Table of Contents
CD-ROM Contents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ix
List of Figures and Tables. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . x
Part I Reliability Management
Chapter 1 A. Strategic Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1. Benefits of Reliability Engineering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2. Interrelationship of Quality and Reliability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
3. Role of the Reliability Function in the Organization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
4. Reliability in Product and Process Development . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
5. Failure Consequence and Liability Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
6. Life-Cycle Cost Planning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
7. Customer Needs Assessment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
8. Project Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Chapter 2 B. Reliability Program Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1. Terminology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2. Elements of a Reliability Program. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3. Product Life-Cycle and Costs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
4. Design Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
5. Requirements Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
6. Reliability Training Programs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Chapter 3 C. Product Safety and Liability. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1. Roles and Responsibilities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2. Ethical Issues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3. System Safety Program. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Part II Probability and Statistics for Reliability
Chapter 4 A. Basic Concepts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
1. Statistical Terms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2. Basic Probability Concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3. Discrete and Continuous Probability Distributions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4. Statistical Process Control (SPC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Chapter 5 B. Statistical Inference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
1. Point and Interval Estimates of Parameters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
vi Table of Contents
2. Statistical Interval Estimates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3. Hypothesis Testing (Parametric and Non-Parametric) . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4. Bayesian Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
Part III Reliability in Design and Development
Chapter 6 A. Reliability Design Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
1. Use Factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
2. Stress-Strength Analysis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
3. Failure Mode and Effects Analysis (FMEA) in Design . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
4. Failure Mode Effects and Criticality Analysis (FMECA) in Design. . . . . . . 100
5. Fault Tree Analysis (FTA) in Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
6. Tolerance and Worst-Case Analyses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
7. Robust Design Approaches. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
8. Human Factors Reliability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
9. Design for X (DFX). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
Chapter 7 B. Parts and Systems Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
1. Parts Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
2. Material Selection and Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
3. Derating Methods and Principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
4. Establishing Specifications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
Part IV Reliability Modeling and Predictions
Chapter 8 A. Reliability Modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
1. Sources of Reliability Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
2. Reliability Block Diagrams and Models. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
3. Simulation Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
Chapter 9 B. Reliability Predictions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
1. Part Count Prediction and Part Stress Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
2. Advantages and Limitations of Reliability Predictions . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
3. Reliability Prediction Methods for Repairable and Non-Repairable
Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
4. Reliability Apportionment/Allocation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
Part V Reliability Testing
Chapter 10 A. Reliability Test Planning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
1. Elements of a Reliability Test Plan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
2. Types and Applications of Reliability Testing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
3. Test Environment Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
Chapter 11 B. Development Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
1. Accelerated Life Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
2. Step-Stress Testing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
3. Reliability Growth Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
Table of Contents vii
4. Software Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
Chapter 12 C. Product Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
1. Qualification/Demonstration Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
2. Product Reliability Acceptance Testing (PRAT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
3. Stress Screening . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
4. Attribute Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
5. Degradation Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
6. Software Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
Part VI Maintainability and Availability
Chapter 13 A. Management Strategies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
1. Maintainability and Availability Planning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
2. Maintenance Strategies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
3. Maintainability Apportionment/Allocation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
4. Availability Tradeoffs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
Chapter 14 B. Analyses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
1. Maintenance Time Distributions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
2. Preventive Maintenance (PM) Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
3. Corrective Maintenance Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
4. Testability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
5. Spare Parts Strategy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
Part VII Data Collection and Use
Chapter 15 A. Data Collection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
1. Types of Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
2. Data Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
3. Collection Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
4. Data Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
Chapter 16 B. Data Use . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
1. Data Summarization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
2. Preventive and Corrective Action . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
3. Measures of Effectiveness. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Chapter 17 C. Data and Failure Analysis Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
1. Failure Mode and Effects Analysis (FMEA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
2. Failure Mode, Effects, and Criticality Analysis (FMECA). . . . . . . . . . . . . . . 225
3. Fault Tree Analysis (FTA) and Success Tree Analysis (STA) . . . . . . . . . . . . . 226
4. Failure Reporting, Analysis, and Corrective Action System
(FRACAS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
Part VIII Appendices
Appendix A Reliability Engineer Certification Body of Knowledge . . . . . . 232
viii Table of Contents
Appendix B ASQ Code of Ethics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
Appendix C Control Limit Formulas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
Appendix D Constants for Control Charts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
Appendix E Areas under Standard Normal Curve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
Appendix F F Distribution F0.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
Appendix G F Distribution F0.05 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
Appendix H F Distribution F0.01 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
Appendix I Chi Square Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
Appendix J Values of the t Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
Appendix K Statistical Tolerance Factors for at Least 99 Percent of
the Population (“k-Values”) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
Appendix L Critical Values for the Mann-Whitney Test . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
Appendix M Critical Values for Wilcoxon Signed Rank Test . . . . . . . . . . . . . 265
Appendix N Poisson Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
Appendix O Binomial Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
Appendix P Exponential Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
Appendix Q Median Ranks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
Glossary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
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