可靠性工程（陈洪根）

产品可靠性是衡量一个国家工业化发展程度的重要度量。自20世纪40年代由美国军工、航天、航空、电子等工业部门提出以来，可靠性理论已成为保障产品质量和系统安全的有效途径，在航空航天、石油化工、机械、核能等领域得到广泛应用。当前，我国正处于由制造大国向制造强国转变升级的关键发展阶段，可靠性作为质量的核心指标在这一转型发展过程中具有比以往更加显著的重要作用，并被越来越多的企事业单位所重视和认识。推广和普及可靠性工程理论与方法技术，培养更多掌握可靠性工程理论的专业人才，有利于缓解我国产业转型升级中可靠性工程人才的供需矛盾，赋能我国由制造大国向制造强国转变。

本书是郑州航空工业管理学院工业工程专业一流本科专业建设成果教材，主要为满足高等院校质量管理工程、飞行器质量与可靠性、飞行器适航技术、安全工程等专业本科生和研究生的学习需要而编写。重点内容包括：可靠性基本概念、常用度量参数和寿命分布等基础理论；不可修系统可靠性模型、一般网络可靠性模型、经典可修系统可靠性模型等常用的系统可靠性模型；可靠性分配方法、可靠性预计方法、机械产品可靠性设计技术、电子产品可靠性设计技术等基础可靠性设计理论；故障模式、影响与危害性分析和故障树分析等故障分析技术；环境应力筛选试验、可靠性研制试验、可靠性验证试验、可靠性寿命试验和可靠性增长试验等可靠性试验基本理论与方法；可靠性数据统计分析、分布检验、参数估计等可靠性数据分析技术；以可靠性为中心的维修方式决策模型、预防维修中期决策模型等RCM（reliabilitycentered maintenance）决策技术；可靠性软件及应用。

本书具有以下特点：①融入课程思政。通过“学而思之”“链接小知识”等栏目设置，引导学生利用所学的课程知识对时事政治、优秀传统文化等知识和现象进行思考分析，消除思政学习的枯燥性，锻炼学生利用专业知识分析具体问题能力的同时，潜移默化地培养学生的建设国家使命感、中华文化认同感和民族自豪感，激发学生的学习动力，提升学生的文化素养，实现思政教育和专业知识学习的有机融合。②强化应用实践能力培养。通过“即学即用”“案例分析”“课后习题”等栏目设置，以及可靠性软件及应用章节内容设置，构建立体化的实践应用知识体系，加强对学生实践应用能力的培养。③突出航空航天特色。可靠性工程源于航空航天领域，相关方法技术在航空航天领域得到广泛应用，通过在“引导案例”“案例分析”“习题例题”等环节引入航空航天背景的实例和材料，不仅有助于进一步强化学生对可靠性工程理论发展起源的理解，而且鉴于航空航天产品的高科技属性，还有助于激发学生的学习兴趣。

本书共分9章。章由陈洪根和李镇编写，第二章由李婧和李镇编写，第三章由尹莉萍编写，第四章由牛林清编写，第五章和第九章由方鹏亚编写，第六章由李镇编写，第七章由陈洪根编写，第八章由牛小娟编写。全书由陈洪根统稿。郑州航空工业管理学院管理工程学院李诗宇、邓阳、王鹏翔和航空工程学院代鹏雁、李静等五位研究生参与了本书的部分绘图和案例资料整理等工作。

本书在编写过程中，参考和利用了国内外学者的著作和材料，除了部分在正文中加以标注外，其余均以参考文献形式列在书后，在此谨向原作者表示衷心感谢。如有遗漏，敬请告知。

由于编者水平有限，对可靠性工程领域所涉及知识和内容的把握可能存在不足，书中的疏漏在所难免，敬请广大读者批评指正。

编者

2022年4月

面对市场经济竞争和消费者对产品可靠性的需求，《可靠性工程》立足于现代可靠性理论及其发展，参考国内外可靠性工程领域的成功经验和方法，按照“可靠性基础理论、可靠性模型、可靠性技术、可靠性管理、可靠性应用”这一主线，系统介绍了可靠性工程基本理论、方法和技术，突出强调可靠性工程理论方法与实践应用的结合，重点培养学生的学以致用能力。全书共分9章，内容包括：可靠性基础理论、系统可靠性模型、可靠性设计、系统可靠性故障分析、可靠性试验、可靠性数据分析、RCM（reliability-centered maintenance）分析、可靠性管理和可靠性软件及应用。

面对市场经济竞争和消费者对产品可靠性的需求，《可靠性工程》立足于现代可靠性理论及其最新发展，参考国内外可靠性工程领域的成功经验和方法，按照“可靠性基础理论、可靠性模型、可靠性技术、可靠性管理、可靠性应用”这一主线，系统介绍了可靠性工程基本理论、方法和技术，突出强调可靠性工程理论方法与实践应用的结合，重点培养学生的学以致用能力。全书共分9章，内容包括：可靠性基础理论、系统可靠性模型、可靠性设计、系统可靠性故障分析、可靠性试验、可靠性数据分析、RCM（reliability-centered maintenance）分析、可靠性管理和可靠性软件及应用。

陈洪根，郑州航空工业管理学院，教授，2009年至今在郑州航空工业管理学院质量管理工程教研室从事质量与可靠性工程领域的教学和科研工作，期间作为河南省博士服务团成员被选派到企业全职担任生产质量与可靠性顾问工作一年；迄今主持完成国家自然科学基金、人文社科项目、航空科学基金等省部级以上课题近十项，发表学术论文近百篇，出版专著1部、教材1部

章可靠性工程基础理论1

节可靠性工程概述2

一、可靠性工程的发展2

二、可靠性工程的重要意义3

三、可靠性工程的研究对象、任务与基本内容4

四、可靠性工程的特点5

第二节可靠性工程的基本概念6

一、可靠性定义及相关基本概念6

二、故障定义及相关基本概念8

第三节可靠性常用度量参数9

一、可靠性度量参数9

二、维修性度量参数16

三、有效性度量参数18

第四节常用寿命分布19

一、连续分布模型20

二、离散分布模型25

本章小结27

【知识图谱】27

【基本概念】27

【学而思之】27

本章习题28

第二章系统可靠性模型29

节系统和可靠性框图30

一、系统及其分类30

二、可靠性框图31

第二节不可修复系统可靠性模型31

一、串联系统可靠性模型32

二、并联系统可靠性模型33

三、混联系统可靠性模型34

四、表决系统可靠性模型36

五、旁联系统可靠性模型37

第三节一般网络的可靠性模型45

一、一般网络系统45

二、布尔真值表法45

三、概率图法46

四、全概率分解法48

五、小路集法50

六、小割集法56

第四节可修系统的可靠性模型58

一、可修系统58

二、随机过程58

三、马尔可夫过程58

四、经典可修系统可靠性模型63

本章小结77

【知识图谱】77

【基本概念】78

【学而思之】78

本章习题78

第三章可靠性设计80

节可靠性设计概述80

一、可靠性设计重要性81

二、可靠性设计目的与要求82

三、可靠性设计原则83

四、可靠性设计内容和一般过程83

第二节可靠性分配84

一、可靠性分配目的84

二、可靠性分配原则85

三、可靠性分配方法85

四、注意事项90

第三节可靠性预计90

一、可靠性预计目的及用途90

二、可靠性预计分类和一般过程91

三、可靠性预计方法91

四、可靠性预计的局限性96

第四节机械产品的可靠性设计96

一、机械产品可靠性设计原则96

二、机械产品可靠性设计技术97

第五节电子产品的可靠性设计102

一、电子产品可靠性设计原则102

二、电子产品可靠性设计技术103

本章小结111

【知识图谱】111

【基本概念】112

【学而思之】112

本章习题113

第四章系统故障分析技术114

节故障模式、影响与危害性分析115

一、FMECA概述115

二、故障模式及影响分析118

三、危害性分析122

四、应用实例124

第二节故障树分析127

一、FTA概述127

二、故障树构建129

三、故障树数学描述134

四、故障树定性分析137

五、故障树定量分析142

六、FTA应用实例148

本章小结150

【知识图谱】150

【基本概念】150

【学而思之】151

本章习题151

第五章可靠性试验153

节可靠性试验概述153

一、可靠性试验的目的154

二、可靠性试验的分类154

三、可靠性试验的要素155

第二节环境应力筛选试验157

一、环境应力筛选的概念157

二、环境应力筛选的特征158

三、典型环境应力的特性158

四、环境应力筛选方案设计160

第三节可靠性研制试验160

一、可靠性研制试验的概念161

二、可靠性研制试验的特征161

三、可靠性增长摸底试验162

四、可靠性强化试验163

第四节可靠性验证试验167

一、可靠性验证试验的概念167

二、抽样试验的原理及分类167

三、抽样试验的参数及试验方法168

四、可靠性验证试验的一般流程169

第五节可靠性寿命试验171

一、寿命试验的概念及分类171

二、寿命试验的设计原则172

三、寿命试验的主要步骤172

四、加速寿命试验173

第六节可靠性增长试验174

一、可靠性增长试验的概念174

二、可靠性增长试验的方式174

三、可靠性增长试验模型175

本章小结177

【知识图谱】177

【基本概念】178

【学而思之】178

本章习题178

第六章可靠性数据分析179

节可靠性数据分析概述180

一、可靠性数据分析的目的和任务180

二、可靠性数据分析的内容180

三、可靠性数据分析的基本方法182

第二节可靠性数据的收集184

一、可靠性数据的来源184

二、可靠性数据的特点186

三、可靠性数据的收集要求和程序187

第三节可靠性数据初步整理分析189

一、可靠性数据的排列图分析和因果图分析189

二、数据分析的直方图192

三、样本的经验分布函数196

第四节分布的拟合优度检验197

一、皮尔逊检验197

二、K-S检验200

三、指数分布寿命试验的数据分析202

四、正态分布和威布尔分布完全寿命试验的参数估计209

五、数据分析中寿命分布的选择210

本章小结211

【知识图谱】211

【基本概念】211

【学而思之】212

本章习题212

第七章RCM分析213

节RCM概述213

一、RCM基本概念214

二、RCM发展历史214

第二节RCM基本原理216

一、RCM基本观点216

二、RCM基本准则217

三、RCM分析过程217

第三节RCM逻辑决策模型218

一、维修方式决策的逻辑决断图218

二、预防维修周期决策常用模型218

第四节RCM应用案例226

一、系统组成和工作原理226

二、重要功能产品确定227

三、FMEA227

四、维修方式确定229

五、维修周期优化229

本章小结230

【知识图谱】230

【基本概念】230

【学而思之】230

本章习题231

第八章可靠性管理232

节可靠性管理概述232

一、可靠性管理定义233

二、可靠性管理内容233

三、可靠性管理原则234

第二节可靠性工作组织体系234

一、型号指挥系统职责235

二、设计师系统职责235

三、可靠性专业队伍职责235

第三节可靠性过程管理235

一、开发设计阶段的可靠性管理235

二、生产过程的可靠性管理236

三、销售、服务过程的可靠性管理236

四、使用维修过程的可靠性管理236

第四节可靠性数据管理236

一、可靠性数据的来源237

二、可靠性数据的特点和分类237

三、可靠性数据的管理和交换237

四、故障报告、分析和纠正措施系统237

第五节可靠性评审239

一、可靠性评审的一般程序和要求239

二、可靠性评审的主要内容239

第六节可靠性标准化242

第七节可靠性教育243

本章小结244

【知识图谱】244

【基本概念】245

【学而思之】245

本章习题245

第九章可靠性软件及应用246

节可靠性软件功能介绍247

一、常用可靠性软件介绍247

二、Reliability Workbench功能介绍250

第二节可靠性软件应用案例253

一、飞机燃油系统可靠性框图分析253

二、飞机电源系统FMECA256

本章小结261

【知识图谱】261

【基本概念】261

【学而思之】262

本章习题262

参考文献263

附录264

面对市场经济竞争和消费者对产品可靠性的需求，《可靠性工程》立足于现代可靠性理论及其发展，参考国内外可靠性工程领域的成功经验和方法，按照“可靠性基础理论、可靠性模型、可靠性技术、可靠性管理、可靠性应用”这一主线，系统介绍了可靠性工程基本理论、方法和技术，突出强调可靠性工程理论方法与实践应用的结合，重点培养学生的学以致用能力。全书共分9章，内容包括：可靠性基础理论、系统可靠性模型、可靠性设计、系统可靠性故障分析、可靠性试验、可靠性数据分析、RCM（reliability-centered maintenance）分析、可靠性管理和可靠性软件及应用。

陈洪根，郑州航空工业管理学院，教授，2009年至今在郑州航空工业管理学院质量管理工程教研室从事质量与可靠性工程领域的教学和科研工作，期间作为河南省博士服务团成员被选派到企业全职担任生产质量与可靠性顾问工作一年；迄今主持完成国家自然科学基金、人文社科项目、航空科学基金等省部级以上课题近十项，发表学术论文近百篇，出版专著1部、教材1部