可靠性工程（第2版）內(nèi)容簡介

本書是美國Rutgers大學(xué)ELSAYED A. ELSAYED教授編著的一本系統(tǒng)性闡述可靠性工程的專著，本書為第2版。書中系統(tǒng)地介紹了從設(shè)計、評估到使用實際工程中各個環(huán)節(jié)的可靠性問題，作者在第1版的基礎(chǔ)上加入了大量最新的研究成果，并將自己對可靠性領(lǐng)域的理解融入其中，對理論和工程問題進行了梳理，使之形成了一套完整的體系。書中按照如何對一個產(chǎn)品或一種服務(wù)開展可靠性工程進行敘述，其內(nèi)容依次為：第一部分介紹了時間相關(guān)和時間無關(guān)系統(tǒng)可靠性模型，包括模型的定義、分析、計算等內(nèi)容；第二部分介紹了獲取部件可靠度的方法，涵蓋了參數(shù)模型和非參數(shù)模型的可靠度計算，并引入了加速試驗理論；第三部分主要介紹產(chǎn)品在使用階段的可靠性問題，如計算失效數(shù)的不同方法、保修期問題及優(yōu)化維修和檢測策略；最后給出了10個實際工程案例作為參考。

第一部分 可靠性與系統(tǒng)設(shè)計 1

第1章 可靠度和失效率函數(shù) 1

1.1 引言 1

1.2 可靠度和失效率 3

1.3 失效率函數(shù) 10

1.3.1 恒定失效率 11

1.3.2 線性增長失效率 13

1.3.3 線性下降失效率 14

1.3.4 威布爾分布模型 14

1.3.5 混合威布爾模型 18

1.3.6 指數(shù)模型（極值分布） 19

1.3.7 正態(tài)分布模型 19

1.3.8 對數(shù)正態(tài)分布模型 22

1.3.9 伽馬分布模型 24

1.3.10 Log-logistic分布 27

1.3.11 貝塔分布模型 28

1.3.12 逆高斯分布模型 29

1.3.13 Frechet分布模型 31

1.3.14 Birnbaum-Saunders分布 34

1.3.15 其他形式 38

1.4 多元失效率 39

1.5 競爭風(fēng)險模型和混合失效率模型 41

1.5.1 競爭風(fēng)險模型 42

1.5.2 混合失效率模型 43

1.6 離散概率分布 45

1.6.1 基本概念 45

1.6.2 幾何分布 45

1.6.3 二項式分布 46

1.6.4 泊松分布 46

1.6.5 超幾何分布 47

1.7 平均故障前時間 47

1.8 平均剩余壽命 49

1.9 首發(fā)故障時間 50

1.10 小結(jié) 51

習(xí)題 52

第2章 系統(tǒng)可靠度評估 62

2.1 引言 62

2.2 可靠性框圖 62

2.3 串聯(lián)模型 64

2.4 并聯(lián)模型 66

2.5 并-串聯(lián)系統(tǒng)、串-并聯(lián)系統(tǒng)及混合并聯(lián)系統(tǒng) 67

2.5.1 并-串聯(lián)系統(tǒng) 67

2.5.2 串-并聯(lián)系統(tǒng) 68

2.5.3 混合并聯(lián)系統(tǒng) 68

2.5.4 系統(tǒng)可靠度方差估計 69

2.5.5 單元分配優(yōu)化 71

2.6 連續(xù)k/n:F系統(tǒng) 74

2.6.1 連續(xù)2/n:F系統(tǒng) 75

2.6.2 廣義連續(xù)k/n:F系統(tǒng) 75

2.6.3 連續(xù)k/n:F系統(tǒng)可靠度評估 77

2.6.4 連續(xù)k/n:F系統(tǒng)優(yōu)化分配 78

2.7 k/n系統(tǒng)可靠度 80

2.8 k/n平衡系統(tǒng)可靠度 81

2.9 復(fù)雜系統(tǒng)可靠度 82

2.9.1 分解法 82

2.9.2 路集法和割集法 84

2.9.3 事件空間法 85

2.9.4 布爾真值表法 87

2.9.5 還原法 88

2.9.6 路集-軌跡法 89

2.9.7 因子分解法 89

2.10 特殊網(wǎng)絡(luò) 91

2.11 多態(tài)模型 92

2.11.1 串聯(lián)系統(tǒng) 92

2.11.2 并聯(lián)系統(tǒng) 93

2.11.3 并-串聯(lián)系統(tǒng)與串-并聯(lián)系統(tǒng) 94

2.12 冗余 96

2.13 部件重要度 98

2.13.1 Birnbaum重要度 99

2.13.2 關(guān)鍵重要度 101

2.13.3 FUSSELL-VESELY重要度 102

2.13.4 Barlow-Proschan 重要度 104

2.13.5 Lambert重要度 104

習(xí)題 106

第3章 時間和失效相關(guān)可靠度 117

3.1 引言 117

3.2 不可修系統(tǒng) 117

3.2.1 串聯(lián)系統(tǒng) 117

3.2.2 并聯(lián)系統(tǒng) 119

3.2.3 k/n系統(tǒng) 121

3.3 平均失效前時間 122

3.3.1 串聯(lián)系統(tǒng)MTTF 123

3.3.2 并聯(lián)系統(tǒng)MTTF 124

3.3.3 k/n系統(tǒng)MTTF 126

3.3.4 其他系統(tǒng) 127

3.4 可修系統(tǒng) 129

3.4.1 交替更新過程 129

3.4.2 馬爾可夫模型 134

3.5 可用度 137

3.5.1 瞬時可用度 137

3.5.2 平均開工時間可用度 138

3.5.3 穩(wěn)態(tài)可用度 139

3.5.4 固有可用度 140

3.5.5 可達可用度 140

3.5.6 使用可用度 140

3.5.7 任務(wù)可用度 140

3.6 相關(guān)失效 142

3.6.1 相關(guān)失效馬爾可夫模型 143

3.6.2 聯(lián)合密度函數(shù)法 144

3.6.3 復(fù)合事件法 147

3.7 冗余和備份 147

3.7.1 不可修簡單備份系統(tǒng) 148

3.7.2 不可修多備份系統(tǒng) 148

3.7.3 可修備份系統(tǒng) 150

習(xí)題 154

第二部分 參數(shù)估計及可靠性試驗 161

第4章 失效時間分布參數(shù)估計方法 161

4.1 引言 161

4.2 矩量法 162

4.3 似然函數(shù) 165

4.3.1 極大似然法 169

4.3.2 指數(shù)分布 170

4.3.3 瑞利分布 171

4.3.4 正態(tài)分布 172

4.3.5 信息矩陣和方差-協(xié)方差矩陣 174

4.4 最小二乘法 176

4.5 貝葉斯法 179

4.6 失效時間數(shù)據(jù)生成 182

4.6.1 指數(shù)分布 182

4.6.2 威布爾分布 183

4.6.3 瑞利分布 183

4.6.4 Brinbaum-Saunders分布 183

習(xí)題 183

第5章 參數(shù)可靠性模型 187

5.1 引言 187

5.2 方法1：歷史數(shù)據(jù) 187

5.3 方法2：使用壽命試驗 188

5.4 方法3：老化試驗 188

5.5 方法4：加速壽命試驗 188

5.6 截尾類型 189

5.6.1 Ⅰ型截尾 189

5.6.2 Ⅱ型截尾 190

5.6.3 隨機截尾 190

5.6.4 截尾下失效率的計算 190

5.7 指數(shù)分布 191

5.7.1 測試異常短失效時間 193

5.7.2 測試異常長失效時間 195

5.7.3 Ⅰ型截尾數(shù)據(jù) 198

5.7.4 Ⅱ型截尾數(shù)據(jù) 200

5.8 瑞利分布 201

5.8.1 對于非截尾試驗數(shù)據(jù)的瑞利分布參數(shù)估計 201

5.8.2 對于截尾試驗數(shù)據(jù)的瑞利分布參數(shù)估計 202

5.8.3 帶有截尾和非截尾數(shù)據(jù)的瑞利分布參數(shù)的最佳線性無偏估計 203

5.9 威布爾分布 206

5.9.1 非截尾試驗失效數(shù)據(jù) 206

5.9.2 截尾試驗失效數(shù)據(jù) 209

5.9.3 方程極大似然估計 210

5.9.4 的無偏估計 210

5.9.5 的置信區(qū)間 212

5.9.6 估計 213

5.10 對數(shù)正態(tài)分布 214

5.10.1 非截尾試驗失效數(shù)據(jù) 215

5.10.2 截尾試驗失效數(shù)據(jù) 217

5.11 伽馬分布 219

5.11.1 非截尾試驗失效數(shù)據(jù) 219

5.11.2 截尾試驗失效數(shù)據(jù) 220

5.11.3 和 方差 222

5.11.4 的置信區(qū)間 223

5.12 極值分布 224

5.13 半logistic分布 225

5.14 Frechet分布 231

5.14.1 非截尾試驗失效數(shù)據(jù) 231

5.14.2 截尾試驗失效數(shù)據(jù) 232

5.15 Birnbaum-Saunders分布 233

5.15.1 非截尾試驗失效數(shù)據(jù) 233

5.15.2 截尾試驗失效數(shù)據(jù) 234

5.16 線性模型 235

5.17 多截尾數(shù)據(jù) 236

5.17.1 產(chǎn)品極限估計（PLE）或Kaplan and Meier（KM）估計 237

5.17.2 累計失效估計 237

習(xí)題 240

第6章 加速壽命試驗?zāi)Ｐ?249

6.1 引言 249

6.2 可靠性試驗的類型 249

6.2.1 高加速壽命試驗 250

6.2.2 可靠性增長試驗 250

6.2.3 高加速應(yīng)力篩選 250

6.2.4 可靠性驗證試驗 251

6.2.5 可靠性驗收試驗 251

6.2.6 老化試驗 251

6.2.7 加速壽命試驗（ALT）和加速退化試驗（ADT） 252

6.3 加速壽命試驗的應(yīng)力施加方式和應(yīng)力類型 252

6.3.1 應(yīng)力施加方式 253

6.3.2 應(yīng)力類型 254

6.4 典型加速壽命試驗?zāi)Ｐ?254

6.4.1 加速失效時間模型 255

6.4.2 統(tǒng)計模型：參數(shù)模型 256

6.5 統(tǒng)計模型：非參數(shù)模型 263

6.5.1 線性模型 264

6.5.2 比例危險模型 265

6.5.3 比例優(yōu)勢模型 270

6.5.4 其他加速壽命試驗?zāi)Ｐ?273

6.6 物理-統(tǒng)計模型 275

6.6.1 阿倫尼斯（Arrhenius）模型 276

6.6.2 艾林模型 277

6.6.3 逆冪律模型 279

6.6.4 組合模型 281

6.7 物理實驗?zāi)Ｐ?282

6.7.1 電遷移模型 282

6.7.2 與濕度相關(guān)的失效 283

6.7.3 疲勞失效 283

6.8 退化模型 284

6.8.1 電阻器退化模型 284

6.8.2 激光器退化模型 286

6.8.3 熱載流子退化模型 286

6.9 統(tǒng)計退化模型 287

6.9.1 布朗運動退化軌跡 287

6.9.2 退化模型 287

6.10 加速壽命試驗方案 288

6.10.1 ALT方案設(shè)計 289

6.10.2 試驗方案的制訂 290

習(xí)題 291

第三部分 可靠性的提高：保修期及預(yù)防維修 300

第7章 更新過程和預(yù)計失效數(shù) 300

7.1 引言 300

7.2 參數(shù)更新函數(shù)估計 300

7.2.1 連續(xù)時間 301

7.2.2 離散時間 308

7.3 非參數(shù)更新函數(shù)估計 309

7.3.1 連續(xù)時間 310

7.3.2 離散時間 313

7.4 交替更新過程 317

7.4.1 交替更新過程的預(yù)計失效數(shù) 317

7.4.2 時刻t部件j正常運行的概率 318

7.5 M(t)的近似解 319

7.6 其他類型更新過程 321

7.7 更新數(shù)的方差 321

7.8 更新函數(shù)置信區(qū)間 326

7.9 t時刻的剩余壽命 328

7.10 泊松過程 329

7.10.1 齊次泊松過程 329

7.10.2 非齊次泊松過程 330

7.11 拉普拉斯變換及隨機變量 331

7.11.1 拉普拉斯變換和期望值 331

7.11.2 拉普拉斯變換和更新數(shù) 332

習(xí)題 333

第8章 預(yù)防性維修與檢測 339

8.1 引言 339

8.2 預(yù)防性維修和更換模型：最小費用模型 340

8.2.1 定時更換策略 340

8.2.2 定壽更換策略 343

8.3 預(yù)防性維修和更換模型：最小停機時間模型 346

8.3.1 定時更換策略的應(yīng)用 346

8.3.2 定壽更換策略的應(yīng)用 346

8.4 最小維修模型 348

8.5 沖擊情況下最優(yōu)更換時間間隔 351

8.5.1 周期性更換策略：費用與時間無關(guān) 351

8.5.2 周期性更換策略：費用與時間相關(guān) 353

8.6 預(yù)防性維修與備件數(shù)量 354

8.7 組維修 358

8.8 周期性檢測 360

8.8.1 最優(yōu)檢測策略 361

8.8.2 周期性檢測與維修策略 363

8.9 基于狀態(tài)的維修 366

8.10 在線監(jiān)視和監(jiān)測 367

8.10.1 振動分析 367

8.10.2 聲波發(fā)射和聲音識別 368

8.10.3 溫度監(jiān)測 369

8.10.4 流體監(jiān)測 369

8.10.5 腐蝕監(jiān)測 369

8.10.6 其他診斷方法 370

習(xí)題 370

第9章 擔(dān)保模型 376

9.1 引言 376

9.2 不可修產(chǎn)品的擔(dān)保模型 377

9.2.1 不可修產(chǎn)品的擔(dān)保成本 377

9.2.2 擔(dān)保費用：固定賠付 382

9.2.3 混合擔(dān)保 384

9.2.4 最優(yōu)擔(dān)保更換 388

9.3 可修產(chǎn)品的擔(dān)保模型 391

9.3.1 可修產(chǎn)品的擔(dān)保成本 391

9.3.2 固定數(shù)量任意故障時間分布的擔(dān)保模型 393

9.3.3 固定數(shù)量產(chǎn)品的擔(dān)保模型：最小維修方案 394

9.3.4 固定數(shù)量產(chǎn)品的擔(dān)保模型：完全修復(fù)方案 395

9.3.5 固定數(shù)量產(chǎn)品的擔(dān)保模型：混合維修方案 397

9.4 二維擔(dān)保模型 400

9.5 擔(dān)保期賠付 402

9.5.1 有延遲期的擔(dān)保賠付 402

9.5.2 分組數(shù)據(jù)的擔(dān)保賠付 406

習(xí)題 406

第10章 案例分析 410

10.1 起重機吊具子系統(tǒng) 410

10.2 生產(chǎn)線的設(shè)計 414

10.3 爆炸物探測系統(tǒng) 419

10.4 爐管的可靠性 424

10.5 智能卡的可靠性 428

10.6 鑒定和驗證審定中的剩余壽命分布 430

10.7 空中交通控制系統(tǒng)中通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性建模 435

10.8 使用可用度指標(biāo)的系統(tǒng)設(shè)計 441

10.9 液壓注入泵的可靠性建模 448

第11章 附錄 452

附錄A 伽馬分布表 452

附錄B 計算連續(xù)k/n:F系統(tǒng)可靠度程序 458

附錄C 計算連續(xù)2/n:F系統(tǒng)可靠度程序 459

附錄D Runge-Kutta法解時間相關(guān)方程程序 465

附錄E Newton-Raphson法 466

附錄F 系數(shù)（i = 1, . . . , n）* 469

附錄G 以 及 為形式的 方差* 483

附錄H Newton-Raphson程序 485

附錄I 服從正態(tài)分布的截尾20個樣本中均值及標(biāo)準(zhǔn)差的無偏估計系數(shù)ai及bi 487

附錄J Baker’s算法 505

附錄K 標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布* 508

附錄L 2臨界值* 514

附錄M 習(xí)題答案 516 2100433B

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

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

2100433B

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)是用于開展可靠性具體設(shè)計分析工作的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫是設(shè)計經(jīng)驗的匯總，需要導(dǎo)入專家的意見和設(shè)計經(jīng)驗?；A(chǔ)數(shù)據(jù)庫的完備與否直接決定了開展可靠性設(shè)計分析工作的水平。產(chǎn)品的高可靠性不是一次達到的，是漸次逼近的過程。需要注意，開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?？煽啃怨こ蹋遣少?、研發(fā)、倉儲、運輸、質(zhì)量、管理多個職能部門共同工作的結(jié)果，在任一個環(huán)節(jié)措施不當(dāng)，都可能引入產(chǎn)品失效的隨機過程。例如，研發(fā)人員應(yīng)對產(chǎn)品采購提供技術(shù)支持，對器件的生產(chǎn)年限、采購渠道、工藝特性、包裝要求和驗收準(zhǔn)則提出明確具體的要求；研發(fā)人員根據(jù)器件在儲存條件下的失效過程提出器件的存儲要求。

符號說明

第1章 緒論

1.1 可靠性工程的發(fā)展概況

1.2 可靠性技術(shù)研究的重要性

1.3 可靠性工程研究的內(nèi)容

1.4 機械可靠性設(shè)計方法與傳統(tǒng)設(shè)計方法的區(qū)別和特點

思考題

第2章 可靠性的理論基礎(chǔ)

2.1 可靠性的定義和要點

2.2 可靠性特征量

2.2.1 可靠度只（t）和不可靠度F（t）

2.2.2 失效概率密度f（t）

2.2.3 失效率λ（t）

2.2.4 產(chǎn)品的壽命特征

2.2.5 維修性特征量