可靠性与系统工程[1]
系统工程中的可靠性与安全性研究
系统工程中的可靠性与安全性研究一、引言随着信息技术的快速发展，系统工程的可靠性和安全性越来越成为人们关注的焦点。
在复杂的工业和商业环境中，系统出现故障和安全问题的风险也越来越大，导致了严重的损失和影响。
因此，研究系统工程领域的可靠性和安全性问题变得越来越重要。
本文将会从可靠性和安全性两个方面来进行探究。
二、可靠性研究可靠性指系统在一定时间内，保持所需输出性能的能力。
在系统设计和运行中，可靠性是一个非常重要的因素。
可靠性主要分为以下几个方面：1. 可靠性分析可靠性分析是评估系统设计和运行过程中出现故障及其影响的方法。
通过精细、系统地分析可能的故障来源，将系统的故障概率降至最低。
2. 可靠性设计可靠性设计是保证系统在设计和实施的过程中达到所需可靠水平的方法。
在设计过程中，可靠性设计应该被纳入考虑的范畴。
3. 可靠性验证可靠性验证是通过测试等手段来验证系统的可靠性和可用性。
例如，通过模拟系统的运行环境和模拟器，并测量各种参数，来验证系统在不同的条件下的可靠性。
4. 可靠性改进可靠性改进是根据分析、设计、验证结果，发现并纠正系统中的缺陷或故障，使系统达到更高的可靠性水平。
总之，可靠性研究是始终贯穿于系统工程设计和运行的全过程中，它能够减少故障发生的可能，做到系统的稳定、可靠、高效，提升企业和社会的发展动力。
三、安全性研究安全性是指系统在面临恶意攻击时，能够及时发现，防止并减小攻击的能力。
在当前互联网时代，安全问题已经成为了不可避免的问题。
安全性研究需要考虑以下几点：1. 安全设计安全设计是在产品、系统或者服务设计的过程中考虑到系统的安全问题。
例如，通过防止漏洞和非法入侵，限制访问，以及加密和验证等手段，来保证系统的安全性。
2. 安全测试安全测试是通过深入分析系统中存在的安全漏洞，以及模拟现实世界中的恶意攻击来评估系统的安全性。
通过测试，能够找到不安全的点，防止安全事故的发生。
3. 安全改进安全改进是针对测试结果，寻找并修复系统中存在的漏洞和不安全点，以提升安全性水平。
3_系统可靠性分析
N 1
N
并联系统的特征
(1)并联系统的失效概率低于各单元的失效概率； (2)并联系统的可靠度高于各单元的可靠度；
(3)并联系统的平均寿命高于各单元的平均寿命。这说 明，通过并联可以提高系统的可靠度；
(4)并联系统的各单元服从指数寿命分布，该系统不再 服从指数寿命分布。
并联与串联对比图
R(t)
t
例1
现有n个相同的单元，其寿命不可靠度函数为 F(t)=1-e-λt，组成并联系统，试求系统的故障率。
解：组成n个并联系统后，寿命的累积失效概率为 F (t ) (1 e t ) n 失效概率密度为： f (t ) F '(t ) ne t (1 e t ) n1 系统故障率为： f (t ) n e t (1 e t ) n1 (t ) t n 1 F (t ) 1 (1 e )
可靠性框图
使水流出系统属串联系统，使水关闭系统属并联系统。 并—串联系统框图
串--并联系统框图
2、串联系统
由n个单元组成的串联系统表示当这n个单元都 正常工作时，系统才正常工作，换句话说，当系统任 一单元失效时，就引起系统失效。 串联系统可靠度计算如下
R串联 (t ) P( X t ) P( X1 t X2 t X n t ) P( X i t ) Ri (t )
i 1 i 1 n n
串联系统失效率计算如下：λi(t)是第i个单元的失效率
串联 (t ) i (t )
i 1 n
串联系统任一单元失效时，就引起系统失效，其失效是 和事件，串联单元每一个可靠时系统才能可靠，是积事件。 串联系统可靠度是组成该系统的各独立单元可靠度的乘积。
航空航天系统的可靠性与安全性
航空航天系统的可靠性与安全性航空航天系统的可靠性与安全性是航空航天工程领域中至关重要的考虑因素。
随着航空航天技术的不断进步和人们对安全的日益关注，确保航空航天系统的可靠性和安全性已经成为一项紧迫的任务。
本文将探讨提高航空航天系统可靠性与安全性的策略和挑战。
一、可靠性与安全性的定义和重要性1. 可靠性的定义与重要性在航空航天领域，可靠性是指系统或设备在给定的时间段内执行规定的功能而无故障发生的能力。
保证航空航天系统的可靠性对于飞行任务的成功完成至关重要，任何系统故障都可能导致灾难性的后果。
2. 安全性的定义与重要性航空航天系统的安全性是指系统运行时不会对乘客、机组人员和地面人员造成伤害或威胁。
保证航空航天系统的安全性对于保护人员的生命和财产安全至关重要，是航空航天工程中一个不可或缺的方面。
二、提高可靠性与安全性的策略1. 设计阶段（1）合理的系统设计：从系统的整体结构和功能需求出发，进行系统设计，包括硬件和软件等方面的考虑，确保系统满足安全和可靠性要求。
（2）多样化冗余设计：引入多个并行模块或备用系统，当故障发生时能够实现自动切换，保证系统的连续性运行。
（3）可靠性预测和故障分析：进行可靠性预测和故障分析，通过经验数据和模拟分析来识别潜在故障模式，从而采取相应的措施进行系统优化。
2. 制造和测试阶段（1）严格的质量控制：建立严格的质量控制体系，确保制造过程中满足设计要求，并进行可靠性测试和验收测试。
（2）严谨的风险评估与管理：针对潜在的风险进行评估和管理，采取相应的措施减少风险。
3. 运行和维护阶段（1）预防性维护：定期进行维护检查，及时更换老化部件，以预防故障的发生。
（2）持续的监控与改进：建立系统健康监测系统，对系统运行状态进行持续监控，及时发现问题并进行改进。
三、可靠性与安全性的挑战1. 复杂性挑战：现代航空航天系统复杂性的增加使得可靠性与安全性的评估和维护变得更加困难，需要采用更加高效和精确的方法来解决这一问题。
安全系统工程_第四章可靠性分析
《安全系统工程》
2. 3 不同故障发生的原因及防止对策
故障类型
现象
原因
对策
备注
初期故障 随机故障
新产品投产初期 的故障； 闲置一段时间后 故障减少； 小毛病往往引起 重大事故
多元素组成系统 的典型故障； 许多电子元件的 故障
设计错误； 制造不良； 使用方法错误； （制造责任的可能性 特别大）
《安全系统工程》
可靠度：系统或元素在规定的条件下和规定的 时间内，完成规定的功能的概率
t
R(t) e0(t)dt
寿命
故障率 维修率 可用度……
1.4 可靠性的意义
是产品质量的保证 是安全生产的保证 提高经济效益 影响国家的安全和声誉
《安全系统工程》
《安全系统工程》
tf (t)dt
R(t)dt
etdt 1
0
0
0
平均故障时间
1
3 常用故《障安时全间系分统布工函程数》
3.1 指数分布
平均故障时间MTTF(Mean Time To Failure，针对不 可修复系统而言)
平均故障间隔时间MTBF（ Mean Time Between Failure，针对可修复系统而言）
早期故障阶段 随机故障阶段 磨损故障阶段
浴盆曲线(Bathtub curve)
3 常用故《障安时全间系分统布工函程数》
3.1 指数分布
随机故障的场合故障率为常数
(t)
故障时间分布变为指数分布：
F(t) 1 et
f (t) et
表示单位时间内发生故障的次数
给排水系统的工程可靠性分析与提升
给排水系统的工程可靠性分析与提升概述:给排水系统在建筑物及城市基础设施中起着至关重要的作用。
然而，由于长期使用和维护不到位，以及设计及施工过程中存在的问题，给排水系统的可靠性常常受到挑战。
本文将对给排水系统的工程可靠性进行分析，并提出提升可靠性的相关措施。
1. 可靠性分析给排水系统的可靠性与其正常运行的持续时间和性能密切相关。
通过对系统的功能、结构和运行过程进行全面评估，可以更好地了解其可靠性水平。
（1）功能分析：首先，对给排水系统的功能目标进行评估。
这包括供水、排水、储水、水力配平等功能的实现情况。
通过对功能的分析，可以确定系统是否满足设计要求，并识别潜在的问题。
（2）结构分析：对给排水系统的结构进行评估，包括管道、泵房、水箱等各个组成部分的设计和布置。
结构分析可以发现可能存在的瓶颈、单点故障以及设备的老化和腐蚀等问题。
（3）运行分析：对给排水系统的运行过程进行综合分析，包括水质、水压、水流等参数的稳定性和变化情况。
通过对运行过程的分析，可以判断系统是否存在漏水、堵塞、压力不稳定等问题。
2. 可靠性提升措施为提升给排水系统的工程可靠性，我们可以采取以下措施:（1）定期维护与保养:系统的定期维护和保养是确保其正常运行以及延长使用寿命的关键。
包括检查管道是否存在破损、清理污水管道、定期更换老化设备等。
（2）技术改进：结合先进的技术手段，如物联网、远程监控等，对给排水系统进行技术改进。
这些技术可以实时监测系统的运行状态，及时发现并排除故障，提高系统的可靠性。
（3）应急预案：建立完善的应急预案，包括漏水、污水外溢、设备故障等情况下的处置方案。
通过提前预判问题并采取相应的措施，可以减少故障造成的损失和影响。
（4）设备更新：根据系统运行情况和设备寿命，及时更新老化和低效设备。
新的设备通常拥有更高的效率和更可靠的性能，可以提升整个给排水系统的可靠性。
3. 案例分析以某城市给排水系统为例，系统长期存在漏水问题，给市民的正常生活和城市环境造成了一定的影响。
复杂工程系统可靠性分析与评估
复杂工程系统可靠性分析与评估随着社会的发展和科学技术的不断进步，工程系统的复杂性和规模越来越大，系统的可靠性成为了一个重要问题。
本文将从可靠性的概念和表述方式入手，探讨复杂工程系统的可靠性分析与评估方法。
一、可靠性的概念可靠性是指系统在规定时间内能够满足规定要求的概率，或者是用于描述系统故障出现的概率（失效概率），这两种表述方式本质是相同的。
可靠性的表述方式通常用可靠指标、故障率、平均无故障时间（MTBF）、平均修复时间（MTTR）等来衡量。
二、复杂工程系统的可靠性分析1、用故障树分析（FTA）进行可靠性分析FTA是一种常用的分析方法，通过将系统的各个部分和组件以及它们之间的关系用逻辑图表示，然后进行逻辑分析，得到系统失效的可能性和失效途径。
首先，通过对系统的结构和工作原理进行分析，将系统模型化为树形结构，然后将故障原因作为根节点，将事件分解成若干层次的中间事件和基本事件，并用逻辑关系将它们连接起来。
树的最底层是所有事件的原因，也就是可能的失效模式。
2、使用事件序列法进行可靠性分析所谓事件序列法，是一种最常用的实证分析方法，用于确定软件和硬件系统中的故障。
基本思想是将故障看作是由一系列事件引起的结果，然后对这系列事件进行分析，从而确定造成故障的根本原因。
具体来说，首先对事件序列进行模拟或者调试，然后让系统在这些事件之间进行转换，并观察系统在不同情况下的行为，从而确定关键路径并进行修正。
为保证故障树的创造质量和准确性，还可以采用一些先进的事件序列解析工具来进行分析。
3、使用可靠性块法进行可靠性分析可靠性块法是一种可靠性分析工具，可以将系统模型作为一系列特定的结构块来处理。
通过对单独的每个块进行可靠性分析，可以得到系统的可靠性指标，包括故障率、MTBF、MTTR等。
可靠性块法还有另一种常用的形式，即FA（故障树分析）。
在这种情况下，系统模型可以看作是由一系列可靠性块构成的故障树，可以通过同样的方法来进行分析。
系统可靠性理论与工程实践
系统可靠性理论与工程实践一、引言在现代工程领域中，系统可靠性是一个至关重要的概念。
系统可靠性理论和工程实践的发展为我们提供了一种更好地理解和提高系统可靠性的方法。
本文将深入探讨系统可靠性的理论基础以及在工程实践中的具体运用。
二、系统可靠性概述系统可靠性指系统在规定条件下正常运行并实现预期功能的能力。
在工程设计和制造中，系统可靠性是评估系统整体性能的一个重要指标。
一个可靠的系统应该能够在设定的条件下保持其功能完整性，不会因为外部干扰或内部故障而失效。
三、系统可靠性理论1. 可靠性概念•可靠性的定义•可靠性指标及评估方法•可靠性分析工具2. 失效模式与效应分析（FMEA）•FMEA的基本原理•FMEA的应用领域•FMEA在系统设计中的作用3. 信度理论•信度函数及参数•信度模型•信度在系统设计中的应用四、系统可靠性工程实践1. 设计阶段•设计过程中的可靠性考虑•设计风险管理•设计验证及测试2. 制造阶段•制造过程中的质量控制•故障排除与改进3. 运营阶段•系统运行监控与维护•故障处理与修复五、系统可靠性优化1. 故障树分析（FTA）•FTA原理及应用•FTA在系统优化中的作用2. 可靠性增强技术•冗余设计•容错机制•检修技术六、结语系统可靠性是工程设计和制造中一个至关重要的概念，通过深入理解系统可靠性的理论基础和工程实践方法，可以更好地提高系统的可靠性表现，确保系统在各种情况下都能够稳定运行。
希望本文所述内容能为读者提供有益的启示，促进系统可靠性领域的进一步研究和应用。
可靠性系统工程详解
可靠性系统工程详解可靠性的历史与今世早在1985年的时候，中国航空工业界为了搞歼十飞机研制，在当时大部分人都不知道可靠性是什么的历史背景下，航空工业仍然开始全面引入可靠性工程。
这是值得回味的一段传奇。
中国制造2025与可靠性浴盆曲线在可靠性领域的几个关键概念内涵，最为重要的概念就是浴盆曲线，任何一本可靠性教科书都会出现这个曲线，纵坐标是产品的故障率，横坐标是产品的使用时间。
这是从统计上反映出来的产品故障发生的规律。
图1 可靠性工程的浴盆曲线第一个规律就是曲线的第一段，在早期使用的时候，故障率非常高，要经过不断的维修、适应性的改进甚至修改设计、工艺，把故障率降下来；曲线的第二段，就是使用阶段故障率应该是很低的水平，而且还不应该发生剧烈的波动，最好保持常数，长时间保持低的水平；曲线的第三段，是表达低水平故障率保持到多长的规律。
一般而言，保持到预期的使用寿命，过了使用寿命故障率又急剧增高。
这是统计规律表现出来的。
但是当产品从统计数据上看到了浴盆曲线第一个阶段的时候，即在用户的运维的过程中发现这个阶段的时候，说明企业没有对产品实现可靠性管理，或者说当出现了浴盆曲线早期故障期，说明可靠性工程实践是失败的。
第二个阶段，如果在使用的过程中长期的故障率稳定不下来，并且浴盆底的高度还很高，也说明可靠性工程失败了。
第三个阶段，如果使用时间没多长就坏掉、不能再用、老化、疲劳、断裂或腐蚀等，这些问题说明你的产品寿命也不符合要求，可靠性工程还是失败了。
浴盆曲线可以折射出中国制造业的很多问题。
目前中国制造业的特征在这三个点上都反映了，第一产品投入使用初期故障率很高，第二久久不能把故障率稳定下来，第三寿命还很短，所以这些问题交织在一起反映了企业的可靠性工程的实践出了问题。
浴盆曲线就是这么一个有关故障发生概率和统计规律的曲线。
故障六性跟故障相关的产品的设计特性，主要包含六个方面：可靠性、维修性、测试性、保障性、环境适应性和安全性。
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输出结果 • 最小割集 • 顶事件发生概率 • 重要度
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可靠性与系统工程[1]
不同阶段的可靠性设计方法
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设计分析方法
指标论证 方案论证 初步设计 详细设计
可靠性定性定量要求制定
√
√
可靠性分配
√
√
可靠性模型建立
√
√
√
可靠性预计
4. 整体性 5. 涌现性
6. 目的性 7. 环境适应性
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可靠性与系统工程[1]
人员比例
航空航天
其他
• • • ……
• • • ……
总体所
承制单位
可靠性中心
可可可 靠靠靠 性性性 验分准 收配则
可可可 靠靠靠 性性性 试预设 验计计
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可靠性人员
设计人员
∞ 1 1~5
可靠性与系统工程[1]
设计
生产
• 可靠性数据分析
使用
1. 需求向技术方案的转换
2. 需求向参数指标的转换 • RMS定性要求准
3. 技术方案与参数指标的
则
权衡
• RMS定量要求准
则
• RMS指标分配
• 其他指标分配
• RMS分析技术 设计与工艺 • RMS指标分配 的一致性 • 通用设计要求 • 专用设计要求
• 故障统计 • 维修记录
3
4
5
6
690000 308000 66800 6210 230
3.4
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可靠性与系统工程[1]
可靠度
在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的 概率
平均故障前时间 Mean Time To Failure
N0个产品一次故障
完
全
修
平均故障间隔时间 Mean Time Between Failures 一个产品N0次故障
可靠性与系统工程
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2020/11/14
可靠性与系统工程[1]
开篇的话
“
“ 设备制造与服务管理方法 五项基本原则
① 质量优先 ② 持续改进 ④ 运行保障优先
高可靠 易维修 好保障
Reliability Maintainability Supportability
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可靠性与系统工程[1]
软件
• 不同阶段的避错设计 • 人工的文档和代码审查 • 静态分析 • 动态测试 • 容错设计
不同对象专用设计方法
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可靠性与系统工程[1]
电路 优选元器件清单
Preferred Part List
50%
电子设备
60%
机载设备
控制元器件质量和可靠性的最重要的一项内容
✓ 提高型号的可靠性 ✓ 减少设计费用 ✓ 加快研制进度
√
√
√
可靠性设计准则制定与贯彻
√
√
√
简化设计
√
√
△
余度设计
√
√
△
容错设计
√
√
△
降额设计
△
√
√
热设计热分析
√
√
√
可靠性与系统工程[1]
可靠性设计
电路
• 优选元器件清单 PPL • 降额设计 • 潜在通路分析 • 热设计/热分析 • 容差分析
机械
• 余度设计 • 潜在通路分析 • 耐久性分析 • [机械可靠性] • [热设计] • [故障预测与健康管理 PHM]
功能
任务 分析人员
故障 故障 模式 原因
任务阶段与 工作方式
审核 批准
第 页共 页 填表日期
故障影响
局部 高一层 最终 影响 次影响 影响
严酷度 类别
故障检测 方法
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可靠性与系统工程[1]
故障树分析
Fault Tree Analysis
表明产品哪些组成部分的故障或外界事件或他们 的组合将导致产品发生一种给定故障的逻辑图。
项目质量管理制度
《XX项目可靠性参数与指标要求》 《XX项目可靠性设计要求》 《XX项目可靠性分析要求》 《XX项目安全性分析要求》 《XX项目安全性分析要求》 ……
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可靠性与系统工程[1]
质量管理 流程
• 质量功能展开
需求调查
• 可靠性分配 • 维修性分配 • 可靠性建模
方案设计
• 可靠性分配 • 维修性分配 • 可靠性建模 • 可靠性分析 • 可靠性仿真 • 可靠性试验 • ……
规定功能 • 必须具备的功能及其技术指标
解析 仿真 试验
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可靠性与系统工程[1]
可靠性分类
基本 可靠性
规定功能 用户费用
任务 可靠性
1. 规定条件 2. 规定时间 3. 无故障工作的能力 4. 反映产品对维修资源的要求 5. 所有寿命单位和关联故障
1. 规定的任务剖面 2. 规定功能的能力 3. 影响任务完成的故障
可靠性 定性要求
设计要求
• 指定贯彻可靠性设计准则 • 简化设计
• 余度设计 • 降额设计
• 制定实施元器件大纲 • 确定关键件和重要件
……
论证阶段
方案阶段
工程研制阶段
生产阶段
使用阶段
RMS
• 功能危险分析（FHA） • 故障模式影响及危害性分析（FMECA）
• 故障树分析（FTA） • 区域安全性分析（ZSA）
I. 可靠性极大提高，设计困难 II. 明显改善可靠性，易于设计 III. 相对效益最大，可靠性改善不足，
最易实现
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可靠性与系统工程[1]
电路 潜在通路分析
Sneak Circuit Analysis
阿波罗
208
潜在通路
13 1500
少，所需总投入较少 研制初期更改较多，研制后期更改较
少，更改代价较小 满足用户需求，质量稳定性好 主动寻找故障、预防故障发生 低成本、高质量、适销对路
产品定位
系统综合
工作量
更改次 数
设计评 价
工作态 度
经济效 益
传统设计思想
工程师及领导者的意见
重视性能，忽视系统综合
研制初期投入较少，研制后期投入较多 ，所需总投入较多
29 无输出
2 捆结或卡死
3 4 3 严振酷动度
9 内部漏泄 10 外部漏泄
16 错误只是 17 流动不畅
23 滞后运行
30 (电)短
24 错误输入(过大) 31 (电)开
4 不能保持正常位置 11 超出允差上限 18 错误动作 5 I类打（不灾开难的） II类 （12致命超的出）允差下限 19 不能关机
目录
CONTENTS
A. 一些概念 B. 质量管理 C. 可靠性简介 D. 可靠性参数和指标 E. 可靠性开展流程 F. 可靠性要求、分配、预计 G. 可靠性设计方法 H. 可靠性试验
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可靠性与系统工程[1]
适应性
RMS
时间性
用
费
期
周
命
寿
性
全
安
经济性
权衡
性
试
测
Safety Testability Supportability Maintainability Reliability
• 元器件的选择 • 元器件生产厂家的选择 • 元器件内在质量评价 • 二次筛选 • 电装后的质量跟踪 • 建立元器件质量数据库 ……
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可靠性与系统工程[1]
电路 降额设计
限制元器件在使用中 承受应力 < 设计的额定值
金属膜电阻器 (40℃)
GJB/Z35 《元器件降额准则》
三级降额 I II III
Failure Mode, Effects and Criticality Analysis
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。
故障模式影响分析表
初始约定层次产品 约定层次产品
代码
产品或 功能标识
《机械设备可靠性预计程序手册》
系统
分系统
可
靠
部件
性 建
模
单元
零件
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[6] 可靠性 RMS 设计方法
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可靠性与系统工程[1]
故障模式影响及危害性分析
Failure Mode, Effects and Criticality Analysis
1
2
分析系统中每一பைடு நூலகம்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。
3
4
1 （部分）产品（将）不能完成预定功能的事件或状态
自行车外胎磨损裂缝 爆胎 潜在故障 功能故障
2 约序定号层次的划故障分模式 功能层序次号结构层故次障模式局部影序响号、高故一障层次模影式响、序最号终影响故从障下模到式上 序号 故障
1 结构故障
8 误关
15 漂移性工作 22 提前运行
累积故障概率 故障密度函数
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f(t) f(t)
R(t0) F(t0)
t0
t
可靠性与系统工程[1]
可靠度
故障率
在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的 概率
工作到某时刻未故障的产品， 在该时刻后单位时间内发生故障的概率