内容简介

　　《可靠性设计分析基础》是在借鉴国外可靠性技术专业教材的先进理念、吸收近十年来相关领域新技术的基础上编写完成的。全书强调基础性，以故障及其防控为线索，将各类可靠性设计分析方法有机整合，突出可靠性设计分析的基本原理和基础方法。

　　《可靠性设计分析基础》共分为7章。首先概述可靠性技术发展历程与趋势、设计分析特点与流程等，以建立可靠性技术的整体性认识。然后阐述故障规律和可靠性模型，体现了教材的基础性；以故障和可靠性要求为核心，以故障的分析与识别、预防与控制为主线，将各种可靠性设计分析方法有机地组织到一起，体现了教材的系统性；引入基于行为仿真的可靠性模型、基于载荷分析的薄弱环节识别以及RMS综合集成等方法，体现了教材的前沿性。

　　《可靠性设计分析基础》可作为高等院校质量与可靠性相关专业的本科和研究生教材，也可供型号各类产品的设计人员、可靠性工程专业技术人员等学习和参考。

目录

第1章　概　述 1

1．1　可靠性工程技术的发展历程与趋势 1

1．1．1　可靠性及其重要性 1

1．1．2　美国可靠性工程技术的发展历程 3

1．1．3　我国可靠性工程技术的发展历程 4

1．1．4　可靠性工程技术的发展趋势 5

1．2　可靠性设计与分析的特点及流程 7

1．2．1　可靠性设计与分析的地位 7

1．2．2　可靠性设计与分析的特点 8

1．2．3　可靠性设计与分析的流程? 9

习　　题 14

第2章　产品故障及其规律 15

2．1　产品故障及其定义 15

2．1．1　产品功能 15

2．1．2　产品故障 16

2．2　产品故障的度量方法 17

2．2．1　故障的概率度量 18

2．2．2　故障的时间度量 21

2．3　产品故障规律描述 25

2．3．1　故障统计模型 26

2．3．2　故障协变模型 35

2．3．3　故障物理模型 38

习　　题 57

第3章　系统可靠性建模 62

3．1　可靠性模型概述 62

3．1．1　可靠性模型及分类 62

3．1．2　系统功能分析与任务定义 63

3．2　基于故障逻辑的系统可靠性模型 67

3．2．1　可靠性框图(RBD)模型 67

3．2．2　故障树模型 77

3．2．3　马尔科夫(Markov)模型? 89

3．3　基于行为仿真的系统可靠性模型? 99

3．3．1　系统可靠性仿真模型建立方法 99

3．3．2　蒙特卡洛可靠性仿真方法 104

习　　题 107

第4章　系统可靠性要求、分配与预计 113

4．1　概　述 113

4．2　可靠性参数指标与要求 113

4．2．1　相关基本概念 113

4．2．2　可靠性参数指标 116

4．2．3　可靠性要求 119

4．3　可靠性要求分配 123

4．3．1　基本思想和原理 123

4．3．2　主要方法 124

4．3．3　应用案例 140

4．4　可靠性预计 144

4．4．1　单元可靠性预计 145

4．4．2　基于故障逻辑模型的系统可靠性预计 156

4．4．3　基于行为仿真模型的系统可靠性预计 164

习　　题 165

第5章　故障及薄弱环节的分析与识别 170

5．1　概　述 170

5．2　故障模式影响及危害性分析 171

5．2．1　基本思想和原理 171

5．2．2　故障模式影响分析(FMEA) 172

5．2．3　危害性分析 181

5．2．4　FMECA 结果与工作要求 185

5．2．5　应用案例 187

5．3　基于载荷分析的薄弱环节识别 191

5．3．1　基本思想和原理 191

5．3．2　载荷应力分析的有限元法 192

5．3．3　可靠性薄弱环节仿真分析 197

5．3．4　应用案例 204

5．4　潜通路分析 210

5．4．1　基本思想和原理 210

5．4．2　分析的基本过程 211

5．4．3　应用案例 218

习　　题 220

第6章　故障预防与控制 222

6．1　概　述 222

6．2　余度(冗余)设计 223

6．2．1　基本思想和原理 223

6．2．2　常见形式及分类 226

6．2．3　基本过程 229

6．2．4　工作要求和原则 232

6．3　降额和裕度设计 233

6．3．1　基本思想和原理 233

6．3．2　降额设计 233

6．3．3　裕度设计 239

6．4　稳健性设计? 240

6．4．1　基本思想和原理 240

6．4．2　系统设计中TRIZ方法 241

6．4．3　参数设计 244

6．4．4　容差设计 252

6．4．5　稳健优化设计 256

6．5　成品控制与管理 258

6．5．1　零部件的选择与控制 259

6．5．2　元器件的选择与控制 263

6．5．3　原材料的选择与控制 268

6．6　环境防护设计 270

6．6．1　基本思想和原理 270

6．6．2　常见的环境载荷及分类 271

6．6．3　典型环境防护设计方法 274

习　　题 285

第7章　面向故障防控的RMS综合集成方法? 286

7．1　可靠性与可靠性系统工程 286

7．2　产品寿命周期故障防控体系 286

7．3　RMS综合集成机理 287

7．3．1　RMS内部集成 288

7．3．2　RMS与性能之间的集成 288

7．3．3　RMS技术与管理的集成 288

7．4　RMS综合集成技术 289

7．4．1　数据集成技术 289

7．4．2　流程集成技术 290

7．4．3　特性集成技术 291

7．5　RMS综合集成平台 293

7．5．1　集成平台的体系结构 293

7．5．2　集成平台的物理视图 294

7．5．3　集成平台的运行剖面 295

7．6　RMS综合集成典型工作场景 296

习　　题 300

参考文献 301

前言/序言

　　产品的可靠性是设计、生产和管理出来的。可靠性设计是产品可靠性水平的决定性因素，其地位十分重要。随着我国军民品研制单位对可靠性工作的推进和深化，国内高校和型号研制单位对可靠性设计分析教材的需求日益旺盛，同时也提出了新的更高的要求。作为本书的重要基础，？系统可靠性设计分析教程？（北航版）自2001年出版以来，多次印刷，受到高校和工程界的广泛欢迎，被评为北京市精品教材。然而十多年过去了，我国可靠性设计分析技术通过引进创新所取得的很多新发展，通过各类工程实践所形成的丰富经验和案例，都有待进行系统性的整理、更新和补充。另一方面，近年来国内出版了不少可靠性工程技术方面的著作，但这些著作主要依据美国或中国的工程标准，偏向于工程应用，理论性和系统性稍弱，并不十分适于教学使用。

　　本书是在总结北航二十年可靠性工程教育教学经验并借鉴国外可靠性专业教材的先进理念和优选近十年可靠性设计分析技术新发展的基础上编写的。与？系统可靠性设计分析教程？相比，本书更加强调了可靠性设计分析的基本原理和基础方法，并反映了可靠设计分析技术的新发展。本书内容按理论基础、工程实践和综合集成的顺序组织，可划分为以下4大部分：

　　第一部分为全书概述，即第1章。主要介绍可靠性技术的发展历程与趋势、设计分析特点与流程等，使读者建立可靠性的基本概念和整体性认识，了解可靠性技术的产生背景和初步的可靠性工程技术框架。其中，1．2．3小节是关于可靠性设计与分析流程的内容，建议学完全书内容后，再结合系统工程理论和知识深入阅读。

　　第二部分为基础理论，包括第2章和第3章。可靠性设计分析是以故障为中心开展的，因此第2章从正确认知故障、度量故障和掌握故障规律的角度出发，阐述故障的定义、故障的度量参数，并重点介绍故障统计模型、故障协变模型和故障物理模型等三类基础单元故障模型，为可靠性建模与分析奠定理论基础。第3章基于单元故障规律功能逻辑关系和功能过程行为，介绍系统可靠性建模理论与方法，主要包括基于故障逻辑的可靠性模型和基于系统行为的可靠性模型两类典型模型。

　　第三部分为工程方法，包括第4章、第5章和第6章，是基础理论在工程上的运用，介绍可靠性设计分析领域中的主要工程方法。其中，第4章讲解可靠性设计分析涉及的基本概念和常用参数，并重点介绍可靠性要求的制定方法、可靠性定量参数的分配方法和预计方法。第5章以故障及薄弱环节的分析与识别为线索，介绍故障模式影响及危害性分析、载荷应力分析、可靠性仿真分析、潜通路分析等可靠性分析方法。第6章以故障的预防与控制为线索，介绍余度设计、降额与裕度设计、稳健性设计、成品控制与管理、环境防护设计等可靠性设计方法。

　　第四部分为综合应用，即第7章。从可靠性系统工程的基本理论出发，以构建产品寿命周期内的故障防控体系为中心，介绍RMS综合集成机理、综合集成方法及综合集成平台。该部分涉及内容较广，不仅包括可靠性工程过程，也涵盖了维修性工程和保障性工程等内容，具有较强的综合性，建议在学习相关知识的基础上研读。

　　本书以故障为中心，将各种可靠性设计分析方法有机地组织到一起，体现了知识的系统性。其中，基于行为仿真的系统可靠性模型（3．3节）、基于载荷分析的薄弱环节识别（5．3节）、面向故障防控的RMS综合集成方法（第7章）等方法的阐述，体现了可靠性工程领域的技术前沿性，这些内容主要介绍相关的概念、原理和方法流程，而具体的技术内容和方法不进行介绍，也不作为教学要求。

　　参与本书编写工作的有曾声奎（第1章）、任羿（第2章、第3章）、孙博（2．3节、第4章、5．3节、6．2节、6．5节）、冯强（第5章、6．1节、6．6节、第7章）、郭健彬（第6章、3．3节）。全书由曾声奎主编，任羿副主编，王自力、赵廷弟主审。

　　本书可作为高等院校质量与可靠性相关专业的本科和研究生教材（其中标有？号的章节可作为选修内容），也可供型号各类产品的设计人员、可靠性工程专业技术人员等学习和参考。

　　由于水平有限，书中错误或不当之处在所难免，望读者指正。

　　编者

　　2015年7月于北京航空航天大学为民楼

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