可靠性工程基础

第一部分 21世纪产品可靠性的需求与展望

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

1.3 质量和用户满意度/系统效能 5

1.3.1 性能、质量及可靠性 6

1.3.2 性能和可靠性的另一种解释 6

1.3.3 质量和可靠性的另一种解释 7

1.4 可靠性和系统寿命周期 7

1.5 故障后果 12

1.5.1 经济损失 12

1.5.2 公众信任的瓦解 12

1.5.3 法律责任 13

1.5.4 无形损失 14

1.6 供应商和用户 14

1.7 总结 14

习题 15

参考文献 15

第2章 可靠性的概念 17

2.1 可靠度 17

2.2 概率密度函数 20

2.3 故障率 23

2.3.1 求故障率的动机 24

2.3.2 故障率函数的一些特性 25

2.3.3 条件可靠度 27

2.3.4 Ba寿命/百分位寿命 28

2.3.5 预期寿命/平均故障

前时间（MTTF） 29

2.3.6 故障时间随机变量的矩 29

习题 32

第3章 可靠性分析中常用的概率和寿命分布 35

3.1 离散分布 35

3.1.1 二项分布 35

3.1.2 泊松分布 39

3.1.3 其他离散分布 39

3.2 连续分布 40

3.2.1 威布尔分布 42

3.2.2 指数分布 47

3.2.3 正态分布 51

3.2.4 对数正态分布 55

3.2.5 伽玛分布 56

3.3 概率图 58

3.4 总结 63

习题 63

第4章 系统可靠性建模 67

4.1 可靠性框图 67

4.2 串联系统 68

4.3 有冗余的产品 71

4.3.1 工作冗余 72

4.3.2 旁联系统 74

4.3.3 切换并不理想的旁联系统 75

4.3.4 共享载荷的并联模型 77

4.3.5 （k,n）系统 78

4.3.6 冗余配置的局限 80

4.4 复杂系统的可靠性 80

4.4.1 完全列举法 80

4.4.2 条件概率法 81

4.4.3 关联结构的概念 82

习题 85

参考文献 88

第二部分 产品设计和开发过程中可靠性工程活动

第5章 产品需求与约束 89

5.1 需求的定义 89

5.2 供应链的责任 90

5.3 需求文档 91

5.4 多角色参与需求定义的示例 93

5.5 规范 93

5.6 需求跟踪 94

5.7 总结 94

习题 94

参考文献 95

第6章 产品可靠性设计 96

6.1 产品需求和约束 96

6.2 产品寿命周期条件 97

6.3 可靠性能力 98

6.4 零部件和材料选择 98

6.5 人为因素与可靠性 99

6.6 演绎与归纳方法 100

6.7 失效模式、影响及危害性分析 101

6.8 故障树分析 102

故障树分析步骤 104

6.9 失效物理 108

6.10 设计审查 110

6.11 鉴定 111

6.12 制造和装配 113

6.13 闭环反馈及根因检测 115

6.14 总结 115

习题 116

参考文献 116

第7章 概率设计、可靠度与安全系数 118

7.1 可靠性设计 118

7.2 概率设计的可靠度模型 120

7.3 概率设计与可靠度目标设计示例 121

7.4 可靠度、安全系数和变异性之间

的关系 122

7.5 随机变量的函数 124

7.6 概率设计的收益和步骤 126

习题 127

参考文献 129

第8章 寿命周期条件 130

8.1 定义寿命周期剖面 130

8.2 寿命周期事件 131

8.3 载荷及其影响 132

8.3.1 温度 134

8.3.2 湿度 134

8.3.3 振动与冲击 135

8.3.4 太阳辐射 136

8.3.5 电磁辐射 136

8.3.6 压强 137

8.3.7 化学物质 137

8.3.8 沙尘 137

8.3.9 电压 138

8.3.10 电流 138

8.3.11 人为因素 138

8.4 关于LCP开展的思考和建议 139

8.4.1 基于特殊极限的设计

（全局环境和局部环境） 139

8.4.2 基于标准的文档资料 139

8.4.3 组合载荷条件 140

8.4.4 变化量值和变化率量值 142

8.5 估计寿命周期载荷的方法 142

8.5.1 市场调研和作为数据源的

基于标准的剖面 142

8.5.2 载荷条件的实地监测 142

8.5.3 现场测试记录、服务记录和

失效记录 143

8.5.4 关于相似零件，装配体或

产品的载荷历史的数据 143

习题 143

参考文献 143

第9章 可靠性能力 144

9.1 能力成熟度模型 144

9.2 可靠性关键方法 144

9.2.1 可靠性要求和规划 145

9.2.2 培训和开发 145

9.2.3 可靠性分析 146

9.2.4 可靠性试验 146

9.2.5 供应链管理 147

9.2.6 失效数据跟踪和分析 147

9.2.7 确认与验证 147

9.2.8 可靠性改进 148

9.3 总结 148

习题 149

参考文献 149

第10章 零部件的选择与管理 151

10.1 零部件的评估过程 151

10.1.1 性能评估 152

10.1.2 质量评估 152

10.1.3 工序能力指数 152

10.1.4 平均检出质量 155

10.1.5 可靠性评估 155

10.1.6 装配评估 157

10.2 零部件管理 157

10.2.1 供应链管理 157

10.2.2 零部件变更管理 158

10.2.3 工业变更控制政策 159

10.3 风险管理 160

习题 161

参考文献 161

第11章 失效模式、机理和影响分析 162

11.1 引言 162

11.2 失效模式、机理和影响分析方法 163

11.2.1 系统定义、单元和功能 164

11.2.2 潜在失效模式 164

11.2.3 潜在失效原因 165

11.2.4 潜在失效机理 165

11.2.5 失效模型 165

11.2.6 寿命周期剖面 165

11.2.7 失效机理优先级处理 166

11.2.8 文档 168

11.3 案例分析 168

11.4 结论 170

参考文献 171

第12章 降额和升额 173

12.1 元器件额定值 173

12.1.1 最大绝对额定值 173

12.1.2 推荐工作条件 174

12.1.3 确定额定值的因素 174

12.2 降额 174

12.2.1 如何进行降额 175

12.2.2 降额方法的局限 179

12.2.3 如何确定极限 184

12.3 升额 185

12.3.1 元器件的选择与管理 186

12.3.2 升额能力评价 186

12.3.3 升额方法 187

12.3.4 持续的保证 189

12.3.5 总结 189

习题 189

参考文献 190

第三部分 生产和装配过程中的可靠性工程活动

第13章 过程控制与过程能力 193

13.1 过程控制系统 193

13.2 变异来源 194

13.3 控制图在问题识别上的应用 195

13.4 统计控制 196

13.5 控制图 196

13.6 对于变量的控制图 203

13.6.1 和R图 203

13.6.2 和S图 208

13.7 属性控制图 209

13.8 控制图优点 212

13.9 平均出厂质量 213

13.10 过程能力研究 214

13.11 高级控制图 218

习题 220

参考文献 224

第14章 产品筛选与老炼策略 225

14.1 老炼数据分析 225

14.2 老炼数据讨论 226

14.3 无筛选具有更高的现场可靠性 227

14.4 推荐方法 228

参考文献 229

第四部分 可靠性试验和验证活动的设计和计划

第15章 产品鉴定与试验 230

15.1 贯穿寿命周期的产品试验与

试验规程 230

15.2 可靠性估计 232

15.3 统计基本概念 233

15.4 正态分布的置信区间 235

15.5 比例的置信区间 237

15.6 对于成—败型试验的可靠性

估计与置信限 237

15.7 可靠度估计和指数分布的置信限 240

15.8 总结 243

习题 243

参考文献 244

第16章 产品加速鉴定与试验 245

16.1 鉴定指南 245

16.2 案例研究：封装系统坠落

试验鉴定 250

第五部分 可靠性工作程序和工作过程的设计和管理

第17章 分析产品失效机理和根因 263

17.1 引言 263

17.2 根因分析过程 264

17.2.1 预先规划 265

17.2.2 为分析和评价直接原因

收集数据 266

17.2.3 根因假设 267

17.2.4 证据的分析和说明 269

17.2.5 根因的识别和纠正措施 270

17.2.6 纠正措施评估 271

17.3 无故障发现 272

参考文献 276

第18章 保修分析 278

18.1 关于保修的法律实践 278

18.2 如何使用或不使用保修返回信息 279

18.3 保修策略 280

18.4 保修和可靠性 281

18.5 保修成本分析 283

18.6 简化系统特征 288

18.7 保修与可靠性管理 289

18.8 结论 290

参考文献 290

第19章 故障预测与系统健康管理 292

19.1 故障预测的概念模型 292

19.2 可靠性与故障预测 294

19.3 电子产品PHM 295

19.4 PHM的概念与方法 297

19.4.1 保险和预警装置 298

19.4.2 故障预兆的监测和推理 300

19.4.3 环境监测和损伤模型

使用条件 304

19.5 “系统系（System-of-Systems）”

PHM的实施 308

19.6 总结 309

参考文献 309

第20章 六西格玛和六西格玛设计 313

20.1 什么是六西格玛 313

20.2 为什么要采用六西格玛方法 314

20.3 六西格玛是如何实施的 314

20.3.1 六西格玛过程的步骤 315

20.3.2 六西格玛步骤总结 320

20.3.3 六西格玛未来趋势 321

20.4 六西格玛流程的优化问题 321

20.5 DFSS 324

参考文献 329

本书面向21世纪的产品可靠性需求，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。书中回顾了可靠性工程的发展史，展望了21世纪的产品可靠性需求，详细介绍了确定产品可靠性要求需考虑的原则和因素，产品设计、开发、生产和装配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，以及可靠性工作程序和过程的设计与管理。

《质量控制与可靠性工程基础《质量控制与可靠性工程基础》共分七章，内容包括质量控制概论、质量控制技术、质量检验、质量经济性分析、可靠性工程的基本概念、系统可靠性分析与设计、可靠性管理等。

《质量控制与可靠性工程基础》可作为全日制高等工科院校或成人高等院校工业工程和管理工程等专业高年级学生的教学用书，也可作为机电工程类专业高年级学生的选修课教学参考书。同时，《质量控制与可靠性工程基础》还适合工业企业质量工程、质量管理和可靠性工程技术人员、科研部门研究人员以及大专院校师生学习参考使用。

第一章　质量控制概论

第一节　质量、质量管理与质量控制

一、质量

二、产品质量形成规律

三、质量管理与质量控制

第二节　质量管理的意义及发展

一、质量管理的意义

二、质量管理的发展过程

三、质量管理发展趋势

第三节　全面质量管理

一、全面质量管理的含义

二、全面质量管理的特点

三、全面质量管理的指导思想和工作原则

四、全面质量管理的基础性工作

第四节　ISO 质量管理体系

一、ISO　族标准简介

二、质量管理的八项基本原则

三、全面质量管理与ISO　标准的关系

四、质量管理体系基础

五、质量管理体系的建立和实施

第二章　质量控制技术

第一节　基础知识

一、工序质量波动

二、质量管理应用的数据

第二节　工序质量控制

一、工序质量的两种状态

二、工序分析

三、工序控制

四、工序能力

五、工序能力指数及其计算

六、工序能力指数与不合格品率的关系

七、工序能力的判断及处理

八、工序能力调查

第三节　质量控制常用方法

一、直方图

二、排列图

三、因果图

四、散布图法

五、分层法

六、调查表法

第四节　工序质量控制图

一、控制图的原理

二、控制界限的确定

三、分析用控制图和控制用控制图

四、常规控制图的分类

五、控制图的观察与分析

六、控制图的使用

第三章　质量检验

第一节　质量检验概述

一、质量检验的定义

二、质量检验的职能

三、质量检验的内容和意义

四、质量检验的分类

第二节　基本质量检验的实施

一、质量检验实施的准备工作

二、进货检验

三、过程检验

四、成品检验

第三节　抽样检验

一、全数检验与抽样检验

二、抽样检验的特点及适用情况

三、抽样检验中常用的名词术语

四、抽样检验方案的分类

五、抽样检验的基本原理

六、接受概率

七、抽查特性曲线（OC曲线）

八、百分比抽样检验的不合理性

九、抽样检验中的两种错误及两种风险

第四节　计数标准型抽样检验

一、计数标准型抽样检验的特点

二、计数标准型抽样检验程序

第五节　计数调整型抽样检验

一、计数调整型抽样检验的特点

二、计数调整型抽样检验适用情况

三、GB 抽样系统的设计原则

四、GB　的抽样检验程序

第六节　计量调整型抽样检验

一、计量抽样检验的特点

二、计量调整型抽样检验程序

第七节　理化分析与计量管理

一、理化分析

二、理化分析在失效分析中的应用

三、理化检验管理

四、计量管理

第四章　质量经济性分析

第一节　质量经济性概述

一、质量经济性的基本概念

二、寿命周期经济性

三、质量经济效益的构成

第二节　质量成本

一、质量成本的基本概念

二、质量成本的构成

三、质量成本管理的意义

第三节　质量成本分析

一、质量成本分析方法

二、质量成本报告

第四节　质量成本的计划和控制

一、质量成本的预测

二、质量成本计划

三、质量成本控制

第五节　质量成本优化

一、质量成本的合理构成

二、质量成本特性曲线

三、质量成本优化方法

第六节　质量经济性分析

一、质量的经济性

二、产品质量水平与质量经济性

三、提高质量经济性的途径

第五章　可靠性工程的基本概念

第一节　可靠性工程概述

一、可靠性的定义及三大指标

二、可靠性的发展

三、可靠性工程的研究内容

四、研究可靠性工程的意义

第二节　可靠性常用指标

一、可靠性的特征量

二、维修性的特征量

三、有效性特征量

第三节　常用寿命分布

一、指数分布

二、正态分布

三、对数正态分布

第四节　多器件系统的失效（故障）特征

一、失效（故障）率与时间的关系曲线（浴盆曲线）

二、系统失效（故障）三个阶段的特征、形成原因及对应措施

第六章　系统可靠性分析与设计

第一节　不可修复系统的可靠性

一、系统的组成及功能逻辑框图

二、串联系统的可靠性

三、并联系统的可靠性

四、混联系统的可靠性

五、k/n（G）表决系统的可靠性

六、复杂系统的可靠性

第二节　失效分析

一、系统失效

二、失效模式

三、失效机理

四、失效分析的基本内容

第三节　故障模式影响及致命性分析

一、概述

二、FMECA与FMEA

三、致命性分析

第四节　故障树分析

一、概述

二、故障树的编制

三、故障树定性分析

四、故障树定量分析

五、基本事件的重要度分析

第七章　可靠性管理

第一节　概述

一、可靠性管理与质量管理的关系

二、可靠性管理的必要性

三、可靠性管理的特点

四、可靠性管理的内容

五、可靠性数据管理

六、可靠性标准

第二节　可靠性过程管理

一、设计阶段的可靠性管理

二、制造过程的可靠性管理

三、销售服务过程的可靠性管理

四、使用维修过程的可靠性管理

第三节　软件可靠性

一、概念

二、 软件失效机理

三、软件的可靠性模型

四、软件的质量保证

附录

附录一 标准正态分布函数Φ（x）表

附录二 常用统计分布表

附录三 泊松累积分布表

附录四 GB/T　2828—1987中的抽样检验用表

附录五 正常检查一次抽样方案

附录六 放宽检查一次抽样方案

附录七 加严检查一次抽样方案

附录八 正常检查二次抽样方案

参考文献2100433B

电力系统可靠性涉及可靠性管理和可靠性评估两个领域。电力可靠性管理主要是对已运行的电力系统及主要设备进行统计与管理，包括拟定电力行业可靠性管理的标准、准则；电力行业各项可靠性信息的采集、统计、分析；电力系统运行可靠性的监督等。

可靠性评估主要是研究电力系统可靠性评价的方法、模型，对电力系统扩展的设计方案进行可靠性与经济性比较分析等。 2100433B