可靠性工程基礎

本書面向21世紀的產品可靠性需求，從“可靠性工程是產品壽命周期中一系列技術與管理活動的集成”這一視角，整合了國外最新的可靠性技術與管理方法。書中回顧了可靠性工程的發展史，展望了21世紀的產品可靠性需求，詳細介紹了確定產品可靠性要求需考慮的原則和因素，產品設計、開發、生產和裝配中的可靠性工程活動及其所用的技術方法，產品壽命周期中的可靠性試驗設計及計劃制定，以及可靠性工作程序和過程的設計與管理。

第一部分 21世紀產品可靠性的需求與展望

第1章 21世紀的可靠性工程 1

1.1 質量 1

1.2 可靠性 3

1.2.1 執行預期功能的能力 3

1.2.2 指定的時間段 4

1.2.3 壽命周期條件 4

1.3 質量和用戶滿意度/系統效能 5

1.3.1 性能、質量及可靠性 6

1.3.2 性能和可靠性的另一種解釋 6

1.3.3 質量和可靠性的另一種解釋 7

1.4 可靠性和系統壽命周期 7

1.5 故障後果 12

1.5.1 經濟損失 12

1.5.2 公眾信任的瓦解 12

1.5.3 法律責任 13

1.5.4 無形損失 14

1.6 供應商和用戶 14

1.7 總結 14

習題 15

參考文獻 15

第2章 可靠性的概念 17

2.1 可靠度 17

2.2 概率密度函數 20

2.3 故障率 23

2.3.1 求故障率的動機 24

2.3.2 故障率函數的一些特性 25

2.3.3 條件可靠度 27

2.3.4 Ba壽命/百分位壽命 28

2.3.5 預期壽命/平均故障

前時間（MTTF） 29

2.3.6 故障時間隨機變數的矩 29

習題 32

第3章 可靠性分析中常用的概率和壽命分佈 35

3.1 離散分佈 35

3.1.1 二項分佈 35

3.1.2 泊松分佈 39

3.1.3 其他離散分佈 39

3.2 連續分佈 40

3.2.1 威布爾分佈 42

3.2.2 指數分佈 47

3.2.3 正態分佈 51

3.2.4 對數正態分佈 55

3.2.5 伽瑪分佈 56

3.3 概率圖 58

3.4 總結 63

習題 63

第4章 系統可靠性建模 67

4.1 可靠性框圖 67

4.2 串聯繫統 68

4.3 有冗餘的產品 71

4.3.1 工作冗餘 72

4.3.2 旁聯繫統 74

4.3.3 切換並不理想的旁聯繫統 75

4.3.4 共享載荷的並聯模型 77

4.3.5 （k,n）系統 78

4.3.6 冗餘配置的局限 80

4.4 複雜系統的可靠性 80

4.4.1 完全列舉法 80

4.4.2 條件概率法 81

4.4.3 關聯結構的概念 82

習題 85

參考文獻 88

第二部分 產品設計和開發過程中可靠性工程活動

第5章 產品需求與約束 89

5.1 需求的定義 89

5.2 供應鏈的責任 90

5.3 需求文檔 91

5.4 多角色參與需求定義的示例 93

5.5 規範 93

5.6 需求跟蹤 94

5.7 總結 94

習題 94

參考文獻 95

第6章 產品可靠性設計 96

6.1 產品需求和約束 96

6.2 產品壽命周期條件 97

6.3 可靠性能力 98

6.4 零部件和材料選擇 98

6.5 人為因素與可靠性 99

6.6 演繹與歸納方法 100

6.7 失效模式、影響及危害性分析 101

6.8 故障樹分析 102

故障樹分析步驟 104

6.9 失效物理 108

6.10 設計審查 110

6.11 鑒定 111

6.12 製造和裝配 113

6.13 閉環反饋及根因檢測 115

6.14 總結 115

習題 116

參考文獻 116

第7章 概率設計、可靠度與安全係數 118

7.1 可靠性設計 118

7.2 概率設計的可靠度模型 120

7.3 概率設計與可靠度目標設計示例 121

7.4 可靠度、安全係數和變異性之間

的關係 122

7.5 隨機變數的函數 124

7.6 概率設計的收益和步驟 126

習題 127

參考文獻 129

第8章 壽命周期條件 130

8.1 定義壽命周期剖面 130

8.2 壽命周期事件 131

8.3 載荷及其影響 132

8.3.1 溫度 134

8.3.2 濕度 134

8.3.3 振動與衝擊 135

8.3.4 太陽輻射 136

8.3.5 電磁輻射 136

8.3.6 壓強 137

8.3.7 化學物質 137

8.3.8 沙塵 137

8.3.9 電壓 138

8.3.10 電流 138

8.3.11 人為因素 138

8.4 關於LCP開展的思考和建議 139

8.4.1 基於特殊極限的設計

（全局環境和局部環境） 139

8.4.2 基於標準的文檔資料 139

8.4.3 組合載荷條件 140

8.4.4 變化量值和變化率量值 142

8.5 估計壽命周期載荷的方法 142

8.5.1 市場調研和作為數據源的

基於標準的剖面 142

8.5.2 載荷條件的實地監測 142

8.5.3 現場測試記錄、服務記錄和

失效記錄 143

8.5.4 關於相似零件，裝配體或

產品的載荷歷史的數據 143

習題 143

參考文獻 143

第9章 可靠性能力 144

9.1 能力成熟度模型 144

9.2 可靠性關鍵方法 144

9.2.1 可靠性要求和規劃 145

9.2.2 培訓和開發 145

9.2.3 可靠性分析 146

9.2.4 可靠性試驗 146

9.2.5 供應鏈管理 147

9.2.6 失效數據跟蹤和分析 147

9.2.7 確認與驗證 147

9.2.8 可靠性改進 148

9.3 總結 148

習題 149

參考文獻 149

第10章 零部件的選擇與管理 151

10.1 零部件的評估過程 151

10.1.1 性能評估 152

10.1.2 質量評估 152

10.1.3 工序能力指數 152

10.1.4 平均檢出質量 155

10.1.5 可靠性評估 155

10.1.6 裝配評估 157

10.2 零部件管理 157

10.2.1 供應鏈管理 157

10.2.2 零部件變更管理 158

10.2.3 工業變更控制政策 159

10.3 風險管理 160

習題 161

參考文獻 161

第11章 失效模式、機理和影響分析 162

11.1 引言 162

11.2 失效模式、機理和影響分析方法 163

11.2.1 系統定義、單元和功能 164

11.2.2 潛在失效模式 164

11.2.3 潛在失效原因 165

11.2.4 潛在失效機理 165

11.2.5 失效模型 165

11.2.6 壽命周期剖面 165

11.2.7 失效機理優先順序處理 166

11.2.8 文檔 168

11.3 案例分析 168

11.4 結論 170

參考文獻 171

第12章 降額和升額 173

12.1 元器件額定值 173

12.1.1 最大絕對額定值 173

12.1.2 推薦工作條件 174

12.1.3 確定額定值的因素 174

12.2 降額 174

12.2.1 如何進行降額 175

12.2.2 降額方法的局限 179

12.2.3 如何確定極限 184

12.3 升額 185

12.3.1 元器件的選擇與管理 186

12.3.2 升額能力評價 186

12.3.3 升額方法 187

12.3.4 持續的保證 189

12.3.5 總結 189

習題 189

參考文獻 190

第三部分 生產和裝配過程中的可靠性工程活動

第13章 過程式控制制與過程能力 193

13.1 過程式控制制系統 193

13.2 變異來源 194

13.3 控制圖在問題識別上的應用 195

13.4 統計控制 196

13.5 控制圖 196

13.6 對於變數的控制圖 203

13.6.1 和R圖 203

13.6.2 和S圖 208

13.7 屬性控制圖 209

13.8 控制圖優點 212

13.9 平均出廠質量 213

13.10 過程能力研究 214

13.11 高級控制圖 218

習題 220

參考文獻 224

第14章 產品篩選與老煉策略 225

14.1 老煉數據分析 225

14.2 老煉數據討論 226

14.3 無篩選具有更高的現場可靠性 227

14.4 推薦方法 228

參考文獻 229

第四部分 可靠性試驗和驗證活動的設計和計劃

第15章 產品鑒定與試驗 230

15.1 貫穿壽命周期的產品試驗與

試驗規程 230

15.2 可靠性估計 232

15.3 統計基本概念 233

15.4 正態分佈的置信區間 235

15.5 比例的置信區間 237

15.6 對於成—敗型試驗的可靠性

估計與置信限 237

15.7 可靠度估計和指數分佈的置信限 240

15.8 總結 243

習題 243

參考文獻 244

第16章 產品加速鑒定與試驗 245

16.1 鑒定指南 245

16.2 案例研究：封裝系統墜落

試驗鑒定 250

第五部分 可靠性工作程序和工作過程的設計和管理

第17章 分析產品失效機理和根因 263

17.1 引言 263

17.2 根因分析過程 264

17.2.1 預先規劃 265

17.2.2 為分析和評價直接原因

收集數據 266

17.2.3 根因假設 267

17.2.4 證據的分析和說明 269

17.2.5 根因的識別和糾正措施 270

17.2.6 糾正措施評估 271

17.3 無故障發現 272

參考文獻 276

第18章 保修分析 278

18.1 關於保修的法律實踐 278

18.2 如何使用或不使用保修返回信息 279

18.3 保修策略 280

18.4 保修和可靠性 281

18.5 保修成本分析 283

18.6 簡化系統特徵 288

18.7 保修與可靠性管理 289

18.8 結論 290

參考文獻 290

第19章 故障預測與系統健康管理 292

19.1 故障預測的概念模型 292

19.2 可靠性與故障預測 294

19.3 電子產品PHM 295

19.4 PHM的概念與方法 297

19.4.1 保險和預警裝置 298

19.4.2 故障預兆的監測和推理 300

19.4.3 環境監測和損傷模型

使用條件 304

19.5 “系統系（System-of-Systems）”

PHM的實施 308

19.6 總結 309

參考文獻 309

第20章 六西格瑪和六西格瑪設計 313

20.1 什麼是六西格瑪 313

20.2 為什麼要採用六西格瑪方法 314

20.3 六西格瑪是如何實施的 314

20.3.1 六西格瑪過程的步驟 315

20.3.2 六西格瑪步驟總結 320

20.3.3 六西格瑪未來趨勢 321

20.4 六西格瑪流程的優化問題 321

20.5 DFSS 324

參考文獻 329

《可靠性工程基礎》詳細介紹了可靠性工程的基本原理與方法。重點論述硬體可靠性（包括維修性）設計、試驗、評估的基本技術。內容包括系統可靠性，可用性模型，可靠性設計，生產過程可靠性控制，可靠性、維修性試驗，可靠性，維修性評估和可靠性管理。在論述中密切結合航天系統產品研製中的可靠性問題，書中給出了大量的例題與圖表，幫助讀者掌握如何正確運用可靠性工程的基本技法。

《可靠性工程基礎》的讀者對象為產品研製的設計人員以及各類工程技術人員。《可靠性工程基礎》也可作為各類工科研究生的參考教材。

第1章 概論

1．1 基本概念

1．1．1 可靠性

1．1．2 維修性

1．1．3 可用性

1．1．4 保障性

1．1．5 安全性

1．1．6 關於其他指標的討論

1．2 廣義可靠性定量指標體系

1．2．1 可靠性指標

1．2．2 維修性指標

1．2．3 可用性指標

1．2．4 貯存壽命指標

1．3 可靠性工程簡述

1．3．1 可靠性工程的基本環節

1．3．2 可靠性工程諸環節的關係

第2章 系統可靠性、可用性模型

2．1 不可修系統可靠性模型

2．1．1 系統可靠性框圖

2．1．2 典型系統可靠性模型

2．1．3 一般系統可靠性模型

2．1．4 具有多功能單元的系統可靠性模型

2．2 可修系統可用性模型

2．2．1 系統可用性模型建立要素

2．2．2 馬爾可夫過程基本概念

2．2．3 典型系統可用性模型

第3章 可靠性、維修性設計

3．1 可靠性指標論證與分配

3．1．1 可靠性指標論證

3．1．2 可靠性指標分配

3．1．3 維修性指標分配

3．2 預防性設計

3．2．1 可靠性預計

3．2．2 維修性預計

3．2．3 FMEA(FMECA)

3．2．4 FTA

3．3 基礎性設計

3．3．1 原材料與元器件的選用

3．3．2 系統簡化設計

3．3．3 耐環境設計

3．4 裕度設計

3．4．1 降額設計

3．4．2 強度裕度的概率設計

3．4．3 強度裕度概率設計方法的推廣

3．5 邊緣性能設計

3．5．1 最壞情況分析法

3．5．2 矩法(概率法)

3．6 冗餘設計

3．6．1 冗餘設計的一般考慮

3．6．2 冗餘設計方法

3．7 人機設計

3．7．1 信息顯示設計

3．7．2 控制或操縱機構設計

3．7．3 操作環境條件設計

3．8 非工作狀態下貯存期控制設計

3．8．1 貯存期與貯存可靠性

3．8．2 貯存可靠性設計

3．9 維修性設計

3．9．1 硬體維修性設計

3．9．2 基本維修策略

第4章生產過程可靠性控制225

4.1設計符合性控制225

4.2工藝可靠性控制226

4.3篩選與老煉227

4.3.1篩選的一般方法227

4.3.2環境應力篩選228

4.4可靠性驗收231

4.4.1可靠性驗收的目的與特點231

4.4.2可靠性驗收抽樣方案231

第5章可靠性、維修性試驗234

5.1可靠性試驗234

5.1.1可靠性試驗的意義與分類234

5.1.2可靠性增長試驗235

5.1.3可靠性驗證試驗264

5.1.4關於非電子產品可靠性試驗的討論293

5.2維修性試驗295

5.2.1維修性試驗的意義、分類、特點295

5.2.2維修性驗證試驗抽樣方案296

第6章可靠性、維修性評估305

6.1數據收集與處理305

6.1.1可靠性數據305

6.1.2維修性數據307

6.2可靠性評估308

6.2.1不變母體情形下單元產品可靠性評估308

6.2.2變動母體情形下單元產品可靠性評估330

6.2.3系統可靠性綜合評估338

6.2.4性能可靠性評估346

6.2.5貯存期評估352

6.3維修性評估362

6.3.1平均修復時間評估362

6.3.2可用性評估363

第7章可靠性管理366

7.1可靠性管理概念及意義366

7.2可靠性管理的基本環節367

7.2.1可靠性保障體系367

7.2.2可靠性大綱369

7.2.3可靠性工作計劃369

7.2.4元器件、原材料管理370

7.2.5可靠性設計評審371

7.2.6故障報告、分析糾正措施系統(FRACAS)372

7.2.7數據管理374

7.2.8技術狀態管理375

7.2.9標準與規範管理376

7.2.10教育與培訓管理376

7.3可靠性管理的實施方針377

7.3.1倍可靠、半維修377

7.3.2早期投入、預防為主377

7.3.3避免“兩張皮”377

7.3.4計算總賬378