《空间精密仪器仪表可靠性工程/中国航天技术进展丛书》由产品固有属性和状态空间引出可靠性，论述和介绍了相关基础知识、理论工具和实施方法，以飞轮产品为载体详细介绍了可靠性工程的实施过程和分析方法。《空间精密仪器仪表可靠性工程/中国航天技术进展丛书》作者长期从事空间机电产品的基础研究和工程实践工作，书中总结可靠性工程实施经验，对可靠性技术及其工程应用具有重要意义。
可靠性是产品的固有属性之一,是指“产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定
的功能的能力”,反映了产品在使用的正常时限内能被成功使用的概率。陀螺仪(MW)、
飞轮(RW)、控制力矩陀螺(CMG)、太阳帆板驱动机构(SADA)、红外地平仪
(IRHS)等作为空间飞行器广泛使用的机电产品,由于目前无法实现在轨维修,可靠性显
得尤为重要。同时,空间机电产品涉及机、电、力、热等多项技术,受限于产品成本、子
样数量、考核周期等因素, 一直以来, 产品可靠性设计、分析和评估是工程界的一个
难题。
可靠性的概念最早源于美国国家航空咨询委员会,逐渐从电子、航天、核能等领域拓
展到机械、化工、动力等社会各个方面。随着概率论、数理统计、随机过程等数学方法的
发展,可靠性基础理论、工程方法的研究逐渐深入, 形成了故障模式及其影响分析
(FMEA)、故障树分析(FTA)等分析方法,开发了加速寿命试验、快速筛选试验等更有
效的试验方法,以及蒙特卡洛等可靠性预计方法。随着产品组成复杂度的提高、技术的进
步和需求的增多,可靠性技术依然是工程界重要研究内容之一。
北京控制工程研究所从20世纪60年代在陆元九院士等老一辈航天人的带领下开始陀
螺仪的研制,随后又陆续开展飞轮、控制力矩陀螺、太阳帆板驱动机构等空间机电产品的
研制。通过几十年的型号任务牵引,研究所在空间机电产品可靠性设计、分析、评估方面
开展了大量的地面试验,进行了一系列的工程探索,解决了空间机电产品可靠性设计和评
估的难题,取得了一批优异成果。
本书结合产品实例总结了作者及其同事的长期经验,对工程实践具有一定的指导意
义,希望本书对产品可靠性设计和评估工作有所裨益, 进一步推动产品可靠性工作的
发展。
第1章 绪论 …………………………………………………………………………………… 1
1.1 空间精密仪器仪表 (SAI)及其可靠性……………………………………………… 1
1.2 本书的内容和宗旨 …………………………………………………………………… 3
1.3 本书内容说明 ………………………………………………………………………… 4
第2章 产品可靠性属性和状态空间 ………………………………………………………… 5
2.1 产品可靠性属性 ……………………………………………………………………… 5
2.2 产品可靠性属性的表达方法 ………………………………………………………… 5
2.3 产品可靠性正确表达的主观和客观条件 …………………………………………… 6
2.3.1 SAI产品可靠性工程师必备的知识背景 ……………………………………… 6
2.3.2 产品状态空间的六项要素 ……………………………………………………… 7
2.3.3 实施全面质量管理 ……………………………………………………………… 9
第3章 SAI产品可靠性工程相关的概率理论基础知识 ………………………………… 10
3.1 概率理论基础知识 …………………………………………………………………… 10
3.2 概率理论涉及的两种人类认知理念 ………………………………………………… 10
3.2.1 基于频率法的概率理论基础知识 ……………………………………………… 11
3.2.2 基于时域法的概率理论基础知识 ……………………………………………… 12
第4章 SAI产品可靠性工程相关的数理统计理论基础知识 …………………………… 14
4.1 数据 …………………………………………………………………………………… 14
4.1.1 数据的全面性和真实性保障 …………………………………………………… 14
4.1.2 数据的获得方法 ………………………………………………………………… 16
4.2 统计分布及其应用 …………………………………………………………………… 17
4.2.1 正态分布 ………………………………………………………………………… 18
4.2.2 指数分布 ………………………………………………………………………… 20
4.2.3 χ2分布 …………………………………………………………………………224.2.4 u 分布 …………………………………………………………………………… 23
4.2.5 威布尔分布 ……………………………………………………………………… 24
4.2.6 浴盆曲线 ………………………………………………………………………… 25
4.3 极大似然法 …………………………………………………………………………… 26
4.4 信息集成法 …………………………………………………………………………… 29
第5章 SAI产品可靠性工程师实施对产品寿命可靠度预计的过程和方法 …………… 31
5.1 概论 …………………………………………………………………………………… 31
5.2 产品固有属性的审查认定 …………………………………………………………… 31
5.3 产品状态空间的认定 ………………………………………………………………… 32
5.3.1 设计状态的认定 ………………………………………………………………… 32
5.3.2 加工和工艺状态的认定 ………………………………………………………… 32
5.3.3 装配、调试、试验、专用设备及专业技术工人水平的认定 ………………… 32
5.3.4 验收条件和合格判据的认定 …………………………………………………… 33
5.3.5 传递过程 (产品保障、储存、运输)认定 …………………………………… 33
5.3.6 使用过程认定 …………………………………………………………………… 33
5.4 产品失效判据的认定 ………………………………………………………………… 34
5.5 预计SAI产品寿命可靠度的几种途径选择………………………………………… 34
5.6 SAI产品寿命数据随机分布规律的认定 …………………………………………… 35
5.7 SAI产品寿命数据样本大小的认定 ………………………………………………… 35
5.8 如何做出更切实际的预计结果? …………………………………………………… 35
5.9 如何及时修正原有寿命可靠度预计结果? ………………………………………… 36
第6章 通过地面寿命试验获取产品总体寿命可靠度预计实施方法案例 ……………… 38
6.1 概述 …………………………………………………………………………………… 38
6.2 动量轮进行地面寿命可靠度预计的背景介绍 ……………………………………… 38
6.2.1 产品固有属性认可 ……………………………………………………………… 39
6.2.2 动量轮产品总体的状态空间认可 ……………………………………………… 42
6.3 通过地面寿命试验预计总体寿命可靠度的方案及执行过程 ……………………… 42
6.3.1 地面寿命试验预计方案正确性认定 …………………………………………… 42
6.3.2 地面寿命试验环境条件 ………………………………………………………… 42
6.3.3 界定地面寿命试验产品失效判据 ……………………………………………… 43
6.3.4 地面寿命试验样本子样数选择 ………………………………………………… 43
6.3.5 地面寿命试验过程数据采集方法 ……………………………………………… 446.3.6 地面寿命试验数据的归一化处理 ……………………………………………… 44
6.3.7 从归一化子样时间序列数据寻求产品总体寿命数据样本并预计可靠度 …… 46
第7章 通过飞行器应用获取产品总体寿命可靠度预计实施方法案例 ………………… 50
7.1 概述 …………………………………………………………………………………… 50
7.2 动量轮进行应用案例寿命可靠度预计的背景介绍 ………………………………… 50
7.3 通过在轨应用案例预计总体寿命可靠度的方案及执行过程 ……………………… 51
7.3.1 应用案例预计方法正确性认定 ………………………………………………… 51
7.3.2 应用过程环境条件的认定 ……………………………………………………… 51
7.3.3 界定产品失效判据 ……………………………………………………………… 51
7.3.4 应用案例产品样本子样数选择 ………………………………………………… 51
7.3.5 预计样本数据采集方法 ………………………………………………………… 52
7.3.6 预计样本数据归一化处理 ……………………………………………………… 53
7.3.7 从归一化子样时间序列数据寻求产品总体寿命数据样本并预计可靠度 …… 56
第8章 SAI产品可靠性保障和提高的两个重要工具 …………………………………… 61
8.1 SAI产品失效分析工作与技术 ……………………………………………………… 61
8.1.1 SAI产品失效分析工作分类及实施方法 ……………………………………… 61
8.1.2 SAI产品失效分析技术 ………………………………………………………… 63
8.2 SAI产品可靠性工程数据库工作及技术 …………………………………………… 77
8.2.1 SAI产品可靠性工程数据库的构建工作内容和实施方法 …………………… 78
8.2.2 SAI产品可靠性数据库应用技术 ……………………………………………… 79
8.2.3 利用动量轮的在轨应用数据,建立产品可靠性工程数据库实体 …………… 81
结 语 ………………………………………………………………………………………… 84
附录A 最小二乘法 ………………………………………………………………………… 85
附录B χ2分布 ……………………………………………………………………………… 88
附录C u 分布 ……………………………………………………………………………… 90
附录D 贝叶斯公式理念的举例说明 ……………………………………………………… 93
附录E 六个从红外光谱分析结果中识别化合物名称的图谱 …………………………… 95
附录F 两个从XPS光电子能谱仪分析结果中识别元素及化合物化学态的文件 ……… 96
附录G SAI产品可靠性工程专业文献源 (杂志、文集、国际会议等) ……………… 97
附录H 专用名词术语英汉对照 …………………………………………………………… 98
参考文献 ……………………………………………………………………………………… 104
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