機電可靠性工程概論

目 錄

第1章 緒論 1
1.1 概述 1
1.2 好產品的本質 1
1.2.1 好產品的內涵 2
1.2.2 好產品的商業價值 3
1.2.3 搶先獲取競爭優勢 5
1.2.4 未來產品力的競爭將是
可靠性的競爭 5
1.2.5 質量的內涵 6
1.2.6 質量管理的發展歷程 6
1.2.7 大質量的概念 7
1.2.8 大質量與傳統質量管理的
區別 8
1.2.9 產品的感性質量 9
1.2.10 產品的功能與性能要求 9
1.2.11 安全、節能環保及健康
要求 10
1.2.12 噪聲與聲品質要求 10
1.3 可靠性 11
1.3.1 可靠性的內涵 12
1.3.2 失效與故障 13
1.3.3 與隱性缺陷做鬥爭 14
1.3.4 減少和杜絕早期故障 14
1.4 可靠性工程及其發展歷程 16
1.4.1 準備和萌芽階段（20世紀30
年代） 16
1.4.2 興起和獨立階段（20世紀50
年代） 16
1.4.3 全面發展階段（20世紀60
年代） 16
1.4.4 現代可靠性工程（20世紀70
年代至今） 17
1.4.5 可靠性工程的發展趨勢與未來
展望 17
思考題與習題 18
第2章 機電產品的可靠性 19
2.1 概述 19
2.2 機電產品的固有特征 19
2.2.1 機電產品的構成 20
2.2.2 可靠性成本 24
2.2.3 新品進入市場的時間成本 25
2.3 好產品的實現路徑 26
2.3.1 精品法則 26
2.3.2 質量保證總路線 28
2.3.3 民用機電產品基本質量特性 31
2.3.4 新產品評審法 35
2.4 產品可靠性的繼承 36
2.4.1 概述 36
2.4.2 整機產品可靠性的繼承 37
2.4.3 軟件可靠性的繼承 37
2.4.4 制造工藝可靠性的繼承 38
思考題與習題 38
第3章 SIREM可靠性工程體系 39
3.1 概述 39
3.1.1 產品全生命周期：三個階段 40
3.1.2 可靠性管理體系：六個模塊—
依托組織的可靠性實施 40
3.1.3 可靠性技術體系：九個環節—
可靠性實施的技術手段 41
3.1.4 產品技術體系：滿足用戶需求的
廣義可靠性目標 42
3.1.5 十八條指引—可靠性管理
體系的構建 42
3.2 可靠性工程三個階段詳述 43
3.2.1 設計階段 43
3.2.2 制造階段 44
3.2.3 使用階段 46
3.2.4 三個階段的相互關系與
協同 47
3.3 可靠性管理體系詳述 48
3.3.1 願景與目標 48
3.3.2 可靠性指標 50
3.3.3 組織與人才構建 52
3.3.4 可靠性流程再造 53
3.3.5 可靠性標準和規範 55
3.3.6 大數據與系統集成 57
3.4 可靠性技術體系詳述 59
3.4.1 應用場景及環境應力識別 60
3.4.2 系統可靠性建模 64
3.4.3 可靠性分析 67
3.4.4 可靠性預計與分配 70
3.4.5 可靠性設計 75
3.4.6 可靠性試驗 79
3.4.7 可靠性評估 82
3.4.8 可靠性制造 84
3.4.9 使用可靠性 86
3.4.10 十八條指引 86
3.4.11 可靠性管理體系成熟度及其
評估 89
思考題與習題 96
第4章 可靠性基本概念與理論 97
4.1 可靠性的定義 97
4.2 常用術語 98
4.3 常用可靠性參數 99
4.3.1 可靠度R(t) 99
4.3.2 累積故障概率F(t) 100
4.3.3 故障概率密度函數f(t) 100
4.3.4 故障率?(t) 101
4.3.5 產品的壽命特征量 101
4.3.6 可靠性參數間的相互關系 103
4.4 產品壽命分布及其類型 104
4.4.1 離散型隨機變量常見概率
分布 104
4.4.2 連續型隨機變量常見概率
分布 105
4.5 可靠度函數的確定策略 113
思考題與習題 114
第5章 系統可靠性建模 116
5.1 系統及系統可靠性框圖 116
5.1.1 概述 116
5.1.2 系統可靠性框圖 117
5.1.3 系統類型 119
5.2 不可修復系統的可靠性建模 120
5.2.1 串聯系統（非儲備系統）的
可靠性模型 120
5.2.2 工作儲備系統的可靠性
模型 121
5.2.3 非工作儲備系統的可靠性
模型 125
5.2.4 網絡系統 127
5.3 可修復系統的可靠性建模 128
5.3.1 隨機過程 128
5.3.2 馬爾可夫過程 129
5.3.3 串聯可修復系統 130
5.3.4 並聯可修復系統 131
5.3.5 表決可修復系統 131
5.3.6 旁聯可修復系統 132
5.4 基於貝葉斯網絡的系統可靠性
建模 134
5.4.1 貝葉斯網絡基礎 134
5.4.2 基於貝葉斯網絡的系統可靠性
分析步驟 135
5.4.3 基於貝葉斯網絡的系統可靠性
分析案例 136
思考題與習題 140
第6章 故障模式、影響和危害性
分析 142
6.1 概述 142
6.2 FMEA的目的 142
6.3 FMEA的種類 142
6.4 FMEA使用的情形 143
6.5 FMEA執行中的原則 143
6.6 FMEA步驟 144
6.7 DFMEA 145
6.7.1 DFMEA的參加人員 145
6.7.2 DFMEA的輸入輸出 145
6.7.3 DFMEA的執行
（七步法） 146
6.8 PFMEA的執行：七步法 163
思考題與習題 172
第7章 故障樹分析 173
7.1 概述 173
7.1.1 基本定義 173
7.1.2 FTA的特點 173
7.1.3 FTA的標準 174
7.1.4 FTA的目的 175
7.2 故障樹使用的基本術語和
符號 175
7.2.1 事件及符號 175
7.2.2 邏輯門及其符號 176
7.2.3 轉移符號 177
7.2.4 故障樹 177
7.2.5 故障樹分析程序 177
7.3 故障樹的建立 178
7.3.1 演繹法建立故障樹 179
7.3.2 布爾代數 181
7.3.3 故障樹的結構函數 181
7.3.4 故障樹規範化和簡化 182
7.4 故障樹定性分析 183
7.4.1 最小割集 183
7.4.2 最小徑集 186
7.5 故障樹定量分析 187
7.5.1 頂事件發生的概率 188
7.5.2 重要度 192
7.5.3 底事件概率重要度 192
7.5.4 底事件結構重要度 194
7.5.5 底事件相對概率重要度 196
7.5.6 最小割集重要度 197
思考題與習題 197
第8章 故障報告、分析及糾正措施
系統 199
8.1 概述 199
8.1.1 FRACAS的組成 199
8.1.2 FRACAS的特點 200
8.1.3 FRACAS的作用 201
8.1.4 FRACAS的實施時間和
範圍 203
8.2 FRACAS建立的步驟 204
8.3 新產品開發的 FRACAS
實施 204
8.4 FRACAS 舉例 207
思考題與習題 207
第9章 可靠性預計與分配 209
9.1 可靠性預計 209
9.1.1 可靠性預計的分類和內容 209
9.1.2 可靠性預計的方法 211
9.1.3 元器件（零部件）的失效率
預計 213
9.1.4 系統可靠性預計 218
9.2 可靠性分配 222
9.2.1 可靠性分配的理論基礎 222
9.2.2 可靠性分配方法 226
9.2.3 可靠度再分配法 229
9.3 可靠性預計與可靠性分配的
關系 230
思考題與習題 231
第10章 潛在通路分析 232
10.1 潛在通路分析技術的起源 232
10.2 潛在通路分析的概念 233
10.3 潛在通路分析的方法 233
10.3.1 潛在通路分析的特點 233
10.3.2 潛在通路分析的一般程序 233
10.4 潛在通路分析的應用領域 234
10.5 如何選擇適合的潛在通路分析
軟件 235
10.6 潛在通路分析的案例 235
10.7 潛在通路的表現形式 235
10.8 潛在通路的審查要點 236
10.9 潛在通路分析的工具 237
10.9.1 潛在通路分析的工具在不斷
發展和演變 237
10.9.2 利用軟件進行潛在通路分析的
操作步驟 237
思考題與習題 238
第11章 系統熱設計 239
11.1 概述 239
11.2 熱設計的基本概念 239
11.2.1 定義 239
11.2.2 重要性 239
11.3 熱設計的關鍵要素 240
11.3.1 熱源分析 240
11.3.2 散熱途徑 240
11.3.3 熱阻與熱容 241
11.4 熱設計的方法與步驟 242
11.4.1 系統級熱設計 242
11.4.2 模塊級熱設計 246
11.4.3 元器件級熱設計 246
11.5 熱設計優化 247
11.6 先進熱設計技術 248
11.6.1 熱管技術 248
11.6.2 微通道冷卻 249
11.6.3 熱電冷卻 249
11.6.4 復合散熱技術 250
11.7 熱設計仿真與測試 250
11.7.1 仿真工具 250
11.7.2 測試方法 250
11.8 案例分析 251
11.8.1 系統熱設計案例 251
11.8.2 元器件應用可靠性案例 252
思考題與習題 252
第12章 可靠性試驗 253
12.1 概述 253
12.1.1 可靠性試驗的目的 253
12.1.2 可靠性試驗的分類 254
12.2 可靠性試驗方案的編制 255
12.3 任務剖面和環境剖面 255
12.3.1 任務剖面 255
12.3.2 環境剖面 255
12.4 可靠性壽命試驗 256
12.4.1 概述 256
12.4.2 產品壽命參數 256
12.4.3 壽命試驗的分類及方法 257
12.4.4 壽命試驗方案 257
12.5 加速壽命試驗 258
12.5.1 加速壽命試驗概述 258
12.5.2 產品壽命模型 258
12.5.3 加速壽命測試加速因子 260
12.5.4 常用的加速模型及加速
因子 260
12.5.5 加速壽命試驗的應力 262
12.5.6 加速壽命試驗的步驟 263
12.6 可靠性增長試驗 264
12.6.1 概述 264
12.6.2 可靠性增長模型 265
12.6.3 可靠性增長計劃 267
12.6.4 可靠性增長試驗的實施 268
12.6.5 可靠性增長活動的管理
工作 269
12.7 可靠性篩選試驗 269
12.7.1 可靠性篩選的目的和原理 269
12.7.2 篩選原則及常見篩選
應力 270
12.7.3 可靠性篩選方案設計 272
12.8 高加速壽命試驗、高加速應力
篩選試驗 277
12.8.1 概述 277
12.8.2 高加速壽命試驗 278
12.8.3 高加速應力篩選試驗 284
12.9 可靠性抽樣試驗 285
12.9.1 可靠性抽樣試驗概述 285
12.9.2 可靠性驗證試驗大綱 286
12.9.3 指數壽命型統計試驗
方案 287
12.9.4 全數試驗 291
12.10 環境適應性試驗 291
12.10.1 溫度測試 292
12.10.2 濕度測試 293
12.10.3 振動試驗 294
12.10.4 沖擊試驗 294
12.10.5 鹽霧試驗 295
12.10.6 太陽輻照試驗 295
12.10.7 電磁兼容性測試 296
12.11 長期運行試驗 296
12.12 零失效驗證 296
12.12.1 適用範圍 297
12.12.2 最小樣本量計算 297
12.12.3 加速因子計算 298
12.12.4 工程應用註意事項 299
思考題與習題 300
第13章 可靠性評估：從傳統方法到
AI大數據融合 301
13.1 可靠性評估的作用 301
13.2 傳統可靠性評估綜述 302
13.2.1 常用可靠性評估方法 302
13.2.2 可靠性評估的實施步驟 304
13.2.3 可靠性評估的局限及對策 304
13.2.4 傳統可靠性評估案例 305
13.3 基於AI與大數據的產品全生命
周期可靠性融合評估方法 311
13.4 基於AI與數據驅動的可靠性
建模與評估方法 314
13.5 DeepSeek與不確定量化在
可靠性評估中的協同 320
13.5.1 DeepSeek在可靠性評估中的
技術突破 321
13.5.2 DeepSeek與UQ代理模型的
協同演進 321
13.5.3 技術路線的戰略選擇建議 322
13.6 AI大模型在可靠性研究中的
部分應用場景 323
13.6.1 復雜系統故障預測與根因
分析 323
13.6.2 加速壽命試驗（ALT）
優化 325
13.6.3 可靠性設計優化 326
13.7 AI與大數據在可靠性評估中的
優勢、挑戰與展望 328
思考題與習題 330
第14章 可靠性管理 332
14.1 可信性與可靠性的關系 332
14.2 可靠性管理體系 334
14.2.1 可靠性管理體系的方針和
目標 334
14.2.2 可靠性管理體系的特征 335
14.2.3 可靠性管理體系的關鍵
要素 336
14.2.4 可靠性大綱與可靠性
計劃 338
14.2.5 可靠性組織職責 338
14.3 產品生命周期管理 340
14.3.1 戰略與戰術管理 340
14.3.2 典型管理模型 340
14.3.3 需求管理 342
14.3.4 可靠性元素 344
14.3.5 制定質量與可靠性要求 345
14.3.6 可靠性輸出 346
14.3.7 設計評審 348
14.4 供應商可靠性溝通與管理 348
14.4.1 供應商可靠性管理 348
14.4.2 供應商溝通 350
14.4.3 次級供應商的管控 350
14.5 可靠性成熟度 351
14.5.1 可靠性理念的成熟度 351
14.5.2 組織的可靠性流程
成熟度 352
14.5.3 可靠性工程師能力的
成熟度 353
14.6 可靠性手冊 354
14.7 可靠性團隊建設和培訓 354
14.8 可靠性組織結構 355

14.8.1 基於質量保證的組織
架構 356
14.8.2 基於工程的組織架構 356
14.8.3 不同組織類型的比較 356
14.9 項目可靠性計劃 357
14.10 生產過程的質量控制 357
14.10.1 QA部門職責 358
14.10.2 制定生產質量標準 358
14.10.3 生產質量表現與成本
監控 358
14.10.4 質量培訓 358
14.10.5 質量審核與體系認證 358
思考題與習題 359
參考文獻 360
叢書後記 361