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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t37

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MTTR39

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MTTR378

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1389

5.4.4.2 示例2394

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FMECA450

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FMEA458

6.2.6.1 示例1461

6.2.6 FMECA应用示例461

6.2.6.2 示例2466

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