《可靠性工程》2018年

前言

第1章21世紀(jì)的可靠性工程1

1.1質(zhì)量1

1.2可靠性3

1.2.1執(zhí)行預(yù)期功能的能力3

1.2.2指定的時(shí)間段4

1.2.3壽命周期條件4

1.2.4可靠性相關(guān)度量5

1.3質(zhì)量和用戶(hù)滿(mǎn)意度/系統(tǒng)效能5

1.4性能、質(zhì)量及可靠性6

1.5可靠性與系統(tǒng)壽命周期8

1.6故障后果11

1.6.1經(jīng)濟(jì)損失12

1.6.2違背公眾信任13

1.6.3法律責(zé)任14

1.6.4無(wú)形損失15

1.7供應(yīng)商與用戶(hù)15

1.8小結(jié)16

習(xí)題16

參考文獻(xiàn)17

第2章可靠性概念19

2.1可靠度19

2.1.1概率密度函數(shù)23

2.2風(fēng)險(xiǎn)率25

2.2.1風(fēng)險(xiǎn)率激勵(lì)與發(fā)展26

2.2.2風(fēng)險(xiǎn)率函數(shù)的一些特性27

2.2.3條件可靠度30

2.3產(chǎn)品壽命百分?jǐn)?shù)31

2.4失效時(shí)間32

2.4.1關(guān)于原點(diǎn)和均值的矩32

2.4.2預(yù)期壽命/平均失效前時(shí)間（MTTF）33

2.4.3方差/二階矩33

2.2.4偏度系數(shù)34

2.4.5峰度系數(shù)34

2.5小結(jié)36

習(xí)題36

第3章可靠性分析中的常用概率和壽命分布40

3.1離散分布40

3.1.1二項(xiàng)式分布40

3.1.2泊松分布44

3.1.3其他離散分布44

3.2連續(xù)分布45

3.2.1威布爾分布48

3.2.2指數(shù)分布53

3.2.3指數(shù)分布可靠性估算56

3.2.4正態(tài)(高斯)分布59

3.2.5對(duì)數(shù)正態(tài)分布63

3.2.6伽馬分布66

3.3概率圖68

3.4小結(jié)73

習(xí)題73

參考文獻(xiàn)75

第4章六西格瑪設(shè)計(jì)76

4.1什么是六西格瑪76

4.2為什么采用六西格瑪方法？77

4.3六西格瑪如何施行78

4.3.1六西格瑪過(guò)程的步驟79

4.3.2六西格瑪步驟83

4.4六西格瑪過(guò)程的優(yōu)化問(wèn)題85

4.4.1系統(tǒng)傳遞函數(shù)85

4.4.2方差傳播方程86

4.4.3經(jīng)濟(jì)優(yōu)化和質(zhì)量改進(jìn)87

4.4.4容差設(shè)計(jì)問(wèn)題88

4.5六西格瑪設(shè)計(jì)88

4.5.1(I)確定需求90

4.5.2(C)表征設(shè)計(jì)91

4.5.3(O)優(yōu)化設(shè)計(jì)91

4.5.4(V)驗(yàn)證設(shè)計(jì)92

4.6小結(jié)93

習(xí)題93

參考文獻(xiàn)94

第5章產(chǎn)品開(kāi)發(fā)96

5.1產(chǎn)品需求和約束96

5.2產(chǎn)品壽命周期條件97

5.3可靠性能力98

5.4零部件和材料選擇99

5.5人為因素與可靠性100

5.6演繹與歸納方法101

5.7失效模式、影響及危害性分析102

5.8故障樹(shù)分析103

5.8.1FTA在決策中的作用106

5.8.2故障樹(shù)分析步驟106

5.8.3構(gòu)建故障樹(shù)的基本樣式106

5.8.4頂事件的定義106

5.8.5故障樹(shù)的表征符號(hào)和運(yùn)算規(guī)則107

5.8.6最小割集111

5.9失效物理112

5.9.1應(yīng)力界限112

5.9.2失效機(jī)理的模型分析113

5.9.3降額設(shè)計(jì)113

5.9.4防護(hù)體系113

5.9.5冗余114

5.9.6預(yù)測(cè)114

5.10設(shè)計(jì)審查115

5.11鑒定116

5.12制造和裝配118

5.12.1產(chǎn)品工藝性118

5.12.2工藝過(guò)程驗(yàn)證試驗(yàn)119

5.13產(chǎn)品失效及根本原因分析120

5.14小結(jié)121

習(xí)題121

參考文獻(xiàn)122

第6章產(chǎn)品需求與約束124

6.1需求的定義124

6.2供應(yīng)鏈的責(zé)任125

6.2.1多用戶(hù)產(chǎn)品125

6.2.2單用戶(hù)產(chǎn)品126

6.2.3定制產(chǎn)品126

6.3需求文檔127

6.4規(guī)范129

6.5需求跟蹤129

6.6小結(jié)130

習(xí)題130

參考文獻(xiàn)130

第7章壽命周期條件131

7.1定義壽命周期剖面131

7.2壽命周期事件132

7.2.1制造和裝配132

7.2.2驗(yàn)收和測(cè)試132

7.2.3存儲(chǔ)133

7.2.4運(yùn)輸133

7.2.5安裝133

7.2.6操作133

7.2.7維修133

7.3應(yīng)力及其影響133

7.3.1溫度136

7.3.2濕度136

7.3.3振動(dòng)與沖擊137

7.3.4太陽(yáng)輻射138

7.3.5電磁輻射139

7.3.6壓強(qiáng)139

7.3.7化學(xué)物質(zhì)140

7.3.8沙塵140

7.3.9電壓141

7.3.10電流141

7.3.11人為因素142

7.4關(guān)于LCP開(kāi)展的思考和建議142

7.4.1基于特殊極限的設(shè)計(jì)（全局環(huán)境和局部環(huán)境）142

7.4.2基于標(biāo)準(zhǔn)的文檔資料143

7.4.3組合載荷條件143

7.4.4變化量值和變化率量值146

7.5估計(jì)壽命周期載荷的方法146

7.5.1市場(chǎng)調(diào)研和基于標(biāo)準(zhǔn)的剖面數(shù)據(jù)源147

7.5.2載荷條件的實(shí)地監(jiān)測(cè)147

7.5.3現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試記錄、服務(wù)記錄和失效記錄147

7.5.4關(guān)于相似零件、裝配體或產(chǎn)品的載荷歷史的數(shù)據(jù)147

7.6小結(jié)148

習(xí)題148

參考文獻(xiàn)149

第8章可靠性能力150

8.1能力成熟度模型150

8.2可靠性關(guān)鍵方法150

8.2.1可靠性要求和規(guī)劃151

8.2.2培訓(xùn)和開(kāi)發(fā)152

8.2.3可靠性分析152

8.2.4可靠性試驗(yàn)153

8.2.5供應(yīng)鏈管理153

8.2.6失效數(shù)據(jù)跟蹤分析154

8.2.7確認(rèn)與驗(yàn)證154

8.2.8可靠性增長(zhǎng)155

8.3小結(jié)155

習(xí)題156

參考文獻(xiàn)156

第9章零部件的選擇與管理158

9.1零部件的評(píng)估過(guò)程158

9.1.1性能評(píng)估159

9.1.2質(zhì)量評(píng)估160

9.1.3工序能力指數(shù)160

9.1.4平均檢出質(zhì)量162

9.1.5可靠性評(píng)估163

9.1.6裝配評(píng)估165

9.2零部件管理165

9.2.1供應(yīng)鏈管理165

9.2.2零部件變更管理166

9.2.3工業(yè)變更控制政策168

9.3風(fēng)險(xiǎn)管理169

9.4小結(jié)170

習(xí)題170

參考文獻(xiàn)171

第10章失效模式、機(jī)理和影響分析172

10.1FMMEA的發(fā)展172

10.2失效模式、機(jī)理和影響分析方法174

10.2.1系統(tǒng)定義、單元和功能174

10.2.2潛在失效模式175

10.2.3潛在失效原因175

10.2.4潛在失效機(jī)理176

10.2.5失效模型176

10.2.6壽命周期剖面176

10.2.7失效機(jī)理優(yōu)先級(jí)處理177

10.2.8文檔179

10.3案例分析180

10.4結(jié)論182

習(xí)題183

參考文獻(xiàn)184

第11章可靠性和安全性系數(shù)概率設(shè)計(jì)186

11.1可靠性設(shè)計(jì)186

11.2張力元件設(shè)計(jì)186

11.3可靠性模型的概率設(shè)計(jì)188

11.4概率設(shè)計(jì)以及可靠性指標(biāo)設(shè)計(jì)示例189

11.5可靠性、安全系數(shù)和可變性之間的關(guān)系190

11.6函數(shù)隨機(jī)變量192

11.7概率設(shè)計(jì)的步驟195

11.8小結(jié)196

習(xí)題196

參考文獻(xiàn)198

第12章降額與升額200

12.1元器件額定值200

12.1.1絕對(duì)最大額定值200

12.1.2推薦工作條件201

12.1.3確定額定值的因素201

12.2降額202

12.2.1如何進(jìn)行降額203

12.2.2降額方法的局限207

12.2.3如何確定極限214

12.3升額214

12.3.1元器件的選擇和管理過(guò)程216

12.3.2升額能力的評(píng)估216

12.3.3升額方法217

12.3.4持續(xù)的保證219

12.4小結(jié)220

習(xí)題220

參考文獻(xiàn)221

第13章可靠性評(píng)估技術(shù)224

13.1產(chǎn)品壽命周期內(nèi)試驗(yàn)224

13.1.1概念設(shè)計(jì)和原型產(chǎn)品225

13.1.2設(shè)計(jì)規(guī)范性能驗(yàn)證225

13.1.3設(shè)計(jì)成熟度驗(yàn)證225

13.1.4設(shè)計(jì)和制造過(guò)程驗(yàn)收225

13.1.5小批量預(yù)生產(chǎn)225

13.1.6大批量生產(chǎn)225

13.1.7現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)反饋226

13.2可靠性評(píng)估226

13.3產(chǎn)品質(zhì)量鑒定與試驗(yàn)226

13.3.1PoF限制條件輸入方式228

13.3.2加速應(yīng)力試驗(yàn)的規(guī)劃和開(kāi)展231

13.3.3樣本性能測(cè)試233

13.3.4加速壽命試驗(yàn)235

13.3.5虛擬試驗(yàn)236

13.3.6虛擬鑒定237

13.3.7輸出238

13.4案例研究：封裝系統(tǒng)墜落試驗(yàn)鑒定238

13.4.1步驟一：加速試驗(yàn)規(guī)劃和開(kāi)展240

13.4.2步驟二：樣本性能測(cè)試241

13.4.3步驟三：加速壽命試驗(yàn)243

13.4.4步驟四：虛擬試驗(yàn)246

13.4.5全局FEA247

13.4.6模態(tài)貢獻(xiàn)應(yīng)變分布248

13.4.7加速曲線248

13.4.8局部FEA249

13.4.9步驟五：虛擬鑒定250

13.4.10PoF加速曲線251

13.4.11鑒定方法總結(jié)251

13.5統(tǒng)計(jì)基本概念252

13.5.1置信區(qū)間252

13.5.2置信水平的含義253

13.5.3置信區(qū)間與樣本大小之間的關(guān)系254

13.6正態(tài)分布的置信區(qū)間254

13.6.1方差已知均值未知的正態(tài)分布254

13.6.2方差和均值均未知的正態(tài)分布255

13.6.3已知方差下的兩總體均值之差256

13.7置信區(qū)間的比例257

13.8成功—失效測(cè)試的可靠性估計(jì)和置信區(qū)間258

13.8.1成功測(cè)試260

13.9指數(shù)分布的可靠性估計(jì)和置信區(qū)間261

13.10小結(jié)265

習(xí)題265

參考文獻(xiàn)266

第14章過(guò)程控制與過(guò)程能力267

14.1過(guò)程控制系統(tǒng)267

14.1.1控制圖：識(shí)別變異來(lái)源268

14.1.2變異來(lái)源269

14.1.3使用控制圖進(jìn)行問(wèn)題識(shí)別269

14.2控制圖271

14.2.1變量控制圖277

14.2.2X圖和R圖277

14.2.3MR圖案例281

14.2.4X圖和S圖284

14.2.5屬性控制圖285

14.2.6p圖與np圖285

14.2.7np圖案例285

14.2.8c圖和u圖287

14.2.9c圖案例287

14.3控制圖優(yōu)點(diǎn)288

14.4平均出廠質(zhì)量289

14.4.1過(guò)程能力研究290

14.5高級(jí)控制圖295

14.5.1CUSUM控制圖295

14.5.2EWMA控制圖296

14.5.3其他高級(jí)控制圖296

14.6小結(jié)297

習(xí)題298

參考文獻(xiàn)303

第15章產(chǎn)品篩選與老煉策略305

15.1老煉數(shù)據(jù)分析306

15.2老煉數(shù)據(jù)討論307

15.3無(wú)篩選具有更高的現(xiàn)場(chǎng)可靠性308

15.4推薦方法309

15.5小結(jié)310

習(xí)題310

參考文獻(xiàn)311

第16章分析產(chǎn)品失效機(jī)理和根因312

16.1根因分析過(guò)程313

16.1.1預(yù)先計(jì)劃314

16.1.2為分析和評(píng)價(jià)直接原因收集數(shù)據(jù)315

16.1.3根因假設(shè)316

16.1.4證據(jù)的分析和說(shuō)明320

16.1.5根因的識(shí)別和糾正措施321

16.1.6糾正措施評(píng)估322

16.2無(wú)故障發(fā)現(xiàn)323

16.2.1一種NFF評(píng)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建模和分析的相關(guān)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共模失效的發(fā)生及減少影響337

16.3小結(jié)344

習(xí)題344

第17章系統(tǒng)可靠性建模347

17.1可靠性框圖347

17.2串聯(lián)系統(tǒng)348

17.3有冗余的產(chǎn)品352

17.3.1工作冗余352

17.3.2旁聯(lián)系統(tǒng)356

17.3.3切換并不理想的旁聯(lián)系統(tǒng)357

17.3.4共享載荷的并聯(lián)模型359

17.3.5（k，n）系統(tǒng)361

17.3.6冗余配置的局限362

17.4復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性363

17.4.1完全列舉法363

17.4.2條件概率法365

17.4.3關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)的概念366

17.5小結(jié)370

習(xí)題370

參考文獻(xiàn)374

第18章健康監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)375

18.1故障預(yù)測(cè)的概念模型375

18.2可靠性和故障預(yù)測(cè)378

18.3電子產(chǎn)品PHM380

18.4PHM的概念和方法383

18.4.1保險(xiǎn)和預(yù)警裝置384

18.5故障預(yù)兆的監(jiān)測(cè)和推理386

18.5.1環(huán)境監(jiān)測(cè)和損傷模型使用條件390

18.6子系統(tǒng)PHM的實(shí)施395

18.7小結(jié)397

習(xí)題397

參考文獻(xiàn)397

第19章以可靠性為中心的維修分析402

19.1概述402

19.2基本理論403

19.2基本理論403

19.2.1RCM的定義與作用403

19.2.2RCM維修思想404

19.3以可靠性為中心的維修分析407

19.3.1基本原理407

19.3.2RCMA實(shí)施流程408

19.3.3RCMA分析方法410

19.3.4RCMA要點(diǎn)414

19.4RCMA應(yīng)用415

19.4.1重要功能部件確定415

19.4.2故障模式及影響分析416

19.4.3重要功能部件RCMA邏輯決斷417

習(xí)題418

參考文獻(xiàn)418

第20章保修分析419

20.1產(chǎn)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成本建模計(jì)算426

20.5.4建模假設(shè)和記錄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保修與可靠性管理432

20.7小結(jié)433

習(xí)題434

參考文獻(xiàn)434

附錄A：重要積分公式437

附錄B：高斯函數(shù)表438

附錄C：累積的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布表440

附錄D：t分布的百分點(diǎn)tα,ν的值443

附錄E：卡方分布的百分點(diǎn)χ2α,ν447

附錄F：F分布的百分點(diǎn)454"

本書(shū)從“可靠性工程是產(chǎn)品壽命周期中一系列技術(shù)與管理活動(dòng)的集成”這一視角，整合了國(guó)外最新的可靠性技術(shù)與管理方法，提供了貫穿產(chǎn)品壽命周期的更加系統(tǒng)全面的可靠性理論方法與技術(shù)。全書(shū)內(nèi)容共分20章（其中第19章為應(yīng)原作者要求新增的內(nèi)容），主要介紹了國(guó)外近幾年在確定產(chǎn)品可靠性要求需考慮的原則和因素，產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、裝配以及維修中的可靠性工程活動(dòng)及其所用的技術(shù)方法，產(chǎn)品壽命周期中的可靠性試驗(yàn)設(shè)計(jì)及計(jì)劃制定，可靠性工作程序和過(guò)程設(shè)計(jì)與管理等方面的可靠性理論研究與應(yīng)用新發(fā)展、新成果，可更好地引導(dǎo)讀者掌握近些年的可靠性思想理論。本書(shū)所涉及可靠性工程內(nèi)容已廣泛應(yīng)用于航空航天、電子、化工、機(jī)電等許多工程領(lǐng)域，可供從事產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)與使用維護(hù)的工程技術(shù)及管理人員閱讀參考，也可作為相關(guān)專(zhuān)業(yè)人員科學(xué)研究與教學(xué)參考書(shū)。

產(chǎn)品定型后可靠性的提升將非常有限。根據(jù)產(chǎn)品研發(fā)的過(guò)程，可靠性工程的總體流程圖如下：

產(chǎn)品可靠性工程的基礎(chǔ)是用于開(kāi)展可靠性具體設(shè)計(jì)分析工作的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)是設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的匯總，需要導(dǎo)入專(zhuān)家的意見(jiàn)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)?；A(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的完備與否直接決定了開(kāi)展可靠性設(shè)計(jì)分析工作的水平。產(chǎn)品的高可靠性不是一次達(dá)到的，是漸次逼近的過(guò)程。需要注意，開(kāi)展可靠性工程并不能直接使產(chǎn)品具有高可靠性，可靠性工程是產(chǎn)品高可靠性的思路、手段、途徑和制度保證。可靠性工程，是采購(gòu)、研發(fā)、倉(cāng)儲(chǔ)、運(yùn)輸、質(zhì)量、管理多個(gè)職能部門(mén)共同工作的結(jié)果，在任一個(gè)環(huán)節(jié)措施不當(dāng)，都可能引入產(chǎn)品失效的隨機(jī)過(guò)程。例如，研發(fā)人員應(yīng)對(duì)產(chǎn)品采購(gòu)提供技術(shù)支持，對(duì)器件的生產(chǎn)年限、采購(gòu)渠道、工藝特性、包裝要求和驗(yàn)收準(zhǔn)則提出明確具體的要求；研發(fā)人員根據(jù)器件在儲(chǔ)存條件下的失效過(guò)程提出器件的存儲(chǔ)要求。

專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)：質(zhì)量和可靠性工程修業(yè)年限：四年授予學(xué)位：工學(xué)專(zhuān)業(yè)代碼：081508

第1章　可靠性工程概論

1. 1　可靠性

1. 2　可靠性工程的意義

1. 3　可靠性的特點(diǎn)

1. 4　可靠性工程的技術(shù)內(nèi)涵

1. 5　可靠性和質(zhì)量管理

第2章　故障模型和

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