4系统可靠性分析方法
系统的可靠性分析方法
系统的可靠性分析方法系统的可靠性分析是指对系统的性能和功能进行定量分析，以评估系统在特定条件下正确运行的概率。
可靠性分析是系统工程中的重要环节，对于确保系统的可靠性和稳定性非常关键。
本文将介绍可靠性分析的方法和步骤，并从定性和定量两个层面进行阐述。
首先，可靠性分析的方法主要分为定性和定量两个层面。
定性方法是通过对系统进行全面的分析和评估，以识别系统的潜在故障模式和机制。
定性方法一般包括故障树分析（FTA）和事件树分析（ETA）等。
故障树分析通过将系统的故障事件和故障模式构建成故障树，采用逻辑门的方式进行事件关系的推演，找出导致系统故障的主要因素和路径。
事件树分析则是通过对系统事件和故障模式进行分析，识别出导致系统失效的主要事件和概率。
定性方法的主要目的是识别系统的潜在风险和故障点，为后续的定量分析提供基础。
定量方法是在定性分析的基础上，通过数学模型和统计分析来评估系统的可靠性。
定量方法可以采用可靠性模型和可靠性评估技术。
可靠性模型是通过数学建模来描述系统的可靠性和失效行为，常用的模型包括可靠性估计模型、Markov模型和Monte Carlo模拟模型等。
可靠性评估技术则是通过统计方法和可靠性理论，对系统的故障和失效数据进行分析和处理，得出系统的可靠性参数和性能指标。
常用的可靠性评估技术包括可靠性增长试验、可靠性预测和可靠度增长模型等。
定量方法的主要目的是对系统的可靠性进行定量评估，为系统设计和改进提供依据。
接下来，我们将以一个例子来说明可靠性分析的步骤和方法。
假设我们要分析一个银行的自助提款机（ATM）的可靠性。
首先，我们可以采用故障树分析的方法来识别ATM系统的故障模式和机制。
我们可以将ATM系统的故障事件和故障模式构建成故障树，例如ATM设备故障、软件故障、网络故障和黑客攻击等。
然后通过逻辑门的方式进行事件关系的推演，找出导致系统故障的主要因素和路径。
其次，我们可以采用可靠性模型和可靠性评估技术来定量评估ATM系统的可靠性。
4 系统可靠性分析与分配
系统可靠性基本概念 简单系统可靠度计算 系统可靠度分配
重点：
串联系统、并联系统、旁联系统可靠度计算； 系统可靠度分配方法：等分配法、按比例分 配法、AGREE分配法
1
4.1 系统可靠性基本概念
一、系统与单元
系统——由若干个部件相互有机地组合成一个 可完成某一功能的综合体。
随着单元数量的增加和单元可靠度增加，并联系统的可 靠度将增加。
系统的可靠度总是大于任一单元的可靠度。
13
并联系统失效率（寿命服从指数分布）：
n 2时
RS (t) 1 (1 e1t )(1 e2t ) e1t e2t e(12 )t
RS (t) 2et e2t
(1 2 )
s
RS ' (t) RS (t)
n
Pt1 t,t2 t, ,tn t F1(t)F2 (t) Fn (t) Fi (t) i 1 12
并联系统可靠度：
n
n
RS (t) 1 FS (t) 1 Fi (t) 1 (1 Ri (t))
i 1
i 1
系统中各单元可靠度相等时：
RS 1 (1 R)n
具有并联系统逻辑图的并联系统，其可靠度RS与功能关 系呈并联的单元数量n及单元的可靠度Ri有关。
(2et e2t )dt 3
0
2
有n个单元组成时:
tm
1
n i=1
1 i
1
(1
1 2
1 3
1) n
例3：设每个单元的寿命服从指数分布，且失效率为0.001/h，
求100h时，如下情况的系统可靠度：（1）两个单元构成的串 联系统；（2）两个单元构成的并联系统。
系统可靠性设计分析教程教学设计 (2)
系统可靠性设计分析教程教学设计1. 简介本教学设计介绍系统可靠性设计分析的基本概念和方法，并介绍了如何使用可靠性工具分析系统可靠性。
本教学设计旨在使学生能够理解系统可靠性设计分析的重要性、理解可靠性分析的基本原理、学会使用可靠性工具分析系统可靠性。
2. 学习目标本教学设计旨在达到以下学习目标：•了解系统可靠性设计的概念与原则•掌握可靠性工具的使用方法•熟悉可靠性分析的步骤和流程•能够进行基本的系统可靠性设计分析3. 教学内容3.1 系统可靠性设计概述•系统可靠性的定义和概念•系统可靠性设计的目的和原则•系统可靠性的重要性3.2 可靠性工具介绍•可靠性工具的分类•FMEA（故障模式与影响分析）•FTA（故障树分析）•RBD（可靠性块图）•信赖度增长曲线3.3 可靠性分析实践•可靠性分析流程和步骤•以案例进行可靠性分析实践4. 教学方法本教学设计采用如下教学方法：•理论教学：基本概念和原理的讲解•实践教学：使用案例进行可靠性分析实践•分组讨论：小组讨论案例分析结果及讨论可靠性工具的使用方法等问题•课堂演示：使用可靠性工具进行实践演示5. 教学评价本教学设计的考核方式如下：•期末考试（占70%分数）：选择题和论述题两部分，测试学生对系统可靠性设计分析的理解和应用能力•课堂表现（占30%分数）：包括出勤率、课堂活动参与度和课程作业完成情况等6. 教学资源本教学设计需要的资源如下：•案例分析资料•讲义、教材和案例分析资料提供给学生•可靠性工具软件（例如 ReliaSoft）7. 结语随着科技的不断发展，我们对各种系统的要求越来越高，系统可靠性变得至关重要。
本教学设计旨在帮助学生了解系统可靠性设计的概念和原则，掌握可靠性工具的使用方法，熟悉可靠性分析的步骤和流程，提高学生的系统可靠性设计分析的能力，培养学生分析解决实际问题的能力。
4.系统可靠性分析
问题的提出
如何定义可靠性？ 什么叫系统的可靠性？系统的可靠性和系统组 成元素的可靠性有什么关系？ 系统可靠性与安全的关系？ 人的可靠性？ 如何提高系统的可靠性？
1. 可靠性
1.1可靠性的定义
可靠性(Reliability) ：
系统或系统元素在规定的条件下和规定的时间内，完 成规定的功能的能力。 系统或系统元素
3 常用的故障时间分布函数
3.2 威布尔分布
可靠度函数为： R (t ) e
( t t0 ) m
故障时间分布函数为： F (t ) 1 e tm m m 1 故障时间密度函数为： f (t ) (t - t 0 ) e
η=1；t0=0 η=1；t0=0
tm
3 常用的故障时间分布函数
3.3 故障时间分布函数的性质
分布函数F ( x)( x ) F () 0 F () 1 若x1 x2 , 则F ( x1 ) F ( x2 ) lim F ( x ) F ( x)
0
3.4 故障次数分布
当故障时间分布服从指数分布，即故障率为常数， 一定时间间隔内故障发生次数N(t)服从泊松 Poisson分布
解得，最小的N=8
4.简单系统的可靠性
4.1简单系统和复杂系统 根据元素之间功能关系的复杂程度，可以把系统划 分为简单系统和复杂系统。 究竟是简单系统还是复杂系统主要取决于元素之间 的功能关系。 按元素故障与系统故障之间的关系，可以把系统 划分成基本系统和冗余系统。 基本系统（串联系统）是系统中任何一个元素故障 都会导致系统故障的系统。 冗余系统是某元素或某些元素的故障不一定能够造 成系统故障的系统。
系统可靠性分析方法
6性•2设02计0/10/25
概述
• 系统的、全面的和标准化的方法—— FMECA
• FMECA的发展 • 设计阶段发现对系统造成重大影响的元部件
故障 • 设计更改、可靠性补偿
• 是可靠性、维修性、保障性和安全性设计 分析的基础
7性•2设02计0/10/25
FMECA的概念
• 系统任务分析和功能分析
• 描述系统的任务要求及系统在完成各种功能任务时所 处的环境条件
• 任务剖面、任务阶段
• 分析明确系统中的产品在完成不同的任务时所应具备 的功能、工作方式及工作时间等
• 功能描述
• 确定故障判据
• 制定系统及产品的故障判据。选择FMECA方法等
• 故障判据 • 分析方法
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9性•2设02计0/10/25
FMECA的概念
• FMECA的作用
• 保证有组织地定性找出系统的所有可能的故障模式及 其影响，进而采取相应的措施。
• 为制定关键项目和单点故障等清单或可靠性控制计划 提供定性依据；为制定试验大纲提供定性信息；为确 定更换有寿件、元器件清单提供使用可靠性设计的定 性信息；为确定需要重点控制质量及工艺的薄弱环节 清单提供定性信息。
过程的缺陷和 薄弱环节及其 对产品的影响 ，为生产工艺 的设计改进提
供依据。
统计FMECA
分析研究产品使用 过程中实际发生的 故障、原因及其影 响，为提供产品使 用可靠性和进行产 品的改进、改型或 新产品的研制提供 依据。
2性•2设02计0/10/25
FMECA的步骤
3性•2设02计0/10/25
上述三项因素通过评分获得。因此，首先 应给出各项因素的评分准则。
系统可靠性设计中的可靠性增长分析
系统可靠性设计中的可靠性增长分析在现代社会中，系统的可靠性设计是至关重要的。
无论是电子设备、交通工具还是生产线，系统的可靠性都直接关系到工作效率和安全性。
因此，对系统可靠性的增长分析成为一项重要的课题。
本文将从可靠性增长的概念入手，探讨可靠性增长的原因和影响因素，并提出一些可靠性增长的方法和建议。
一、可靠性增长的概念可靠性增长是指系统在运行中经过一定时间后，其可靠性水平呈现出一种增长的趋势。
这种增长可能是由于系统逐步消除了一些潜在的故障点，也可能是由于系统的运行参数和环境条件发生了一些变化，使得系统的可靠性得到了提高。
可靠性增长的概念是建立在对系统运行和故障数据的分析基础上的，通过对系统故障数据的总结和分析，可以发现系统的可靠性是可以增长的，而不是一成不变的。
二、可靠性增长的原因可靠性增长的原因主要包括两个方面，一是系统设计和制造水平的提高，二是系统运行条件和环境的改善。
1. 系统设计和制造水平的提高随着科技的不断发展，系统设计和制造的技术水平也在不断提高。
新材料、新工艺和新技术的应用，使得系统的结构更加稳固，故障点更加少，从而提高了系统的可靠性。
另外，对于一些传统的故障点，也可以通过改进设计和制造工艺来逐步消除，使得系统的可靠性得到增长。
2. 系统运行条件和环境的改善系统的运行条件和环境对于系统的可靠性有着重要的影响。
一些极端的环境条件，比如高温、高湿、腐蚀性气体等，都会对系统的可靠性造成一定的影响。
而随着环境监测和控制技术的不断进步，可以对系统的运行环境进行更加精细的控制，从而提高系统的可靠性。
三、可靠性增长的影响因素可靠性增长的影响因素主要包括系统自身的特性和运行环境的条件。
1. 系统自身的特性系统自身的特性包括系统的结构、材料、技术水平等。
不同的系统在设计和制造上都有其独特的特点，因此对于可靠性增长的影响也会有所不同。
比如，一些大型机械设备可能更注重于系统结构的稳固性和耐用性，而一些高科技设备可能更注重于系统运行参数的稳定性和精度。
软件系统可靠性分析与评估方法(一)
随着科技的不断发展和社会的不断进步，软件系统在我们的日常生活中起着越来越重要的作用。
然而，由于软件系统的复杂性和不断的更新迭代，其可靠性成为了一个不容忽视的问题。
本文将探讨软件系统的可靠性分析与评估方法，帮助我们更好地了解和应对软件系统在运行过程中可能出现的问题。
首先，我们需要明确什么是软件系统的可靠性。
软件系统的可靠性是指在一定的时间内，软件系统在给定的环境下能够按照要求正常运行的能力。
它可以通过以下几个方面进行分析和评估。
第一个方面是功能测试。
功能测试是软件开发过程中最基本的测试方法之一。
通过对软件系统的各项功能进行测试，可以验证系统是否能够按照设计要求正常运行。
功能测试可以分为单元测试、集成测试和系统测试等不同层次，每个层次的测试都有其特定的目标和方法。
通过功能测试，可以发现软件系统可能出现的功能性问题，提高系统的可靠性。
第二个方面是性能测试。
性能测试是评估软件系统性能的一种方法。
在软件系统的运行过程中，其性能指标如响应时间、吞吐量等会直接影响用户体验和系统的可靠性。
通过对软件系统在不同负载下进行性能测试，可以评估系统的稳定性和承载能力，并发现潜在的性能问题。
在性能测试中，可以使用压力测试、负载测试等方法来模拟不同的场景，以验证系统的可靠性。
第三个方面是安全测试。
随着网络技术的发展，软件系统的安全性越来越受到关注。
安全测试是评估软件系统安全性的一种方法。
通过对软件系统进行安全测试，可以发现系统中的漏洞和潜在的安全隐患，并采取相应的措施进行修补和加固。
在安全测试中，可以采用黑盒测试、白盒测试等方法，模拟攻击者的行为以验证系统的可靠性和安全性。
第四个方面是可恢复性测试。
可恢复性测试是评估软件系统在故障发生后的恢复能力的一种方法。
软件系统在运行过程中难免会出现故障，如断电、系统崩溃等情况。
通过对软件系统进行可恢复性测试，可以验证系统在故障发生后是否能够及时恢复正常运行，并保证数据和服务的完整性。
软件系统可靠性分析与评估方法(四)
软件系统可靠性是指软件系统在特定环境下，在一定时间内可以正常运行且不会出现故障的能力。
可靠性是软件系统质量的重要指标之一，对于确保系统的稳定性和用户满意度具有重要作用。
为了评估和提高软件系统的可靠性，需要采用相应的分析方法。
本文将探讨软件系统可靠性分析与评估方法的一些基本原理和常用技术。
一、可靠性分析的基本原理故障模型软件系统中的故障是指系统未能按照要求完成任务或产生了错误的行为。
在进行可靠性分析时，需要对故障进行正确的分类和建模。
常见的故障模型包括：假设检测模型、时间模型和物理模型等。
假设检测模型基于故障假设，通过验证系统是否满足假设来判断可靠性。
时间模型则关注系统故障发生的时间规律，通过建立概率模型进行可靠性分析。
物理模型则从系统的物理特性出发，对系统故障进行建模。
可靠性度量可靠性度量是指衡量软件系统可靠性的指标。
常见的可靠性度量指标包括：错误率、失效率和平均恢复时间等。
错误率是指系统执行的正确次数与总执行次数之比。
失效率是指系统在特定时间内产生故障的频率。
平均恢复时间是指系统从故障恢复到正常工作所需要的平均时间。
二、可靠性评估的常用技术可靠性增长模型可靠性增长模型是一种常用的可靠性评估技术，通过收集和分析软件系统的故障数据，预测系统未来的可靠性水平。
常见的可靠性增长模型包括：冯·诺依曼模型、高斯模型和贝叶斯模型等。
这些模型通过建立数学模型和统计分析方法，对系统的可靠性进行估计和预测。
可靠性测试可靠性测试是评估软件系统可靠性的重要手段之一。
通过执行一系列恶化测试用例，模拟系统在不同条件下的工作情况，检测系统的漏洞和故障点。
常见的可靠性测试方法包括：回归测试、冒烟测试和模拟测试等。
这些测试方法可以帮助发现潜在的故障，提高系统的可靠性。
可靠性验证可靠性验证是对系统设计和实现的一种综合评估方法。
通过对系统的功能、接口和性能等进行验证，检测系统中可能存在的问题和不足。
常见的可靠性验证技术包括：静态代码分析、动态测试和模型验证等。
系统可靠性分析方法课件
可靠性框图是一种图形化工具，用于描述系统各组成部分之间的逻辑关系和相互依赖性 。
详细描述
可靠性框图通过绘制方框和箭头，表示系统各组成部分之间的连接关系和信息流向。通 过分析可靠性框图，可以评估系统各部分对整体可靠性的贡献程度，以及潜在的薄弱环
节。
蒙特卡洛模拟法
总结词
蒙特卡洛模拟法是一种基于概率统计的可靠性分析方法，通过模拟系统在不同条件下的性能表现来评估其可靠性 。
系统可靠性分析方法 课件
目录
• 系统可靠性概述 • 可靠性分析方法 • 系统可靠性建模 • 系统可靠性评估 • 系统可靠性优化 • 系统可靠性工程实践
01 系统可靠性概述
定义与特点
定义
系统可靠性是指在规定时间和条 件下，系统完成规定功能的能力 。
特点
与系统设计、制造、使用和维护 等密切相关，是系统性能的综合 表现。
综合化与智能化阶段
随着科技的不断发展， 可靠性工程逐渐与其他 学科融合，并向智能化 方向发展。
02 可靠性分析方法
故障模式与影响分析（FMEA）
总结词
故障模式与影响分析是一种预防性的可靠性分析方法，通过对产品或系统的各 个组成部分进行深入分析，识别潜在的故障模式及其对系统性能的影响。
详细描述
FMEA从设计阶段开始，对产品或系统的每个组成部分进行逐一分析，列出可能 的故障模式，并评估其对系统性能的影响程度。通过优先排序，确定需要重点 关注的潜在故障模式，为改进设计和开发提供依据。
混联系统
01
由串联和并联混合组成的系统，既有串联部分也有并联部分。
混联系统建模
02
综合考虑串联和并联的特点，建立数学模型来描述系统的可靠
性。
第4章-系统可靠性模型与分析
在分析系统可靠性时，要透彻了解系统中每个单元的功能，各 单元之间在可靠性功能上的联系，以及这些单元功能、失效模 式对系统功能的影响，即就其功能研究系统可靠性。
系统功能逻辑框图：用方框表示单元功能，每一个方框表示一 个单元，方框之间用短线连接起来，表示单元功能与系统功能 的关系。
为预计或估算产品的可靠性所建立的可靠性方框 图和数学模型。
（2）1000h任务时间时的系统可靠度；
（3）系统平均故障时间。 λ1=6.5个故障（106h） λ2=26.5个故障（106h）
解：对于常故障率，第i个的可靠度为
t
Ri e 0i (t )dt eit
则串联系统的可靠度为
n
i (t )dt
i1
st
R e e S
n
S i i 1
对于假设部件具有常故障率的串联系统，系统故障率可由给定 值代入得到
3、
4、 5、
班级团队项目
• 组成一个5个人组成的team，分别代表 – 市场 – 设计 – 试验 – 质量与可靠性 – 客户支持
• Team成员确定一个感兴趣的产品 • 确定产品的可靠性指标、条件、判别依据
多种可靠性建模方法
可靠性框图 网络可靠性模型 故障树模型 事件数模型 马尔可夫模型 Petri网模型 GO图模型
4.1 模型
• 原理图
– 反映了系统及其组成单元之间的物理上的连接与组合 关系
• 功能框图、功能流程图
– 反映了系统及其组成单元之间的功能关系
• 系统的原理图、功能框图和功能流程图是 建立系统可靠性模型的基础
i 1
i 1
当各单元服从指数分布时：nRs (t) Nhomakorabean
e e it
第4章 系统可靠性分析=系统安全工程=东北大学
4 系统可靠性分析4.1 可靠性的基本概念可靠性作为判断、评价系统的一个重要指标，表明“系统、设备、元件等在规定的条件下和预定的时间内完成规定的功能的性能”。
通常用概率来定量地描述，则“系统、设备、元件等在规定的条件下和预定的时间内完成规定功能的概率”叫做可靠度。
系统、设备、元件等在运行过程中性能低下而不能实现预定的功能时，则称发生了故障。
故障的发生是人们不希望的，但同时它又是不可避免的。
对于所有有形的东西来说，故障迟早都得发生。
因此，我们只能努力使故障的发生来得尽可能地晚些，希望系统、设备、元件等尽可能地可靠工作。
系统、设备、元件等从投入使用开始到故障发生经过的时间称作故障时间。
若故障之后不能被修复，则称此故障时间为寿命。
由于造成故障的原因是多种多样的、随机的，所以故障的发生也具有随机性质。
我们只能应用概率统计的方法对故障发生的规律加以研究。
从故障发生之难易的角度进行可靠性研究时，故障率是个重要的指标。
按定义，故障率是“正常工作到某时点的客体在此以后单位时间里发生故障的比率”。
在很多情况下，特别是在系统安全分析中经常使用故障率这一指标。
故障率随运行时间而变化。
按故障率随时间变化的趋势有减少、一定和增加三种情况，把故障分为初期故障、随机故障和磨损故障三种类型。
例如，电子元件等产品在投入使用不久便由于制造不良等原因故障大量发生，习惯上称作初期故障阶段。
排除初期故障后故障率逐渐减少并趋于稳定，故障率稳定的阶段叫随机故障阶段。
机械零件或易损件等随着运行时间的增加故障率逐渐增加，进入磨损故障阶段。
一般的机械、设备或工业装置等既包括电子元件也包括机械零件，所以三种类型的故障都有，故障率曲线如图4.1，图中的曲线俗称浴盆（Bathtub）曲线。
人类的死亡率也具有类似的情况。
图4.2为100万人口的死亡率曲线。
人类幼儿时由于对外界抵抗力较弱，夭折率较高。
到了青壮年时死亡率较低，往往是由于意外事故等偶然的原因而丧生，死亡率近似恒定。
系统可靠性分析与评价方法
系统可靠性分析与评价方法系统可靠性是指在规定的时间内，系统正常运行所需的概率。
系统可靠性分析与评价方法涉及到建立数学模型、收集数据等一系列步骤，以确定系统可靠性指标。
系统可靠性分析与评价方法对于保障系统的稳定运行、提高系统的可靠性十分重要。
一、因素分析法因素分析法是最早也是最常用的可靠性评价方法之一。
因素分析法通过分析各种因素对系统可靠性影响的程度来确定系统的可靠性指标。
该方法的主要步骤包括：1. 收集系统可靠性相关数据。
2. 对数据进行处理和分析，以确定各个影响因素之间的关系。
3. 对各个影响因素进行权重分配，以计算系统的可靠性指标。
二、故障树分析法故障树分析法是一种从系统可靠性不良事件出发，对系统进行分析和评价的方法。
该方法将事件因果关系反映为一个树状结构，以便找出可能导致系统故障的重要因素。
该方法的主要步骤包括：1. 对系统进行分类，如硬件、软件等。
2. 确定系统不良事件，如故障、异常等。
3. 构建故障树，明确故障根源。
4. 通过计算故障概率、重要度等指标，确定系统的可靠性指标。
三、可靠性块图分析法可靠性块图分析法是一种应用广泛的系统可靠性分析和评价方法。
该方法将系统的关键部分表示为一个块状结构，并采用布尔代数和概率论的方法进行计算，以确定系统的可靠性指标。
该方法的主要步骤包括：1. 确定系统各个部分的功能和结构。
2. 构建系统的可靠性块图。
3. 对系统的各个部分进行可靠性分析，并计算系统的总可靠性指标。
四、失效模式与影响分析法失效模式与影响分析法是一种多目标、多层次的可靠性分析方法。
该方法通过分析系统中所有可能的失效模式，以及这些失效模式可能对系统产生的影响，来评价系统的可靠性。
该方法的主要步骤包括：1. 确定系统的所有可能失效模式。
2. 对失效模式进行分类和排序。
3. 分析失效模式对系统的影响，并进行概率计算。
4. 评价系统的总可靠性指标。
除以上四种方法外，还有时间序列分析法、可靠性增长模型、Monte-Carlo模拟等多种可靠性分析方法。
系统工程之系统可靠性理论与工程实践讲义
系统工程之系统可靠性理论与工程实践讲义系统可靠性是系统工程中的重要概念，它是指系统在特定条件下保持正常运行的能力。
在实际工程中，系统可靠性的理论和工程实践是不可或缺的。
本讲义将介绍系统可靠性的基本理论和实践方法，并结合实例介绍如何应用于实际工程中。
一、系统可靠性的基本理论1. 可靠性概念可靠性是指系统在规定时间和规定使用条件下能够完成规定功能的概率。
可靠性可以用失效概率（failure probability）来度量，即系统在规定时间内失效的概率。
2. 失效模式与失效率失效模式是指系统失效的原因和方式，常见的失效模式有硬件失效、软件失效和人为失误等。
失效率是系统失效的频率，可以用失效率函数（failure rate function）表示，常用的失效率函数有指数分布、伽马分布和韦伯分布等。
3. 可靠性评估指标评估系统可靠性常用的指标有可用性和维护性。
可用性是指系统在规定时间内处于正常工作状态的时间比例。
维护性是指系统出现故障后恢复正常工作所需的时间。
4. 可靠性增长和可靠性增长率可靠性增长是指系统在运行一段时间后逐渐提高其可靠性。
可靠性增长可以通过故障数据进行可靠性增长率的计算，可靠性增长率是指单位时间内系统可靠性增加的速率。
二、系统可靠性的工程实践方法1. 可靠性要求的确定在系统设计初期，需要明确系统的可靠性要求。
可靠性要求的确定需要考虑系统的功能、使用条件和用户要求等因素，并依据相关标准和规范进行确定。
2. 可靠性设计的考虑在系统设计过程中，需要考虑如何增强系统的可靠性。
可靠性设计的主要方法有冗余设计、容错设计和检测与诊断设计。
冗余设计是指在系统中增加冗余部件来增加系统的可靠性。
容错设计是指设计系统能够自动检测和纠正错误的能力。
检测与诊断设计是指设计系统能够及时检测故障并对故障进行诊断。
3. 可靠性测试与验证在系统开发过程中，需要进行可靠性测试与验证。
可靠性测试是指通过实际测试来验证系统的可靠性，并对系统进行改进。
系统可靠性分析方法
系统可靠性分析方法系统可靠性分析方法，包括定量方法和定性方法。
定量方法主要是基于概率和统计的方法，而定性方法主要是基于专家评估和经验的方法。
下面将详细介绍一种常用的系统可靠性分析方法，故障模式影响和关联分析（Failure Mode Effect and Criticality Analysis，FMECA）一、故障模式影响和关联分析（FMECA）概述故障模式影响和关联分析（FMECA）是一种定性和定量相结合的方法，用于识别和评估系统故障模式的影响和关联。
它通常在系统设计阶段进行，目的是识别潜在的故障模式，评估其对系统性能和可靠性的影响，并提出相应的改进措施。
二、FMECA方法步骤1.系统功能分析：对系统进行功能分解，确定系统各个组成部分的功能和相互关系。
2.识别故障模式：通过专家讨论、经验总结或故障数据分析等方法，识别系统可能出现的故障模式。
3.确定故障影响：对每个故障模式，分析其对系统功能的影响和对相关组件的影响，包括直接影响和间接影响。
4.确定故障严重度：对每个故障模式，确定其引起的系统性能降低程度、对人员安全和环境造成的影响，并根据影响的严重程度对故障进行分类。
5.分析故障原因：对每个故障模式，分析其潜在的故障原因，包括设计、制造、安装、运维和环境等方面引起的故障原因。
6.提出改进措施：对识别的每个故障模式，制定相应的改进措施，包括设计优化、工艺改进、使用可靠性工具和提供故障检测和恢复能力等。
7.重要性评估：根据每个故障模式的严重性和频率，进行重要性评估，确定需要优先考虑的故障模式。
8.汇总结果：对所有故障模式的识别、影响和改进措施进行汇总，形成FMECA报告，为系统设计和维护提供参考。
三、FMECA方法的优缺点FMECA方法具有如下优点：1.提前识别故障模式：在系统设计阶段进行FMECA分析，可以尽早识别潜在的故障模式，从而采取相应的预防措施，提高系统的可靠性。
2.综合分析故障影响：FMECA方法不仅能分析故障对系统功能的影响，还能分析对相关组件的影响，从而全面评估故障的严重程度。
第四章系统可靠性分析
t n
并联模型
• 与无贮备的单个单元相比，并联可明显提高系 统可靠性（特别是n=2时）
– 当并联过多时可靠性增加减慢
1.0 0.8 0.6 n=5 n=4 n=3 n=2 n=1 t
Rs(t)
0.4
0.2
并联单元数与系统可靠度的关系
并联系统小结
并联系统的失效概率低于各单元的失效概率 并联系统的平均寿命高于各单元的平均寿命 并联系统的可靠度大于单元可靠度的最大值 并联系统的各单元服从指数分布，该系统不再服 从指数分布 随着单元数的增加，系统的可靠度增大，系统的 平均寿命也随之增加，但随着数目的增加，新增 加单元对系统可靠性及寿命提高的贡献变得越来 越小
• 即使单元故障率都是常数，但并联系统的故障率不再是 常数，而是随着时间的增加而增大，且趋向于λ
当系统各单元的寿命分布为指数分布时，对于 n个相同 单元的并联系统，有
Rs (t ) 1 (1 e ) 1 1 1 Rs (t )dt 0 2 n
1t
e
2t
e
2 t
( 1 2 )t
1 2 t
s (t )
1e
1t
2e 1 2 e e 1t e 2t e 1 2 t
1
0
Rs (t )dt
1
1
2
1 1 2
并联模型
旁联系统
组成系统的各单元只有一个单元工作，当工作单 元故障时，通过转换装置接到另一个单元继续工 作，直到所有单元都故障时系统才故障，称为非 工作贮备系统，又称旁联系统
旁联系统与并联系统的区别
• 并联系统中每个单元一开始就同时处于工作状 态，旁联系统中仅用一个单元工作，其余单元 处于待机工作状态 • 并联系统在工作中可能失效，而旁联系统储备 单元可能在储备期内失效 • 旁联系统还取决于故障监测和转换装置的可靠 性
第4章典型系统的可靠性分析
第四章典型系统的可靠性分析4.1 系统及系统可靠性框图4.1.1概述所谓系统是指为了完成某一特定功能，由若干个彼此有联系的而且又能相互协调工作的单元组成的综合体。
在可靠性研究中，按系统是否可以维修可以将系统分为不可修复系统和可修复系统。
不可修复系统是指系统一但失效，不进行任何维修或更换的系统，例如日光灯管、导弹以及卫星推进器等一次性使用的系统。
不可修复是指技术上不能修复、经济上不值得修复，或者一次性使用不必要再修复。
可修复系统是指通过修复而恢复功能的系统。
机械电子产品大多数都是可修复系统，但不可修复系统相对可修复系统来说简单得多，而且对不可修复系统的研究方法与结论也适用于可修复系统，同时是研究可修复系统的基础。
4.1.2系统可靠性框图系统是由若干个彼此有联系的而且又能相互协调工作的单元组成的综合体，因此各个单元之间必然存在一定的关系，为了分析系统的可靠性，就必须分析系统各单元之间的关系，首先要将所要分析的系统简化为合理的物理模型，然后在由物理模型进一步得到参数和设计变量的数学模型。
对于复杂产品，用方框表示的各组成部分的故障或它们的组合如何导致产品故障的逻辑图，称为可靠性框图。
可靠性框图可以用来评价产品或系统的设计布置以及确定子系统或元件的可靠性水平；可靠性框图和数学模型是可靠性预测和可靠性分配的基础。
下面通过实例来说明如何建立可靠性框图。
例4.1 如图4.1所示是一个流体系统工程图，表示控制管中的流体的两个阀门通过管道串联而成。
试确定系统类型。
图4.1两阀门串联流体系统示意图解要确定系统类型，要从分析系统的功能及其失效模式入手。
1.如果其功能是为了使液体通过，那么系统失效就是液体不能流过，也就是阀门不能打开。
若阀门1和阀门2这两个单元是相互独立的，只有这两个单元都打开，系统才能完成功能，因此，该系统的可靠性框图如图3.2a)所示。
2.如果该系统的功能是截流，那么系统失效就是不能截流，也就是阀门泄漏。
可靠性分析
可靠性分析引言可靠性是指系统在规定的时间内，按照要求正常运行的能力。
在现代工程中，可靠性分析是评估系统、产品、设备等的重要指标之一。
通过可靠性分析，可以帮助我们识别并解决可能影响系统可靠性的问题，提高系统设计和维护的质量。
本文将介绍可靠性分析的基本概念、常用方法和工具，以及在实际应用中的一些注意事项。
可靠性的定义可靠性是指系统在一定时间内能够按照要求正常运行的能力。
在工程中，可靠性通常以故障率或平均无故障时间来衡量。
故障率是指在单位时间内系统发生故障的概率，通常用小时为单位进行计量；而平均无故障时间是指系统在正常运行的状态下能够连续工作的平均时间。
可靠性分析的方法和工具故障模式与影响分析（FMEA）故障模式与影响分析（Failure Mode and Effects Analysis，简称FMEA）是一种常用的可靠性分析方法。
它通过对系统的各个组成部分进行评估，识别可能的故障模式和影响，并采取相应的预防措施。
FMEA通常包括以下步骤：1.识别系统的各个组成部分；2.分析每个组成部分可能的故障模式及其严重程度；3.评估每个故障模式的发生概率；4.评估每个故障模式的影响程度；5.根据评估结果，确定相应的预防措施。
可靠性块图（RBD）可靠性块图（Reliability Block Diagram，简称RBD）是一种可视化的分析工具，用于描述系统中各个组成部分的可靠性关系。
RBD通过将系统分解为若干可靠性块，以及它们之间的连接关系，来分析系统的可靠性。
RBD的基本构成包括：可靠性块（表示系统的组成部分），连接线（表示组成部分之间的联系），以及输入和输出（表示系统的输入和输出）。
通过对RBD的分析，可以评估系统的可靠性指标，并找出影响系统可靠性的关键组成部分。
故障树分析（FTA）故障树分析（Fault Tree Analysis，简称FTA）是一种基于逻辑关系的可靠性分析方法。
它通过构建故障树，分析系统发生故障的可能性和影响，从而帮助我们识别并解决系统设计和运行中可能存在的问题。
第四节 系统可靠性分析2
四、 FMEA的目的和要求
搞清楚系统或产品的所有故障模式及其对系统或产品功能 以及对人、环境的影响；
对有可能发生的故障模式，提出可行的控制方法和手段； 在系统或产品设计审查时，找出系统或产品的薄弱环节和
潜在缺陷，并提出改进设计意见。或定出应加强研究的项 目，以提高设计质量，降低失效率，或减少损失； 必要时对产品供应列入特殊要求，包括设计、性能、可靠 性、安全性或质量保证的要求； 明确提出在何处应制定特殊的规程和安全措施，或设置保 护性设备、监测装置或报警系统； 为系统分析、预防维修提供有用是资料。
主控缸
A3
液压管路
手控杆
B1
B2
B:手闸系统
机械联 动装置
C:液压系统
C1
左前轮
C2
左后轮
D1
D2
右前轮
右后轮
D:液压系统
汽车制动系统可靠性联结框图
五、人的工作可靠度预测
1.人在工作中的差错很多，归纳起来不外乎以下五类： ❖ 未履行职能； ❖ 错误地履行职能； ❖ 执行未赋予的分外职能； ❖ 按错误程序执行职能； ❖ 执行职能时间不对。
设系统各个单元的可靠
性是相互独立的，各单元
的不可靠度分别为F1、
F2、F3、……、Fn，根
A
据概率乘法定理可得系统
不可靠度: n
Fs Fi
i 1 系统可靠度：
n
Rs 1 (1 Ri ) i 1
1 2 3
B
n
热贮备系统
冗余系统设计时需注意的问题
❖ 冗余度的选择； ❖ 冗余级别的选择
2）冷贮备系统
❖ 专家的经验判断。
软件系统可靠性分析与评估方法(十)
软件系统可靠性是衡量一个软件系统的稳定性和可信度的重要指标。
在现代社会中，软件系统的使用已经无处不在，涵盖了各个领域，包括金融、医疗、交通等。
因此，确保软件系统的可靠性是至关重要的。
要分析和评估一个软件系统的可靠性，需要采用一定的方法和工具。
下面将介绍几种常见的软件系统可靠性分析与评估方法。
一、故障树分析法故障树分析法是一种常见的可靠性分析方法，它可以帮助分析人员找到导致系统故障的关键因素。
故障树分析法将系统故障看作是一系列基本事件的组合，通过逻辑门的连接方式来描述这些事件之间的关系。
通过对系统的故障树进行分析，可以找到最终导致系统故障的基本事件，进而采取相应的措施来提高系统的可靠性。
二、可靠性模型可靠性模型是一种基于数学模型的可靠性分析方法，通过建立数学模型来定量地评估系统的可靠性。
常见的可靠性模型有可靠性块图模型和马尔可夫模型。
可靠性块图模型将系统抽象为由多个可靠性块组成的网络，每个可靠性块表示一个部件或子系统。
通过计算每个可靠性块的失效概率和失效率，可以得到整个系统的可靠性指标。
马尔可夫模型是一种基于状态转移的可靠性模型，通过建立系统的状态转移矩阵来描述系统的运行状态和转移概率。
通过计算系统在不同状态下的概率分布，可以得到系统的可靠性指标。
三、可靠性测试可靠性测试是一种通过对软件系统进行实际测试来评估其可靠性的方法。
可靠性测试可以分为静态可靠性测试和动态可靠性测试两种。
静态可靠性测试是通过对软件系统的源代码、设计文档等进行分析和评估来预测系统的可靠性。
常见的静态可靠性测试方法有代码复审、软件质量度量等。
动态可靠性测试是通过对软件系统进行实际运行和验证来评估其可靠性。
常见的动态可靠性测试方法有回归测试、压力测试、边界值测试等。
四、可靠性增益措施除了以上的分析和评估方法，还可以采取一些可靠性增益措施来提高软件系统的可靠性。
比如，采用冗余设计、异常处理机制、错误修复等方法，可以增加软件系统的容错能力和健壮性，提高系统的稳定性和可靠性。
系统的可靠性分析方法
系统的可靠性分析方法
系统的可靠性分析方法有以下几种：
1. 故障树分析（FTA）：将系统故障分解为基本事件，通过逻辑关系进行组合分析，找出导致系统故障的根本原因。
2. 事件树分析（ETA）：根据系统的运行情况，将各个事件按时间顺序排列，通过逻辑关系进行组合分析，评估系统的可靠性。
3. 可靠性块图（RBD）：将系统分解为各个可靠性块，并将它们之间的关系以图形的形式进行表示，通过计算各个可靠性块之间的联合概率，评估系统的可靠性。
4. 可靠度增长图（RCG）：通过观察系统的运行历史数据，分析和建立系统的可靠性增长模型，预测系统未来的可靠性。
5. 可靠性概念模型分析（RCM）：通过分析系统的功能、故障模式和可用性需求等，建立可靠性概念模型，并基于模型对系统进行可靠性分析。
6. 蒙特卡洛模拟：通过随机模拟系统的运行过程，统计各种故障模式和事件发生的概率，从而评估系统的可靠性。
以上是一些常用的系统可靠性分析方法，根据系统的具体情况和要求，可以选择
合适的方法进行分析。
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2020/8/3
可靠性设计
7
FMECA的概念
FMECA的作用
保证有组织地定性找出系统的所有可能的故障模式及 其影响，进而采取相应的措施。 为制定关键项目和单点故障等清单或可靠性控制计划 提供定性依据；为制定试验大纲提供定性信息；为确 定更换有寿件、元器件清单提供使用可靠性设计的定 性信息；为确定需要重点控制质量及工艺的薄弱环节 清单提供定性信息。 可及早发现设计、工艺中的各种缺陷。 为可靠性（R）、维修性（M）、安全性（S）、测 试性（T）和保障性（S）工作提供一种定性依据。
FMECA是一种自下而上的归纳分析方法； FMEA和CA。
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可靠性设计
6
FMECA的概念
FMECA的目的
从产品设计（功能设计、硬件设计、软件设 计）、生产（生产可行性分析、工艺设计、 生产设备设计与使用）和产品使用角度发现 各种影响产品可靠性的缺陷和薄弱环节，为 提高产品的质量和可靠性水平提供改进依据。
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可靠性设计
8
FMECA方法分类
FMECA方法分类
单独FMECA 分析方法
综合FMECA 分析方法
设计FMECA
过程FMECA
*2
FMECA与FTA综合分 析法（FTF法）
*3
FMECA与ETA综合分 析法（ETF法）
功能 FMECA
硬件 FMECA
软件 FMECA
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*1
FMECA结果输出与注意的问题 应用案例
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可靠性设计
3
概述
元部件的故障对系统可造成重大影响
灾难性的影响
挑战者升空爆炸——发动机液体燃料管垫圈不密 封
致命性的影响
起落架上位锁打不开
以往设计师依靠经验判断元部件故障对系 统的影响
依赖于人的知识和工作经验
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可靠性设计
4
概述
系统的、全面的和标准化的方法—— F MECA
描述系统的任务要求及系统在完成各种功能任务时所 处的环境条件
任务剖面、任务阶段
分析明确系统中的产品在完成不同的任务时所应具备 的功能、工作方式及工作时间等
功能描述
确定故障判据
制定系统及产品的故障判据。选择FMECA方法等
故障判据 分析方法
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可靠性设计
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②故障模式影响分析FMEA
FMEA的工作内容
可靠性设计——
IV.系统可靠性分析方法
高嵩
本章内容
1. 故障 模式 影响 及危 害性分析法 （FMECA）
2. 故障树分析法（FTA） 3. 事件树分析法（ETA）
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可靠性设计
1
1.FMECA
内容提要
概述 FMECA的定义、目的和作用 FMECA的方法 FMECA的步骤
系统定义 故障模式影响分析 危害性分析
FMECA的发展 设计阶段发现对系统造成重大影响的元部件 故障 设计更改、可靠性补偿
是可靠性、维修性、保障性和安全性设计 分析的基础
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可靠性设计
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FMECA的概念
FMECA的定义
故障模式影响及危害性分析(Failure Mode ,Ef fects and Criticality Analysis , 记为FMECA) 是分析系统中每一产品所有可能产生的故障 模式及其对系统造成的所有可能影响，并按 每一个故障模式的严重程度及其发生概率予 以分类的一种归纳分析方法。
目 为系统功能设 的硬件、软件设计 薄 弱 环 节 及 其 响，为提供产品使
的 计的改进和方 改进和保障性分析 对 产 品 的 影 响 ，用可靠性和进行产
案的权衡提供 提供依据。
为 生 产 工 艺 的 品的改进、改型或
依据。
设 计 改 进 提 供 新产品的研制提供
依据。
依据。
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可靠性设计
可靠性设计
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①系统定义
明确分析范围
根据系统的复杂度、重要程度、技术成熟性、 分析工作的进度和费用约束等，确定系统中 进行FMECA的产品范围
产品层次示例 约定层次——规定的FMECA的产品层次 初始约定层次——系统最顶层 最低约定层次——系统最底层
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可靠性设计
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①系统定义
系统任务分析和功能分析
10
FMECA的步骤
1 系统定义
2 FMEA
3CA
明 确 分 析 范 围
产 品 功 能 与 任 务 分 析
确 定 故 障 判 据
故 障 模 式 分 析
故 障 原 因 分 析
故 障 影 响 分 析
故 障 检 测 方 法 分 析
补 偿 措 施 分 析
危 害 性 分 析
得 出 分 析 结 果
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DMEA
注： *1 DMEA 即Damage Mode Effects Analysis（损坏模式影响分析） *2 FTA 即Fault Tree Analysis（故障树分析） *3 ETA 即Event Tree Analysis（事件树分析）
可靠性设计
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产品寿命周期各阶段的FMECA方法
论证与方案 阶段
补偿措施分析
针对故障影响严重的故障模式，提出设计改进和 使用补偿的措施。
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可靠性设计
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②故障模式影响分析FMEA
初始约定层次产品
约定层次产品
代 产品 功
码
或
能
功能
标志
1
对每 一产 品的 每一 故障 模式 采用 一种 编码 体系 进行 标识
2
记录 被分 析产 品或 功能 的名 称与 标 志。
工程研制阶段
生产阶段
使用阶段
方 法
功能FMECA
·硬件FMECA ·软件FMECA ·损坏模影响分析过程FMECA
统计FMECA
分析研究系统 分析研究系统硬件、分 析 研 究 所 设 分析研究产品使用
功能设计的缺 软件设计的缺陷与 计 的 生 产 工 艺 过程中实际发生的
陷与薄弱环节，薄弱环节，为系统 过 程 的 缺 陷 和 故障、原因及其影
3
简要 描述 产品 所具 有的 主要 功能
任务
分析人员
故
故
任务
障
障
阶段
模 式
原 因
与 工作 方式
4
5
6
根据 故障 模式 分析 的结 果简 要描 述每 一产 品的 所有 故障 模式
故障模式分析
找出系统中每一产品所有可能出现的故障模式。
故障原因分析
找出每一个故障模式产生的原因。
故障影响分析
找出系统中每一产品的每一个可能的故障模式所 产生的影响，并按这些影响的严重程度进行分类。
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可靠性设计
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②故障模式影响分析FMEA
FMEA的工作内容
故障检测方法分析
分析每一种故障模式是否存在特定的发现该故障 模式的检测方法，从而为系统的故障检测与隔离 设计提供依据。