CN103760886B - 一种新研航空电子产品硬件综合fmeca方法 - Google Patents

Abstract

一种新研航空电子产品硬件综合FMECA方法，步骤如下：一：定义被分析系统；二：运用故障信息数据库、故障机理分析、故障模数暴露试验方法确定产品各约定层次的故障模式及原因；三：运用故障仿真分析方法获取故障影响；四：进行定量危害性分析；考虑这种冗余设计造成的多重故障影响，给出了考虑多重故障影响的定量危害性分析方法；五：填写FMECA表格，根据约定层次，将上述分析获得的故障模式、原因、影响及危害度填入FMECA表格。本发明是一种基于故障信息数据库、故障机理分析、故障模式暴露试验、故障仿真分析等方法并考虑多重故障影响硬件FMECA方法，能为设计分析人员提供一种更为客观定量的硬件FMECA实施方法，同时也为电子产品的设计改进提供依据。

Description

一种新研航空电子产品硬件综合FMECA方法

技术领域

本发明提供一种针对全新研制（以下简称新研）航空电子产品的硬件综合故障模式、影响及危害性分析（FailureMode,EffectsandCriticalityAnalysis,FMECA）方法，特别是涉及一种基于综合了故障信息数据库、故障机理分析、故障仿真分析、故障模式暴露试验和风险分析等技术的新研电子产品硬件FMECA方法，属于可靠性分析技术领域。

背景技术

随着技术的高速发展，航空电子产品的复杂程度不断提高，对其可靠性的要求也越来越高。航空电子产品一般由机箱和集成电路板组成，集成电路板通过卡槽、连接器、锁紧条等固定于机箱内，各种机箱则按照功能及设计条件分置于不同的机舱中，这些机舱的环境条件决定了机载电子产品的环境载荷。在飞机执行任务的过程中，各种电子产品负责着众多姿态采集、控制等重要功能，同时承受温度载荷及飞行中振动载荷的作用，这种变化或失效会对电子产品的元器件或部件产生影响，最终危害到产品甚至飞机的可靠性和安全性。

目前工程上常用的硬件FMECA方法是一种基于经验的故障归纳分析方法，通过系统地分析元器件、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。但是，对于没有相似产品可供参考的新研产品，在产品高度复杂和设计人员不断年轻化的情况下，这种依赖于分析人员经验的方法可能会遇到故障模式、原因确定困难，故障影响分析不准确等问题，从而不能全面准确地分析出产品可靠性问题，也就不能提出有针对性的设计改进措施。

新研航空电子产品硬件综合FMECA方法利用故障信息数据库、故障机理分析、故障模式暴露试验等方法获得电子产品在实际环境和工作条件下可能发生的故障模式，并通过故障仿真分析以及考虑多重影响的故障影响分析方法定量地获取各故障模式的影响及其危害度。其中，故障机理分析方法是指利用商用数值仿真软件，例如ANSYS、Flotherm、CalcePWA等，将产品所承受的温度、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产品对这些载荷的响应，以及在这些响应下产品可能的故障模式及故障机理。故障仿真分析技术是利用EDA(电子设计自动化，ElectronicDesignAutomation)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。新研航空电子产品硬件综合FMECA方法是硬件FMECA方法的补充和辅助，通过对现有技术的查新和检索，国内外还没有针对新研电子产品的利用故障信息数据库、故障机理分析、故障模式暴露试验、故障仿真分析等方法并考虑多重故障影响的硬件FMECA方法方面的研究和应用报道。

发明内容

1、目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种新研航空电子产品硬件综合FMECA方法，它是一种基于故障信息数据库、故障机理分析、故障模式暴露试验、故障仿真分析等方法并考虑多重故障影响硬件FMECA方法，能够为设计分析人员提供一种针对新研航空电子产品的更为客观定量的硬件FMECA实施方法，同时也为电子产品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，系统定义，获取故障模式及原因、故障影响分析、危害性分析、填写FMECA表格。

本发明一种新研航空电子产品硬件综合FMECA方法，其具体步骤如下：

步骤一：定义被分析系统，主要包括：

a.确定新研航空电子产品（以下简称“产品”）的结构组成；

b.按照分析要求划分约定层次；

c.确定产品的工作环境条件，详细过程如下：

1）若产品的设计要求中给出了温度剖面和振动加速度功率谱密度剖面，则以之为产品的工作环境条件；

2）若产品的设计要求中未给出温度剖面和振动加速度功率谱密度剖面，根据国家标准《GJB899A-2009可靠性鉴定与验收试验》确定产品的温度和振动环境；

步骤二：运用故障信息数据库、故障机理分析、故障模数暴露试验等方法确定产品各约定层次的故障模式及原因，主要包括：

a.建立故障信息数据库并从中获取基本元器件单元的故障模式，详细过程如下：

1）整理GJB299C、Mil-HDBK-217F等标准中的元器件故障模式，查阅国内外其他研究成果并总结元器件故障信息，同时收集历史产品故障信息和相似产品故障信息，从而建立故障信息数据库；

2）对于被分析产品中的基本元器件，其故障模式直接从故障模式信息库中提取；

3）对于中间层次单元，先从相似产品及历史产品故障数据中获取故障模式；

4）由于低一层产品的故障模式是高一层产品的故障原因，低一层产品的故障影响是高一层产品的故障模式，所以在低一层产品的故障模式确定后通过不同层次产品故障模式、故障原因及故障影响的关系确定高一层的产品的故障模式、原因；

b.进行故障机理分析，找出环境载荷下元器件可能发生的故障模式、原因和累计损伤故障机理，详细过程如下：

1）进行热仿真分析，详细过程如下：

a）在热分析软件如Flotherm中建立被分析产品的CFD（ComputationalFluidDynamics，计算流体动力学）模型；

b）进行网格划分；

c）根据温度环境条件，施加稳态温度载荷；

d）运行仿真计算，得到产品的稳态温度分布云图；

e）根据热载荷类型与其作用位置器件或结构的故障模式、损伤机理、故障原因的关系确定器件或结构的故障模式及故障原因；

2）进行振动仿真分析，详细过程如下：

a）在有限元分析软件如ANSYS中建立被分析产品的FEM（FiniteElementModel，有限元模型）；

b）进行网格划分；

c）根据产品实际固定方式和振动载荷条件，分别施加各种任务阶段的振动加速度功率谱密度；

d）运行仿真计算，得到产品的各任务阶段的响应加速度均方根云图和位移均方根云图，以及分析频率内产品的模态频率；

e）根据振动响应与其作用位置器件或结构的故障模式、损伤机理、故障原因的关系确定器件或结构的故障模式及故障原因；

3）进行应力损伤分析，获取累计损伤故障模式及机理，详细过程如下：

a）在应力损伤分析软件CalcePWA中建立PCB板级模型；

b）根据产品整机热分析结果施加板级热环境载荷，并添加板上元器件热耗散功率，进行网格划分并运行计算，得到各元器件的温度分布；

c）根据产品整机振动分析结果及各PCB板固定方式，分别施加板级振动载荷，并添加板上元器件重量参数，进行网格划分并运行计算，得到各元器件的振动响应；

d）按照产品实际的环境剖面，将温度剖面和振动剖面在CalcePWA中生成综合使用剖面；

e）对受分析PCB板施加综合使用剖面，添加产品设计寿命，运行仿真计算，获得损伤机理寿命，其中寿命小于产品设计寿命的机理会造成损伤故障，根据机理发展影响确定故障模式，故障机理本身就是直接故障原因；

c.实施故障模式暴露试验，收集故障模式，通过失效分析获得故障原因，详细过程如下：

1）收集产品研制过程中所有的实验数据，将其中的故障信息和经过失效分析得到的故障原因、故障影响等信息加入FMECA表中；

2）如有必要，可以根据之前故障机理分析结果进行专门的故障模式暴露试验，对暴露出来的故障进行分析，找出故障原因和影响，并将信息加入到FMECA表中；

步骤三：运用故障仿真分析方法获取故障影响，主要包括：

a.在EDA（电子设计自动化，ElectronicDesignAutomation）软件中建立产品的电路模型，并进行正常电路仿真获取各监测点的输出信号；

b.根据元器件或者低层次产品的故障模式建立故障模型；所谓故障模型就是表征元器件或者产品某种故障模式的电路模型；

c.用故障模型替换正常电路中相应的元器件或者低层次产品，形成故障模拟电路；

d.运行故障模拟电路，获得各监测点的输出信号；

e.与正常电路仿真获得的输出信号进行对比，获取注入的故障模式的故障影响；

步骤四：进行定量危害性分析；新研电子产品中存在大量冗余设计，在考虑冗余时，单个单元的故障会因为冗余启动的成败而造成不同故障影响；定量危害性常用方法是定量危害性矩阵，用到的参数是模式危害度：

C_mi(j)=α×β×λ_p×t,j=Ι,ΙΙ,ΙΙΙ,ΙV（1）

式中：C_mi(j)为危害度，α为故障模式频数比，β故障影响概率，λ为故障率，t为工作时间；在进行危害性分析时，考虑这种冗余设计造成的多重故障影响，本专利给出了考虑多重故障影响的定量危害性分析方法，详细过程如下：

1）找出被分析故障模式的所有可能最终故障影响并确定其严酷度等级，尤其是在冗余系统中要考虑主部件故障而备份部件未成功启动造成的严重影响；

2）确定产品故障率、故障模式频数比及所有可能最终影响的故障影响概率；

3）分别计算各严酷度下的故障模式危害度；

4）绘制定量模式危害性矩阵，比较各故障模式不同严酷度下故障模式危害度的危害性大小，给出危害度排序及设计或使用补偿建议；

步骤五：填写FMECA表格，根据约定层次，将上述分析获得的故障模式、原因、影响及危害度填入FMECA表格。

综上所述，本发明的技术思路在于：针对新研电子产品，首先建立故障信息数据库收集大量故障信息以支撑产品基本元器件单元的故障模式获取，其次利用商用软件进行故障机理分析并实施故障机理暴露试验获取产品在工作环境下可能的故障模式及对应的故障原因，之后通过故障仿真分析方法确定底层元器件故障模式的故障影响，最后通过考虑多重故障影响的危害性分析方法解决了冗余系统的危害性分析不准确问题。可以看出，上述新研电子产品硬件综合FMECA方法能够有效地帮助分析人员充分地获取新研电子产品的故障模式和原因，并能准确的分析出复杂电路中各元器件单元故障模式的影响，还为冗余系统的危害性分析提供了更准确有效的方法，这些更有利于设计分析人员评估产品并有针对性地提出设计改进措施。

3、优点及功效：本发明具有以下优点：

a.建立故障信息数据库并从中获取产品元器件单元的故障模式。故障信息数据库可以国军标、美军标等标准中的故障模式信息为基础建立，并收集公开发表的各种研究成果和历史产品及相似产品的故障信息。在确定底层元器件单元的故障模式时可以从故障信息数据库中直接快速提取。

b.利用故障机理分析方法和故障模式暴露试验确定产品在工作环境条件下的故障模式和故障原因。在产品研制过程中，利用结合了振动分析、热分析、应力损伤分析等的故障机理分析可以快速有效地分析出产品在工作环境条件下可能的故障模式和对应的原因；而能够激发产品故障的试验均可视为故障模式暴露试验，如此可充分利用研制阶段中进行的所有试验信息找出更多可能的故障模式，通过失效分析即可获得故障原因。此时找出的故障模式更有实际价值，也更能促使设计人员及早进行设计改进。

c.利用故障仿真分析方法获得电子产品中故障的影响。设计人员能够比较容易地确定元器件最基本的短路、开路等故障模式对周围器件及简单电路的影响，但对参数漂移等性能退化类型的故障模式，或者简单故障模式在大型复杂电路中的影响，仅仅依靠定性分析难以准确地给出判断。故障仿真分析方法提供了一种定量仿真电路模块在故障状态下输出的方法，设计人员可以对比正常与失效状态下的输出，准确的描述故障模式的影响。

d.在危害性分析中考虑故障模式的多重影响。同一个故障模式可能会有多种不同的故障影响，这些影响的危害性也差别很大，尤其是在冗余系统中。在GJB/Z1391-2006中，并没有明确地给出有冗余存在时该如何分析故障危害性。通过考虑多重故障影响的危害性分析方法，分析人员能够给出有冗余存在时故障模式更为准确的危害度，为设计更改提供更有效的依据。

附图说明

图1是本发明方法流程框图。

图2是本发明实施例航空信号采集设备温度剖面。

图3是本发明实施例航空信号采集设备振动加速度功率谱密度剖面。

图4是本发明实施例航空信号采集设备转速频率信号N2的处理电路。

图5是本发明实施例航空信号采集设备转速频率信号N2在无故障电路状态下的输出波形。

图6是本发明实施例注入电容C125短路故障后转速频率信号N2的处理电路。

图7是本发明实施例注入电容C125短路故障后转速频率信号N2的电路输出波形。

图8是本发明实施例中MOS管V1的开路故障模式危害性矩阵。

图中符号代号说明如下：

附图4、6中的LM193为运算放大器的型号，属于集成电路器件，FREQ指的是frequency，即频率；TCLOSE为关断时间。

附图5中的其中虚线为输入波形，点划线为电压比较器的正向输入端波形，实线为电压比较器的输出波形近似正方波。

附图7中粗虚线为输入正弦波形，粗实线为电压比较器正向输入端信号波形，细实线为电压比较器输出端波形。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。

以下实施例是按照如图1所示的流程进行实施的，主要包括系统定义，故障模式分析，故障原因分析，故障影响分析和危害性分析等部分。实施例分析对象为某型航空信号采集设备（以下简称设备）。

见图1，本发明一种新研航空电子产品硬件综合FMECA方法，该方法具体步骤如下：

步骤一：设备系统定义。主要包括：

a.确定设备的结构组成。该设备由内部电源模块、AD转换模块、计算机模块等功能模块，电缆组件、机箱、某型减震器、引气管组件、某型功率变换器、继电器盒和某型压力传感器等组成。

b.划分约定层次。本实施例中将设备定为初始约定层次，元器件定为最低约定层次，中间层次按上述模块功能划分。

c.确定设备的工作环境条件。设计要求中给出了设备的温度剖面和振动加速度功率谱密度剖面，分别见图2和图3，可以看出，设备有-40℃、70℃和120℃三个稳态工作温度环境，同时有起飞和巡航两种振动工况环境。

步骤二：运用故障信息数据库、故障机理分析、故障模数暴露试验等方法确定设备各约定层次的故障模式及原因。主要包括：

a.建立故障信息数据库并从中获取基本元器件单元的故障模式。详细过程如下：

1）整理GJB299C、Mil-HDBK-217F等标准以及其他公开发表的研究成果，结合FRACAS系统建立设备故障信息数据库；

2）对于设备中的基本元器件，其故障模式直接从故障模式信息库中提取；

3）对于中间层次单元，先从相似产品及历史产品故障数据中获取故障模式；

4）从基本元器件等较低层次产品的故障模式开始，通过不同层次产品故障模式、故障原因及故障影响的关系确定较高层次产品的故障模式、原因。

b.进行故障机理分析，找出环境载荷下元器件可能发生的故障模式、原因和累计损伤故障机理；详细过程如下：

1）进行热仿真分析。详细过程如下：

a）在Flotherm中建立设备的CFD模型；

b）进行网格划分；

c）分别施加-40℃、70℃和120℃三个稳态温度载荷进行仿真分析，得到对应的稳态温度分布云图；

d）由于高温是造成元器件烧毁及参数漂移等的主要原因，可据此为高温器件添加烧毁等其他过热应力故障模式，此时高温就是故障原因；例如，CPU模块中的元器件N1温度很高，可能发生烧毁，其故障原因为热击穿。

2）进行振动仿真分析。详细过程如下：

a）在ANSYS中建立设备的FEM模型；

b）进行网格划分；

c）分别施加起飞和巡航振动载荷条件，运行仿真计算，得到设备的各任务阶段的响应加速度均方根云图和位移均方根云图，以及分析频率内产品的模态频率。

d）由于振动响应过大加快元器件焊点及连接的疲劳断裂，可据此为处于高振动响应区域的元器件添加焊点及连接疲劳断裂等故障模式，此时振动环境即为故障原因。例如由于PWR模块中的D15元器件位置振动响应较大，器件管脚很可能发生疲劳断裂，引起器件开路，所以开路为D15的故障模式，振动疲劳断裂是故障原因。

3）进行应力损伤分析，获取累计损伤故障模式及机理。详细过程如下：

a）在应力损伤分析软件CalcePWA中建立设备中各PCB板级模型，包含PCB板层信息、元器件位置、尺寸、材料、重量、焊点材料及大小、元器件内电载荷信息等；

b）根据设备热分析结果施加PCB板周围热环境条件，并添加板上元器件热耗散功率，进行网格划分并运行板内热分析，得到各元器件的结温、壳温及板底温度；

c）按照各PCB板在设备机箱内实际的固定方式对PCB板进行固定，根据设备振动分析结果分别施加板级振动载荷，进行网格划分并运行板内振动分析，得到各板内元器件的振动响应；

d）在CalcePWA中添加温度和振动剖面，生成综合使用剖面；

e）对各PCB板施加综合使用剖面，添加产品设计寿命，运行仿真计算，获得损伤机理寿命，其中寿命小于产品设计寿命的机理在使用期内会造成损伤故障。

f）根据机理发展影响确定故障模式，故障机理本身就是直接故障原因。例如，ACDC模块中的C20会因为热循环发生焊点热疲劳断裂，导致C20考虑，所以C20开路为其故障模式，热循环断裂为故障原因。

c.实施故障模式暴露试验，收集故障模式，通过失效分析获得故障原因；详细过程如下：

本设备在研制过程中进行了可靠性强化试验，发现多次故障，经失效分析确定了故障原因和模式。在加上故障影响及危害性分析之后，将这些故障信息加入了FMECA表。表1为强化试验发现的故障模式、原因及对应的试验应力。

表1强化试验发现的故障模式和原因

步骤三：运用故障仿真分析方法获取故障影响。主要包括：

a.在Pspice软件中建立设备中各电路模块的电路模型，并进行正常电路仿真获取各监测点的输出信号；图4和图5给出了设备转速频率信号N2的处理电路和正常状态下的输出波形。

b.根据元器件或者低层次产品的故障模式建立故障模型。所谓故障模型就是表征元器件或者产品某种故障模式的电路模型；

c.用故障模型替换正常电路中相应的元器件或者低层次产品，形成故障模拟电路；图6给出了注入电容C125短路故障后的转速频率信号N2的处理电路。

d.运行故障模拟电路，获得各监测点的输出信号；图7给出了注入电容C125短路故障后的电路输出波形。

e.与正常电路仿真获得的输出信号进行对比，获取注入的故障模式的故障影响。对比图5和图7可见，C125发生短路故障时，其故障影响为转速信号不能进入后级比较器的输入端，从而导致频率处理电路无法处理转速信号。

步骤四：定量危害性分析。本设备有两个电源模块以冷备份方式工作，MOS管V1是电源模块过压保护电路中的一个元器件，功能为控制输入侧的电源是否向后级电路输出。下面以MOS管V1为例说明考虑多重故障影响的危害性分析方法。详细过程如下：

1）找出V1开路故障模式的所有可能影响并确定其严酷度等级；V1的开路最终影响至少有可能两种：一种是V1开路，备份电源模块启动，设备继续正常运行，此时故障严酷度较低，为IV类；另一种是该V1开路，备份电源未成功启动或同时损坏，电源模块彻底失效，设备无法正常工作，故障严酷度高，为I类。

2）确定产品故障率、故障模式频数比及所有可能最终影响的严酷度、故障影响概率；查GJB299C-2006得MOS管V1的故障率为0.74e^-6/h；开路故障频数比45%；t定为1；只考虑上述的I类和IV类严酷度影响。则产生I类影响的故障影响概率为：开路后造成该通道所有电路无电源供应的可能性(0.95)×无电源供应设备就无法工作的可能性(0.95)×备份通道也同时发生损坏无法工作的可能性(0.1)=0.09；产生IV类影响的故障影响概率为：1-0.09=0.91。

3）分别计算各严酷度下的故障模式危害度；由式（1）计算得，V1的I级和IV级严酷度危害度分别为0.03e^-6和0.35e^-6。

4）绘制定量模式危害性矩阵，比较各故障模式不同严酷度下故障模式危害度的危害性大小，给出危害度排序及设计或使用补偿建议。图8给出了MOS管V1的开路故障模式危害性矩阵，其中点1和点2分别为V1开路的I类和IV类严酷度危害度。可以看出：虽然I类故障严酷度等级高，但因为发生概率小，其危害性并不很大；IV类故障影响虽然发生概率高，但严酷度等级低，其危害性也不很大；虽然两个严酷度相差不大，但此时若危害度超出允许范围，按照危害性矩阵应该首先考虑I类严酷度的故障。

步骤五：填写设备FMECA表格。根据约定层次，将上述分析获得的故障模式、原因、影响及危害度填入FMECA表格。

通过对控制器实施上述的硬件综合FMECA，工程人员找到了更多更准确的故障模式和故障原因，同时能够更为准确的分析产品故障的影响和危害性，以便提出更为准确有效的设计改进建议，从而提高产品的可靠性。

本发明建立了基于故障信息数据库、故障机理分析、故障模式暴露试验、故障仿真分析和考虑多重影响的定量危害性分析的新研电子产品硬件综合FMECA方法。利用该方法，工程人员可以对新研电子产品实施更有效的硬件FMECA，提出设计改进建议，从而提高产品的可靠性。

Claims (1)

1.一种新研航空电子产品硬件综合FMECA方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：

步骤一：定义被分析系统，包括：

a.确定新研航空电子产品的结构组成，新研航空电子产品简称“产品”；

b.按照分析要求划分约定层次；

c.确定产品的工作环境条件，详细过程如下：

1)若产品的设计要求中给出了温度剖面和振动加速度功率谱密度剖面，则以之为产品的工作环境条件；

2)若产品的设计要求中未给出温度剖面和振动加速度功率谱密度剖面，根据国家标准《GJB899A-2009可靠性鉴定与验收试验》确定产品的温度和振动环境；

步骤二：运用故障信息数据库、故障机理分析、故障模数暴露试验方法确定产品各约定层次的故障模式及原因，包括：

a.建立故障信息数据库并从中获取基本元器件单元的故障模式，详细过程如下：

1)整理GJB299C、Mil-HDBK-217F标准中的元器件故障模式，同时收集历史产品故障信息和相似产品故障信息，从而建立故障信息数据库；

2)对于被分析产品中的基本元器件，其故障模式直接从故障模式信息库中提取；

3)对于中间层次单元，先从相似产品及历史产品故障数据中获取故障模式；

4)由于低一层产品的故障模式是高一层产品的故障原因，低一层产品的故障影响是高一层产品的故障模式，所以在低一层产品的故障模式确定后通过不同层次产品故障模式、故障原因及故障影响的关系确定高一层的产品的故障模式、原因；

b.进行故障机理分析，找出环境载荷下元器件可能发生的故障模式、原因和累计损伤故障机理，详细过程如下：

1)进行热仿真分析，详细过程如下：

a)在热分析软件Flotherm中建立被分析产品的CFD计算流体动力学模型；

b)进行网格划分；

c)根据温度环境条件，施加稳态温度载荷；

d)运行仿真计算，得到产品的稳态温度分布云图；

e)根据热载荷类型与其作用位置器件或结构的故障模式、损伤机理、故障原因的关系确定器件或结构的故障模式及故障原因；

2)进行振动仿真分析，详细过程如下：

a)在有限元分析软件ANSYS中建立被分析产品的FEM有限元模型；

b)进行网格划分；

c)根据产品实际固定方式和振动载荷条件，分别施加各种任务阶段的振动加速度功率谱密度；

d)运行仿真计算，得到产品的各任务阶段的响应加速度均方根云图和位移均方根云图，以及分析频率内产品的模态频率；

e)根据振动响应与其作用位置器件或结构的故障模式、损伤机理、故障原因的关系确定器件或结构的故障模式及故障原因；

3)进行应力损伤分析，获取累计损伤故障模式及机理，详细过程如下：

a)在应力损伤分析软件CalcePWA中建立PCB板级模型；

b)根据产品整机热分析结果施加板级热环境载荷，并添加板上元器件热耗散功率，进行网格划分并运行计算，得到各元器件的温度分布；

c)根据产品整机振动分析结果及各PCB板固定方式，分别施加板级振动载荷，并添加板上元器件重量参数，进行网格划分并运行计算，得到各元器件的振动响应；

d)按照产品实际的环境剖面，将温度剖面和振动剖面在CalcePWA中生成综合使用剖面；

e)对受分析PCB板施加综合使用剖面，添加产品设计寿命，运行仿真计算，获得损伤机理寿命，其中寿命小于产品设计寿命的机理会造成损伤故障，根据机理发展影响确定故障模式，故障机理本身就是直接故障原因；

c.实施故障模式暴露试验，收集故障模式，通过失效分析获得故障原因，详细过程如下：

1)收集产品研制过程中所有的实验数据，将其中的故障信息和经过失效分析得到的故障原因和故障影响的信息加入FMECA表中；

2)根据之前故障机理分析结果进行专门的故障模式暴露试验，对暴露出来的故障进行分析，找出故障原因和影响，并将信息加入到FMECA表中；

步骤三：运用故障仿真分析方法获取故障影响，包括：

a.在EDA电子设计自动化软件中建立产品的电路模型，并进行正常电路仿真获取各监测点的输出信号；

b.根据元器件的故障模式建立故障模型；所谓故障模型就是表征元器件或者产品某种故障模式的电路模型；

c.用故障模型替换正常电路中相应的元器件或者低层次产品，形成故障模拟电路；

d.运行故障模拟电路，获得各监测点的输出信号；

e.与正常电路仿真获得的输出信号进行对比，获取注入的故障模式的故障影响；

步骤四：进行定量危害性分析；新研电子产品中存在大量冗余设计，在考虑冗余时，单个单元的故障会因为冗余启动的成败而造成不同故障影响；定量危害性常用方法是定量危害性矩阵，用到的参数是模式危害度：

C_mi(j)＝α×β×λ_p×t,j＝Ι,ΙΙ,ΙΙΙ,ΙV

式中：C_mi(j)为危害度，α为故障模式频数比，β故障影响概率，λ为故障率，t为工作时间；

在进行危害性分析时，考虑这种冗余设计造成的多重故障影响，给出了考虑多重故障影响的定量危害性分析方法，详细过程如下：

1)找出被分析故障模式的所有可能最终故障影响并确定其严酷度等级，尤其是在冗余系统中要考虑主部件故障而备份部件未成功启动造成的严重影响；

2)确定产品故障率、故障模式频数比及所有可能最终影响的严酷度、故障影响概率；

3)分别计算各严酷度下的故障模式危害度；

4)绘制定量模式危害性矩阵，比较各故障模式不同严酷度下故障模式危害度的危害性大小，给出危害度排序及设计或使用补偿建议；

步骤五：填写FMECA表格，根据约定层次，将上述分析获得的故障模式、原因、影响及危害度填入FMECA表格。