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出版者:北京航空航天大学出版社

作者:曾声奎

出品人:

页数:274

译者:

出版时间:2001-1-1

价格:20.00

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787810770156

丛书系列:

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《系统可靠性设计与分析技术精要》 在现代工程领域，系统的可靠性是衡量其性能和价值的关键指标。无论是航空航天、核能、铁路交通，还是通信、医疗设备，甚至是日常消费电子产品，一个可靠的系统能够保障运行的稳定、降低故障率、延长使用寿命，并最终为用户和社会带来安全与效益。本书正是为了满足这一日益增长的需求而精心编撰，旨在为读者提供一套系统、全面且实用的可靠性设计与分析方法。 本书内容涵盖了从可靠性理论基础到高级分析技术的广泛领域，旨在帮助读者深入理解可靠性工程的核心概念，并掌握将这些概念应用于实际工程项目的设计和分析的能力。 第一部分：可靠性理论基础与基本概念 本部分将首先为读者构建坚实的可靠性理论基础。我们将从可靠性的基本定义、重要性及其在产品生命周期中的作用入手，阐述可靠性与可用性、可维护性、安全性等相关概念之间的联系与区别。 可靠性定义与评价指标： 详细介绍可靠性的基本定义，如在规定条件下和规定时间内完成规定功能的概率。重点讲解各种常用的可靠性评价指标，包括失效率 (Failure Rate)、平均无故障时间 (MTTF/MTBF)、可靠度 (Reliability)、故障密度 (Failure Density) 等，并解释其计算方法和适用场景。 失效模式与机理： 深入探讨各种常见的失效模式，如磨损、疲劳、腐蚀、过载、环境影响等，以及这些失效模式背后的物理或化学机理。理解失效机理是进行有效可靠性设计的前提。 概率分布与可靠性模型： 介绍与可靠性分析密切相关的几种重要概率分布，如指数分布、威布尔分布、伽玛分布、正态分布和对数正态分布。重点讲解如何根据数据特点选择合适的概率分布模型，以及如何利用这些模型预测系统的可靠性性能。 可靠性增长： 阐述在产品开发过程中，通过测试和改进不断提升系统可靠性的概念。介绍可靠性增长的理论模型和实践方法，帮助读者理解如何在产品迭代中实现可靠性的持续提升。 第二部分：系统可靠性设计方法 本部分将聚焦于如何在系统设计初期就融入可靠性理念，通过合理的系统架构和设计策略来预防潜在的失效。 冗余技术： 详细介绍各种冗余配置策略，包括串联、并联、混合冗余、主动冗余、备用冗余等。讲解如何根据系统功能需求和失效模式选择最适合的冗余结构，并分析不同冗余配置下的系统可靠性提升效果。 应力-强度干涉理论： 解释应力-强度干涉理论在可靠性设计中的应用，即通过优化设计参数，使构件所承受的应力（或环境因素）的分布与构件的强度（或承受能力）的分布之间产生足够的裕度，从而降低失效发生的概率。 设计 for Reliability (DfR)： 介绍贯穿设计全过程的可靠性设计理念。讲解如何将可靠性目标分解到系统、子系统和零部件层面，并融入到设计评审、材料选择、工艺控制等各个环节。 硬件可靠性设计： 探讨电子元器件、机械部件等硬件在可靠性设计方面的具体要求，包括材料选择、工艺控制、环境适应性设计（如温度、湿度、振动、冲击等）、电磁兼容性 (EMC) 设计等。 软件可靠性设计： 关注软件系统的可靠性问题，介绍软件缺陷预防、模块化设计、错误处理机制、容错设计以及对嵌入式软件的可靠性考量。 第三部分：系统可靠性分析技术 本部分将引导读者掌握一系列分析工具和技术，用以评估现有系统或设计方案的可靠性水平，并找出潜在的薄弱环节。 故障树分析 (FTA)： 详细介绍故障树分析的原理、构建方法和应用。通过从顶层故障事件出发，层层分解至基本事件，从而识别系统发生故障的所有可能组合。讲解如何进行布尔逻辑运算和定量故障分析，计算系统的失效率。 失效模式与影响及危害性分析 (FMEA/FMECA)： 深入阐述 FMEA 的流程和核心内容，包括识别潜在失效模式、分析失效原因、评估失效影响和危害性，并提出预防措施。讲解 FMECA 如何进一步引入失效概率和临界度，进行量化风险评估。 可靠性框图 (RBD)： 介绍可靠性框图的绘制方法和应用，如何通过框图直观表示系统的串并联结构，并结合元器件的可靠性参数计算整个系统的可靠性。 马尔可夫链分析： 讲解马尔可夫链在分析具有状态转换和随机过程的系统可靠性与可用性方面的应用。特别是在处理可修复系统和具有多种运行状态的系统时，马尔可夫模型能够提供精确的分析结果。 加速寿命试验 (ALT)： 介绍加速寿命试验的设计原则、试验方法和数据分析技术。通过在比正常使用条件更严苛的条件下进行测试，以缩短试验周期，快速评估产品的长期可靠性。 剩余寿命评估与预测： 探讨如何基于现有运行数据和状态监测信息，评估系统当前的剩余寿命，并预测未来的可靠性表现。 第四部分：可靠性管理与实践 本部分将从管理层面探讨如何有效地开展可靠性工程工作，并分享在实际项目中的应用经验。 可靠性试验与验证： 介绍各种类型的可靠性试验，包括环境试验、寿命试验、加速寿命试验、验收试验等，以及如何设计有效的试验方案来验证系统的可靠性设计。 可靠性数据收集与管理： 强调可靠性数据的重要性，介绍数据收集的渠道、方法和质量控制，以及如何建立有效的可靠性数据库进行管理和分析。 可靠性维护与优化： 探讨在系统运行过程中，如何通过预防性维护、状态监测和故障分析，持续改进系统的可靠性性能。 标准与法规： 简要介绍与可靠性工程相关的国际和行业标准、法规要求，以及在特定行业（如航空、医疗）中的应用。 案例研究与实战应用： 通过分析多个典型的工程案例，展示书中介绍的各种可靠性设计与分析方法在实际项目中的应用过程和成效，帮助读者加深理解并学以致用。 本书内容结构清晰，理论与实践相结合，旨在为工程师、技术人员、项目管理者以及对系统可靠性感兴趣的读者提供一本宝贵的参考手册。通过学习本书，您将能够更有效地进行系统设计，预测和评估系统的可靠性，从而开发出更稳定、更安全、更具竞争力的产品和系统。

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在《系统可靠性设计分析教程》中，我学到了如何更科学地进行“可靠性分配”。在我过去的经验中，可靠性分配往往是基于一些经验法则或者简单的比例分配，不够精细化。这本书则提供了一套更加系统和数学化的方法。它详细介绍了基于“比例分配法”、“均方根法”、“优化分配法”等多种分配模型，并且对每种方法的适用条件和优缺点进行了深入的分析。尤其让我受益匪浅的是，书中是如何将系统级的可靠性目标，通过各种约束条件（如成本、重量、功耗、可维护性等）进行有效的分解，并最终落实到各个组件的可靠性指标上。 我特别关注了书中关于“可靠性优化”的部分。它不仅仅是分配指标，更是要找到最优的资源配置方案，以最小的成本或代价实现预定的可靠性目标。书中引入了一些优化算法，例如基于遗传算法或模拟退火的可靠性优化方法，这让我眼前一亮。我一直希望能够有一种方法，在满足可靠性要求的同时，又能有效地控制开发成本和维护成本。这本书提供的这些工具和思路，让我看到了实现这一目标的可能性。它让我认识到，可靠性设计是一个复杂的优化问题，需要综合考虑多个因素，并通过科学的分析和计算来找到最佳的解决方案。

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我是一名在一家大型科技公司负责产品可靠性工程师，平时的工作中经常需要接触和分析各种复杂的系统，如何确保这些系统在各种极端环境下都能稳定运行，一直是我的核心关注点。最近我读了《系统可靠性设计分析教程》，这本书给我的触动真的很大。之前我对可靠性工程的理解更多是停留在理论层面，例如一些经典的可靠性模型，像是指数分布、威布尔分布等等，也知道一些基础的故障树分析、事件树分析方法。但是，《系统可靠性设计分析教程》这本书，它不仅仅是罗列这些理论，更重要的是它深入浅出地讲解了如何将这些理论转化为实际的设计和分析工具。 比如，书里对冗余设计策略的阐述就非常详细。我印象特别深刻的是它关于“冷备份”、“热备份”和“温备份”这几种不同冗余模式的对比分析，不光是解释了它们的基本原理，还结合了实际案例，分析了不同模式在成本、性能、故障恢复时间等方面的权衡。这对于我选择最适合特定产品场景的冗余方案非常有指导意义。而且，书中对于组件失效模式的影响分析，从传统的单点故障到多点故障，再到共因故障，都做了细致的描绘，并且给出了相应的失效概率计算方法。这一点对我来说尤为重要，因为在我的工作中，很多系统并不是简单的串联或并联关系，而是存在复杂的相互依赖性，理解和量化这些复杂性是保障系统可靠性的关键。

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这本书在“系统可靠性建模”方面，给了我非常系统的梳理。我之前接触到的可靠性模型，往往是孤立存在的，比如指数模型、威布尔模型、对数正态模型等等。但《系统可靠性设计分析教程》则提供了一个更加宏观的视角，将这些模型置于一个更大的框架中，并且详细阐述了如何根据不同的系统特性、数据可用性以及分析目标来选择最合适的模型。它不仅仅是介绍模型的数学形式，更重要的是分析了每个模型背后的物理假设和适用场景。 我尤其受益于书中对“可靠性数据分析”的讲解。可靠性分析的质量很大程度上取决于输入数据的质量。《系统可靠性设计分析教程》详细介绍了如何从各种来源（如历史维修记录、试验数据、文献数据、加速试验数据等）收集可靠性数据，如何对数据进行清洗、整理和验证，以及如何处理缺失数据或异常值。此外，它还对如何进行数据可视化，以便更直观地理解数据的分布和趋势，提供了很多实用的建议。它让我认识到，可靠性分析是一个数据驱动的过程，而高质量的数据是所有分析的基础。

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《系统可靠性设计分析教程》中关于“状态监测与预测性维护”的章节，为我提供了一个非常实用的框架。我一直认为，仅仅依靠设计来保证可靠性是不够的，更重要的是在系统运行过程中，能够主动地监测其健康状态，并提前预警潜在的故障。书中详细介绍了各种状态监测技术，从基本的参数监测（如温度、电压、电流）到更复杂的振动分析、声发射监测、甚至基于机器学习的异常检测方法。 我尤其关注了书中关于“剩余寿命预测”（RUL）和“预测性维护策略”的探讨。它不仅仅是描述了如何监测，更重要的是如何利用监测数据来预测组件或系统的剩余寿命，并基于这些预测结果来制定最优的维修计划。这对于我们管理维护成本、减少非计划停机时间，以及最大化系统运行效率具有极其重要的意义。书中提供了一些数据驱动的预测模型，以及如何将这些预测结果集成到维护管理系统中，这让我看到了如何将先进的可靠性技术与实际的运维管理相结合，从而实现更高效、更智能的系统管理。

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这本书对于我理解和应用“可靠性增长”理论提供了全新的视角。我之前接触到的可靠性增长概念，更多的是基于MTBF（平均无故障时间）的增长曲线，以及通过各种改进措施来降低失效率。但《系统可靠性设计分析教程》中，它更进一步地探讨了如何主动地设计系统的“可靠性增长”能力，而不仅仅是被动地响应失效。比如，书中关于“试验-改进-评估”循环在产品开发过程中的应用，以及如何通过引入故障注入机制、模拟故障场景来加速发现和修复潜在的可靠性问题，这对我启发很大。 我印象深刻的是书中对于“故障模式、影响及危害性分析”（FMECA）的详细介绍。它不只是一个静态的分析工具，而是一个动态的、贯穿产品整个生命周期的过程。书中阐述了如何识别潜在的故障模式，分析它们的发生概率、影响程度以及危害性，并提出相应的预防和缓解措施。更重要的是，它强调了FMECA结果与可靠性增长的联动关系，即通过FMECA发现的薄弱环节，恰恰是我们改进的首要目标，而改进后的效果又可以通过后续的可靠性增长模型来量化评估。这种闭环的反馈机制，对于提升产品的可维护性和可靠性非常有价值。

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这本书对于我理解和应用“维修性设计”给了我深刻的指导。我之前一直认为可靠性设计就是防止失效，但《系统可靠性设计分析教程》让我认识到，在某些情况下，即使发生了失效，如何能够快速、高效地恢复系统的正常运行，同样是保障整体系统可用性的关键。书中对于维修性设计原则的阐述，比如“易于诊断”、“易于更换”、“易于测试”等，给了我非常清晰的指导方向。 我印象特别深刻的是，书中对“维修性建模”和“维修性分配”的讲解。它不仅介绍了如何通过平均维修时间（MTTR）来量化维修性，还探讨了如何利用一些模型来预测系统在发生故障后的修复时间，以及如何通过设计来降低MTTR。例如，书中提到的一些模块化设计、标准化接口的应用，都能够极大地提高系统的可维修性。而且，它还详细阐述了如何将系统的可用性目标，通过维修性指标（如维修间隔时间MTBF，平均修复时间MTTR）和可靠性指标（如平均无故障时间MTBF）进行分解，并落实到各个组件的设计上。这种将可靠性和维修性有机结合的思路，让我对整个系统的可用性有了更全面的理解。

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《系统可靠性设计分析教程》中关于“加速寿命试验”的章节，对我来说简直是“雪中送炭”。我之前在进行产品验证时，经常面临着试验周期长、成本高的问题，尤其是一些寿命很长的产品，要在有限的时间内获得足够的可靠性数据，实在是一大挑战。书中详细介绍了各种加速寿命试验的设计方法，比如恒定应力试验、渐进应力试验、降额试验等等，并对这些方法的原理、优缺点以及适用条件进行了深入的分析。 我尤其关注了书中关于“加速因子模型”的讲解，比如如何利用ARRHENIUS方程、Eyring方程等来建立应力与寿命之间的关系，并通过外推来预测产品在正常应力下的寿命。这部分内容非常有说服力，它不仅提供了数学模型，还结合了大量的工程实例，让我能够理解如何在实际操作中应用这些模型，并且如何进行数据分析和结果解释。书中还强调了加速试验设计中的一些关键考虑因素，比如如何选择合适的加速应力、如何避免加速应力对失效机制的影响等等，这些细节对于确保试验结果的有效性和可靠性至关重要。

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最近我参与的一个项目，是为一个关键的航空电子系统设计可靠性方案，其中涉及到大量的高可靠性元器件选择和系统集成。在《系统可靠性设计分析教程》中，我找到了很多关于高可靠性元件选择和评估的宝贵信息。书中不光是简单列举了常见的军用级、工业级元器件，更重要的是详细阐述了如何根据系统的环境要求、运行周期、以及可接受的失效概率来筛选合适的元器件。它对不同类型的元器件，例如半导体、连接器、功率器件等，在可靠性方面的特性和潜在失效模式进行了深入剖析。 我特别关注了书中关于“失效率随环境应力变化的建模”这部分内容。它介绍了如何利用ARRHENIUS方程、PECK方程等经典模型，来量化温度、湿度、振动等环境因素对元器件失效率的影响。这对于我们评估系统在不同工作环境下的可靠性至关重要。而且，书中还对“元器件的可靠性分配”做了详细的说明，如何将整个系统的总可靠性指标，按照一定的原则，逐级分配到各个子系统和元器件上，这是一个非常考验工程智慧的过程。它让我认识到，可靠性设计是一个自顶向下的系统工程，需要从整体目标出发，层层分解，最终落实到每个细节。

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这本书对于我理解和应用“故障树分析”（FTA）和“事件树分析”（ETA）提供了更深入的指导。虽然我之前对这两种方法有所了解，但《系统可靠性设计分析教程》让我认识到它们在系统可靠性设计中的核心地位，以及如何将它们更有效地应用于实际问题。书中对FTA的讲解，不只是停留在绘制故障树和计算基本事件的发生概率，而是深入探讨了如何构建精确的故障树，如何处理复杂的逻辑门（AND、OR、NOT），以及如何对故障树进行量化分析，计算顶层事件（系统失效）的发生概率。 我尤其印象深刻的是，书中对于FTA在“设计审查”和“故障模式识别”中的应用。它不仅仅是一种事后分析工具，更是一种主动的设计工具，可以在设计早期就识别出潜在的系统薄弱环节。而ETA的部分，书中也详细阐述了如何将ETA与FTA结合使用，从故障模式分析的结果出发，去评估一系列可能导致系统失效的事件序列的概率。它让我认识到，FTA和ETA是理解复杂系统失效路径的强大工具，通过这些分析，我们可以更清晰地看到哪些单点故障或组合故障可能导致灾难性的后果，从而有针对性地进行设计改进。

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这本书让我对“失效”这件事有了更全面的认识。我以前可能更多地将失效看作是某种硬性的、突然发生的事件，但《系统可靠性设计分析教程》中对“退化性失效”和“随机性失效”的区分，以及对这些失效模式的建模和预测，给了我很大的启发。退化性失效，比如磨损、疲劳，它是系统随时间推移性能逐渐下降的过程，而随机性失效则可能发生在任何时候。书中对于如何通过历史数据、加速寿命试验数据来构建退化模型，从而预测系统剩余寿命，这部分内容可以说是我工作中的“痛点”之一。 我一直苦于找不到一个系统性的方法来处理这些非线性的、随时间变化的失效行为。这本书提供了一套清晰的分析框架，从数据采集、数据预处理，到模型选择（比如使用一些非参数模型或者基于物理的模型），再到模型验证和寿命预测，每一步都有详细的讲解和计算示例。特别是它提到的一些高阶统计方法，比如贝叶斯推断在寿命预测中的应用，虽然这部分内容有一定的挑战性，但确实为解决那些数据不完整或者具有高度不确定性的系统可靠性问题提供了强大的工具。它让我认识到，可靠性分析不只是一个统计学问题，更是一个需要结合领域知识和工程经验的综合性学科。

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说实话是可靠度书籍里面写的算不错的了！不过偏机械一些，如何将这种思想引领入交通才是真的

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教程编的不错