本发明属于贮存电子产品的可靠性建模，特别涉及一种基于确信可靠性的贮存电子产品可靠性分析方法。
背景技术：
1、用户对复杂电子产品性能的可靠性提出更高要求。尽管多种可靠性建模方法，但当前的电路建模方法多专注于输入输出映射关系，忽略部件相互作用、非线性效应和其他物理属性，难以准确描述电路复杂结构和机制。同时针对贮存产品的时序特点，传统方法多限于单一故障机制评估，无法综合考虑不同失效机制的耦合关系，导致评估结果不全面且准确性受限。因此，工程人员迫切希望有更多针对贮存电子产品的可靠性建模方法，以更有针对性地进行可靠性评估。
2、在评估电子产品的可靠性时，现有电子设备具有较高的的复杂性，具有众多的节点、分支、网格结构和非线性特性，使得开发电路物理模型具有挑战性。为确保所建立模型的准确性以及能够充分的表征电路特性，必须仔细剖析电路之间的相互关系。当前的电路建模理论包括使用基于统计回归和概率模型的统计建模以及使用神经网络的深度学习等。这些方法专注于输入和输出之间的映射关系，以识别电路特性并构建系统模型然而，这些方法经常忽略了部件之间的相互作用、非线性效应以及其他物理属性，由此对电路行为进行了过于简化的描述，因而未能准确捕捉电路中复杂的结构和机制。这种简化虽然有助于对电路进行宏观认识，但却无法为电路的设计改进提供可靠依据。物理模型更适合于需要高精度表示的情况，物理模型的建模方法可分为基于模拟的方法和基于知识的方法。基于仿真的建模方法利用计算机技术(例如spice、cadence)进行电路分析。然而，这些方法相对依赖于软件，若在模型库中缺乏某些仿真模型，则可能导致无法进行有效建模，进而影响建模过程的可行性。分析建模需要根据部件的物理特征和原理(如欧姆定律和基尔霍夫定律)创建微分或代数方程。故迫切需要一种能够描述复杂电子产品层间相互作用的高精度物理建模方法。
3、贮存电子产品具有独特的时序特点，经历着非工作贮存、执勤和一次性使用三个关键阶段。在每个阶段，产品的性能可靠性、结构可靠性和极限可靠性都受到不同程度的影响，因此在可靠性建模中需要综合考虑各个阶段的关联，以确保对产品的可靠性评估更为准确。由于电子产品的复杂结构层次性、机理耦合性和性能多样性，目前主要采用可靠性数学方法来进行可靠性预测。这些方法通过概率统计原理进行加速贮存试验，以评估系统的可靠性。然而，电子装备的昂贵造价和长期贮存寿命增加导致加速贮存试验难以精确反映其统计特性。同时，现有试验设计无法涵盖整个贮存周期，因此可靠性评估难以为可靠性设计提供准确依据。在可靠性领域中，故障物理方法是另一种重要的理论体系和评价方法。这种方法从引发故障的外因如环境和载荷和内因如材料和结构的角度去认识故障规律，从而预测或评估产品的可靠性。虽然可靠性数学方法和故障物理方法都致力于从故障角度去预测可靠性，但它们的应用场景略有不同。可靠性数学方法常用于系统投入使用后的可靠性评估，而故障物理方法则能够指导故障机理的认识和定量表征，因此常用于系统设计阶段来进行可靠性预测。然而，仅依赖故障物理方法仍然无法科学地解决长贮电子系统的可靠性预测以及正向可靠性设计问题。
4、由此可见，要解决长贮电子系统可靠性预测这一科学问题，为工程提供正向可靠性设计的理论指导方法，可采用由机理到性能，再过渡到可靠性的方式来展开研究，即从故障机理、退化机理出发，结合系统多阶段任务的特点，揭示结构完整性、电性能、极限耐受性能的退化规律，并根据它们之间的耦合关系，建立系统多性能统一模型，最后进行不确定量化，最终实现针对贮存电子产品的确信可靠性建模。
5、通过对现有技术进行检索和查新，尚没有利用基于改进键合图进行混杂电路高精度建模，以及综合考虑贮存产品在不同阶段的性能可靠性、结构可靠性和极限可靠性之间的耦合关系。发明提出了一种基于确信可靠性理论的贮存电子产品可靠性建模方法。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于确信可靠性的贮存电子产品可靠性分析方法，本发明采用基于层次分析法的系统建模方法对电子产品进行精确物理功能建模，在此基础上，阐明了产品结构、极限和性能可靠性三种性能的关联及内涵，建立贮存电子产品确信可靠性模型，能够准确地评估贮存电子产品的可靠性，为产品的设计和优化提供了重要指导。
2、为实现上述目的，本发明公开了如下技术方案：
3、一种基于确信可靠性的贮存电子产品可靠性分析方法，其包括：
4、s1：获取并处理贮存电子产品的基本数据；
5、通过贮存电子产品的功能、性能裕量分析以及性能参数退化分析完成贮存电子产品的基本数据收集与处理；
6、s2：基于层次分析法构建贮存电子产品的性能方程，并进行求解；
7、s21：对贮存电子产品开展分层分析工作，从高层次逐步向低层次展开系统分层分析；
8、s22：基于层次分析法进行贮存电子产品的性能建模，从低层向高层逐层进行改进键合图建模；
9、s221：在贮存电子产品的部件层对基本部件、开关部件、逻辑部件进行键合图建模，得到部件层键合图模型；
10、s222：在贮存电子产品的子系统层进行无因果改进键合图建模的建立和因果关系分配，得到子系统层键合图模型；
11、s223：在贮存电子产品的系统层，根据步骤s221中的部件层键合图模型和步骤s222中的子系统层键合图模型，基于子电路模型以及键合图理论建立系统层的改进键合图模型；然后根据改进键合图模型的因果路径生成时间序列全局分析冗余关系为：
12、gl(θ,λ,u,t)(l＝1,2,...,m)；
13、其中，gl为时间序列全局分析冗余关系；θ＝[θ1,θ2,…,θn]t为时间序列全局分析冗余关系中的n个部件集合；n为时间序列全局分析冗余关系的部件数；λ＝[λ1,λ2,…λq]t为q个控结的开关模式集合；q为开关模式数；u＝[u1,u2,…ur]t为时间序列全局分析冗余关系的r个输入；r为时间序列全局分析冗余关系数；t是时间序列参数；l为时间序列全局分析冗余关系集和；m为时间序列全局分析冗余关系个数；
14、s23：根据时间序列全局分析冗余关系构建贮存电子产品的性能方程，使用全局解析法求解算法计算贮存电子产品的性能方程；所述贮存电子产品的性能方程如下：
15、
16、其中，为在x2条件下对应的导通电压性能方程输出；为在x2条件下对应的导通电流性能方程输出；x1为第1个功率键的电压；i1为第1个功率键的电流；x2为第2个功率键的电压；gj(x2)为时间序列全局分析电压冗余关系；hj(x2)为时间序列全局分析电流冗余关系；j为贮存电子产品结构编号；
17、s3：根据贮存电子产品的结构损伤、极限破坏和性能退化，构建可靠性分析模型；
18、s31：明确贮存电子产品生命周期中经历的结构损伤、极限破坏和性能退化三方面潜在的故障模式以及故障机理；进行退化建模及不确定性量化，从结构损伤、极限破坏和性能退化三方面分别进行退化建模以及不确定性量化分析；
19、s32：根据贮存电子产品的确信可靠性构建可靠性分析模型；根据贮存电子产品的时序特点，对结构可靠性、极限可靠性和性能可靠性进行确定，并进一步考虑耦合关系，进行多维可靠性评估，获得结构可靠性分析模型rs、极限可靠性分析模型re和性能可靠性分析模型rp；
20、s4：基于蒙特卡罗模拟的多维可靠性评估组合算法完成贮存电子产品全寿命周期可靠性分析；
21、获取步骤s3中得到的结构可靠性分析模型rs、极限可靠性分析模型re和性能可靠性分析模型rp，使用蒙特卡罗模拟的多维可靠性评估组合算法计算贮存电子产品全寿命周期可靠性，计算结果为：
22、
23、其中，为贮存电子产品全寿命周期可靠性；sum_t为全寿命周期无故障计数器；nnum为蒙特卡洛模拟次数；tj为贮存电子产品系统响应过程中的退化时刻。
24、可优选的是，步骤s21中对贮存电子产品开展分层分析工作，从高层次逐步向低层次展开系统分层分析，具体为：
25、s211：在贮存电子产品的系统层，根据产品任务书或合同规定的系统量化指标确定系统层关键性能参数yout，具体包括：贮存电子产品的系统层输出电流和输出电压；
26、s212：在贮存电子产品的子系统层，通过对系统结构组成、主要功能、工作方式进行分析，完成子系统划分，同时根据系统关键性能参数确定子系统关键性能参数，具体包括：贮存电子产品的子系统层输出电流和输出电压；
27、s213：在贮存电子产品的部件层：明确影响子系统关键性能参数的部件，根据部件数据手册获取关键部件参数，具体包括：贮存电子产品的部件层的导通电压funv和导通电流funi。
28、可优选的是，步骤s221中在贮存电子产品的部件层对基本部件、开关部件、逻辑部件进行键合图建模，具体为；
29、所述基本部件包括阻性部件r、容性部件c和惯性部件i；
30、所述阻性部件r的特征方程为：
31、e1(t)＝r0f(t)；
32、其中，e1(t)为阻性部件在t时刻的势变量；r0为线性阻性部件的阻抗；f(t)为阻性部件在t时刻的流变量；
33、所述容性部件c的特征方程为：
34、
35、其中，e2(t)为容性部件在t时刻的势变量；e(0)为容性部件在时间t＝0时的势变量；c0为联系线性容性部件的势变量与广义位移的线性容度参数；
36、所述惯性部件i的特征方程为：
37、
38、其中，f(0)为惯性部件在时间t＝0时的流变量；i0为联系线性惯性部件的流和广义动量的线性惯量参数；e(t)为惯性部件在t时刻的势变量；
39、所述开关部件需要引入受控结并建立受控节逻辑关系，利用布尔函数建立开关部件的性能方程，表达式为：
40、s＝fs(m1,m2,...,mn)
41、其中，s为开关状态布尔变量；fs为开关状态布尔变量s与n个开关模式m1,m2,...,mn之间的逻辑关系；mn为第n个开关部件模式状态；
42、所述逻辑部件需要对数据流级建模，将数字部件抽象为输入/输出映射关系，即：
43、y＝fy(x1,x2,...,xn)
44、其中，y为逻辑部件输出信号；xn为第n个逻辑部件输入信号；fy为逻辑部件输入到输出的映射关系；
45、最后将信息交换过程划分阶段，并使用箭头表示数据流的流向；对于行为级建模：从更高层次上描述部件的功能和行为，并利用编程语言确定部件的行为。
46、可优选的是，步骤s222中在贮存电子产品的子系统层进行无因果改进键合图建模的建立和因果关系分配，具体为：
47、无因果改进键合图建模是贮存电子产品的子系统层级建模的基础；首先确定功率，需要确定电路中正电流的方向；然后建立标记共势点即0-结，即为共势结；随后，在0-结之间插入1-结，即为共流结，连接串联支路上的所有部件；最后，指定零电压的位置，以简化无因果改进键合图建模的构造；
48、所述共势结的特征方程为：
49、
50、其中，dk为第k个共势结，k∈1,2…nf；αk为第k个功率流向系数；fk为第k个共流结；nf为通口数；
51、所述共流结的特征方程为：
52、
53、所述功率流向系数αk，对于半箭头指向0-结以及1-结的键αk＝1，半箭头背离0-结以及1-结的键αk＝-1；为提供准确的系统模拟和防止代数循环问题，系统部件因果关系分配应该根据顺序因果关系分配程序的顺序进行。
54、可优选的是，步骤s23中使用全局解析法求解算法计算贮存电子产品的性能方程，求解过程如下：
55、构建导通电压性能方程输出的全局解析法求解模型为：
56、
57、其中，vout为导通电压性能方程输出；ωj为导通电压性能方程系数；
58、构建导通电流性能方程输出的全局解析法求解模型为：
59、
60、其中，in为导通电流性能方程输出；γj为导通电流性能方程系数。
61、可优选的是，步骤s32中的结构可靠性分析模型rs，具体为：
62、所述结构可靠性指的是单个部件及其相互连接维护结构完整性和防止失效的能力，以确保在规定的条件和时间内完成规定的功能；在失效物理模型的基础上，根据裕度可靠性原理计算贮存电子产品的结构可靠性为：
63、
64、其中，ms为部件串联连接时贮存电子产品的时间裕度；为结构失效第一时间阈值；为部件cl的结构失效时间；tsth为结构失效第二时间阈值；fm为结构失效第一时间阈值与贮存电子产品的时间裕度关系；
65、则结构可靠性分析模型rs的结果为:
66、rs＝p(ms＞0)；
67、其中，rs为结构可靠性分析模型；p为可靠性分析模型的概率。
68、可优选的是，步骤s32中的极限可靠性分析模型re，具体为：
69、所述极限可靠性是指电子产品在短暂的极端应力下执行规定功能的能力；当极限的振幅超过退化的失效阈值dh时,系统就会失败，n为极限振幅分布形式，σ1为极限振幅方差；因此,极限可靠性分析模型re的结果为：
70、
71、其中，re为极限可靠性分析模型；ηnt为极限的振幅；dh为退化的失效阈值。
72、可优选的是，步骤s32中的性能可靠性分析模型rp，具体为：
73、所述性能可靠性是在系统模型中引入失效机制，分析每种失效机制对系统输出性能的影响，同时考虑了输入参数的不确定性；采用贮存电子产品部件的性能退化模型来描述贮存电子产品部件在改进键合图建模中的性能，以及由于结构损伤机制导致的结构损伤时发生的相应键断；在极限失效时，相关贮存电子产品部件发生失效；关键性能参数y的性能可靠性分析模型rp的结果为：
74、rp＝p(|y-yth|＜ε)；
75、其中，rp为性能可靠性分析模型；y为关键性能参数；yth为性能参数y的失效阈值；ε为参数波动的取值范围。
76、可优选的是，步骤s4中使用蒙特卡罗模拟的多维可靠性评估组合算法计算贮存电子产品全寿命周期可靠性，具体为：
77、s41：确定贮存电子产品系统响应过程中的退化时刻t1,t2,...tn和采样点τ1,τ2,...τm；
78、s42：确定贮存电子产品中各部件c1,c2,...cl的故障机制模型及其参数；
79、s43：设置蒙特卡洛模拟次数nnum；
80、s44：计算贮存电子产品的结构可靠性：利用蒙特卡洛算法遍历所有退化时刻与部件，根据分布生成随机数序列作为部件ck附加调整因子,故有下式成立：
81、
82、其中，为部件ck调整后的响应模型；为最佳反应模型，当时，表示未发生故障时：sum_s＝sum_s+1；tsh为结构破坏阈值；为分布生成随机数序列；sum_s为结构无故障计数器；
83、获得贮存电子产品的结构可靠性为：
84、
85、其中，为在贮存电子产品的结构可靠性；
86、s45：计算贮存电子产品的极限可靠性：利用蒙特卡洛算法遍历所有退化时刻与部件，根据分布ξ～n(d2,σ2)生成一个以ξwj为随机数序列，并返回最大整数w，使成为nt的样本，其中ξ为每次冲击的时间间隔，nt为0到t时刻内的冲击次数；生成随机数序列βi(β～n(d2,σ2)),bt(bt(t)-bt(s)～n(0,|s-t|)，其中ηnt为每次冲击的振幅，β为冲击失效降低的阈值,bt(t)为时间期限,当时，d0为初始失效阈值，p为冲击扩散失效系数，表示未发生故障时：sum_e＝sum_e+1，获得贮存电子产品的结构可靠性为：
87、
88、其中，为贮存电子产品极限可靠性；sum_e为极限无故障计数器；
89、s46：计算贮存电子产品的性能可靠性：利用蒙特卡洛算法遍历所有退化时刻与部件，性能的退化情况表示为：δγ为部件性能退化参数；如果|y(τm)-yth|＜ε时，ε为参数允许的波动范围，表示未发生故障时：sum_p＝sum_p+1，获得贮存电子产品的性能可靠性为：
90、
91、其中，为存电子产品性能可靠性；sum_p为性能无故障计数器；
92、s47：计算贮存电子产品多机制耦合贮存可靠性:注入贮存电子产品系统输入参数的随机不确定性,之后计算贮存电子产品综合考虑多机制耦合后的系统的输出响应y(τm)'，sum_t为多机制耦合性能无故障计数器；如果或者则通过0-结连接的部件ck性能参数失效；根据如果|y(τm)'-yth|＜ε时，其中y(τm)'为考虑结构失效及极限破坏后的关键性能参数，表示未发生故障时：sum_t＝sum_t+1；最终确定多失效机制耦合求得的贮存可靠性，进一步确定多失效机制耦合求得的贮存电子产品全寿命周期可靠性。
93、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
94、(1)本发明提出了基于确信可靠性的贮存电子产品可靠性分析方法；针对贮存电子产品在不同阶段的性能可靠性、结构可靠性和极限可靠性进行综合评价；传统方法多局限于单一故障机制评估，难以考虑失效机制之间的耦合关系，导致评估结果不全面且准确性受限；本方法特别考虑到了贮存产品的特点，在贮存电子产品的生命周期内，非工作贮存阶段主要受到性能退化的影响，执勤阶段则主要受到结构损伤的影响，最终一次使用则可能面临极限破坏的风险；为贮存产品的管理和维护提供了深入的理论依据，并为制定相应的预防措施提供了重要参考；本发明所提出的评价方法能够更准确地评估贮存电子产品的可靠性，为贮存电子产品的设计和优化提供了重要的理论指导。
95、(2)本发明提出了一种基于确信可靠性的贮存电子产品可靠性分析方法；通过逐层分析，从系统层到部件层逐级分解系统为部件和子系统，然后利用改进的混合键合图方法，从部件层到系统层逐级建模，形成一套层次系统建模方法。当前的电路建模方法多专注于输入和输出之间的映射关系，以识别电路特性并构建系统模型，常常忽略部件相互作用、非线性效应和其他物理属性，故无法准确描述电路复杂结构和机制；本发明旨在利用改进键合图方法创建高精度的物理方程，定量表征每个参数对系统输出的影响，克服传统方法的局限性，为复杂贮存电子产品的设计和优化提供可靠的工具。
1.一种基于确信可靠性的贮存电子产品可靠性分析方法，其特征在于，其包括：
2.根据权利要求1所述的基于确信可靠性的贮存电子产品可靠性分析方法，其特征在于：步骤s21中对贮存电子产品开展分层分析工作，从高层次逐步向低层次展开系统分层分析，具体为：
3.根据权利要求1所述的基于确信可靠性的贮存电子产品可靠性分析方法，其特征在于：步骤s221中在贮存电子产品的部件层对基本部件、开关部件、逻辑部件进行键合图建模，具体为；
4.根据权利要求1所述的基于确信可靠性的贮存电子产品可靠性分析方法，其特征在于：步骤s222中在贮存电子产品的子系统层进行无因果改进键合图建模的建立和因果关系分配，具体为：
5.根据权利要求1所述的基于确信可靠性的贮存电子产品可靠性分析方法，其特征在于：步骤s23中使用全局解析法求解算法计算贮存电子产品的性能方程，求解过程如下：
6.根据权利要求1所述的基于确信可靠性的贮存电子产品可靠性分析方法，其特征在于：步骤s32中的结构可靠性分析模型rs，具体为：
7.根据权利要求1所述的基于确信可靠性的贮存电子产品可靠性分析方法，其特征在于：步骤s32中的极限可靠性分析模型re，具体为：
8.根据权利要求1所述的基于确信可靠性的贮存电子产品可靠性分析方法，其特征在于：步骤s32中的性能可靠性分析模型rp，具体为：
9.根据权利要求1所述的基于确信可靠性的贮存电子产品可靠性分析方法，其特征在于：步骤s4中使用蒙特卡罗模拟的多维可靠性评估组合算法计算贮存电子产品全寿命周期可靠性，具体为：
