当前全球科技水平的不断提升使得航空航天、军事装备等行业得到空前发展。高科技产品功能结构复杂、系统组成庞大、研发周期长费用高、可靠性问题突出。传统的基于统计的可靠性设计分析方法，与性能设计专业技术体系不一致，在设计过程中难以相互融合，造成可靠性设计分析工作往往滞后于性能设计分析工作，可靠性设计分析难以对产品的设计状态产生真正影响。

同时，传统的可靠性试验与评估方法需要大量新研产品进行试验，往往在研制后期才能开展。通过可靠性试验发现产品薄弱环节再进行设计更改，时间周期长并且代价较大。

近年来，数字样机与虚拟仿真等相关技术发展迅速，国内外大部分科研机构都采用虚拟仿真技术进行产品三维建模装配与功能/性能分析，从而在设计阶段早期获得产品性能参数并改进设计。目前，将可靠性工作融入到产品设计和分析仿真过程，在工程上有着强烈的需求。

可靠性仿真技术充分利用产品现有的功能/性能模型及相关CAD工具，以系统功能/性能模型为内核，以可靠性模型为外壳，联合各专业CAD工具建立综合集成环境，实现可靠性与性能一体化建模仿真，支持在设计阶段开展基于仿真的可靠性设计、分析与评价。可靠性仿真结果可以为可靠性与性能的协同设计与分析提供模型与数据支持。综上可知，可靠性仿真技术对于解决工程中可靠性设计与性能设计“两张皮”问题具有极高的实用价值。

在可靠性分析时，很多情况下难以直接建立应力、应变、位移等与载荷、材料、结构尺寸的关系，往往需要借助各种CAE工具，如有限元、多体动力学来进行分析，这种情况下反映为功能函数与基本随机变量的关系是隐式的。

从可靠度计算的角度分析，模拟法和响应面法一般只需要获得功能函数在给定样本点的值，这些值可以借助CAE工具分析获得，再对结果进行统计来计算可靠度；一次可靠度法不仅需要计算功能函数的值，还需要获得功能函数关于随机向量的梯度。

利用CAE工具进行可靠性仿真计算，必须解决以下2个问题：

（1）可靠度计算程序对CAE软件的封装和调用，以实现功能函数值的计算；

（2）梯度的计算，这可以在获得功能函数值的基础上采用有限差分法计算。

因此关键是实现利用CAE工具实现功能函数值的计算。

有两种实现可靠性仿真计算的思路：抽样仿真和迭代仿真，如图所示。

图  可靠性仿真的流程