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
5性•2设02计0/10/25
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。
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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。
2020/8/3
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。
2020/8/3
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
2020/8/3
*1
FMECA结果输出与注意的问题 应用案例
2020/8/3
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
2020/8/3
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
2020/8/3
可靠性设计
13
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）
2020/8/3
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
2020/8/3
可靠性设计
5
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。
2020/8/3
可靠性设计
可靠性设计
11
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
2020/8/3
可靠性设计
12
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
2020/8/3
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
9
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。
2020/8/3
可靠性设计
15
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。
2020/8/3
可靠性设计
14
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。