第一部分 概念和模型 1
第1章 可靠性评估概述 1
1.1 质量与可靠性 1
1.1.1 质量 1
1.1.2 可靠性（长寿命和鲁棒性） 1
1.1.3 寿命 2
1.1.4 鲁棒性 3
1.1.5 关于鲁棒性试验的注意事项 3
1.1.6 可靠性是长寿命和鲁棒性 4
1.2 故障的描述 4
1.2.1 故障模式和故障机理 4
1.2.2 突发故障（与事件有关） 5
1.2.3 突发故障（与时间有关） 5
1.2.4 渐变退化故障（与时间有关） 5
1.2.5 潜在缺陷故障 5
1.3 故障物理学 5
1.3.1 第一阶段：故障模式分析 6
1.3.2 第二阶段：消除或减轻故障的根本原因 6
1.3.3 第三阶段：故障概率的定量估计 8
1.3.4 PoF实例：灯泡 9
1.4 确定性的可靠性建模 11
1.5 经验可靠性模型 12
1.5.1 单应力加速模型：Arrhenius模型 12
1.5.2 单应力加速模型：Coffin-Manson模型 13
1.5.3 双应力加速模型：热应力和非热应力 15
1.5.4 双应力加速模型：热应力和非热应力相关 16
1.6 评估可靠性的方法 16
1.6.1 外场使用 16
1.6.2 使用条件下的实验室老化 19
1.6.3 加速老化实验室试验 20
1.7 可靠性估计值的可信度 22
1.7.1 可信度：基于现场返修故障的估计 22
1.7.2 可信度：实验室样本、老化和建模 23
1.7.3 两个例子 24
1.7.4 关于可靠性评估的补充述评 26
1.8 降额和冗余 27
1.8.1 例子：降额和冗余同时使用的仿真算例 28
1.9 故障分类 29
1.9.1 浴盆曲线 29
1.9.2 正常故障（耗损） 30
1.9.3 非正常故障（早期缺陷和故障） 31
1.10 可靠性保证工作中的各阶段 33
1.10.1 预先合格鉴定 33
1.10.2 验证（通过筛选的可靠性） 39
1.10.3 合格鉴定 42
1.10.4 监察 43
1.10.5 再次合格鉴定 43
附录1A：例——光检测元件老炼 44
参考文献 45
第2章 随机性的概念 50
2.1 随机、确定性和不规则（CHAOS） 50
2.1.1 随机 50
2.1.2 随机性与确定性：混合的情况 51
2.1.3 确定论 52
2.1.4 不规则（chaos） 52
2.2 可靠性中的随机概念 62
2.2.1 例2-1：灯泡失效 62
2.2.2 例2-2：原子核和原子的自发放射 63
2.2.3 例2-3：掷硬币（“最后一个站着的人”） 63
2.2.4 例2-4：假定的电阻失效 65
2.2.5 例2-5：假定的电容失效 66
2.3 随机的和有代表性的样本 68
参考文献 68
第3章 概率与抽样 71
3.1 概率定律简介 71
3.2 概率定律 71
3.3 二项式分布 72
3.3.1 示例：购买5个轮胎 73
3.3.2 上限和置信水平 74
3.4 泊松分布 81
3.4.1 示例：购买5个轮胎 82
3.4.2 上限和置信水平 82
3.5 使用泊松近似法的局限 84
3.6 示例：比特错误率的范围 88
3.7 示例：卡方法 90
附录3A：由N个单元组成的系统的失效概率的范围 91
参考文献 92
第4章 可靠性函数 93
4.1 引言 93
4.2 可靠性函数 93
4.2.1 生存函数 93
4.2.2 故障函数（CDF） 94
4.2.3 概率密度函数 94
4.2.4 故障率 95
4.3 平均故障率 96
4.4 故障率单位 97
4.5 竞争风险模型 98
4.6 混合分布模型 100
4.7 竞争风险混合模型 101
4.8 可靠性函数关系总结 102
4.8.1 给定f（t） 102
4.8.2 给定F（t） 102
4.8.3 给定S（t） 102
4.8.4 给定λ（t） 103
参考文献 103
第5章 可靠性模型：指数模型 105
5.1 引言 105
5.2 指数模型 105
5.3 指数模型应用：不可修产品 107
5.3.1 案例5-1：汽车轮胎故障 107
5.3.2 案例5-2：记录错误 108
5.3.3 案例5-3：放射性衰变和自发辐射 109
5.3.4 案例5-4：冲击故障 109
5.4 指数模型应用：可修产品 111
5.4.1 案例5-5：巴士发动机故障 112
5.4.2 案例5-6：灯泡故障仿真 112
5.4.3 案例5-7：轮胎故障仿真 112
5.5 指数模型推导 114
5.5.1 放射性衰变观测 114
5.5.2 机会法则 115
5.5.3 齐次泊松过程 115
5.5.4 量子化学 117
5.5.5 系统故障观测 118
5.6 案例：零故障老化试验置信上限估计 118
5.6.1 指数模型在零故障加速老化试验中的应用 118
5.6.2 Weibull模型在零故障加速老化试验中的应用 122
5.6.3 指数模型和使用环境下的零故障老化试验 124
5.6.4 指数模型和现场环境下的零故障老化 124
5.7 案例：部分故障老化试验置信上限估计 125
5.7.1 零故障（n＝0） 125
5.7.2 一个样本故障（n＝1） 126
5.7.3 多个样本故障（n〉0） 127
5.8 零故障（n＝0）点估计 128
5.8.1 方法一 128
5.8.2 方法二 129
5.9 无记忆性 129
5.10 指数模型在耗损型故障产品中的近似应用 130
附录5A：边界热激活能 130
参考文献 131
第6章 可靠性模型：Weibull模型和对数正态模型 134
6.1 引言 134
6.2 Weibull模型 134
6.2.1 Weibull模型的一些应用 136
6.2.2 Weibull模型的数学性质 137
6.3 对数正态模型 139
6.3.1 对数正态模型的一些应用 140
6.3.2 对数正态模型的数学根据 140
6.3.3 对数正态型耗损：平均寿命延长 145
参考文献 146
第7章 人类和组件的浴盆曲线 150
7.1 人类死亡浴盆曲线 150
7.2 人类死亡统计学 150
7.3 人类死亡浴盆曲线举例 151
7.4 人类死亡寿命的对比解释 154
7.5 人类和其他生物的统计寿命模型 155
7.6 人类死亡的Gompertz模型：估计实例 155
7.7 人类死亡率的回归模型：估计实例 158
7.8 人类死亡的Weibull模型：估计实例 162
7.9 蠕虫死亡率回归模型（1）：估计实例 162
7.10 蠕虫死亡率Weibull模型（2）：估计实例 164
7.11 Gompertz模型和高龄非老化（Late-Life Nonaging）：解释实例 165
7.12 Logistic模型和高龄非老化：解释实例 166
7.13 寿命不一致性以及高龄非老化 167
7.13.1 表观遗传：寿命不一致的潜在原因 167
7.13.2 表观遗传：寿命不一致性试验 168
7.14 组件浴盆曲线 169
7.15 组件浴盆曲线建模 171
7.16 经验浴盆曲线案例 175
7.16.1 案例7-1：机械系统 175
7.16.2 案例7-2：真空管 176
7.16.3 案例7-3：CMOS集成电路阵列 177
7.16.4 案例7-4：非霍奇金淋巴瘤 178
7.16.5 结论：经验浴盆曲线 179
7.17 传统浴盆曲线的三大区域 179
7.17.1 寿命初期的故障（早期故障和畸形故障） 179
7.17.2 工作或使用寿命阶段：恒定故障率模型 189
7.17.3 耗损阶段 192
7.18 人类和组件的故障率 200
参考文献 200
第二部分 案例研究 206
第8章 故障数据建模介绍 206
8.1 概述 206
8.2 统计学建模的动机 206
8.2.1 早期故障消除 206
8.2.2 安全寿命或故障树间隔估计 207
8.2.3 质量控制 208
8.3 统计学寿命模型 208
8.4 双参数模型选择 209
8.4.1 不受早期故障影响的数据 210
8.4.2 受早期故障影响的数据 210
8.4.3 结果对剔除的敏感性 212
8.5 三参数模型选择 218
8.5.1 示例1：具有阈值的理想Weibull分布 219
8.5.2 示例2：具有阈值的仿真Weibull分布 220
8.5.3 示例3：镍金属丝疲劳 222
8.5.4 示例4：焊接疲劳 223
8.5.5 示例5：电迁移故障 224
8.5.6 示例6：拒绝利用三参数Weibull模型的原因 225
8.6 Weibull混合模型 226
8.7 相似模型描述 227
8.7.1 Weibull模型和正态模型 227
8.7.2 对数正态模型和正态模型 230
8.8 故障阈值或安全寿命的估计 231
8.9 模型参数的估计 231
8.10 统计学拟合优度检验 232
8.11 样本大小的限制 233
8.11.1 仿真1 233
8.11.2 仿真2 237
8.11.3 仿真3 243
8.11.4 仿真研究结论概述 244
8.12 解释的限制 244
8.13 数据集分析组织 245
8.14 分析结果概述 246
8.15 未预测到的结果：表8.5和表8.6 250
8.16 疲劳故障统计学模型 251
8.16.1 Weibull模型 251
8.16.2 对数正态模型 252
8.16.3 Gamma模型 252
8.16.4 Birnbaum-Saunders（BS）模型 252
8.17 结论 253
参考文献 253
第9章 50台理想Weibull设备 258
9.1 分析1 258
9.2 分析2 261
9.3 结论 262
参考文献 263
第10章 50台理想对数正态设备 264
10.1 分析1 264
10.2 分析2 267
10.3 分析3 268
10.4 分析4 269
10.5 结论 272
参考文献 273
第11章 50台理想正态设备 274
11.1 分析1 274
11.2 分析2 276
11.2.1 情况1 276
11.2.2 情况2 277
11.3 分析3 280
11.4 结论 281
参考文献 282
第12章 50台理想Weibull和对数正态设备 283
12.1 5台理想Weibull设备 283
12.2 5台理想对数正态设备 285
12.2.1 分析1 285
12.2.2 分析2 285
12.2.3 分析3 287
12.3 结论 289
参考文献 290
第13章 9个不确定组件 291
13.1 分析1 291
13.2 分析2 293
13.3 结论 295
第14章 10个绝缘电缆样本 297
14.1 绝缘电缆样本：类型1 297
14.1.1 分析1 297
14.1.2 分析2 298
14.1.3 分析3 300
14.1.4 结论：类型1 301
14.2 绝缘电缆样本：类型2 303
14.2.1 分析1 303
14.2.2 分析2 305
14.2.3 结论：类型2 306
14.3 绝缘电缆样本：类型1和类型2结合 306
14.3.1 分析1 307
14.3.2 分析2 308
14.3.3 结论：类型1和类型2 309
参考文献 310
第15章 10个钢样本 311
15.1 设置1（应力A） 311
15.1.1 分析1 311
15.1.2 分析2 312
15.1.3 分析3 313
15.1.4 结论：设置1（应力A） 314
15.2 设置2（应力B） 314
15.3 设置3（应力C） 315
15.3.1 分析1 316
15.3.2 结论：设置3（应力C） 317
15.4 设置4（应力D） 317
15.4.1 分析1 317
15.4.2 结论：设置4（应力D） 318
15.5 结论：总体 318
参考文献 319
第16章 12个电气绝缘样本 320
16.1 电气绝缘：A型 320
16.1.1 分析1 320
16.1.2 分析2 322
16.1.3 分析3 322
16.1.4 分析4 323
16.1.5 结论：A型 324
16.2 电气绝缘：B型 325
16.2.1 分析1 325
16.2.2 分析2 327
16.2.3 分析3 327
16.2.4 分析4 329
16.2.5 结论：B型 329
16.3 电气绝缘：A型和B型结合 330
16.3.1 分析1 330
16.3.2 分析2 332
16.3.3 分析3 333
16.3.4 结论：A型和B型组合 333
参考文献 335
第17章 13个飞机部件 336
17.1 分析1 336
17.2 分析2 337
17.3 分析3 338
17.4 结论 339
参考文献 340
第18章 15件装备 341
18.1 分析1 341
18.2 分析2 343
18.3 分析3 343
18.4 结论 345
参考文献 346
第19章 18个未知产品 347
19.1 分析1 347
19.2 分析2 349
19.3 分析3 351
19.4 分析4 352
19.5 结论 353
参考文献 353
第20章 19辆运兵车 354
20.1 分析1 354
20.2 分析2 356
20.3 分析3 357
20.4 结论 359
参考文献 360
第21章 19个绝缘液体样本（34kV） 361
21.1 分析1 361
21.2 分析2 362
21.3 分析3 363
21.4 分析4 364
21.5 分析5 365
21.6 分析6 366
21.7 结论：19个样本（34kV） 366
21.8 附加分析 368
附录21A：15个绝缘液体样本（36kV） 369
附录21B：15个绝缘液体样本（32kV） 372
参考文献 376
第22章 20个不明确样本 377
22.1 分析1 377
22.2 分析2 379
22.3 分析3 380
22.4 分析4 381
22.5 结论 382
参考文献 383
第23章 20个电介质样本 384
23.1 分析1 384
23.2 分析2 385
23.3 分析3 386
23.4 结论 387
参考文献 389
第24章 20个电池 390
24.1 分析1 390
24.2 分析2 392
24.3 分析3 392
24.4 分析4 394
24.5 分析5 394
24.6 结论 395
附录24A 396
参考文献 399
第25章 20个环氧绝缘样本 400
25.1 分析1 400
25.2 分析2 401
25.3 分析3 402
25.4 分析4 403
25.5 结论 404
参考文献 405
第26章 20辆电动汽车 406
26.1 分析1 406
26.2 分析2 407
26.3 分析3 409
26.4 结论 410
参考文献 411
第27章 20组电线和捆扎绳 412
27.1 分析1 412
27.2 分析2 414
27.3 结论 415
参考文献 415
第28章 20个电绝缘样本 416
28.1 分析1 416
28.2 分析2 418
28.3 分析3 419
28.4 分析4 420
28.5 结论 422
参考文献 423
第29章 23个深沟球轴承 424
29.1 分析前综述 424
29.2 分析1 425
29.3 分析2 427
29.4 分析3 428
29.5 分析4 428
29.6 分析5 429
29.7 分析6 430
29.8 结论 431
参考文献 433
第30章 25个深沟球轴承故障数据的重新解释 435
30.1 分析1：19个故障，6个剔除 436
30.2 分析2：18个故障，7个剔除 437
30.3 分析3：13个球故障，12个剔除 439
30.4 分析4：12个球故障，13个剔除 440
30.5 分析5：12个球故障，13个剔除 441
30.6 结论 442
参考文献 443
第31章 24份钢样本 444
31.1 分析1 444
31.2 分析2 445
31.3 分析3 446
31.4 结论 447
参考文献 449
第32章 24支晶体管 450
32.1 分析1 450
32.2 分析2 451
32.3 分析3 452
32.4 结论 453
参考文献 454
第33章 25个纱线样本 455
33.1 分析1 455
33.2 结论 456
参考文献 456
第34章 25根钢棒 457
34.1 分析1 457
34.2 分析2 458
34.3 结论 459
参考文献 459
第35章 25份未公开的样本 460
35.1 分析1 460
35.2 分析2 462
35.3 结论 463
参考文献 463
第36章 26个碳纤维树脂（L＝75mm） 464
36.1 分析1 464
36.2 分析2 466
36.3 结论 467
参考文献 467
第37章 26个雷达系统故障 468
37.1 分析1 468
37.2 分析2 469
37.3 分析3 470
37.4 分析4 472
37.5 分析5 473
37.6 结论 474
参考文献 475
第38章 28个碳纤维束（L＝20mm） 476
38.1 分析1 476
38.2 分析2 478
38.3 分析3 479
38.4 分析4 479
38.5 分析5 480
38.6 结论 481
参考文献 482
第39章 29个碳纤维束（L＝300mm） 484
39.1 分析1 484
39.2 分析2 486
39.3 分析3 487
39.4 结论 488
参考文献 490
第40章 30个激光焊接头 491
40.1 计划表1，30个零件 491
40.1.1 分析1 491
40.1.2 分析2 493
40.1.3 分析3 493
40.1.4 计划表1的结论 494
40.2 计划表2，30个零件 495
40.2.1 分析1 495
40.2.2 分析2 497
40.2.3 分析3 498
40.2.4 计划表2的结论 498
40.3 计划表3，30个零件 499
40.3.1 分析1 499
40.3.2 分析2 501
40.3.3 计划表3的结论 503
40.4 总结论（计划表1、2、3） 503
参考文献 504
第41章 32台离心泵 505
41.1 分析1 505
41.2 分析2 507
41.3 分析3 509
41.4 分析4 511
41.5 结论 512
参考文献 513
第42章 34个晶体管 514
42.1 分析1 514
42.2 分析2 515
42.3 分析3 516
42.4 结论 517
参考文献 519
第43章 35个钢槽样本 520
43.1 分析1 520
43.2 分析2 522
43.3 分析3 522
43.4 结论 524
参考文献 525
第44章 36个电气装置 526
44.1 分析1 527
44.2 分析2 528
44.3 结论 529
参考文献 529
第45章 一个500MW发电机的36个故障 530
45.1 分析1 530
45.2 分析2 531
45.3 结论 532
参考文献 533
第46章 40个未指定零件 534
46.1 分析1 534
46.2 分析2 535
46.3 结论 536
参考文献 537
第47章 43个真空管 538
47.1 分析1 538
47.2 分析2 540
47.3 分析3 542
47.4 结论 542
参考文献 543
第48章 收发机的46次维修 544
48.1 分析1 544
48.2 分析2 545
48.3 结论 546
参考文献 547
第49章 47个薄膜器件 548
49.1 分析1 548
49.2 分析2 550
49.3 结论 552
参考文献 552
第50章 50个油门 553
50.1 分析1 553
50.2 分析2 555
50.3 分析3 556
50.4 结论 557
参考文献 558
第51章 50个未知项 559
51.1 分析1 559
51.2 分析2 560
51.3 分析3 562
51.4 分析4 563
51.5 分析5 564
51.6 小结 564
参考文献 566
第52章 50个电子元器件 567
52.1 分析1 567
52.2 分析2 569
52.3 分析3 569
52.4 小结 570
参考文献 571
第53章 50个轴承 572
53.1 分析1 572
53.2 分析2 574
53.3 分析3 575
53.4 小结 576
参考文献 577
第54章 50个深槽滚球轴承 578
54.1 分析1 579
54.2 分析2 581
54.3 分析3 581
54.4 小结 582
参考文献 583
第55章 57组铝样本 584
55.1 分析1 584
55.2 分析2 585
55.3 分析三 587
55.4 小结 588
参考文献 589
第56章 57组碳纤维（L＝1mm） 590
56.1 分析1 590
56.2 分析2 592
56.3 小结 593
参考文献 593
第57章 59组铝导线 595
57.1 分析1 595
57.2 分析2 597
57.3 分析3 599
57.4 分析4 600
57.5 分析5 603
57.6 分析6 604
57.7 小结 605
参考文献 606
第58章 60组电器 607
58.1 分析1 607
58.2 分析2 608
58.3 分析3 609
58.4 小结 610
参考文献 611
第59章 64组碳纤维（L＝10mm） 612
59.1 分析1 612
59.2 分析2 614
59.3 小结 615
参考文献 616
第60章 66组碳纤维（L＝50mm） 617
60.1 分析1 617
60.2 分析2 619
60.3 分析3 619
60.4 小结 620
参考文献 621
第61章 70根碳纤维（L＝20mm） 622
61.1 分析1 622
61.2 结论 622
61.3 单碳纤维的主要结论 623
参考文献 625
第62章 72个T7987合金样本 626
62.1 分析1 626
62.2 分析2 628
62.3 结论 629
参考文献 630
第63章 85个胶黏剂样本 631
63.1 分析1 631
63.2 分析2 633
63.3 分析3 635
63.4 结论 635
参考文献 636
第64章 96次机车控制 637
64.1 分析1 637
64.2 分析2 639
64.3 分析3 641
64.4 分析4 642
64.5 结论 643
参考文献 644
第65章 98个刹车片 645
65.1 分析1 645
65.2 分析2 647
65.3 分析3 648
65.4 分析4 649
65.5 结论 649
参考文献 650
第66章 100个熔断丝 651
66.1 分析1 651
66.2 分析2 652
66.3 结论 653
参考文献 654
第67章 100股凯芙拉纤维线 655
67.1 分析1 655
67.2 分析2 657
67.3 分析3 657
67.4 分析4 659
67.5 分析5 660
67.6 结论 661
67.7 两种混合模型评估结果的比较 662
参考文献 662
第68章 100个未命名的产品 663
68.1 分析1 663
68.2 分析2 664
68.3 分析3 665
68.4 结论 666
参考文献 666
第69章 100个未指定的样品 667
69.1 分析1 667
69.2 分析2 669
69.3 分析3 670
69.4 结论 671
参考文献 673
第70章 101块铝板（21kpsi） 674
70.1 分析1 675
70.2 分析2 678
70.3 分析3 681
70.4 分析4 684
70.5 分析5 686
70.6 分析6 686
70.7 结论 687
参考文献 687
第71章 101块铝板（31千磅／英寸2） 689
71.1 分析1 689
71.2 分析2 690
71.3 分析3 694
71.4 结论 694
参考文献 695
第72章 102件铝试样（26千磅／英寸2） 697
72.1 分析1 697
72.2 分析2 700
72.3 分析3 704
72.4 结论 707
72.5 结论：三种应力水平（21，26和31 kpsi） 707
参考文献 708
第73章 104个砷化镓激光器 709
73.1 分析1 709
73.2 分析2 711
73.3 分析3 711
73.4 分析4 713
73.5 分析5 713
73.6 分析6 714
73.7 分析7 716
73.8 结论 716
参考文献 717
第74章 107个无线电发射机 718
74.1 分析1 718
74.2 分析2 720
74.3 结论 720
参考文献 721
第75章 109次矿难 722
75.1 分析1 722
75.2 分析2 724
75.3 分析3 725
75.4 结论 726
参考文献 727
第76章 110条轮胎 728
76.1 分析1 728
76.2 分析2 729
76.3 结论 731
参考文献 732
第77章 137根碳纤维 733
77.1 分析1 734
77.2 分析2 736
77.3 分析3 737
77.4 分析4 738
77.5 结论 740
参考文献 741
第78章 148组深沟球轴承 742
78.1 分析1 743
78.2 分析2 744
78.3 分析3 745
78.4 结论 746
参考文献 747
第79章 153件飞机挡风玻璃 748
79.1 分析1 749
79.2 分析2 751
79.3 分析3 752
79.4 结论 754
参考文献 755
第80章 417个灯泡 756
80.1 分析1 757
80.2 分析2 759
80.3 分析3 761
80.4 分析4 762
80.5 分析5 763
80.6 分析6 764
80.7 结论 765
附录80A 50个电灯泡（质量检测的前5周） 767
附录80B 100个电灯泡（质量检测的前10周） 772
附录80C 200个电灯泡（质量检测的前20周） 777
参考文献 781