CN108984925A - 面向电子产品可靠性综合仿真分析的并行计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种面向电子产品可靠性综合仿真分析的并行计算方法。步骤如下：1确定电子产品分散性，设定电子产品尺寸及影响电子产品寿命的热和振动的参数分散性。2构建载荷剖面，根据产品使用信息，建立电子产品进行热分析和振动分析的载荷剖面。3进行可靠性评估分析，对分散性参数进行随机抽样，并驱动相应的热分析和振动分析，进行可靠性评估分析。4建立计算任务执行序列，将所要执行的全部计算任务的序列随机重排，形成新的计算任务序列。5计算任务分配，按照新的计算任务序列将所有计算任务分配到计算节点中，并生成相应的数据文件F热，i，F振，i。6进行失效时间拟合，任务节点收集可靠性评估所得的失效时间并进行失效时间拟合。

Description

面向电子产品可靠性综合仿真分析的并行计算方法
所属技术领域
本发明提供了一种面向电子产品可靠性综合仿真分析的并行计算方法，特别涉及到对电子产品进行热分析和振动分析后的可靠性综合仿真分析过程，同等条件下利用本发明所提供的方法可显著提高计算效率，减小计算时间。本发明属于可靠性与系统工程领域。
背景技术
在对电子产品进行可靠性综合仿真分析时，需要对电子产品进行产品建模，构建寿命剖面，对电子产品进行热分析、振动分析和可靠性评估，最终以报告形式呈现。可靠性综合仿真分析在短时间内需要处理大量数据，开发一种高效的并行计算方法就尤为重要。
并行计算技术是指把一台计算机或者服务器抽象成一个独立的计算节点，多个计算节点共同组成一个计算集群，节点与节点之间通过网络来通信。一次庞大的计算作业可以被拆分成一个个相对独立的计算任务，这些计算任务被均匀地分发到各个计算节点上，每个节点的计算任务完成后，管理节点会对任务重新调度分配，以进行结果的汇总。
本发明研究了面向电子产品可靠性综合仿真分析的计算过程，发明了一种新型高效的并行计算方法，即面向电子产品可靠性综合仿真分析的并行计算方法，可减小电子产品可靠性综合仿真分析的时间，提高计算效率。
发明内容
本发明的目的是为电子产品可靠性综合仿真分析提供一种并行计算方法，旨在减小对电子产品进行可靠性综合仿真分析时的任务时间，提高计算效率。
本发明的目的是提出了一种面向电子产品可靠性综合仿真分析的并行计算方法，主要包含以下步骤：
步骤一：确定电子产品分散性
根据电子产品设计情况收集相关数据信息，包括电子产品的设计信息、材料信息、封装信息、使用条件信息等相关数据，设定电子产品由于工艺或标准导致的分散性，包括材料参数及尺寸参数等，然后设定影响电子产品进行热分析和振动分析的参数分散性。
步骤二：构建载荷剖面
根据电子产品的使用信息，明确电子产品在全寿命周期中经历的各任务阶段时间及对应的环境条件，建立起电子产品进行热分析和振动分析的载荷剖面。
步骤三：进行可靠性评估分析
对电子产品在尺寸等具有分散性的属性值及影响电子产品寿命的热和振动等因素的参数进行随机抽样，并驱动在温度载荷剖面和振动载荷剖面下的热分析和振动分析，在分析结束后按照分析结果对电子产品进行不同失效物理模型下的可靠性评估分析，得到不同抽样结果及载荷剖面下的电子产品的失效时间t。
步骤四：建立计算任务执行序列
将对电子产品进行可靠性仿真分析的计算划分为热分析计算N热，i、振动分析计算N振，i及可靠性评估分析计算N评，i三部分，其中i＝1,2…n。对于每一部分都需按照相应的算法对其进行计算。按照随机任务分配的方式，将所要执行的全部计算任务进行重新排序，形成新的任务计算序列。首先将所要执行的计算任务序列Q＝{N3n}，对应生成随机数序列{R3n}。然后将序列{R3n}从小到大排序，排序后的序列为{S3n}。按照随机数序列{S3n}得到新的计算任务序列Q’＝{L3n}。
步骤五：计算任务分配
按照新的计算任务序列将所有计算任务分配到p个执行任务的计算节点中，计算节点执行完热分析和振动分析后生成相应的数据文件F热，i，F振，i，其中i＝1,2…n。当计算节点所分得的可靠性评估任务N评，i无对应次数热分析和振动分析的数据文件F热，i，F振，i时，该计算节点暂停接受计算任务的分配，并执行尚未执行的F热，i，F振，i，且该计算任务从计算序列Q’＝{L3n}里消除，然后再执行所分得的可靠性评估任务N评，i，待此次可靠性评估任务执行完毕后再接受任务序列里任务的分配。
步骤六：进行失效时间拟合
当计算任务序列Q’＝{L3n}中的计算任务均执行完毕后，任务节点收集可靠性评估所得的失效时间并进行失效时间拟合，得出最终的可靠性分析结果，完成整个电子产品可靠性分析过程。
附图说明
图1为本发明中所述方法的整体架构框图
图2计算任务分配机制
具体实施方式
为使本发明的技术方案、特征及优点得到更清楚的了解，以下结合附图，作详细说明。
本发明给出了一种面向电子产品可靠性综合仿真分析的并行计算方法，可减小涉及到对电子产品进行热分析和振动分析后的可靠性综合仿真分析过程的计算时间。本发明的整体架构，见图1所示，下面以实例进一步说明本发明的实质内容，但本发明的内容并不限于此。
步骤一：确定电子产品分散性
根据电子产品设计情况收集相关数据信息，包括电子产品的设计信息、材料信息、封装信息、使用条件信息等相关数据，设定电子产品由于工艺或标准导致的分散性，包括材料参数及尺寸参数等，然后设定影响电子产品进行热分析和振动分析的参数分散性。
例1：电子产品由于工艺或标准导致某些尺寸参数的分布类型和分布参数不同，此外，电子产品上的某些参数的分散性会影响其进行热分析和振动分析。
电子产品具有分散性的属性参数及影响电子产品寿命的热和振动等因素的参数如表1所示：
表1具有分散性的参数
序号 子单元 属性 分布类型
1 焊点 高度 泊松分布
2 器件 长度/宽度 均匀分布
3 封装 引脚跨度 三角分布
4 基板 断裂韧性 威布尔分布
步骤二：构建载荷剖面
根据电子产品的使用信息，明确电子产品在全寿命周期中经历的各任务阶段时间及对应的环境条件，建立起电子产品进行热分析和振动分析的载荷剖面。
步骤三：进行可靠性评估分析
对电子产品在尺寸等具有分散性的属性值及影响电子产品寿命的热和振动等因素的参数进行随机抽样，并驱动在温度载荷剖面和振动载荷剖面下的热分析和振动分析，在分析结束后按照分析结果对电子产品进行不同失效物理模型下的可靠性评估分析，得到不同抽样结果及载荷剖面下的电子产品的失效时间t。
步骤四：建立计算任务执行序列
将对电子产品进行可靠性仿真分析的计算划分为热分析计算N热，i、振动分析计算N振，i及可靠性评估分析计算N评，i三部分，其中i＝1,2…n。对于每一部分都需按照相应的算法对其进行计算。按照随机任务分配的方式，将所要执行的全部计算任务进行重新排序，形成新的任务计算序列。首先将所要执行的计算任务序列Q＝{N3n}，对应生成随机数序列{R3n}。然后将序列{R3n}从小到大排序，排序后的序列为{S3n}。按照随机数序列{S3n}得到新的计算任务序列Q’＝{L3n}。
例2：随机任务分配方式，其关键在于将原来的计算任务序列Q＝{N3n}进行随机重排，产生新的计算任务序列Q’＝{L3n}。利用所提出的计算任务序列重新建立的方法能够实现计算任务对于各计算节点的随机分配，从而避免各计算节点同时计算的任务占用的峰值内存总和受到进程数占用峰值内存的最高值所限制。
步骤五：计算任务分配
按照新的计算任务序列将所有计算任务分配到p个执行任务的计算节点中，计算节点执行完热分析和振动分析后生成相应的数据文件F热，i，F振，i，其中i＝1,2…n。当计算节点所分得的可靠性评估任务N评，i无对应次数热分析和振动分析的数据文件F热，i，F振，i时，该计算节点暂停任务分配的响应，并执行尚未执行的F热，i，F振，i，且该计算任务从计算序列Q’＝{L3n}里消除，然后再执行所分得的可靠性评估任务N评，i，待此次可靠性评估任务执行完毕后再接受任务序列里任务的分配。
例3：如图2所示，按照新的计算任务序列Q’＝{L3n}将所有计算任务分配到p个执行任务的计算节点中，当计算节点所分得的可靠性评估任务N评，i无对应次数热分析和振动分析的数据文件F热，i，F振，i时，该计算节点暂停任务分配的响应，并执行尚未执行的F热，i，F振，i，且该计算任务从计算序列Q’＝{L3n}里消除，然后再执行所分得的可靠性评估任务N评，i，待计算序列中的所有计算任务均被执行完毕时计算结束。
步骤六：进行失效时间拟合
当计算任务序列S＝{Ln}中的计算任务均执行完毕后，任务节点收集可靠性评估所得的失效时间并进行失效时间拟合，得出最终的可靠性分析结果，完成整个电子产品可靠性分析过程。

Claims (4)

1.面向电子产品可靠性综合仿真分析的并行计算方法，它包含以下步骤：
第一步：确定电子产品分散性：根据电子产品设计情况收集相关数据信息，包括电子产品的设计信息、材料信息、封装信息、使用条件信息等相关数据，设定电子产品由于工艺或标准导致的分散性，包括材料参数及尺寸参数等，然后设定影响电子产品进行热分析和振动分析的参数分散性。
第二步：构建载荷剖面：根据电子产品的使用信息，明确电子产品在全寿命周期中经历的各任务阶段时间及对应的环境条件，建立起电子产品进行热分析和振动分析的载荷剖面。
第三步：进行基于蒙特卡洛方法的可靠性评估：对影响电子产品寿命的热和振动等因素的参数进行随机抽样，并驱动在温度剖面和载荷剖面下的热分析和振动分析，在分析结束后按照分析结果对电子产品进行不同失效物理模型下的可靠性评估分析，得到电子产品的失效时间t。
第四步：建立计算任务执行序列：将对电子产品进行可靠性仿真分析的计算划分为热分析计算N热，i、振动分析计算N振，i及可靠性评估分析计算N评，i三部分，其中i＝1,2…n。对于每一部分都需按照相应的算法对其进行计算。按照随机任务分配的方式，将所要执行的全部计算任务进行重新排序，形成新的任务计算顺序。首先将所要执行的计算任务序列Q＝{N3n}，对应生成随机数序列{R3n}。然后将序列{R3n}从小到大排序，排序后的序列为{S3n}。按照随机数序列{S3n}得到新的计算任务序列Q’＝{L3n}。
第五步：计算任务分配：按照新的计算任务序列将所有计算任务分配到p个执行任务的计算节点中，计算节点执行完热分析和振动分析后生成相应的数据文件F热，i，F振，i，其中i＝1,2…n。当计算节点所分得的可靠性评估任务N评，i无对应次数热分析和振动分析的数据文件F热，i，F振，i时，该计算节点暂停任务分配的响应，并执行尚未执行的F热，i，F振，i，且该计算任务从计算序列S＝{Ln}里消除，然后再执行所分得的可靠性评估任务N评，i，待此次可靠性评估任务执行完毕后再接受任务序列里任务的分配。
第六步：进行失效时间拟合：当计算任务序列S＝{Ln}中的计算任务均执行完毕后，任务节点收集可靠性评估所得的失效时间并进行失效时间拟合，得出最终的可靠性分析结果，完成整个电子产品可靠性分析过程。
2.根据权利要求1所述的面向电子产品可靠性综合仿真分析的并行计算方法，其特征在于：在第二步中所述的“构建载荷剖面”中，根据电子产品的使用信息，明确电子产品在全寿命周期中经历的各任务阶段时间及对应的环境条件，建立起电子产品进行热分析和振动分析的载荷剖面。
3.根据权利要求1所述的面向电子产品可靠性综合仿真分析的并行计算方法，其特征在于：在第四步中所述的“建立计算任务执行序列”中，按照随机任务分配的方式，将所要执行的全部计算任务进行重新排序，形成新的任务计算顺序。首先将所要执行的计算任务序列Q＝{N3n}，对应生成随机数序列{R3n}。然后将序列{R3n}从小到大排序，排序后的序列为{S3n}。按照随机数序列{S3n}得到新的计算任务序列Q’＝{L3n}。
4.根据权利要求1所述的面向电子产品可靠性综合仿真分析的并行计算方法，其特征在于：在第五步中所述的“计算任务分配”中，按照新的计算任务序列将所有计算任务分配到p个执行任务的计算节点中，计算节点执行完热分析和振动分析后生成相应的数据文件F热，i，F振，i，其中i＝1,2…n。当计算节点所分得的可靠性评估任务N评，i无对应次数热分析和振动分析的数据文件F热，i，F振，i时，该计算节点暂停任务分配的响应，并执行尚未执行的F热，i，F振，i，且该计算任务从计算序列S＝{Ln}里消除，然后再执行所分得的可靠性评估任务N评，i，待此次可靠性评估任务执行完毕后再接受任务序列里任务的分配。
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