《可靠性工程》2018年

前言

第1章21世纪的可靠性工程1

1.1质量1

1.2可靠性3

1.2.1执行预期功能的能力3

1.2.2指定的时间段4

1.2.3寿命周期条件4

1.2.4可靠性相关度量5

1.3质量和用户满意度/系统效能5

1.4性能、质量及可靠性6

1.5可靠性与系统寿命周期8

1.6故障后果11

1.6.1经济损失12

1.6.2违背公众信任13

1.6.3法律责任14

1.6.4无形损失15

1.7供应商与用户15

1.8小结16

习题16

参考文献17

第2章可靠性概念19

2.1可靠度19

2.1.1概率密度函数23

2.2风险率25

2.2.1风险率激励与发展26

2.2.2风险率函数的一些特性27

2.2.3条件可靠度30

2.3产品寿命百分数31

2.4失效时间32

2.4.1关于原点和均值的矩32

2.4.2预期寿命/平均失效前时间（MTTF）33

2.4.3方差/二阶矩33

2.2.4偏度系数34

2.4.5峰度系数34

2.5小结36

习题36

第3章可靠性分析中的常用概率和寿命分布40

3.1离散分布40

3.1.1二项式分布40

3.1.2泊松分布44

3.1.3其他离散分布44

3.2连续分布45

3.2.1威布尔分布48

3.2.2指数分布53

3.2.3指数分布可靠性估算56

3.2.4正态(高斯)分布59

3.2.5对数正态分布63

3.2.6伽马分布66

3.3概率图68

3.4小结73

习题73

参考文献75

第4章六西格玛设计76

4.1什么是六西格玛76

4.2为什么采用六西格玛方法？77

4.3六西格玛如何施行78

4.3.1六西格玛过程的步骤79

4.3.2六西格玛步骤83

4.4六西格玛过程的优化问题85

4.4.1系统传递函数85

4.4.2方差传播方程86

4.4.3经济优化和质量改进87

4.4.4容差设计问题88

4.5六西格玛设计88

4.5.1(I)确定需求90

4.5.2(C)表征设计91

4.5.3(O)优化设计91

4.5.4(V)验证设计92

4.6小结93

习题93

参考文献94

第5章产品开发96

5.1产品需求和约束96

5.2产品寿命周期条件97

5.3可靠性能力98

5.4零部件和材料选择99

5.5人为因素与可靠性100

5.6演绎与归纳方法101

5.7失效模式、影响及危害性分析102

5.8故障树分析103

5.8.1FTA在决策中的作用106

5.8.2故障树分析步骤106

5.8.3构建故障树的基本样式106

5.8.4顶事件的定义106

5.8.5故障树的表征符号和运算规则107

5.8.6最小割集111

5.9失效物理112

5.9.1应力界限112

5.9.2失效机理的模型分析113

5.9.3降额设计113

5.9.4防护体系113

5.9.5冗余114

5.9.6预测114

5.10设计审查115

5.11鉴定116

5.12制造和装配118

5.12.1产品工艺性118

5.12.2工艺过程验证试验119

5.13产品失效及根本原因分析120

5.14小结121

习题121

参考文献122

第6章产品需求与约束124

6.1需求的定义124

6.2供应链的责任125

6.2.1多用户产品125

6.2.2单用户产品126

6.2.3定制产品126

6.3需求文档127

6.4规范129

6.5需求跟踪129

6.6小结130

习题130

参考文献130

第7章寿命周期条件131

7.1定义寿命周期剖面131

7.2寿命周期事件132

7.2.1制造和装配132

7.2.2验收和测试132

7.2.3存储133

7.2.4运输133

7.2.5安装133

7.2.6操作133

7.2.7维修133

7.3应力及其影响133

7.3.1温度136

7.3.2湿度136

7.3.3振动与冲击137

7.3.4太阳辐射138

7.3.5电磁辐射139

7.3.6压强139

7.3.7化学物质140

7.3.8沙尘140

7.3.9电压141

7.3.10电流141

7.3.11人为因素142

7.4关于LCP开展的思考和建议142

7.4.1基于特殊极限的设计（全局环境和局部环境）142

7.4.2基于标准的文档资料143

7.4.3组合载荷条件143

7.4.4变化量值和变化率量值146

7.5估计寿命周期载荷的方法146

7.5.1市场调研和基于标准的剖面数据源147

7.5.2载荷条件的实地监测147

7.5.3现场测试记录、服务记录和失效记录147

7.5.4关于相似零件、装配体或产品的载荷历史的数据147

7.6小结148

习题148

参考文献149

第8章可靠性能力150

8.1能力成熟度模型150

8.2可靠性关键方法150

8.2.1可靠性要求和规划151

8.2.2培训和开发152

8.2.3可靠性分析152

8.2.4可靠性试验153

8.2.5供应链管理153

8.2.6失效数据跟踪分析154

8.2.7确认与验证154

8.2.8可靠性增长155

8.3小结155

习题156

参考文献156

第9章零部件的选择与管理158

9.1零部件的评估过程158

9.1.1性能评估159

9.1.2质量评估160

9.1.3工序能力指数160

9.1.4平均检出质量162

9.1.5可靠性评估163

9.1.6装配评估165

9.2零部件管理165

9.2.1供应链管理165

9.2.2零部件变更管理166

9.2.3工业变更控制政策168

9.3风险管理169

9.4小结170

习题170

参考文献171

第10章失效模式、机理和影响分析172

10.1FMMEA的发展172

10.2失效模式、机理和影响分析方法174

10.2.1系统定义、单元和功能174

10.2.2潜在失效模式175

10.2.3潜在失效原因175

10.2.4潜在失效机理176

10.2.5失效模型176

10.2.6寿命周期剖面176

10.2.7失效机理优先级处理177

10.2.8文档179

10.3案例分析180

10.4结论182

习题183

参考文献184

第11章可靠性和安全性系数概率设计186

11.1可靠性设计186

11.2张力元件设计186

11.3可靠性模型的概率设计188

11.4概率设计以及可靠性指标设计示例189

11.5可靠性、安全系数和可变性之间的关系190

11.6函数随机变量192

11.7概率设计的步骤195

11.8小结196

习题196

参考文献198

第12章降额与升额200

12.1元器件额定值200

12.1.1绝对最大额定值200

12.1.2推荐工作条件201

12.1.3确定额定值的因素201

12.2降额202

12.2.1如何进行降额203

12.2.2降额方法的局限207

12.2.3如何确定极限214

12.3升额214

12.3.1元器件的选择和管理过程216

12.3.2升额能力的评估216

12.3.3升额方法217

12.3.4持续的保证219

12.4小结220

习题220

参考文献221

第13章可靠性评估技术224

13.1产品寿命周期内试验224

13.1.1概念设计和原型产品225

13.1.2设计规范性能验证225

13.1.3设计成熟度验证225

13.1.4设计和制造过程验收225

13.1.5小批量预生产225

13.1.6大批量生产225

13.1.7现场数据反馈226

13.2可靠性评估226

13.3产品质量鉴定与试验226

13.3.1PoF限制条件输入方式228

13.3.2加速应力试验的规划和开展231

13.3.3样本性能测试233

13.3.4加速寿命试验235

13.3.5虚拟试验236

13.3.6虚拟鉴定237

13.3.7输出238

13.4案例研究：封装系统坠落试验鉴定238

13.4.1步骤一：加速试验规划和开展240

13.4.2步骤二：样本性能测试241

13.4.3步骤三：加速寿命试验243

13.4.4步骤四：虚拟试验246

13.4.5全局FEA247

13.4.6模态贡献应变分布248

13.4.7加速曲线248

13.4.8局部FEA249

13.4.9步骤五：虚拟鉴定250

13.4.10PoF加速曲线251

13.4.11鉴定方法总结251

13.5统计基本概念252

13.5.1置信区间252

13.5.2置信水平的含义253

13.5.3置信区间与样本大小之间的关系254

13.6正态分布的置信区间254

13.6.1方差已知均值未知的正态分布254

13.6.2方差和均值均未知的正态分布255

13.6.3已知方差下的两总体均值之差256

13.7置信区间的比例257

13.8成功—失效测试的可靠性估计和置信区间258

13.8.1成功测试260

13.9指数分布的可靠性估计和置信区间261

13.10小结265

习题265

参考文献266

第14章过程控制与过程能力267

14.1过程控制系统267

14.1.1控制图：识别变异来源268

14.1.2变异来源269

14.1.3使用控制图进行问题识别269

14.2控制图271

14.2.1变量控制图277

14.2.2X图和R图277

14.2.3MR图案例281

14.2.4X图和S图284

14.2.5属性控制图285

14.2.6p图与np图285

14.2.7np图案例285

14.2.8c图和u图287

14.2.9c图案例287

14.3控制图优点288

14.4平均出厂质量289

14.4.1过程能力研究290

14.5高级控制图295

14.5.1CUSUM控制图295

14.5.2EWMA控制图296

14.5.3其他高级控制图296

14.6小结297

习题298

参考文献303

第15章产品筛选与老炼策略305

15.1老炼数据分析306

15.2老炼数据讨论307

15.3无筛选具有更高的现场可靠性308

15.4推荐方法309

15.5小结310

习题310

参考文献311

第16章分析产品失效机理和根因312

16.1根因分析过程313

16.1.1预先计划314

16.1.2为分析和评价直接原因收集数据315

16.1.3根因假设316

16.1.4证据的分析和说明320

16.1.5根因的识别和纠正措施321

16.1.6纠正措施评估322

16.2无故障发现323

16.2.1一种NFF评估方法325

16.2.2共模失效328

16.2.3共模失效的概念329

16.2.4建模和分析的相关可靠性分析332

16.2.5共模失效的根本原因333

16.2.6共模失效分析335

16.2.7共模失效的发生及减少影响337

16.3小结344

习题344

第17章系统可靠性建模347

17.1可靠性框图347

17.2串联系统348

17.3有冗余的产品352

17.3.1工作冗余352

17.3.2旁联系统356

17.3.3切换并不理想的旁联系统357

17.3.4共享载荷的并联模型359

17.3.5（k，n）系统361

17.3.6冗余配置的局限362

17.4复杂系统的可靠性363

17.4.1完全列举法363

17.4.2条件概率法365

17.4.3关联结构的概念366

17.5小结370

习题370

参考文献374

第18章健康监测和预测375

18.1故障预测的概念模型375

18.2可靠性和故障预测378

18.3电子产品PHM380

18.4PHM的概念和方法383

18.4.1保险和预警装置384

18.5故障预兆的监测和推理386

18.5.1环境监测和损伤模型使用条件390

18.6子系统PHM的实施395

18.7小结397

习题397

参考文献397

第19章以可靠性为中心的维修分析402

19.1概述402

19.2基本理论403

19.2基本理论403

19.2.1RCM的定义与作用403

19.2.2RCM维修思想404

19.3以可靠性为中心的维修分析407

19.3.1基本原理407

19.3.2RCMA实施流程408

19.3.3RCMA分析方法410

19.3.4RCMA要点414

19.4RCMA应用415

19.4.1重要功能部件确定415

19.4.2故障模式及影响分析416

19.4.3重要功能部件RCMA逻辑决断417

习题418

参考文献418

第20章保修分析419

20.1产品保修419

20.2保修返回信息421

20.3保修策略422

20.4保修性和可靠性422

20.5保修成本分析425

20.5.1保修成本模型因素425

20.5.2失效分布426

20.5.3成本建模计算426

20.5.4建模假设和记录427

20.5.5成本模型案例427

20.5.6信息需求429

20.5.7其他成本模型431

20.6保修与可靠性管理432

20.7小结433

习题434

参考文献434

附录A：重要积分公式437

附录B：高斯函数表438

附录C：累积的标准正态分布表440

附录D：t分布的百分点tα,ν的值443

附录E：卡方分布的百分点χ2α,ν447

附录F：F分布的百分点454"

本书从“可靠性工程是产品寿命周期中一系列技术与管理活动的集成”这一视角，整合了国外最新的可靠性技术与管理方法，提供了贯穿产品寿命周期的更加系统全面的可靠性理论方法与技术。全书内容共分20章（其中第19章为应原作者要求新增的内容），主要介绍了国外近几年在确定产品可靠性要求需考虑的原则和因素，产品设计、开发、生产、装配以及维修中的可靠性工程活动及其所用的技术方法，产品寿命周期中的可靠性试验设计及计划制定，可靠性工作程序和过程设计与管理等方面的可靠性理论研究与应用新发展、新成果，可更好地引导读者掌握近些年的可靠性思想理论。本书所涉及可靠性工程内容已广泛应用于航空航天、电子、化工、机电等许多工程领域，可供从事产品设计、开发、生产与使用维护的工程技术及管理人员阅读参考，也可作为相关专业人员科学研究与教学参考书。

产品定型后可靠性的提升将非常有限。根据产品研发的过程，可靠性工程的总体流程图如下：

产品可靠性工程的基础是用于开展可靠性具体设计分析工作的基础数据库，基础数据库是设计经验的汇总，需要导入专家的意见和设计经验。基础数据库的完备与否直接决定了开展可靠性设计分析工作的水平。产品的高可靠性不是一次达到的，是渐次逼近的过程。需要注意，开展可靠性工程并不能直接使产品具有高可靠性，可靠性工程是产品高可靠性的思路、手段、途径和制度保证。可靠性工程，是采购、研发、仓储、运输、质量、管理多个职能部门共同工作的结果，在任一个环节措施不当，都可能引入产品失效的随机过程。例如，研发人员应对产品采购提供技术支持，对器件的生产年限、采购渠道、工艺特性、包装要求和验收准则提出明确具体的要求；研发人员根据器件在储存条件下的失效过程提出器件的存储要求。

专业名称：质量和可靠性工程修业年限：四年授予学位：工学专业代码：081508

第1章　可靠性工程概论

1. 1　可靠性

1. 2　可靠性工程的意义

1. 3　可靠性的特点

1. 4　可靠性工程的技术内涵

1. 5　可靠性和质量管理

第2章　故障模型和

2100433B