可靠性工程

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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 5.8.1 FTA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 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 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 10.1 FMMEA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 13.3.1 PoF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FEA 247 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FEA 249 13.4.9 步骤五：虚拟鉴定 250 13.4.10 PoF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 14.2.2 X图和R图 277 14.2.3 MR图案例 281 14.2.4 X图和S图 284 14.2.5 属性控制图 285 14.2.6 p图与np图 285 14.2.7 np图案例 285 14.2.8 c图和u图 287 14.2.9 c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 14.5.1 CUSUM控制图 295 14.5.2 EWMA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PHM 380 18.4 PHM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 19.2.1 RCM的定义与作用 403 19.2.2 RCM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 19.3.2 RCMA实施流程 408 19.3.3 RCMA分析方法 410 19.3.4 RCMA要点 414 19.4 RCMA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tα，v的值 443 附录E：卡方分布的百分点X2α，v 447 附录F：F分布的百分点 454

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