具体描述
内容简介
本书主要针对环境对光电系统（装备、设备）可靠性具有的重要影响，以及环境与可靠性的相互关系，围绕如何提高光电系统可靠性这一主线而展开。全书分为12章。首先阐述光电系统所需的环境工程与可靠性基础。接着分析、研究环境对系统可靠性的影响以及抗恶劣环境设计、环境对光电系统性能的影响及对策分析。然后，结合实际重点讲解光电系统可靠性设计、光电系统研制阶段与使用阶段可靠性增长及可靠性管理、环境应力筛选与可靠性保证试验、环境试验、可靠性鉴定（验收）试验等工程技术方法。最后，提出并研讨光电系统可靠性评估、软件可靠性与软件测试等工程技术内容。
本书将基础理论与工程实际相结合，融合实际工作经验与科研成果。内容丰富，深入浅出； 取材科研，源于工程； 突出重点，应用性强； 技术前沿，兼顾发展； 系统全面，概念清晰； 纵横“脉络”，层次分明。尤其是技术与管理并重，体现了该交叉学科课程的综合性、特殊性和重要性。
本书可作为高等院校光电信息科学与工程专业高年级本科生和光学工程专业研究生的教材，也可供光电行业及其相关领域的科技人员和管理人员学习、参考。
精彩书摘
5.1系统可靠性指标分析与论证
5.1.1系统可靠性指标的现状及存在问题
系统可靠性指标是承制方可靠性工作的动力与奋斗目标，许多可靠性工作都从始至终围绕着它而进行活动。指标要求过高或过低都不利于可靠性工作。过高往往会产生事与愿违的结果，脱离实际技术、工艺水平、成本增加； 过低往往会使承制方缺乏应有的技术改进措施，也不能为使用方带来高可靠性装备。关于可靠性指标要求方面往往存在以下几个问题：
(1) 指标不全面，不能真正反映系统的实际使用要求。例如某光电火控系统相当复杂，有火炮、供弹系统、光电火控雷达、计算机通信设备。这本来是几个系统，应分别提出不同的指标要求，但却笼统地只提出MTBF及MTTR指标。这里至少应有三方面要求，对火炮本身来说，其可靠性指标应为发射成功率，而不是MTBF； 对于供弹系统来说，其可靠性指标应为平均无故障供弹循环次数。只有雷达、通信、计算机才适用MTBF及MTTR指标。
(2) 只有大系统指标，而无分系统指标，难以对分系统实行有效控制。因为系统是由分系统组成的，如果分系统可靠性指标不落实，大系统的可靠性指标也难以实现。
(3) 指标一贯制，不分研制、生产、使用阶段。系统在不同阶段(如原样阶段、初样阶段、正样阶段、批生产阶段)，可靠性增长是不同的。为符合增长规律，应有阶段指标，进行分阶段控制。可是不少系统的可靠性要求始终如一，不便于管理，也不符合技术、工艺、管理等实际情况。
(4) 即便使用MTBF指标，亦有不同的说法，不统一。还有一些装备系统的MTBF是以观察值作为指标，另一些装备系统以MTBF试验上限值或广告(θ0)作为指标，有些以MTBF试验下限值(θ1)作指标。由于指标取值不同，MTBF检验结果也不一样，致使可能本来是同一可靠性水平的系统，但报出结果却大不一样。
5.1.2MTBF指标各种量值的相应关系与确定方法
对于可靠性参数中的MTBF指标的要求值θr、检验值、设计值和标称值的确定方法与相互关系，常常表述不同、见解不一。其中，尤以验证指标的试验方案中的参数θ0、θ1，即检验指标的上、下限值与要求值、设计值之间的关系，长期处于争论之中，影响到MTBF指标各种量值的正确确定、系统可靠性正确设计以及验证试验方案的正确选择。
1. 指标要求值θr(最低可接收值)
当以θ表示MTBF的真值时，正偏差越大，可靠性越高，故仅须控制它的负偏差。于是，MTBF的要求值θr可用它的最低值，即用标称值θg减去其偏差值来表示，即
θr=θmin=θg－Δθ(5��1)
因此，MTBF的指标要求值完整表示应为
θ≥θr|Pθr(5��2)
即使指标要求的真值以置信概率Pθr保证不小于θr。也就是说，当以MTBF的最低可接收值作为指标要求值时，必须同时明确它的置信概率，否则，指标要求实际上是不确定的。而指标要求值首先应当根据任务需求加以确定。
2. 指标检验值(θ1，θ0)
指标检验值是指验证指标要求值的统计试验方案中对应承制方和使用方风险率α、β的检验上、下限值θ0和θ1，是为拟定试验计划(可靠性鉴定、验收)而假设的MTBF可接收水平和拒收水平。标准规定，上限值用θ0表示，它是可接收的MTBF值，当受试系统的MTBF的真值接近θ0时，标准型试验方案以高概率接收系统，θ0只是系统可靠性试验统计试验方案的一个参数，并规定它等于鉴别比D乘以检验值的下限值θ1，即θ1＝Dθ0。θ1也是可靠性试验方案的一个参数，是不可接收的MTBF值。当系统的MTBF的真值接近θ1时，标准型试验方案以高概率拒收系统。θ0和θ1都不能代表装备系统的可靠性真值水平。
指标要求值，即最低可接收值，与θ1在数值上可以相等，但不能把两者等同起来。实际上，为了验证指标要求值，不仅可以选择不同的试验方案，而且可以选择不同的上、下限值。
对于使用期内工作寿命为负指数分布的系统，可以导出指标要求值θr和θ0、θ1的定量关系。工作寿命为负指数分布的定时截尾试验由下列方程组确定：
前言/序言
前言
产品环境与可靠性问题起始于20世纪20年代，经过了一个较长的认识和熟悉过程，由于科学技术的进步、战争的需要、国民经济的发展和人民生活的需要，逐渐形成了以电子系统为主要研究对象，其次是机械、机电系统为研究对象的可靠性工程理论。而作为光电系统环境与可靠性的工程技术理论，国内外近些年才开始逐渐实用化研究与应用，至今无论从理论体系，还是工程应用，都还有很多问题值得深入系统地研究和探索。
随着光电技术的迅速发展，相应产业群日益蓬勃，光电系统在军、民用诸多领域的应用越来越广泛。在军事上，由于其目标探测方式可以采用被动式，因而具有很强的抗电子干扰能力和图像直观等优点，在现代战争中可以发挥重要作用。在民用领域，各式各样的光电系统对国民经济的发展也发挥越来越重要的作用。但是，具有先进性能的光电系统往往比较复杂，技术含量高，使用环境也越来越严酷，在实际使用时，其可靠性难以达到应有的水平，制约系统性能的发挥。当可靠性问题严重时，将直接影响任务的顺利完成，或减弱其经济效能，甚至带来不可弥补的损失。因此，人们对光电系统性能、可靠性的要求越来越高，为了满足不断增长的使用要求，提高和保障系统可靠性水平是十分必要的，而掌握系统可靠性工程技术是其基本途径和重要手段。
光电系统(装备、设备)的环境适应性和可靠性是其产品质量的重要内核和指标，也是产品设计、研制、制造等方面必须同时考虑的重要技术问题。可靠性的高低直接表征着产品质量的优劣，而环境对光电系统的可靠性具有重要的影响。因此，无论从光电科学与技术的发展，还是从光电产品质量、光电产业工程实际着眼，都可以看出，军、民用光电行业急需光电系统环境与可靠性工程技术的普及和深入。
然而，目前介绍电子系统可靠性和机械系统可靠性的书籍较多，其实际工程开展得也较多。相比较而言，由于光电系统牵涉光学、机械、电子、计算机软硬件、控制等方面的多学科内容，往往比较复杂，其可靠性从理论到实践，都有待进一步广泛而深入地研究，实际工程开展得也不够。尤其是针对光电系统，把环境和可靠性结合起来进行综合研究探讨的书籍鲜少见到。国内高校为光电信息科学与工程专业本科生和光学工程专业研究生，很少开设“光电系统环境与可靠性工程技术”之类的专业课或选修课，也没有为该专业课程编著相应的教材。这不仅与社会实际需求严重脱节，而且也与多年来国外许多高水平大学光电类工程专业普遍开设有此类课程而形成鲜明对比。为此，作者尝试怀揣浅陋之见，基于多维度、大纵深、取材科研、源于工程、突出重点、应用性强的出发点，编著此书。
为此，本书以环境工程理论和可靠性工程理论为基础，结合光电系统技术，以及电子系统可靠性工程的相关理论和方法，较全面地论述并研究了光电系统的环境因素与可靠性之间的多种关系，光电系统环境工程基础、可靠性基础、环境对系统可靠性的影响与抗恶劣环境设计、环境对光电系统性能的影响，以及光电系统可靠性设计、可靠性增长、可靠性管理、环境应力筛选与可靠性保证试验、环境试验、可靠性鉴定(验收)试验、可靠性评估、软件可靠性及软件测试等方面的工程技术内容。由于环境与可靠性问题往往发端于军事需求，军事上对系统抗恶劣环境和可靠性提出更高的要求，因此，本书对军用光电系统环境与可靠性的问题及其实际解决途径，也进行了一些涉及、探讨与论述。
作者从20世纪90年初期开始，主持并参加了多项光电装备(军用光电装备)的环境与可靠性科研工作，以及装备软件管理、软件可靠性、软件测试等工作。同时，还负责过多型光电装备的设计、研制、内外场试验等工作，长期亲历相关工程实践。因此，本书融合了基础理论、实际工程以及作者的科研成果、经验、心得体会，可作为高等院校光电信息科学与工程专业高年级本科生和光学工程专业研究生的教材，或相关专业的参考教材。也可供光电行业及其相关领域的科技人员和管理人员学习、参考、借鉴。对于光电系统环境与可靠性的深入研究、工程实践，提高光电系统的可靠性，具有重要的意义和作用。对尽快培养、形成大批高层次、综合性的技术与管理人才，以及“新工科”课程建设的需要，将发挥积极的作用。
应该指出的是，在成书过程中，还参考了许多文献资料，在此对这些资料的作者表示衷心的感谢。本书属于多学科交叉著作，希望其出版能起到抛砖引玉的作用。
由于作者水平和成书时间有限，技术、标准等内容发展较快，书中不足和错误之处在所难免，敬请读者批评指正。
吴晗平2018年2月于武汉工程大学光电子系统技术研究所
用户评价
这本书的内容之详实，让我惊叹于作者团队深厚的学术功底和丰富的工程经验。特别是其对光电系统在极端环境下的可靠性设计策略的探讨，可谓是字字珠玑。我一直对太空环境对光学元件的影响感到好奇，书中详细讲解了空间粒子辐射对探测器量子效率下降、成像噪声增加的影响，以及如何通过空间辐射加固技术，如选用抗辐射材料、设计屏蔽层等来提升其在太空中的生存能力。书中列举了几个具体的航天器光学载荷设计案例，分析了其在面临不同类型辐射（如质子、电子、重离子）时的性能衰减曲线，并提出了相应的缓解措施，这对于我们理解和解决航天领域面临的独特可靠性挑战具有极高的参考价值。此外，书中还触及了光纤在高温环境下的衰减机理以及如何通过特殊涂层和封装来提高其耐温性，这在一些高温工业应用中也是非常实用的知识。
评分我一直对光电系统的稳定运行在恶劣环境下的表现感到好奇，这本书给了我一个非常深入的解答。书中对各种环境因素如何影响光电器件性能的分析，细致入微。尤其是在关于热管理的部分，它详细介绍了主动和被动冷却技术在降低光电器件工作温度方面的应用，并分析了不同冷却方式的优劣势。我特别感兴趣的是书中关于热设计与可靠性之间关系的讨论，作者们强调了良好的热管理不仅能保证器件的正常工作，更能显著延长其使用寿命，并给出了具体的计算方法来评估热应力对器件寿命的影响。此外，书中还对电磁干扰（EMI）和电磁兼容性（EMC）在光电系统中的影响进行了深入的分析，并提供了相应的防护设计建议，这对于确保光电器件在复杂的电磁环境中稳定可靠工作至关重要。这种从环境因素到器件性能，再到工程设计策略的全面覆盖，让我对光电系统的可靠性有了更系统、更深刻的认识。
评分说实话，一开始拿到这本书，以为会是一本枯燥乏味的理论堆砌，但读下去之后，才发现其内容之丰富和实用性之强，完全超出了我的预期。尤其是在可靠性工程技术这一块，作者们并没有停留在泛泛而谈的层面，而是针对光电系统的特点，详细介绍了多种失效模式的识别、分析和预测方法。我特别喜欢关于加速寿命试验的设计和数据分析章节，其中关于Weibull分布在光电器件寿命预测中的应用，提供了清晰的数学模型和具体的计算实例，这对于我们评估产品在投入使用前的可靠性至关重要。书中还详细讲解了FMEA（失效模式与影响分析）和FTA（故障树分析）在光电系统可靠性设计中的应用流程，通过大量的图表和流程图，将复杂的分析过程变得易于理解和操作。更值得一提的是，书中还穿插了一些关于质量管理体系（如ISO 9001）在光电产品生产过程中的实施要点，这对于构建一个完整的质量保证体系非常有帮助。
评分这本书真的让我眼前一亮，尤其是它对光电系统在各种严苛环境下的行为进行了深入浅出的剖析。书中不仅详细阐述了温度、湿度、辐射、振动等外部因素对光电器件性能的影响机制，还结合了大量的实际案例，比如卫星载荷、深海探测器以及高原观测设备等，让我们能够直观地理解这些环境因素的潜在破坏力。让我印象特别深刻的是关于高海拔地区紫外辐射对半导体材料老化过程的模拟和预测，作者团队运用了多物理场耦合仿真的方法，给出了非常详尽的计算步骤和参数设置，这对于我们在进行高原光电设备设计时，如何选择合适的防护材料和优化结构设计提供了宝贵的理论指导和实践参考。此外，书中对热应力、机械应力在光电器件内部产生的应力集中区域的分析，以及如何通过微观结构设计和封装工艺来缓解这些应力，也让我受益匪浅。这种从宏观环境到微观机制的层层递进的讲解方式，让我在掌握理论知识的同时，也对工程实践有了更深刻的认识。
评分这本书所涵盖的知识点非常全面，而且结构清晰，逻辑性强，对于想要深入理解光电系统可靠性工程技术的读者来说，无疑是一本不可多得的宝藏。我尤其欣赏书中关于环境应力筛选（ESS）和加速寿命测试（ALT）的详细阐述。作者们不仅解释了这些测试的基本原理和目的，还结合光电系统的具体类型，给出了详细的测试方案设计和数据分析方法。例如，在关于振动和冲击测试的章节中，书中详细介绍了不同类型的振动谱（如随机振动、正弦振动）及其在模拟运输和工作环境中的应用，并给出了如何根据产品特性选择合适的测试参数和频率范围。对于加速寿命测试，书中不仅讨论了温度加速、湿度加速等常见加速应力，还探讨了如何根据失效机理选择最合适的加速模型，并进行了详细的数学推导和实例分析，这使得我们可以更准确地预测产品在实际使用寿命中的可靠性。
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