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第1章  概述 1

1.1  可靠性的含义   1

1.1.1  服务可靠性   2

1.1.2  过去和未来的可靠性   2

1.2  可靠性的意义   3

1.3  基本可靠性概念   5

1.3.1  可靠性   5

1.3.2  可维修性和维修   6

1.3.3  可用性   6

1.3.4  质量   6

1.3.5  可信性   7

1.3.6  安全性和防护性   7

1.3.7  RAM和RAMS   7

1.4  可靠性量度   8

1.4.1  技术元件的可靠性量度   8

1.4.2  服务的可靠性量度   9

1.5  可靠性分析方法   9

1.5.1  物理可靠性方法   9

1.5.2  系统可靠性方法   10

1.6  可靠性工程   11

1.6.1  可靠性工程师的角色   12

1.6.2  可靠性研究的时效性   13

1.7  本书的目标和范围   13

1.8  趋势和挑战   14

1.9  标准和指南   15

1.10  系统可靠性的历史   15

1.11  课后习题   19

第2章  研究对象及其功能   21

2.1  概述   21

2.2  系统和系统元素   21

2.2.1  元件   22

2.2.2  嵌入式元件   22

2.3  边界条件   22

2.4  运行环境   24

2.5  功能和绩效要求   24

2.5.1  功能   24

2.5.2  绩效要求   25

2.5.3  功能分类   25

2.5.4  功能建模和分析   26

2.5.5  功能树   26

2.5.6  SADT和IDEF 0   27

2.6  系统分析   28

2.7  简单、烦琐和复杂系统   29

2.8  系统结构建模   30

2.8.1  可靠性框图   30

2.8.2  串联结构   32

2.8.3  并联结构   32

2.8.4  冗余   32

2.8.5  表决结构   33

2.8.6  备用结构   33

2.8.7  更为烦琐的结构   34

2.8.8  两个不同的系统功能   34

2.8.9  构建可靠性框图   35

2.9  课后习题   36

第3章  失效和故障   38

3.1  概述   38

3.1.1  状态和转移   38

3.1.2  运行模式   39

3.2  失效   39

3.2.1  状态中失效   40

3.2.2  转移期间失效   41

3.3  故障   42

3.4  失效模式   42

3.5  失效原因和影响   43

3.5.1  失效原因   43

3.5.2  近因和本因   44

3.5.3  原因的层级   45

3.6  失效和失效模式分类   45

3.6.1  根据局部影响分类   45

3.6.2  根据原因分类   46

3.6.3  失效机理   50

3.6.4  软件故障   50

3.6.5  失效影响   50

3.7  失效/故障分析   51

3.7.1  因果分析   51

3.7.2  根本原因分析   52

3.8  课后习题   54

第4章  系统可靠性的定性分析   55

4.1  概述   55

4.2  FMEA / FMECA   56

4.2.1  FMECA的类型   57

4.2.2  FMECA的目标   58

4.2.3  FMECA的步骤   58

4.2.4  FMECA的应用   61

4.3  故障树分析   62

4.3.1  故障树的符号和元素   62

4.3.2  定义问题和边界条件   64

4.3.3  构建故障树   65

4.3.4  识别最小割集和路集   68

4.3.5  MOCUS   68

4.3.6  故障树的定性评价   70

4.3.7  动态故障树   73

4.4  事件树分析   73

4.4.1  初始事件   74

4.4.2  安全功能   75

4.4.3  构建事件树   75

4.4.4  描述结果事件序列   76

4.5  故障树和可靠性框图   78

4.6  结构函数   80

4.6.1  串联结构   80

4.6.2  并联结构   81

4.6.3  koon:G结构   82

4.6.4  真值表   83

4.7  系统结构分析   83

4.7.1  单点失效   83

4.7.2  内聚结构   83

4.7.3  内聚结构的基本属性   84

4.7.4  用割集和路集表征结构   86

4.7.5  中枢分解   90

4.7.6  内聚结构中的模块   91

4.8  贝叶斯网络   94

4.9  课后习题   97

第5章  可靠性分析中的概率分布   103

5.1  概述   103

5.1.1  状态变量   104

5.1.2  失效时间   104

5.2  数据集   104

5.2.1  相对频率分布   105

5.2.2  经验均值和存续度函数   106

5.3  失效时间分布的一般特性   106

5.3.1  存续度函数   108

5.3.2  失效率函数   109

5.3.3  条件存续度函数   113

5.3.4  平均失效时间   114

5.3.5  其他概率量度   115

5.3.6  平均剩余寿命   117

5.3.7  混合失效时间分布   119

5.4  一些失效时间分布   120

5.4.1  指数分布   120

5.4.2  伽马分布   126

5.4.3  威布尔分布   130

5.4.4  正态分布   136

5.4.5  对数正态分布   138

5.4.6  其他的失效时间分布   142

5.5  极值分布   143

5.5.1  极小值的甘贝尔分布   144

5.5.2  极大值的甘贝尔分布   146

5.5.3  极小值的威布尔分布   146

5.6  带有协变量的失效时间模型   147

5.6.1  加速失效时间模型   148

5.6.2  阿伦纽斯模型   149

5.6.3  比例风险模型   151

5.7  其他连续分布   151

5.7.1  均匀分布   152

5.7.2  贝塔分布   152

5.8  离散分布   153

5.8.1  二项式情况   153

5.8.2  二项分布   154

5.8.3  几何分布   154

5.8.4  负二项分布   155

5.8.5  齐次泊松过程   156

5.9  失效时间分布的分类   158

5.9.1  IFR分布和DFR分布   158

5.9.2  IFRA分布和DFRA分布   160

5.9.3  NBU分布和NWU分布   161

5.9.4  NBUE分布和NWUE分布   161

5.9.5  从属关系   162

5.10  失效时间分布一览   162

5.11  课后习题   162

第6章  系统可靠性分析   169

6.1  概述   169

6.2  系统可靠性   170

6.2.1  串联结构的可靠性   170

6.2.2  并联结构的可靠性   171

6.2.3  n中取k结构的可靠性   172

6.2.4  中枢分解   174

6.2.5  关键零件   175

6.3  不可修系统   175

6.3.1  不可修串联结构   175

6.3.2  不可修并联结构   177

6.3.3  不可修2oo3结构   181

6.3.4  一组简单对比   182

6.3.5  不可修n中取k结构   182

6.4  被动冗余   183

6.4.1  被动冗余，完美切换，没有修理   184

6.4.2  冷备份，不完美切换，没有修理   185

6.4.3  部分载荷冗余，不完美切换，没有修理   187

6.5  单一可修元件   188

6.5.1  可用性   188

6.5.2  完美维修时的平均可用性   189

6.5.3  失效率和修复率都恒定的单一元件的可用性   191

6.5.4  运行可用性   192

6.5.5  生产可用性   192

6.5.6  准时率/准点率   193

6.5.7  可维修系统的失效率   193

6.6  可修系统的可用性   196

6.6.1  可修系统的MUT和MDT   197

6.6.2  根据最小割集进行计算   201

6.6.3  可修系统的工作时间和故障时间   203

6.7  故障树定量分析   205

6.7.1  术语和符号   205

6.7.2  范围和假设   205

6.7.3  只包含一个与门的故障树   206

6.7.4  只包含一个或门的故障树   207

6.7.5  Q0(t)的上限近似公式   207

6.7.6  包含-排除原则   208

6.7.7  最小割集并联结构的ROCOF   212

6.7.8  顶事件频率   212

6.7.9  二元决策图   214

6.8  事件树分析   215

6.9  贝叶斯网络   217

6.9.1  影响和原因   218

6.9.2  独立假设   218

6.9.3  条件概率表   218

6.9.4  条件性独立   219

6.9.5  推理和学习   221

6.9.6  贝叶斯网络和故障树   221

6.10  蒙特卡罗仿真   223

6.10.1  生成随机数   224

6.10.2  蒙特卡罗下次事件仿真   225

6.10.3  多零件系统的仿真   227

6.11  课后习题   228

第7章  可靠性重要度   233

7.1  概述   233

7.1.1  衡量可靠性重要度的目标   233

7.1.2  本章考虑的可靠性重要度衡量指标   234

7.1.3  假设和注释   234

7.2  关键性零件   236

7.3  伯恩鲍姆结构重要度   237

7.4  伯恩鲍姆可靠性重要度   238

7.4.1  故障树分析中的伯恩鲍姆量度   239

7.4.2  伯恩鲍姆可靠性重要度的第二个定义   240

7.4.3  伯恩鲍姆可靠性重要度的第三个定义   242

7.4.4  伯恩鲍姆结构重要度的计算   243

7.4.5  伯恩鲍姆可靠性重要度的变体   243

7.5  提升潜力   244

7.5.1  提升潜力与伯恩鲍姆可靠性重要度的联系   245

7.5.2  提升潜力的变体   245

7.6  关键重要度   245

7.7  福赛尔-维塞利量度   247

7.7.1  福赛尔-维塞利量度的公式推导   248

7.7.2  FV量度与其他重要度衡量指标的关系   250

7.8  微分重要度量度   252

7.8.1  选项1   253

7.8.2  选项2   253

7.9  安全特征的重要性量度   255

7.9.1  风险增加值   256

7.9.2  风险降低值   257

7.9.3  RRW与提升潜力之间的关系   258

7.10  巴罗-普罗尚量度   259

7.11  课后习题   261

第8章  依赖性失效   263

8.1  概述   263

8.1.1  关联性事件和变量   263

8.1.2  相关变量   264

8.2  依赖的类型   265

8.3  级联失效   266

8.4  共因失效   268

8.4.1  未构成共因失效的多重失效   268

8.4.2  共因失效的成因   269

8.4.3  共因失效的防止措施   270

8.5  共因失效模型和分析   271

8.5.1  显式建模   271

8.5.2  隐式建模   272

8.5.3  分析过程   272

8.5.4  模型假设   272

8.6  基本参数模型   273

8.6.1  特定重数的概率   273

8.6.2  特定重数的条件概率   275

8.7  因子模型   276

8.7.1  因子模型与BPM的关系   276

8.7.2  系统分析中的因子模型   277

8.7.3  非同质零件的因子模型   281

8.7.4  C因子模型   282

8.8  多因子模型   282

8.8.1  二项失效率模型   283

8.8.2  多希腊字母模型   284

8.8.3  因子模型   286

8.8.4  多因子模型   287

8.9  课后习题   287

第9章  维修与维修策略   290

9.1  概述   290

9.2  可维修性   291

9.3  维修的类别   292

9.3.1  修理工作的完成度   294

9.3.2  状态监控   295

9.4  维修的停机时间   295

9.4.1  由失效引起的停机时间   296

9.4.2  串联结构的停机时间   297

9.4.3  并联结构的停机时间   298

9.4.4  一般结构的停机时间   298

9.5  以可靠性为中心的维修   298

9.5.1  RCM的含义   299

9.5.2  RCM分析的主要步骤   299

9.6  全面生产性维修   309

9.7  课后习题   311

第10章  计数过程   312

10.1  概述   312

10.1.1  计数过程   312

10.1.2  基本概念   315

10.1.3  马丁格尔理论   318

10.1.4  四类计数过程   318

10.2  齐次泊松过程   319

10.2.1  齐次泊松过程的主要特征   320

10.2.2  渐近属性   321

10.2.3  估计和置信区间   321

10.2.4  齐次泊松过程的求和及分解   322

10.2.5  失效时间的条件分布   323

10.2.6  复合齐次泊松过程   323

10.3  更新过程   325

10.3.1  基本概念   325

10.3.2  Sn的分布   326

10.3.3  N(t)的分布   328

10.3.4  更新函数   329

10.3.5  更新密度   331

10.3.6  工龄和剩余寿命   335

10.3.7  更新函数的边界   338

10.3.8  叠加更新过程   340

10.3.9  更新回报过程   341

10.3.10  延迟更新过程   342

10.3.11  交替更新过程   344

10.4  非齐次泊松过程   352

10.4.1  简介和概念   352

10.4.2  一些结果   354

10.4.3  参数化NHPP模型   357

10.4.4  趋势的统计检验   358

10.5  不完美修理过程   359

10.5.1  布朗-普罗尚模型   360

10.5.2  失效率降低模型   361

10.5.3  减龄模型   364

10.5.4  趋势更新过程   365

10.6  模型选择   367

10.7  课后习题   368

第11章  马尔可夫分析   372

11.1  概述   372

11.2  马尔可夫过程   374

11.2.1  构建转移速率矩阵的步骤   377

11.2.2  查普曼-柯尔莫哥洛夫等式   380

11.2.3  柯尔莫哥洛夫微分方程   380

11.2.4  状态方程   382

11.3  渐近解   384

11.4  并联和串联结构   391

11.4.1  包含独立零件的并联结构   391

11.4.2  包含独立零件的串联结构   393

11.4.3  串联结构中一个零件失效会防止另一个零件失效   394

11.5  到第一次系统失效的平均时间   397

11.5.1  吸收状态   397

11.5.2  存续度函数   399

11.5.3  到第一次失效的平均时间   400

11.6  零件间存在依赖性的系统   402

11.6.1  共因失效   402

11.6.2  载荷分担系统   404

11.7  备用系统   407

11.7.1  冷备份完美切换并联系统   407

11.7.2  冷备份完美切换并联系统（元件A为主运行元件）   409

11.7.3  冷备份不完美切换并联系统（元件A为主运行元件）   411

11.7.4  部分加载完美切换并联系统（元件A为主运行元件）   412

11.8  故障树中的马尔可夫分析   413

11.8.1  割集信息   414

11.8.2  系统信息   414

11.9  时间相关解   415

11.10  半马尔可夫过程   417

11.11  多状态马尔可夫过程   419

11.11.1  改变转移速率   419

11.11.2  改变初始状态   420

11.12  分段确定性马尔可夫过程   421

11.12.1  PDMP的定义   421

11.12.2  状态概率   422

11.12.3  一个特殊情况   422

11.13  马尔可夫过程仿真   424

11.14  课后习题   427

第12章  预防性维修   433

12.1  概述   433

12.2  术语和成本函数   434

12.3  基于时间的预防性维修   435

12.3.1  按龄更换   436

12.3.2  批量更换   440

12.3.3  P-F间隔   443

12.4  退化模型   448

12.4.1  剩余寿命   449

12.4.2  趋势模型：基于回归的模型   451

12.4.3  增量模型   453

12.4.4  冲击模型   454

12.4.5  具有离散状态的随机过程   456

12.4.6  失效率模型   456

12.5  视情维修   457

12.5.1  视情维修策略   458

12.5.2  持续监控和有限离散状态空间   458

12.5.3  持续监控和连续状态空间   462

12.5.4  基于检测的监控和有限离散状态空间   464

12.5.5  按期检测和连续状态空间   466

12.6  多元件系统的维修   467

12.6.1  系统模型   468

12.6.2  维修模型   469

12.6.3  示例   470

12.7  课后习题   473

第13章  安全系统的可靠性   478

13.1  概述   478

13.2  安全仪表系统   479

13.2.1  安全仪表系统的主要功能   479

13.2.2  SIS功能的测试   480

13.2.3  失效分类   481

13.3  出现需求时的失效概率   483

13.3.1  出现需求时的失效概率计算   483

13.3.2  近似公式   487

13.3.3  一个测试周期内的平均故障时间   488

13.3.4  第一次失效前的测试周期平均数量   489

13.3.5  交错测试   490

13.3.6  不可忽略的修理时间   491

13.4  安全不可用性   492

13.4.1  危急状况概率   492

13.4.2  错误跳闸   493

13.4.3  由诊断性自测试检测到的失效   495

13.5  共因失效   496

13.6  组和子系统之间的共因失效   499

13.6.1  表决组之间的共因失效   499

13.6.2  子系统之间的共因失效   500

13.7  IEC 61508   500

13.7.1  安全生命周期   501

13.7.2  安全完善度等级   501

13.7.3  IEC 61508合规   502

13.8  PDS方法   504

13.9  马尔可夫方法   505

13.9.1  在每次测试之后所有的失效都被修复   509

13.9.2  在每次测试之后所有的危急失效都被修复   509

13.9.3  每次测试之后的维修不完美   509

13.10  课后习题   510

第14章  可靠性数据分析   516

14.1  概述   516

14.2  一些基本概念   517

14.2.1  数据集   518

14.2.2  存续时间   518

14.2.3  截尾数据集的类别   520

14.2.4  现场数据收集实践   522

14.2.5  风险集   522

14.3  探索性数据分析   523

14.3.1  完整数据集   523

14.3.2  样本量度   524

14.3.3  直方图   527

14.3.4  密度图   528

14.3.5  经验存续度函数   528

14.3.6  Q-Q图   530

14.4  参数估计   532

14.4.1  估计与估值   532

14.4.2  估计的属性   532

14.4.3  矩量估计法   534

14.4.4  极大似然估计   536

14.4.5  指数分布寿命   542

14.4.6  威布尔分布寿命   547

14.5  卡普兰-梅尔算子   550

14.5.1  在完整数据集中使用卡普兰-梅尔算子的原因   550

14.5.2  截尾数据集的卡普兰-梅尔算子   551

14.6  累计失效率图   555

14.7  总测试时间图   560

14.7.1  完整数据集的总体测试时间图   560

14.7.2  截尾数据集的总测试时间图   571

14.7.3  简单比较   572

14.8  带有协变量的存续度分析   573

14.8.1  比例危险模型   573

14.8.2  考克斯模型   575

14.8.3  估计考克斯模型的参数   576

14.9  课后习题   578

第15章  贝叶斯可靠性分析   584

15.1  概述   584

15.1.1  概率的三种解释   584

15.1.2  贝叶斯公式   586

15.2  贝叶斯数据分析   587

15.2.1  频率学数据分析   587

15.2.2  贝叶斯方法   587

15.2.3  观测数据的模型   588

15.2.4  先验分布   588

15.2.5  观测到的数据   589

15.2.6  似然函数   589

15.2.7  后验分布   590

15.3  选择先验分布   591

15.3.1  二项模型   591

15.3.2  指数模型——单一观测值   593

15.3.3  指数模型——多次观测   595

15.3.4  齐次泊松过程   597

15.3.5  无信息先验分布   598

15.4  贝叶斯估计   599

15.4.1  贝叶斯点估计   599

15.4.2  可信区间   601

15.5  预测分布   601

15.6  多参数模型   603

15.7  使用R程序进行贝叶斯分析   603

15.8  课后习题   604

第16章  可靠性数据：来源和质量   606

16.1  概述   606

16.1.1  输入数据的类别   606

16.1.2  参数估计   607

16.2  通用可靠性数据库   608

16.2.1  OREDA   608

16.2.2  PDS数据手册   610

16.2.3  PERD   610

16.2.4  SERH   610

16.2.5  NPRD、EPRD和FMD   610

16.2.6  GADS   611

16.2.7  GIDEP   611

16.2.8  FMEDA方法   611

16.2.9  失效事件数据库   612

16.3  可靠性预测   612

16.3.1  MIL-HDBK 217F方法   613

16.3.2  类似方法   613

16.4  共因失效数据   614

16.4.1  ICDE   614

16.4.2  IEC 61508方法   615

16.5  数据分析与数据质量   615

16.5.1  过时的技术   616

16.5.2  库存数据   616

16.5.3  固定失效率   617

16.5.4  多个样本   618

16.5.5  来自制造商的数据   619

16.5.6  质疑数据质量   619

16.6  数据档案   619

附录A  缩写   621

附录B  拉普拉斯变换   625

参考文献  628