实用可靠性工程

第1章可 靠性工程简介 1
1.1 什么是可靠性工程 1
1.2 为什么要讲授可靠性工程 2
1.3 为什么产品会失效 4
1.4 可靠性中的概率 7
1.5 可修复和不可修复产品 8
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第1章可 靠性工程简介 1
1.1 什么是可靠性工程 1
1.2 为什么要讲授可靠性工程 2
1.3 为什么产品会失效 4
1.4 可靠性中的概率 7
1.5 可修复和不可修复产品 8
1.6 不可修复产品的失效模式 9
1.7 可修复产品的失效模式 10
1.8 可靠性工程的发展 10
1.9 课程、会议和文献 12
1.10 可靠性工作的机构 13
1.11 作为效能参数的可靠性 13
1.12 可靠性工作的各项活动 14
1.13 可靠性经济效益和管理 15
习题 19
参考文献 20
期刊文献 20
第2章 可靠性中的数学 21
2.1 引言 21
2.2 变异 21
2.3 概率的概念 23
2.4 概率的定律 25
2.5 连续变量 29
2.5.1 集中趋势的度量 31
2.5.2 分布的散度 31
2.5.3 累积分布函数 32
2.5.4 可靠性函数和风险函数 32
2.5.5 使用Microsoft Excel函数计算可靠性 33
2.6 连续分布的函数 33
2.6.1 正态（高斯）分布 33
2.6.2 对数正态分布 35
2.6.3 指数分布 35
2.6.4 伽马分布 36
2.6.5 χ2分布 37
2.6.6 威布尔分布 37
2.6.7 极值分布 38
2.7 连续统计分布的总结 40
2.8 工程中的变异 43
2.8.1 变异服从正态分布吗 43
2.8.2 影响与原因 46
2.8.3 尾部 47
2.9 小结 47
2.10 离散变量 48
2.1 0.1二项分布 48
2.1 0.2泊松分布 49
2.11 统计置信度 51
2.12 统计假设检验 53
2.12.1 均值差异的检验（z检验） 53
2.12.2 在二项试验中应用z检验 55
2.12.3 显著性的χ2检验 56
2.12.4 方差间差异的检验，方差比检验（F检验） 56
2.13 非参数推断方法 57
2.14 拟合优度 59
2.14.1 χ2拟合优度检验 59
2.14.2 柯尔莫哥洛夫-斯米尔诺夫检验 60
2.15 事件序列（点过程） 61
2.15.1 趋势分析（时间序列分析） 62
2.15.2 叠加过程 64
2.16 统计计算机软件 64
2.17 实践总结 65
习题 66
参考文献 69
入门性资料 69
更深入的读物 69
第3章 寿命数据分析和概率绘图 70
3.1 引言 70
3.1.1 一般的寿命数据分析和概率绘图 70
3.1.2 统计数据分析方法 70
3.2 寿命数据的分类 73
3.2.1 完整数据 73
3.2.2 删失数据 73
3.2.3 右删失（中止） 74
3.2.4 区间删失 74
3.2.5 左删失 74
3.3 数据的秩 75
3.3.1 秩的概念 75
3.3.2 平均秩 76
3.3.3 中位秩 76
3.3.4 中位秩的累积二项法 76
3.3.5 中位秩的代数近似 77
3.3.6 对删失数据求秩 77
3.4 威布尔分布 78
3.4.1 双参数威布尔分布 78
3.4.2 威布尔参数估计和概率绘图 78
3.4.3 三参数威布尔分布 82
3.4.4 β参数与失效率和浴盆曲线的关系 84
3.4.5 BX寿命 85
3.5 用软件进行数据分析和概率绘图 85
3.5.1 X轴秩回归 85
3.5.2 最大似然法 87
3.5.3 选用秩回归法和最大似然法的建议 88
3.6 寿命数据分析的置信界限 89
3.6.1 威布尔数据的置信区间 90
3.6.2 单个参数的界限 91
3.6.3 计算置信界限的其他方法 94
3.7 选择最佳分布并评估结果 95
3.7.1 分布拟合的优度 96
3.7.2 混合分布 97
3.7.3 在工程中求出最优分布的方法 99
3.8 小结 102
习题 103
参考文献 107
第4章 蒙特卡洛仿真 108
4.1 引言 108
4.2 蒙特卡洛仿真的基础 108
4.3 其他统计分布 109
4.3.1 均匀分布 109
4.3.2 三角形分布 109
4.4 对统计分布进行采样 110
4.4.1 用Excel生成随机变量 110
4.4.2 仿真运行次数和结果的准确度 111
4.5 进行蒙特卡洛仿真的基本步骤 112
4.6 蒙特卡洛方法总结 117
习题 117
参考文献 118
第5章 载荷-强度干涉 119
5.1 引言 119
5.2 载荷与强度的分布 119
5.3 载荷-强度干涉分析 122
5.3.1 正态分布的强度与载荷 122
5.3.2 载荷与强度服从其他分布的情况 123
5.4 安全裕度与载荷粗糙度对可靠性的影响（施加多个载荷） 123
5.5 一些实际因素的考量 130
习题 131
参考文献 132
第6章 可靠性预测与建模 133
6.1 引言 133
6.2 可靠性预测的基本限制 134
6.3 根据标准进行可靠性预测 135
6.3.1 MIL-HDBK-217 136
6.3.2 Telcordia SR-332（原Bellcore） 137
6.3.3 IEC 62380（原RDF 2000） 138
6.3.4 NSWC-06/LE 10138
6.3.5 PRISM和217Plus 138
6.3.6 中国299B（GJB/Z 299B) 139
6.3.7 其他标准 139
6.3.8 IEEE 1413标准 140
6.3.9 可靠性预测的软件工具 140
6.4 可靠性预测的其他方法 141
6.4.1 基于返修的方法 141
6.4.2 现场数据和可靠性预测标准结合 141
6.4.3 失效物理 141
6.4.4 可靠性预测的“自顶向下法” 142
6.5 实际因素的考量 142
6.6 系统可靠性模型 143
6.6.1 基本的串联可靠性模型 143
6.6.2 工作冗余 144
6.6.3 表决系统冗余 145
6.6.4 备用冗余 145
6.6.5 进一步的冗余分析 146
6.7 可修复系统的可用性 146
6.8 模块化设计 150
6.9 框图分析 151
6.9.1 割集与合集 152
6.9.2 共模失效 153
6.9.3 启动事件 154
6.9.4 实践方面的问题 154
6.10 故障树分析（FTA） 155
6.11 状态空间分析（马尔可夫分析） 158
6.11.1 复杂系统 160
6.11.2 连续马尔可夫过程 162
6.11.3 马尔可夫分析的局限、优点和应用 162
6.12 Petri网 163
6.12.1 故障树和Petri网之间的转换 164
6.12.2 最小割集法 165
6.12.3 标志转换 165
6.13 可靠性分配 167
6.14 小结 167
习题 168
参考文献 173
第7章 可靠性设计 175
7.1 引言 175
7.2 可靠性设计过程 176
7.3 识别 177
7.3.1 对标 178
7.3.2 环境 178
7.3.3 环境分布 178
7.3.4 质量功能展开（QFD） 179
7.3.5 项目风险分析 181
7.4 设计 181
7.4.1 计算机辅助工程(CAE) 182
7.4.2 失效模式、影响与危害性分析（FMECA） 182
7.4.3 FMECA的步骤 183
7.4.4 FMECA的应用 185
7.4.5 FMECA软件工具 186
7.4.6 用FMECA进行可靠性预测 187
7.4.7 载荷-强度分析 187
7.4.8 危害与可操作性分析（HAZOPS） 188
7.4.9 零部件、材料和过程（PMP）的评估 189
7.4.10 非材料失效模式 189
7.4.11 关键项目清单 190
7.4.12 载荷防护 190
7.4.13 针对强度降低的防护 191
7.4.14 设计评估的管理 191
7.4.15 基于失效模式的设计评估（DRBFM） 193
7.4.16 人因可靠性 193
7.5 分析 194
7.6 验证 195
7.6.1 退化分析 195
7.6.2 配置控制 195
7.7 确认 195
7.8 控制 196
7.8.1 工艺设计分析 196
7.8.2 变异 196
7.8.3 工艺FMECA 198
7.8.4 Poka Yoke防错 198
7.8.5 测试性分析 198
7.8.6 试验输出分析 198
7.8.7 维修性分析 198
7.9 评估一个组织的DfR能力 199
7.10 总结 199
习题 200
参考文献 201
第8章 机械零件和系统的可靠性 202
8.1 引言 202
8.2 机械应力、强度和断裂 202
8.3 疲劳 205
8.3.1 抗疲劳设计 210
8.3.2 易疲劳零件的维护 211
8.4 蠕变 211
8.5 磨损 211
8.5.1 磨损的机理 211
8.5.2 减小磨损的方法 212
8.5.3 受到磨损的系统的维护 212
8.6 腐蚀 213
8.7 振动和冲击 214
8.8 温度影响 215
8.9 材料 217
8.9.1 金属合金 217
8.9.2 塑料、橡胶 217
8.9.3 陶瓷 217
8.9.4 复合材料、黏合剂 217
8.10 零件 218
8.11 制造工艺 218
8.11.1 紧固件 218
8.11.2 黏合剂 219
8.11.3 熔焊和钎焊 219
8.11.4 密封件 219
习题 220
参考文献 221
第9章 电子系统的可靠性 222
9.1 引言 222
9.2 电子元器件的可靠性 223
9.3 元器件类型和失效机理 227
9.3.1 集成电路（IC） 227
9.3.2 其他电子元器件 236
9.3.3 钎焊 239
9.4 元器件失效模式总结 241
9.5 电路和系统方面的影响 242
9.5.1 失真和抖动 242
9.5.2 定时 242
9.5.3 电磁干扰和兼容 243
9.5.4 间歇失效 243
9.5.5 其他失效原因 244
9.6 电子系统设计中的可靠性 244
9.6.1 简介 244
9.6.2 瞬变电压防护 245
9.6.3 热设计 246
9.6.4 应力降额 247
9.6.5 零件升额 249
9.6.6 电磁干扰和电磁兼容（EMI/EMC） 250
9.6.7 冗余 251
9.6.8 设计简化 251
9.6.9 潜在电路分析 251
9.7 参数变异和公差 253
9.7.1 简介 253
9.7.2 公差设计 254
9.7.3 分析方法 255
9.8 面向生产、测试和维护的设计 257
习题 258
参考文献 259
第10 章软件可靠性 261
10.1 引言 261
10.2 工程系统中的软件 263
10.3 软件错误 264
10.3.1 规范错误 264
10.3.2 软件系统设计 265
10.3.3 软件代码生成 266
10.4 预防错误 266
10.5 软件结构与模块化 267
10.5.1 结构 267
10.5.2 模块化 267
10.5.3 结构化和模块化程序设计的要求 268
10.5.4 软件重用 268
10.6 编程风格 268
10.7 容错 269
10.8 冗余/分集 269
10.9 编程语言 270
10.10 数据可靠性 271
10.11 软件检查 272
10.1 1.1FMECA 272
10.1 1.2软件潜在分析 272
10.12 软件测试 273
10.13 错误报告 276
10.14 软件可靠性预测和度量 277
10.14.1 简介 277
10.14.2 泊松模型（时间相关） 277
10.14.3 Musa模型 278
10.14.4 Jelinski-Moranda和Schick-Wolverton 模型 279
10.14.5 Littlewood 模型 279
10.14.6 点过程分析 280
10.15 硬件/软件接口 280
10.16 小结 281
习题 283
参考文献 283
第11章 试验设计和方差分析 284
11.1 引言 284
11.2 统计试验设计和方差分析 284
11.2.1 单变量分析 285
11.2.2 多变量分析（析因试验） 287
11.2.3 非正态分布的变量 291
11.2.4 二级析因试验 291
11.2.5 部分析因试验 293
11.3 数据随机化 296
11.4 对结果的工程解释 297
11.5 Taguchi（田口）方法 297
11.6 小结 301
习题 302
参考文献 305
第12章 可靠性试验 306
12.1 引言 306
12.2 可靠性试验的计划 307
12.2.1 使用设计分析数据 307
12.2.2 考虑变异性 308
12.2.3 耐久性 308
12.3 试验环境 309
12.3.1 振动试验 311
12.3.2 温度试验 312
12.3.3 电磁兼容性（EMC）试验 312
12.3.4 其他环境试验 313
12.3.5 用户模拟试验 313
12.4 可靠性和耐久性试验：加速试验 313
12.4.1 试验开发 313
12.4.2 加速试验 318
12.4.3 高加速寿命试验（HALT） 319
12.4.4 加速试验的试验方法 321
12.4.5 高加速寿命试验（HALT）和生产试验 321
12.4.6 试验设计（DOE）还是高加速寿命试验（HALT）？ 322
12.5 试验规划 322
12.6 失效报告、分析和纠正措施系统（FRACAS） 323
12.6.1 失效报告 323
12.6.2 纠正措施的有效性 324
习题 325
参考文献 326
第13章 可靠性数据分析 327
13.1 引言 327
13.2 Pareto 分析 327
13.3 加速试验数据的分析 328
13.4 加速因子 329
13.5 加速模型 330
13.5.1 温度和湿度加速模型 330
13.5.2 电压与电流加速模型 333
13.5.3 振动加速模型 333
13.6 试验与实际工况的对应 335
13.7 加速试验数据的统计分析 336
13.8 可修复系统的可靠性分析 338
13.8.1 可修复系统的失效率 338
13.8.2 多插座系统 340
13.9 累积和（CUSUM）图表 344
13.10 数据外推分析及比例风险模型 346
13.11 现场数据与保修数据分析 348
13.11.1 对现场和保修数据的考虑 348
13.11.2 保修数据格式 348
13.11.3 保修数据分析 350
习题 351
参考文献 355
第14章 可靠性演示与增长 357
14.1 引言 357
14.2 可靠性指标 357
14.3 通过性试验（test to success） 358
14.3.1 二项分布法 358
14.3.2 通过性试验中出现失效 359
14.4 破坏性试验 359
14.5 寿命试验的延长 360
14.5.1 参数化二项法 360
14.5.2 参数化二项模型的局限性 361
14.6 连续试验 361
14.7 退化分析 362
14.8 使用贝叶斯统计法合并试验结果 363
14.9 非参数方法 365
14.10 可靠性演示软件 365
14.11 可靠性验证的一些实际因素 366
14.12 可修复系统的标准方法 367
14.13 可靠性增长监测 373
14.14 促进可靠性增长 381
习题 383
参考文献 385
第15章 制造过程中的可靠性 386
15.1 引言 386
15.2 对生产中变异的控制 386
15.3 对人因变异的控制 390
15.4 验收抽样 391
15.5 工艺改进 396
15.6 电子产品的质量控制 400
15.7 应力筛选 403
15.8 生产失效报告、分析和纠正措施系统（FRACAS） 405
15.9 小结 406
习题 407
参考文献 408
第16章 可维护性、维护和可用性 409
16.1 引言 409
16.2 可用性的度量 410
16.3 维修时间分布 411
16.4 预防性维护策略 412
16.5 维护计划中的FMECA和FTA 415
16.6 维护时间表 416
16.7 相关的技术问题 416
16.8 校准 418
16.9 可维护性的预计 418
16.10 可维护性的演示 419
16.11 面向可维护性的设计 419
16.12 综合后勤保障 419
习题 420
参考文献 421
第17章 可靠性管理 422
17.1 企业的可靠性方针 422
17.2 可靠性综合计划 422
17.3 可靠性与成本 425
17.4 安全性和产品责任 429
17.5 可靠性、质量和安全性标准 429
17.6 规定可靠性要求 432
17.7 可靠性达标合同 434
17.8 管理下级供应商 436
17.9 可靠性手册 437
17.10 项目可靠性计划 437
17.11 利用外部服务机构 438
17.12 用户的可靠性管理 439
17.13 可靠性工作人员的选拔和培训 441
17.14 可靠性的组织 442
17.15 组织的可靠性能力和成熟度 444
17.16 管理生产质量 446
17.17 质量管理方法 448
17.18 选择方法：战略层面和战术层面 450
17.19 小结 451
习题 452
参考文献 453
附录 454
附录1 标准累积正态分布函数 454
附录2 χ2(α,ν)分布值 455
附录3 柯尔莫哥洛夫－斯米尔诺夫表 458
附录4 秩表（5%，95%） 459
附录5 失效报告、分析和纠正措施系统（FRACAS）分析 469
附录6 可靠性、可维护性（及安全性）计划示例 471
附录7 矩阵代数复习 476
· · · · · · (收起)