微机电系统技术的发展与应用有力促进了新一代弹药的微小型化和智能化,使其更具备精确打击、高效毁伤等能力,例如引信安全系统的微小型化,使得引信具有更多的空间容纳多传感器探测电路和主装药等,可以提高弹药的精确度和杀伤力。但是,弹载微小型系统的可靠性仍是制约其工程化应用的瓶颈问题,目前缺乏有效的微小型系统量化可靠性设计分析方法和手段。本文以基于微机电系统技术的智能弹药微型化与可靠性提升为主要研究背景,重点解决微尺寸效应下粘附可靠性分析、考虑多场耦合的微小结构可靠性分析、多失效模式可靠性分析等问题,实现弹载微小型系统在设计阶段的可靠性预测分析,为微小型系统设计改进及工程化应用提供技术手段。主要研究内容如下:（1）开展微小结构断裂、粘附等典型失效模式分析,利用仿真和试验方法分析微小结构的失效原因和失效机理,明确主要的可靠性影响因素为外部载荷、结构尺寸、材料参数等。分析常用可靠度计算方法的基本原理,并分别给出基于抽样模拟法和基于MPP（Most Probable Point,最可能失效点）法这两类可靠度算法的可靠性灵敏度计算方法,实现以量化排序的方式识别影响微小结构可靠性的主要因素。同时,实现确定性仿真分析程序的集成与调用,给出仿真分析模型修改、仿真分析程序调用和仿真结果获取等实现步骤,可以在数字化设计分析环境下实现高效的微小结构可靠性仿真分析。对最小二乘拟合法进行改进,其给出了梯度下降算法中的步长计算表达式,可以避免矩阵求逆运算和最优步长求解,提高最小二乘拟合法的计算效率;对Kriging插值方法进行改进,其利用计算过程的求导结果简化相关性函数参数的寻优方式,在保证计算精度的同时提高了计算效率。（2）以微结构弹性变形能小于粘附能为失效判据,基于能量法建立微加速度计悬臂梁粘附可靠性分析模型,计算不同外部冲击载荷下微悬臂梁的粘附失效概率,并确定主要的可靠性影响因素为外部载荷和梁尺寸参数（厚度和长度）。基于降阶模型进行静电驱动微开关的力-电-流体多场耦合可靠性模型的建立,采用Krylov子空间法进行降阶模型的求解,在此基础上计算不同驱动电压下微开关结构屈服失效概率,确定主要的可靠性影响因素为加载电压和梁的长度。（3）基于功能函数进行失效模式相关性分析,以功能函数之间的相关系数表征失效模式之间的相关性,给出不同可靠度算法下功能函数相关系数的计算方法,结合算例分析失效模式相关性对系统可靠度结果的影响情况。在此基础上,利用概率故障树方法建立通用的串联系统、并联系统和混联系统的多失效模式可靠性模型;研究混联系统转化为串-并联系统的方法,结合二维正态分布函数与一维积分的转换关系,提出一种串-并联系统中并联子系统之间相关系数计算方法。同时,提出较为高效的多失效模式可靠度计算的G-PCM（General Product of Conditional Marginal）法,其采用数值积分方法进行二维正态分布函数的计算,提高PCM法中条件正态分位数计算的精度,并在此基础上对各相关系数矩阵进行修正,有效提高PCM法在串联系统可靠度计算中的精度。提出割集灵敏度、模式灵敏度、随机变量及其参数灵敏度的定义,给出各灵敏度的计算表达式。（4）开展硅基微机械陀螺多失效模式可靠性分析,在微机械陀螺模态分析和冲击仿真分析等的基础上,建立微机械陀螺稳定性不满足要求、阻尼特性不满足要求、微结构冲击破坏、初始电容不满足要求等失效模式的功能函数,并进行各失效模式相关性与系统可靠性分析,确定主要失效模式为冲击破坏和驱动梳齿电容不满足要求,主要影响因素为陀螺梳齿尺寸和材料属性等,给出相应的设计改进建议。（5）研究以可靠度为约束的优化模型和以可靠度为目标的优化模型,给出其与以可靠度指数为约束/目标的可靠性优化模型和以概率功能度量为约束/目标的可靠性优化模型之间的转换关系。提出可靠性优化循环改进策略,给出一种改进的逆可靠度分析的弦长搜索法,其改进了 AMV（Advanced Mean Value）法迭代过程搜索方向和步长的确定方法,数值算例表明该方法比AMV法具有更好的收敛性。以硅基微机械陀螺灵敏度最大化为目标函数,以微结构冲击破坏等失效模式的可靠度不低于0.99、活动梳齿的变形量不大于10μm为约束条件,建立微陀螺可靠性优化模型并进行可靠性优化设计,优化结果表明新的设计方案下微陀螺灵敏度提高48%,且各失效模式可靠度、梳齿变形量等均满足设计要求,同时验证了所提出的可靠性优化循环改进策略和相关改进方法的正确性和有效性。（6）提出了一种基于混合工艺具有远距离解除保险功能的引信微小型安全系统设计方案,并以其为对象开展可靠性仿真分析方法的应用研究。首先,针对小口径弹引信的工作环境特点,给出微小型安全系统的设计方案和关键结构的设计要求,并利用有限元仿真分析等初步确定设计方案的可行性;然后,综合考虑载荷、结构尺寸等因素的随机性,进行可靠性仿真分析,确定主要失效模式和影响因素,并据此给出了增加电推冲器装药量、控制控制关键尺寸的变异系数和取消闭锁机构等改进建议;加工微小型安全系统的实物样机,并通过冲击试验和离心试验验证改进设计方案的可行性和有效性。本文所研究的方法和工具可以进一步推广应用于其他微小型产品的可靠性设计分析,提升微小型产品可靠性水平,促进微机电技术的工程化应用。