06-1 可靠性基础知识

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1、可靠性理论与应用苏保河主讲一.引言——可靠性的背景和研究方法现代技术的不断进步，推动了可靠性理论迅速发展，也促成可靠性数学理论日趋完备．可靠性数学理论大约起源于二十世纪三十年代．最早被研究的领域之一是机器维修问题．另一个重要的研究工作是将更新论应用于更换问题．此外，在三十年代威布尔(Weibull)、龚贝尔(GumbI)和爱泼斯坦(Epstein)等研究了材料的疲劳寿命问题和有关的极值理论．可靠性问题只是在第二次世界大战前后，才真正开始受到重视．其基本原因之一是军事技术装备越来越复杂．复杂化的目的在于使技术装备具有更高的性能．但是装备越复杂，往往就

2、越容易发生故障．到了复杂化的程度严重影响设备可靠性时，设备复杂化也就失去了意义．因此，复杂化和可靠性之间存在着尖锐的矛盾．另一个基本原因，新的军事技术装备的研制过程是一场争时间争速度的竞赛．但是研制周期又很长，经不起研制过程的重大反复．这就需要有一整套科学的方法，将可靠性的考虑贯穿于研制、生产、使用和维修的全过程．因此复杂设备的可靠性成了相当严重而又迫切需要解决的问题．从五十年代至今，可靠性理论这门新兴学科以惊人的速度发展着，各方面都已积累了丰富的经验．小资料题目中包含“可靠性”的论文中国期刊全文数据库97-06:12496;中国优秀硕士论文全文数

3、据库99-07:725;EI97-06:19037.可靠性理论的应用已从军事技术扩展到国民经济的许多领域．随着可靠性理论的日趋完善，用到的数学工具也越来越深刻．可靠性数学已成为可靠性理论的最重要的基础理论之一．要提高产品的可靠性，需要在材料、设计、工艺、使用维修等多方面去努力．因此可以说可靠性的改善主要是一个工程问题和管理问题,也是一个系统工程问题,可靠性数学作为一个必不可少的工具，在可靠性系统工程中有着特殊的地位．可靠性理论是以产品的寿命特征作为其主要研究对象，这就离不开对产品寿命的定量分析和比较，从这种意义上来看，可以说，可靠性理论是一门定量的

4、科学．可靠性的许多基本概念的定义是用数学术语给出的，不理解这些基本概念的严格数学定义，往往会在实际工作中产生概念混乱．同时，一个可靠性工作者只有熟悉可靠性理论中最基本的数学模型和数学方法，才有可能在工作中根据具体问题，提出既不脱离实际、又在数学上可能解决的合理的数学模型．因此，可靠性数学与可靠性工程、可靠性管理等其它手段密切配合，就能发挥其应有的作用．一般来说，产品的寿命是一个非负随机变量．研究产品寿命特征的主要数学工具是概率论．也许有人会说，可靠性数学只是概率论的一个简单应用，不值得去特别地发展它．美国的可靠性数学专家巴罗(BarIow)和普劳斯

5、钦(Proschan)指出：这种目光是短浅的，就像有人说，概率论本身只是标准的数学理论的一个简单应用，而不值得去特别地发展它的情形一样．可靠性问题有它本身的结构，且反过来刺激了概率论中一些新领域的发展．因此，可靠性数学成了应用概率和应用数理统计的一个重要分支．同时，在可靠性的研究中，又与决策问题和各种最优化问题有紧密的关系，这就决定可靠性数学又是运筹学的一个重要分支．小资料中图法（1999第四版）简表N945.17(系统科学)系统可靠性和可行性V241.01(航空航天)航空设备可靠性TM732(电力)电力系统可靠性O213.2(数学)可靠性理论TP

6、202+.1(自动化)可靠性寿命学科分类与代码代码学科分类110.7120(数学)可靠性数学520.1030(计算机)计算机可靠性理论590.6530(航空航天)航空航天可靠性工程630.5020(管理学)质量控制可靠性管理在解决可靠性问题中所用到的数学模型大体可分为两类：概率模型和统计模型．概率模型是从系统的结构及部件的寿命分布、修理时间分布等等有关的信息出发，来推断出与系统寿命分布有关的可靠性数量指标，进一步可讨论系统的最优设计、检测策略和维修策略等等．统计模型是从观察数据出发，对部件或系统的寿命等进行估计、检验等．限于时间,我们主要讨论概率模

7、型．二.评定产品可靠性的数量指标通俗地讲，由一些基本部件(其中也可以包括人)组成的完成某种指定功能的整体，称之为系统．系统的概念是相对的．例如一个核电站可以看成一个系统，其中的安全保护装置可以看成是它的一个部件．但是，如果我们单独地研究安全保护装置，则可以把它看成是一个系统，它也是由某些部件组成的完成某种指定功能的整体．在可修系统中，组成系统的部件不仅包括物，也可以包括人——修理工．产品(部件或系统)丧失规定功能称为失效或故障．通常，对不可修产品称失效，对可修产品则称故障．在讨论具体问题时，往往难以明确加以区分．因此，我们把“失效”和“故障”看成是

8、同义词．产品的寿命是与许多因素有关的．例如，该产品所用的材料，设计和制造工艺过程中的各种情形，以及产品在贮存和使用时的环境