程中，可以通過對這部分內容的使用，完成相關的設計。

2 可靠性仿真實驗的流程、方法以及評估

可靠性仿真實驗適合在電子設備設計的初期階段使用，主要是利用其模擬能力，對電子設備的后續使用以及操作過程中，可能出現的問題進行模擬，進而有效完成當前的電路設計，因此在實際的使用過程中，有著非常強的先進性，能夠對實際的生產產生非常強的指導作用。在實際的設計過程中，主要有這幾個階段：

2.1 可靠性仿真實驗流程

可靠性設計之中，一般會進行五個步驟，這些步驟之中，通過對設計理念的模擬，可以得出相關的結論分析，從而指導當前的設計，因此在實際的使用之中，有著非常重要的作用。第一，對產品設計的信息進行采集，采集的內容主要是用于模擬。其中需要采集的信息具體是設計的結構、設計過程中將要采用的材料、元器件、電路設計方式、完成后預計使用的場所以及使用的方式等幾個方面，這些都是對產品日后的使用可靠性產生影響的條件。第二，在設計完成值周，需要進行建模工作，建模工作是可以指導工作的有效方式，在使用的過程中，通過對模型的運行，可以在一定程度上模擬實際的情況，因此其中會使用到CAD數字樣機建模，CFD數字樣機建模，RFA數字樣機建模等幾種方式，在建模的時候就能后對模型的一些結構等進行驗證以及修正。第三，對模型運行過程中的一些影響條件記性分析，首先是應力分析，其次是熱應力分析，最后就是振動力分析。在分析完成后，就需要進行第四步，故障預計，對可能產生的故障進行模擬，從而找出故障中的原因，分析其中受到的損失和累計的損傷，最后就是進行仿真評估，在評估的過程中，對故障的種類以及概率進行分析，并且對故障的分布以及其他方面做出評估，從而完成對仿真的驗證。

2.2 可靠性仿真流程

第一，設計信息的采集。在設計信息的采集過程中，需要對使用的情況進行充分分析，因此在設計的過程中，可以對應用環境以及使用方式進行模擬，進而有效對當前的數量進行分析，因此在當前的測試之中，主要針對的問題是設計過程中，溫度以及應力方面存在的不足。

第二，信息模塊的收集。在信息收集之中，除了對結構的分析之外，還需要對元器件的信息進行收集，其中包括元器件的型號，尺寸，封裝以及重量等因素進行收集，尤其是在一些較為復雜的電路之中，涉及到的元器件數量非常多，因此需要對元器件的規格等進行詳細的錄入，才能夠展開后續的操作。

第三，數字樣機的建模，在數字樣機建模過程中，主要使用CAD、CFD以及FEA等幾種形式，因此在驗證的過程中，首先需要建立CAD數字樣機的模型，隨后則是根據熱設計的信息進行CFD數字樣機的設計，最后就是進行FEA數字樣機的模型建設，同歸哦對運作的方式，以及在運作過程中，元器件產生的溫度等進行測量，進而得出當前的測試結果，并且在運行的過程中，為了保證測試的準確性，在設計的過程中，經常會采用多次對比的方式，保證測試結果的準確性，通過這樣的方式，讓最終的效果達到預期的標準。

除此之外，在設計的過程中，最終的結果需要對當前的應力進行分析，應力包含的內容首先是溫度應力，同時參照正常的參數表格，對當前的應力是否準確進行有效的評估，進而找出當前應力之中存在的問題，以及缺陷，尤其是電氣設備之中，溫度本身對于應力方面的影響非常深遠，因此保持一個較高的溫度，對于實際的溫度應力影響非常大，在這樣的情況下，如果出現溫度過高的情況，就表明了在電路設計的過程中，存在一定的缺陷，受到缺陷的影響，導致了當前的應力存在很大的不足。其次就是對振動應力進行分析，很多元器件在工作的時候，會受到一定的振動影響，在這樣的情況下，很容易造成元器件的連接出現問題，甚至在很多安裝的過程中，這種脆弱結構也會導致整個電路設計出現故障，因此對于振動的應力分析是非常重要的，直接關系到電路的安全。

2.3 可靠性仿真評估

在當前的可靠性仿真評估之中，一般會采用的軟件就是Matlab軟件，使用這種軟件的主要功能是對當前電子設計之中，潛在故障點以及故障的首發時間進行分析，在使用的過程中，采用對單點故障的密度分布進行你和，進而使用多點融合的方式，可以有效對當前的電路運行過程中，存在的問題進行分析，進而找出不足的部分。

3 可靠性實驗的作用

通過可靠性實驗，可以推動當前的電路改進。其中主要的優勢在以下幾個方面：首先是增強了印制板結構的強度。在使用的過程中，通過對電源模塊元器件進行模擬，可以有效改善當前在設計過程中電器元件存在的問題，從而對后續的改進起到指導的作用。其次就是在實際的設計過程中，經常會出現的溫度問題，這是電路設計過程中，經常存在的一種現象，因此在當前的設計過程中，通過對溫度的測量，讓實際的溫度有了很大的改善，從而優化了當前的電氣設計，保證了電氣設計過程中的有效性。

因此在當前的設計中，仿真實驗主要有以下幾個方面的優勢，首先能夠在電子設備初期設計的過程中，起到非常強的指導作用，對于故障的存在以及隱患問題進行有效的查出，這樣能夠在初期對整體的設計進行調整，從而方便了設計人員在設計過程中浪費浪費的時間，提升了設計工作的改進效率，并且在設計的時候，能夠指導改進工作的有效進行以及發展，同時對當前的方案缺陷進行發掘，讓設計過程能夠更好的進行。其次就是在可靠性仿真實驗的進行過程中，直接出示相關的指標量，這在初期的設計過程中是非常重要的，通過對制定梁進行分析，從而可以有針對性的選擇改進方案，從而保證當前的設計有效進行。

最后就是能夠對研究的成果進行擴大，在當前的設計過程中，很多設計本身的成本較低，但是在研發周期以及材料浪費等方面，直接提升了整個設計過程中的成本，因此使用可靠性仿真設計，能夠有效減少周期，降低費用，并且其本身具備較高的準確性，這樣在設計的時候，很多的數據來源都是相對可靠的，所以對設計而言，這樣的方式直接減少了最終的成本，從而提升了當前電路設計可靠性中的經濟效益。

結束語：綜上所述，通過對可靠性仿真實驗在實際的生產之中的應用分析，充分對當前的可靠性仿真設計的優勢進行了梳理，其本身帶有較強的可實施性，并且電路設計過程中的重點內容之一，在當前的設計之中，對于經濟以及電子設備設計的現實意義有著非常大的作用。