本书从实用性和先进性出发，重点介绍可靠性工程的应用与实践。全书共13章，主要内容包括：机械零件可靠性设计、机械系统可靠性应用、软件可靠性设计、维修性设计、失效分析、DFX设计及华为实践、物料优选与正确使用、供应商的选择与管理、可靠性工具软件、制造业可靠性工程实施、可靠性工程应用指引、故障预测与健康管理、可靠性相关标准简介。本书可作为高等学校“质量与可靠性”课程的基础教材，也可供相关领域的工程技术人员学习、参考。

陈建民，1960年出生，教授级高级工程师，毕业于西安理工大学。现任西安理工大学可靠性研究院创院院长、特聘教授、行业博士生导师。作为制造业可靠性领域实战型专家，拥有40余年行业经验，曾任格力电器技术及出口副总经理、中国家用电器研究院副院长等职。主导构建以可靠性为核心的研发质量体系，是“格力”商标主要原创者，提出“好看、好用、耐用”六字方针、“135精品法则”及“民品十性”等质量理念，首次定义燃爆风险性产品安全可靠性概念。鉴于其工作业绩，获得广东省及珠海市科技进步突出贡献奖。构建“三个阶段、六个模块、九个环节、十项特性”可靠性工程理论框架，主编“制造业可靠性丛书”，推动质量管理向全生命周期转型。持有职务发明专利130余项，参与审定100余项家电国家标准，受聘为多家知名企业技术顾问，举办可靠性专题讲座60余场，积极推动“产学研用”融合，是制造业可靠性理念普及与实践的重要推动者。

目 录


第1章 机械零件可靠性设计 1
1.1 概述 1
1.2 机械结构可靠性的设计原理 2
1.2.1 应力-强度干涉模型及结构
可靠度简介 2
1.2.2 确定应力分布和强度分布的
主要方法 4
1.2.3 常用可靠度计算方法 11
1.2.4 零件结构疲劳可靠度计算 19
1.3 轴静强度的可靠性设计 27
1.3.1 传动轴的静强度可靠性设计 27
1.3.2 转轴的静强度可靠性设计 29
1.4 圆柱齿轮轮齿强度的可靠性
设计 32
1.4.1 齿面接触疲劳强度可靠性
设计 32
1.4.2 齿根弯曲疲劳强度可靠性
设计 36
1.5 滚动轴承的可靠性设计 39
1.5.1 滚动轴承的寿命计算 40
1.5.2 滚动轴承的可靠性模型 40
1.6 螺栓联接的可靠性设计 42
1.6.1 静载荷受拉松螺栓联接的
可靠性设计 42
1.6.2 静载荷紧螺栓联接的可靠性
设计 44
思考题与习题 50
第2章 机械系统可靠性应用 52
2.1 概述 52
2.2 数控机床应用场景及环境应力
识别 53
2.3 数控机床的FMECA 53
2.3.1 GMC2000A 龙门加工中心的
FMECA 54
2.3.2 机械系统基于元动作的故障
模式与故障原因分析 54
2.4 数控机床可靠性建模分析 58
2.4.1 基于故障失效数据的可靠性
建模分析 58
2.4.2 基于故障失效机理的可靠性
建模分析 59
2.5 数控机床的可靠性设计 60
2.6 机械产品制造过程的可靠性分析 61
2.6.1 机械零件的加工一致性 62
2.6.2 装配过程的可靠性建模分析
技术 64
2.6.3 数控机床装配过程的可靠性
分析举例 70
思考题与习题 74
第3章 软件可靠性设计 76
3.1 概述 76
3.1.1 软件可靠性 76
3.1.2 软件瀑布生命周期模型 77
3.1.3 基本概念 78
3.1.4 影响软件可靠性的因素 78
3.1.5 软件可靠性指标与参数 79
3.2 软件可靠性建模 80
3.2.1 简述 80
3.2.2 非齐次泊松过程模型 80
3.2.3 错误植入模型 85
3.3 软件可靠性要求的制定与分配 85
3.3.1 软件可靠性要求 85
3.3.2 软件可靠性分配方法 86
3.3.3 分配方法的比较 88
3.3.4 可靠性设计 88
3.3.5 Myers设计原则 89
3.3.6 需求阶段 89
3.3.7 软件设计 89
3.3.8 编码实现 90
3.3.9 健壮性设计 90
3.4 查错设计 90
3.4.1 被动式错误检测 90
3.4.2 主动式错误检测 91
3.5 纠错设计 91
3.6 容错设计 91
3.6.1 结构冗余 92
3.6.2 信息冗余 92
3.6.3 时间冗余 92
3.7 软件可靠性测试 93
3.7.1 软件可靠性测试与常规测试 93
3.7.2 构造操作概图 93
3.7.3 软件可靠性增长测试 93
3.7.4 软件可靠性验证测试 94
思考题与习题 97
第4章 维修性设计 98
4.1 概述 98
4.2 维修与维修性定义 99
4.2.1 维修 99
4.2.2 维修性 99
4.3 维修性指标 100
4.4 维修时间评价指标 101
4.4.1 平均修复时间 101
4.4.2 平均预防性维修时间 101
4.4.3 平均维修时间 102
4.4.4 平均维修间隔 102
4.5 产品可用性 102
4.5.1 固有可用性 102
4.5.2 实现可用性 103
4.5.3 使用可用性 103
4.6 维修性统计学模型 103
4.6.1 指数分布 104
4.6.2 正态分布 104
4.6.3 对数正态分布 105
4.7 维修性分配 106
4.8 维修性设计 108
4.8.1 影响产品可用性的因素 108
4.8.2 简化设计 109
4.8.3 可达性和可操作性设计 109
4.8.4 模块化设计 109
4.8.5 标准化和互换性设计 110
4.8.6 防差错设计 110
4.8.7 维修安全性设计 110
4.8.8 诊断测试设计 110
4.9 维修备件策略 111
4.9.1 备件分析 111
4.9.2 确定备件库存水平 111
4.9.3 备件管理 112
4.9.4 按经济订货量备件 112
4.9.5 按二八准则备件 112
4.9.6 按需备件 112
4.9.7 按订单备件 112
4.9.8 备件需求预测 113
4.9.9 磨损和退化情况 113
4.9.10 通过预防性维修提高
可靠性 115
4.9.11 通过现场数据预测部件量 116
思考题与习题 117
第5章 失效分析 119
5.1 概述 119
5.2 失效分析方法及流程 119
5.2.1 失效分析思路 119
5.2.2 失效分析方法 120
5.2.3 失效分析流程 120
5.3 常见失效模式及其机理 122
5.3.1 机械失效 122
5.3.2 电子失效 129
5.3.3 软件系统失效 132
5.3.4 表面涂覆失效 134
5.3.5 PCBA联通失效 135
5.3.6 机械连接失效 139
5.4 半导体器件的失效分析 140
5.4.1 初步电学测试 141
5.4.2 外观检查 141
5.4.3 物理分析 141
5.4.4 化学分析 141
5.4.5 其他分析方法 141
5.5 失效分析常用的仪器仪表 142
5.5.1 显微镜 142
5.5.2 无损检测仪器 142
5.5.3 物理分析仪器 142
5.5.4 电性能测试设备 143
5.5.5 其他辅助设备 143
思考题与习题 143
第6章 DFX设计及华为实践 144
6.1 概述 144
6.2 DFX在华为的应用 145
6.2.1 可环保性设计 145
6.2.2 可制造性设计和可装配性
设计 145
6.2.3 可测试性设计和可服务性
设计 145
6.2.4 可成本性设计 145
6.3 如何让客户对可靠性有感觉 145
6.3.1 理解客户DFX方面的挑战和
压力 146
6.3.2 DFX能力要比其他厂商有
数量级的竞争优势 147
6.4 华为产品的可靠性领先行业的
秘诀 147
6.4.1 高端客户有需求，产品有
规模 147
6.4.2 华为特别有追求 148
6.4.3 华为舍得对研发投入 149
6.5 DFX业务的责任结果 150
6.5.1 可靠性 150
6.5.2 安全性 150
6.5.3 可服务性 150
6.5.4 环境可持续性 151
6.5.5 可供应性 151
6.5.6 可制造性 152
6.6 各业务的本质 152
6.6.1 DFX业务的本质是非
功能性 152
6.6.2 可靠性业务的本质是裕度 152
6.6.3 安全性业务的本质是受控 153
6.6.4 可服务性业务的本质是
自动化 154
6.6.5 环境可持续性业务的本质是
环境影响 154
6.6.6 可供应性业务的本质是
模块化 154
6.6.7 可制造性业务的本质是标准
工序及共线生产 155
6.7 构建DFX工程能力 155
6.8 DFX工程师能力培养 157
思考题与习题 158
第7章 物料优选与正确使用 159
7.1 物料对产品可靠性的影响 159
7.2 物料优选的原则与策略 160
7.2.1 确定需求和目标 160
7.2.2 制定评估标准 160
7.2.3 收集数据与信息 162
7.2.4 筛选与评估 162
7.2.5 持续优化与调整 164
7.3 物料优选的实施步骤 164
7.3.1 组建专业团队 164
7.3.2 制定物料优选流程 164
7.3.3 实施物料优选 165
7.3.4 物料质量管理 165
思考题与习题 166
第8章 供应商的选择与管理 167
8.1 概述 167
8.2 供应商的选择 168
8.2.1 供应商管理的基本要求 168
8.2.2 供应商体系审核 170
8.2.3 供应商的流程审核(工艺、
技术审核) 171
8.3 PPAP 171
8.3.1 PPAP的目的和适用性 172
8.3.2 PPAP的责任确定与职责 172
8.3.3 零部件风险等级的确定 173
8.3.4 PPAP的流程 175
8.3.5 PPAP 的过程要求 175
8.3.6 部件提交保证书 181
8.3.7 PPAP供应商应提交的材料
(元素)举例 182
思考题与习题 192
第9章 可靠性工具软件 193
9.1 国内外可靠性软件概述 193
9.2 CARMES软件简介 194
9.2.1 CARMES软件的构成 194
9.2.2 CARMES软件总体功能
架构 194
9.2.3 CARMES软件强大的基础
数据库 196
9.2.4 CARMES10软件一体化
可靠性建模技术 196
9.2.5 CARMES软件的优势 196
9.3 可靠性建模、可靠性分配与
可靠性预计模块 198
9.4 故障模式、影响及危害性分析
模块 201
9.5 故障树分析模块 201
9.6 故障报告、分析和纠正措施系统
模块 202
9.7 可靠性评估模块 203
9.8 维修性设计模块 203
9.9 基于模型的可靠性设计分析工具
模块 204
9.9.1 模块功能介绍 204
9.9.2 模型驱动的可靠性协同设计
技术框架 204
9.9.3 以模型为核心的多专业/
多学科协同设计技术 205
9.9.4 基于模型的可靠性系统工程
软件CARMES-MBRSE 206
9.9.5 软件架构 206
9.9.6 案例分析 208
9.10 美国ReliaSoft软件 211
9.11 美国Relyence软件 214
9.12 国产可靠性软件 214
9.12.1 概述 214
9.12.2 R-FMEA功能模块 215
9.12.3 eFTA功能模块 216
9.12.4 eWeibull功能模块 216
9.13 可靠性仿真 216
9.13.1 可靠性仿真的内涵 216
9.13.2 可靠性仿真的方法与流程 217
9.13.3 常用可靠性仿真软件 218
思考题与习题 222
第10章 制造业可靠性工程实施 223
10.1 制造业可靠性工程导入的整体
思路 223
10.2 从质量体系到可靠性管理体系
的转变 223
10.2.1 对现有质量体系的分析与
评估 223
10.2.2 基于可靠性的质量体系改造
原则 224
10.2.3 可靠性管理体系的构建 224
10.2.4 可靠性管理体系构建的
18条指引 225
10.3 产品可靠性提升 226
10.3.1 产品可靠性的设计阶段 226
10.3.2 生产过程中的可靠性控制 226
10.4 可靠性工具软件的应用与系统
集成 227
10.4.1 可靠性工具软件的种类与
功能 227
10.4.2 系统集成的意义与方法 228
10.5 可靠性工程中的风险管理 228
10.5.1 可靠性工程中的风险识别 228
10.5.2 风险评估量化 228
10.5.3 风险应对策略 228
10.6 专精特新企业实施可靠性工程
的路径 229
10.6.1 导入可靠性工程的必要性 229
10.6.2 可靠性工程的紧迫性 230
10.6.3 导入可靠性工程 231
10.6.4 各类型可靠性工程导入的
特点 235
10.6.5 不同规模企业导入可靠性
工程的策略 237
10.6.6 中小型专精特新企业可靠性
工程的难点与应对措施 238
10.7 中小型热泵工厂可靠性工程
导入框架 239
10.7.1 导入可靠性工程的背景与
必要性 240
10.7.2 分阶段导入路径：低成本、
高效益的实施步骤 240
10.7.3 可靠性工程的具体收益：
降本、提效、稳固市场 241
10.7.4 坚持实效，迈向可持续
增长 242
思考题与习题 242
第11章 可靠性工程应用指引 243
11.1 概述 243
11.1.1 可靠性工程体系的构成 243
11.1.2 产品全生命周期的可靠性 243
11.2 家用变频空调器的可靠性 244
11.2.1 应用场景及环境应力识别 245
11.2.2 家用变频空调器可靠性
建模 246
11.2.3 故障激发试验 247
11.2.4 家用变频空调器FMECA 252
11.2.5 家用变频空调器可靠性
评估方法 253
11.3 空调器用压缩机的可靠性 254
11.3.1 压缩机结构 254
11.3.2 应用场景分析 255
11.3.3 环境应力识别 256
11.3.4 旋转式压缩机FMECA 256
11.3.5 可靠性设计 260
11.3.6 可靠性试验 260
11.3.7 空调器用压缩机失效分析
案例 263
11.4 智能机器人的可靠性 268
11.4.1 智能机器人及其分类 268
11.4.2 应用场景分析 269
11.4.3 环境应力识别 269
11.4.4 恶劣环境应力识别 271
11.4.5 建立可靠性模型 272
11.4.6 工业机器人FMECA 275
11.4.7 如何建立FRACAS 280
11.4.8 工业机器人可靠性设计
要点 284
11.4.9 工业机器人可靠性试验
类型 287
11.5 电动汽车全隐藏式门把手的
可靠性 287
11.5.1 应用场景及环境应力识别 287
11.5.2 可靠性设计 288
11.5.3 可靠性试验 288
11.5.4 故障模式分析 288
11.5.5 改进措施 289
11.5.6 安全故障事故案例 289
11.5.7 后续工作及标准升级 289
11.6 电动汽车充电桩的可靠性 290
11.6.1 应用场景及环境应力识别 290
11.6.2 可靠性设计 290
11.6.3 可靠性试验 291
11.6.4 可靠性风险评估 291
11.6.5 运维可靠性 291
11.6.6 故障案例 292
11.7 电动汽车用动力电池的可靠性 293
11.7.1 应用场景及环境应力识别 293
11.7.2 意外事件评估 293
11.7.3 动力电池FMECA 294
11.7.4 续航里程衰减案例 295
11.7.5 动力电池安全可靠性标准 296
11.8 小型电动无人直升机的可靠性 297
11.8.1 应用场景及环境应力识别 297
11.8.2 小型电动无人直升机
FMECA 298
11.8.3 小型电动无人直升机可靠性
试验 299
11.8.4 小型电动无人直升机故障及
事故案例 300
11.9 光伏设备的可靠性 301
11.9.1 应用场景及环境应力识别 302
11.9.2 意外情况识别 302
11.9.3 光伏设备FMECA 302
11.9.4 可靠性设计 303
11.9.5 可靠性试验 303
11.9.6 可靠性评估 304
11.9.7 运维可靠性 304
11.10 风电机组的可靠性 305
11.10.1 应用场景识别 306
11.10.2 环境应力识别 306
11.10.3 风电机组极端环境应力
识别及意外情况识别 306
11.10.4 风电机组FMECA 307
11.10.5 运维可靠性 309
11.11 电力系统的可靠性 309
11.11.1 应用场景识别 310
11.11.2 环境应力识别 311
11.11.3 电力系统极端环境应力
识别 312
11.11.4 意外情况识别 312
11.11.5 可靠性评估 312
11.11.6 运维可靠性 312
11.11.7 电力系统智能监测与预警
系统 312
11.11.8 电力系统应急预案与快速
响应机制 313
11.12 电动自行车的可靠性 313
11.12.1 应用场景识别 313
11.12.2 恶劣环境应力识别 314
11.12.3 电动自行车FMECA 316
11.12.4 电动自行车FTA 317
11.12.5 FRACAS应用 318
11.12.6 可靠性指标及其确定
方法 319
11.12.7 可靠性设计准则 321
11.12.8 可靠性评估试验方法 321
11.12.9 竞品的可靠性评估对比 323
11.12.10 电动自行车可靠性评估
案例分析 324
11.13 自动扶梯的可靠性 324
11.13.1 自动扶梯的构成 324
11.13.2 应用场景识别 325
11.13.3 恶劣环境应力识别 326
11.13.4 建立可靠性模型 326
11.13.5 自动扶梯FMECA 327
11.13.6 典型故障案例 328
11.14 近海机械装备的可靠性 329
11.14.1 应用场景 329
11.14.2 环境应力识别 329
11.14.3 可靠性仿真原则 330
11.14.4 可靠性设计技术 330
11.14.5 可靠性仿真试验 331
11.14.6 可靠性评估 333
11.14.7 可靠性制造 334
11.14.8 高可靠性运维先进数字化
技术 334
思考题与习题 338
第12章 故障预测与健康管理 339
12.1 PHM概述 339
12.1.1 PHM的基本概念 339
12.1.2 PHM的内涵与作用 340
12.2 PHM系统的基本架构和基本
功能 341
12.2.1 基本架构 341
12.2.2 基本功能 342
12.3 PHM技术的产生与发展 343
12.3.1 PHM技术的产生 343
12.3.2 PHM技术的发展 343
12.3.3 PHM系统分析与设计的
发展 344
12.4 关键技术 344
12.4.1 传感器优选布置技术 344
12.4.2 数据处理技术 345
12.4.3 故障预测技术 345
12.4.4 故障诊断技术 345
12.4.5 健康状态评估技术 345
12.4.6 维修辅助决策技术 346
12.4.7 系统验证与评估技术 346
12.5 PHM系统的分析与设计 346
12.5.1 需求分析 346
12.5.2 基于模型的PHM系统功能
设计 349
12.5.3 PHM系统部署架构 354
12.5.4 架构类型 354
12.5.5 架构设计 355
12.6 PHM的工程应用 357

12.6.1 PHM在数控机床中的
应用 357
12.6.2 PHM在石化装备中的
应用 360
12.6.3 PHM在船舶中的应用 361
12.6.4 PHM在航空装备中的
应用 363
12.6.5 PHM在高铁中的应用 364
思考题与习题 368
第13章 可靠性相关标准简介 369
13.1 概述 369
13.2 可靠性国际标准 369
13.2.1 可靠性国际标准化组织 369
13.2.2 IEC制定的可靠性标准 370
13.2.3 ISO制定的可靠性标准 371
13.2.4 IEEE制定的可靠性标准 371

13.3 可靠性国家标准和可靠性国家
军用标准 372
13.3.1 可靠性国家标准 372
13.3.2 可靠性国家军用标准 372
13.4 美国军用可靠性标准 373
13.5 行业可靠性标准 374
13.5.1 核电可靠性标准 374
13.5.2 电力可靠性标准 374
13.5.3 汽车可靠性标准 374
13.5.4 航天可靠性标准 375
13.5.5 航空可靠性标准 375
13.6 家用电器可靠性标准 375
思考题与习题 376
丛书后记 377
参考文献 378