第一章 概论 1
1.1 引言 1
1.2 可靠性及维修性工程的发展 3
1.2.1 萌芽阶段(40年代) 3
1.2.2 创建阶段(50年代) 3
1.2.3 全面发展阶段(60年代) 4
1.2.4 进入成熟阶段(70年代) 7
1.2.5 深入发展阶段(80年代以来) 10
1.2.6 我国可靠性及维修性工程的发展 12
1.3 可靠性及维修性工程与其他相关学科 13
1.3.1 可靠性、维修性工程与维修工程 13
1.3.2 质量保证与可靠性工程 15
1.3.3 测试性及保障性与可靠性及维修性 16
1.4 系统与系统工程 18
1.4.1 系统的基本要素及结构层次 18
1.4.2 系统的基本参数及其定义 20
1.4.2.1 系统效能 22
1.4.2.2 可用度和战备完好率 23
1.4.2.3 可信度(任务良好度) 23
1.4.2.4 可靠性和任务可靠性 24
1.4.2.5 修理度 24
1.4.2.6 维修性 24
1.4.2.6 易修性 24
1.4.2.8 设计良好度 25
1.4.3 系统寿命周期费用 25
1.4.3.1 寿命周期费用的概念 25
1.4.3.2 影响寿命周期费用的要素 27
1.4.3.3 寿命周期费用的管理 29
1.4.4 系统工程过程 31
1.5 时间概念的定义 34
参考文献 35
2.2 可靠性及维修性的基本概念 37
2.2.1 故障时间t和维修时间t 37
第二章 可靠性及维修性的基本理论 37
2.1 引言 37
2.2.2 可靠度函数R(t)和维修度函数M(t) 38
2.2.3 故障率函数λ(t)和修复率函数μ(t) 38
2.2.5.1 早期故障期 39
2.2.5.2 偶然故障期 39
2.2.5.3 耗损故障期 39
2.2.5 可靠性特征曲线(浴盆曲线) 39
2.2.4 平均故障前时间MTTF与平均修复时间MTTR 39
2.3 可靠性及维修性中常用的统计分布 40
2.3.1 概述 40
2.3.2 指数分布 40
2.3.3 威布尔分布 40
2.3.4 正态分布 41
2.3.5 对数正态分布 42
2.3.6 极值分布 42
2.3.6.2 极小值分布 43
2.3.7 伽马(Г)分布 43
2.3.6.1 极大值分布 43
2.3.8 二项分布 44
2.3.9 泊松分布 45
2.4 可靠性及维修性数据分析 45
2.4.1 概述 45
2.4.2 评估方法 46
2.4.2.1 指数分布 47
2.4.2.2 威布尔分布 48
2.4.2.3 正态分布 68
2.4.2.4 对数正态分布 72
2.4.2.5 极值分布 73
2.4.3 检验方法 76
2.4.3.1 概述 76
2.4.3.2 K-S检验 77
2.4.3.3 χ2检验 80
2.4.3.4 К-S检验和χ2检验 83
2.5 可用度的基本概念 83
2.5.1 概述 83
2.5.2.1 引言 84
2.5.2 可用度与马尔可夫过程 84
2.5.2.2 单台设备的可用度分析 85
参考文献 88
附录 F2统计表 89
第三章 可靠性及维修性模型 150
3.1 引言 150
3.2 可靠性模型 150
3.2.1 可靠性模型的组成 150
3.2.2 基本可靠性模型与任务可靠性模型 150
3.2.3 建立可靠性模型 152
3.2.3.1 建立可靠性模型的目的及程序 152
3.2.3.2 普通概率法 160
3.2.3.3 布尔真值表法 163
3.2.3.4 逻辑图法 166
3.2.3.5 蒙特卡罗仿真法 169
3.2.3.6 应用示例 171
3.2.4.1 串联模型 173
3.2.4 不维修系统的可靠性模型 173
3.2.4.2 并联模型 174
3.2.4.3 混联模型 175
3.2.4.4 n中取k模型 176
3.2.4.5 多数表决模型 178
3.2.4.6 旁联可靠性模型 179
3.2.4.7 循环工作的可靠性模型 181
3.2.4.9 多模式的系统可靠性模型 182
3.2.4.8 多种应力级的系统可靠性模型 182
3.2.4.10 负载均分可靠性模型 185
3.2.4.11 静态开关可靠性模型 187
3.2.4.12 循环开关可靠性模型 191
3.2.5 可维修系统的可靠性模型 196
3.2.5.1 基本概念、假设及计算步骤 196
3.2.5.2 两个相同设备并联的系统 197
3.2.5.3 两个相同设备旁联的系统 202
3.2.5.4 两个不同设备旁联的系统 205
3.2.5.5 两个不同设备组成的通用化系统 207
3.2.5.6 两个设备并联及负载均分系统 208
3.2.5.7 三个相同设备多个修理的并联系统 210
3.2.5.8 系统可靠性模型比较 217
3.2.5.9 系统的首次故障前平均工作时间(MTTFF3) 217
3.2.6 可靠性分析用的贝叶斯统计法 217
3.2.6.1 引言 217
3.2.6.2 贝叶斯定理 218
3.3.2 维修性参数选择 221
3.3.1 维修性模型的种类 221
3.3 维修性模型 221
3.3.3 MTTR的精确模型 222
3.3.3.1 MTTR的定义 222
3.3.3.2 MTTR的时间要素 222
3.3.3.3 MTTR的通用模型 224
3.3.3.4 MTTR的专用模型 224
3.3.4 MTTR的早期模型 225
3.3.4.2 模型建立 226
3.3.4.1 模型的基础 226
3.3.4.3 维修活动的模型 227
3.3.4.4 MTTR的计算 234
3.3.4.5 模型的总结 234
3.3.5 具有定期调整的MTTR模型 235
3.3.6 最大修复时间Mmax(Ф)模型 236
3.3.7 平均预防性维修时间(MPMT) 237
3.3.8 每次修理的平均维修工时(MMH/R) 238
3.3.9 每项维修活动的平均维修工时(MMH/MA) 238
3.3.10 每工作小时的平均维修工时(MMH/OH) 239
3.3.11 故障隔离率(FIR) 240
参考文献 240
附录F3 修理时间为对数正态分布的最大修复时间Mmax(Ф)的估计值 241
第四章 可靠性及维修性的要求及分配 268
4.1 引言 268
4.2 可靠性及维修性要求 268
4.2.1 可靠性及维修性参数 268
4.2.2 可靠性及维修性参数的选择 271
4.2.3 可靠性及维修性要求的规定 275
4.2.3.1 可靠性及维修性指标的规定 275
4.2.3.2 寿命剖面及任务剖面的规定 278
4.2.3.3 故障判据的规定 281
4.2.3.4 验证要求以及接收和拒收判据的规定 282
4.2.3.5 维修及保障方案的规定 282
4.2.3.6 可靠性要求规定示例 283
4.2.3.7 维修性要求规定示例 284
4.3 可靠性分配 284
4.3.1 概述 284
4.3.1.1 分配的概念 284
4.3.1.2 分配准则 285
4.3.1.3 分配步骤及方法 286
4.3.2 等分配法 287
4.3.3 AGREE分配法 289
4.3.4.1 ARINC分配法 290
4.3.4 ARINC分配法和等改进法 290
4.3.4.2 等改进法 291
4.3.5 目标可行性法 296
4.3.6 最少工作量法 298
4.3.7 动态规划法 300
4.4 维修性分配 306
4.4.1 概述 306
4.4.2.1 分配步骤 307
4.4.2 分配步骤及方法 307
4.4.2.2 分配方法 308
4.4.2.3 分配示例 312
参考文献 323
第五章 可靠性及维修性预计 324
5.1 引言 324
5.2 可靠性预计 324
5.2.1 概述 324
5.2.2 相似设备法 325
5.2.3 相似复杂性法 328
5.2.4 功能预计法 330
5.2.4.1 军用飞机的预计模型 330
5.2.4.2 雷达的预计模型 333
5.2.5 元器件计数法 335
5.2.6 应力分析法 337
5.2.7 对非指数分布的修正 340
5.2.8 对非工作故障率的修正 341
5.2.9 可靠性预计及分配的一般程序 342
5.3 非电子设备的可靠性预计 351
5.3.1 概述 351
5.3.2 可靠性预计图估法 352
5.3.3 一般干涉理论 353
5.3.4 干涉理论在可靠性预计中的应用 355
5.3.4.1 目的 355
5.3.4.2 方法说明 355
5.3.4.3 干涉理论在正态分布强度和正态分布应力中的应用 355
5.3.4.4 应用示例 356
5.3.5 平均故障率法在油脂润滑滚动轴承的应用 359
5.3.5.1 目的 359
5.3.5.2 方法说明 359
5.3.5.3 应用示例 359
5.3.6 滑油润滑滚动轴承的可靠性预计方法 361
5.3.6.1 目的 361
5.3.6.2 方法说明 361
5.3.7.2 方法说明和举例 362
5.3.7.1 目的 362
5.3.7 正齿轮系统的可靠性预计法 362
5.3.8 在最少信息下的可靠性预计法 370
5.4 维修性预计 372
5.4.1 概述 372
5.4.1.1 原理及假设 372
5.4.1.2 应用场合 373
5.4.1.3 基本度量参数 373
5.4.2 早期预计方法 374
5.4.2.1 确定预计要求 374
5.4.1.4 信息要求 374
5.4.2.2 确定更换方案 375
5.4.2.3 确定预计所需的数据 375
5.4.2.4 选择合适的模型 377
5.4.2.5 计算MTTR 378
5.4.3 精确预计方法 380
5.4.3.4 确定故障检测和隔离输出与硬件特性的关系 381
5.4.3.3 确定故障检测和隔离输出 381
5.4.3.2 确定更换方案 381
5.4.3.1 确定预计要求 381
5.4.3.5 确定可更换单元与故障检测和隔离输出的关系 383
5.4.3.6 绘制维修流程图 385
5.4.3.7 时间分析 387
5.4.3.8 计算维修性参数 388
5.4.4 早期预计示例 388
5.4.4.1 示例1 389
5.4.4.2 示例2 394
5.4.5.2 确定故障隔离输出 402
5.4.5 精确预计示例 402
5.4.5.1 确定预计要求及更换方案 402
5.4.5.3 故障检测和隔离输出与RU的关系 403
5.4.5.4 绘制维修流程图 415
5.4.5.5 计算维修性参数 430
参考文献 431
附录F5 时间标准 431
第六章 可靠性及维修性分析 447
6.1 引言 447
6.2 故障模式、影响及危害性分析 447
6.2.1 概述 447
6.2.2 FMECA的一般要求 447
6.2.2.1 制定FMECA计划 447
6.2.2.2 获得原始信息 448
6.2.2.3 确定FMECA的分析方法 449
6.2.2.4 实施FMECA 450
6.2.3.1 FMEA程序 451
6.2.3 FMECA的实施程序 451
6.2.2.5 编写FMECA报告 451
6.2.3.2 CA程序 454
6.2.4 FMECA维修性信息分析 457
6.2.4.1 概述 457
6.2.4.2 FMECA维修性信息表格 457
6.2.4.3 FMECA维修性信息报告 458
6.2.5 矩阵FMEA 458
6.2.6.1 示例1 461
6.2.6 FMECA应用示例 461
6.2.6.2 示例2 466
6.3 故障树分析 474
6.3.1 概述 474
6.3.2 符号说明 474
6.3.3 故障树建树步骤 477
6.3.4 故障树规范化和模块分解 479
6.3.5 故障树定性分析及其应用 481
6.3.6 故障树定量分析 482
6.3.7.1 压力罐系统建树过程 484
6.3.7 示例 484
6.3.7.2 压力罐系统的故障树规范化和模块分解 489
6.3.7.3 压力罐系统故障树定性分析及其应用 490
6.3.7.4 压力罐系统的故障树定量分析 494
6.4 潜在状态分析 495
6.4.1 概述 495
6.4.2 潜在状态分类 495
6.4.3 潜在状态分析实施方法 496
6.4.3.1 潜在电路分析方法 496
6.4.3.2 潜在电路分析示例 497
6.4.3.3 软件潜在状态分析 498
6.4.3.4 软件潜在状态分析示例 500
6.4.3.5 硬件与软件综合分析 501
6.4.4 潜在状态分析的有效性分析 502
6.4.5 潜在状态分析的技术要求 503
6.4.6 潜在状态分析与其他可靠性分析的比较 505
6.4.7.2 决定适用的系统 508
6.4.7 潜在状态分析应用指南 508
6.4.7.1 潜在状态分析需注意的几个问题 508
6.4.7.3 计算计划费用及项目预算分配 509
6.4.7.4 进度要求 509
6.4.7.5 使用方监控指南 509
6.5.2 定义 510
6.5.3 共因故障分析 510
6.5.3.1 共因故障分类 510
6.5.1 概述 510
6.5 共因故障分析 510
6.5.3.2 各种共因故障的比例 512
6.5.4 共因故障的分析模型 513
6.5.4.1 模型假设 513
6.5.4.2 串联系统 513
6.5.4.3 并联系统 514
6.5.4.4 几点说明 514
6.5.5 飞机上常见的共因故障及其分析 515
6.5.5.1 发动机碎片 515
6.5.5.2 鸟撞 516
6.5.5.3 其他环境因素 518
6.5.5.4 错误装配及错误调整 519
6.5.6 减少共因故障的方法 520
6.5.6.1 设计管理 520
6.5.6.2 设计技术 520
6.5.6.3 质量控制 520
6.5.6.4 使用 521
6.6.1 目的 522
6.6 初步危险分析 522
6.5.6.5 可靠性增长 522
6.6.2 结果 523
6.6.3 方法 524
6.6.3.1 基本方法 524
6.6.3.2 具体方法 524
6.6.3.3 危险单元清单 525
6.6.3.4 技术 527
6.6.4 分析示例 529
6.6.3.5 分析时机 529
6.6.3.6 所要求的资料 529
6.7 区域安全性分析 533
6.7.1 概述 533
6.7.2 通用规则 534
6.7.2.1 导管、管道、软管、导线、电缆等 534
6.7.2.2 部件拆卸和更换 535
6.7.2.3 维修及保养 535
6.7.2.4 排放 536
6.7.2.5 材料一致性 536
6.7.2.6 电气连接 536
6.7.3 空气的调节及分布 536
6.7.4 航空电气及电子系统 536
6.7.5.3 错误装配 537
6.7.6 燃油系统 537
6.7.5.5 防止卡住 537
6.7.5.4 间隙和干扰 537
6.7.5.2 具有一个或多个销钉的紧固件 537
6.7.5.1 带销钉的紧固件 537
6.7.5 飞行操纵(机械部分) 537
6.7.7 液压系统 538
6.7.8 全静压系统 538
6.7.9 氧气系统 538
6.7.10 座舱内部设备 538
6.8.1 概述 539
6.8 维修性分析 539
6.7.11 系统的相互影响 539
6.8.2 维修方案 541
6.8.2.1 维修等级 542
6.8.2.2 系统使用要求 543
6.8.2.3 维修策略 546
6.8.3 维修性分析的流程及步骤 551
6.8.3.1 维修性分析流程 551
6.8.3.2 维修性分析步骤 554
6.9.2 机内测试参数及分析 561
6.9 机内测试的效能分析 561
6.9.1 概述 561
6.9.3 BIT对系统可靠性、维修性及寿命周期费用的影响 568
6.9.4 提高BIT效能的途径 571
6.10 权衡分析 572
6.10.1 概述 572
6.10.2 可靠性权衡 573
6.10.2.1 可靠度最优分配 573
6.10.2.2 备件最优分配 575
6.10.3 维修性权衡 575
6.10.3.1 预防性维修与非预防性维修的权衡 577
6.10.3.2 测试设备的权衡 579
6.10.4 可靠性和维修性权衡 586
6.10.4.1 权衡考虑的因素 586
6.10.4.2 系统效能 588
6.10.4.3 系统效能的建模技术 591
6.11.1 概述 600
6.11 可靠性及维修性数字仿真 600
6.11.2 随机数的产生 601
6.11.3 随机变量的产生 603
6.11.4 静态数字仿真技术 605
6.11.5 动态数字仿真技术 607
6.11.6 通用计算机仿真语言简介 609
6.11.7 现有可靠性及维修性仿真软件简介 609
6.11.7.1 GRASP软件 609
6.11.7.2 GRAMS软件 610
6.11.8 可靠性和维修性数字仿真的一般程序 611
6.12 寿命周期费用分析 612
6.12.1 概述 612
6.12.2 寿命周期费用分析模型 612
6.12.2.1 常用的LCC模型 612
6.12.2.2 费用计算模型 613
6.12.2.3 费用计算模型的应用 623
参考文献 647
附录F6.1 潜在状态分析应用历史表(美国) 648
附录F6.2 潜在状态分析费用估计方法 656
第七章 可靠性及维修性设计 657
7.1 引言 657
7.2 可靠性设计准则 657
7.2.1 总则 657
7.2.2 电子产品 659
7.2.3 机械产品 660
7.3.1.1 维修简便 662
7.3.1.2 维修停飞时间短 662
7.3.1 总则 662
7.3 维修性设计准则 662
7.3.1.3 维修费用低 663
7.3.1.4 有防维修差错的措施 663
7.3.1.5 满足与维修有关的人素要求 663
7.3.1.6 满足与维修有关的可靠性要求 664
7.3.1.7 满足与维修有关的安全性要求 664
7.3.2.2 电子及电气设备的结构和安装 665
7.3.2.1 布局 665
7.3.1.8 尽量降低对维修人员的要求 665
7.3.2 电子设备及电气设备 665
7.3.2.3 电子及电气设备的相互连接 666
7.3.2.4 电路的装配 666
7.3.2.5 电子及电气设备的检查、调整及校准 667
7.3.2.6 电子及电气设备的故障诊断 667
7.3.3 机械产品 668
7.3.3.1 布局 668
7.3.3.2 标记 668
7.3.3.3 部件选择及标准化 668
7.3.3.4 组装和固定 669
7.3.3.5 导管、管路与连接器 669
7.3.3.6 维护、调整与校准 670
7.3.3.7 测试性要求和控制要求 670
7.3.4.3 维护与调整 671
7.3.4.2 连接与安装拆卸 671
7.3.4.1 布局 671
7.3.3.8 互换性和可达性 671
7.3.4 动力装置 671
7.3.5 飞机结构 672
7.3.5.1 布局与连接 672
7.3.5.2 结构件、零部件 672
7.3.5.3 舱门、口盖 672
7.3.5.4 紧固件 673
7.3.5.5 座舱及地板 673
7.4 元器件的选择和控制 674
7.4.1 概述 674
7.4.2 元器件的选择及控制原则 674
7.4.3 元器件的批准 675
7.4.3.1 元器件的合理性 675
7.4.3.2 元器件的应用 675
7.4.5.1 微型电路 676
7.4.5.2 分立式半导体器件 676
7.4.4 关键元器件 676
7.4.5 元器件选择指南 676
7.4.3.3 元器件的参数 676
7.4.5.3 电阻器 679
7.4.5.4 电容器 679
7.4.5.5 磁性元件 685
7.4.5.6 继电器 685
7.4.5.7 开关 688
7.4.5.8 电连接器 690
7.4.5.9 电子管 692
7.4.5.10 电缆 692
7.4.5.11 电-光学或纤维光学 693
7.4.5.12 印制电路板 693
7.4.5.13 标准电子模块(SEM) 693
7.5.2.1 降额的有关定义 695
7.5.2 降额的一般要求 695
7.5.2.2 降额等级 695
7.5.1 概述 695
7.5 降额设计 695
7.5.2.3 降额等级的选择 696
7.5.2.4 降额等级的转换 696
7.5.2.5 设备的环境条件 698
7.5.2.6 元器件的质量等级 698
7.5.3 降额的具体要求 698
7.5.3.1 微电路 698
7.5.3.2 晶体管 701
7.5.3.3 二极管 707
7.5.3.4 可控硅 711
7.5.3.5 光半导体器件 713
7.5.3.6 电阻 714
7.5.3.7 电容 715
7.5.3.8 电感 715
7.5.3.9 继电器 716
7.5.3.10 开关 719
7.5.3.11 电连接器 720
7.5.3.12 旋转器件 721
7.5.3.13 灯泡 723
7.5.3.14 断路器 725
7.5.3.15 保险丝 726
7.5.3.16 晶体 726
7.5.3.17 电子管 728
7.5.3.18 激光器 728
7.5.3.20 表面声波器件 729
7.5.3.21 光纤部件 729
7.5.3.19 振子 729
7.5.3.22 机械零部件 734
7.6 热设计 736
7.6.1 概述 736
7.6.2 产品研制中的热管理 737
7.6.2.1 战术技术指标论证阶段 737
7.6.2.2 方案论证及确认阶段 739
7.6.2.3 工程研制阶段 740
7.6.2.4 生产阶段 740
7.6.3.2 热诱发的故障模式 741
7.6.3 温度对可靠性的影响 741
7.6.3.1 温度对故障率的影响 741
7.6.3.3 良好热设计的效益 743
7.6.4 电子设备的热设计 744
7.6.4.1 热阻等级 744
7.6.4.2 外部热通道 745
7.6.4.3 系统热通道 748
7.6.4.4 制冷系统 753
7.6.5 热分析 754
7.6.5.1 热分析的任务 754
7.6.5.2 热预计方法 754
7.6.5.3 热分析等级 756
7.6.5.4 计算机辅助热设计 757
7.6.6 热设计的原则 758
7.6.6.1 冷却技术的限制 758
7.6.6.2 元器件布局 759
7.6.6.3 元器件的安装 760
7.6.6.4 鼓风机的选择与安装 762
7.6.6.5 冷却剂流道设计 763
7.6.7 改善热设计的方法及示例 763
7.6.7.1 改进现有热设计的方法 763
7.6.7.2 利用上述方法成功改进的例子 764
7.7 余度设计 766
7.7.1 概述 766
7.7.2 余度的概率表示法 766
7.7.4 与时间有关的余度 767
7.7.3 余度的等级 767
7.7.5 余度的类型 769
7.7.5.1 工作余度 769
7.7.5.2 表决余度 776
7.7.5.3 备用余度 776
7.7.5.4 带修理的余度 778
7.7.5.5 余度的最佳分配 780
7.7.6 余度设计示例 782
7.8.1 概述 791
7.8 可靠电路设计 791
7.8.2 简化设计 792
7.8.3 采用标准部件和电路 793
7.8.4 瞬态和过应力保护 794
7.8.5 参数降级和分析 795
7.8.6 减少设计失误的方法 801
7.8.7 主要的设计限制 804
7.8.7.1 电压增益的限制 804
7.8.7.2 电流增益的限制 806
7.8.7.3 热因素 807
7.9 环境设计 807
7.9.1 概述 807
7.9.2 温度保护 808
7.9.3 冲击和振动保护 808
7.9.4 防潮 810
7.9.5 砂尘保护 811
7.9.6 防爆 811
7.9.7 电磁辐射保护 812
7.9.8 核辐射保护 813
7.9.9 静电保护 814
7.10 人为因素设计 816
7.10.1 概述 816
7.10.2 人为因素理论 817
7.10.3 系统设计、生产、使用及维修中的人为因素考虑 817
7.10.4 人类工程学 819
7.10.5 人的动作可靠性 819
7.10.5.1 人的动作可靠性 819
7.10.5.2 人的动作可靠性模型 820
7.10.6 人为因素与可靠性之间的关系 822
7.10.7 人机分配及可靠性 822
7.10.8 交互作用及权衡 825
7.10.9 人为差错率预计技术(THERP) 825
参考文献 825
英文缩略语 827