系统可靠性理论 模型、统计方法及应用 第3版

极受欢迎的重量可靠性分析教科书，麻省理工学院、加州伯克利大学指定教材。

本书从实际出发，根据业界的反馈情况，采用了很多反映现实世界生产状况的真实案例和数据。介绍了可靠性统计及系统可靠性分析的基础理论、失效分析、系统定性分析和定量分析方法、状态空间模型、关键性分析、关联性分析等等。

Marvin Rausand,拉桑德教授国籍为挪威，研究方向包括系统可靠性、风险评估。主要成果包括专著8部，国际期刊和会议论文超过100篇，总引用次数9000次。他现在是挪威皇家社会科学院和挪威科学与工程院的双院士。

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
1.3.7RAM和RAMS7
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
2.5.6SADT和IDEF027
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
4.2FMEA/FMECA56
4.2.1FMECA的类型57
4.2.2FMECA的目标58
4.2.3FMECA的步骤58
4.2.4FMECA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
4.3.5MOCUS68
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
4.6.3koon: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
5.9.1IFR分布和DFR分布158
5.9.2IFRA分布和DFRA分布160
5.9.3NBU分布和NWU分布161
5.9.4NBUE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
6.2.3n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MDT197
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
6.7.5Q0(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ROCOF212
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
7.7.2FV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1253
7.8.2选项2253
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
7.9.3RRW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
8.7.4C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
9.5.1RCM的含义299
9.5.2RCM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
10.3.2Sn的分布326
10.3.3N(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
11.12.1PDMP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
12.3.3P-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
13.2.2SIS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
13.7IEC61508500
13.7.1安全生命周期501
13.7.2安全完善度等级501
13.7.3IEC61508合规502
13.8PDS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
14.3.6Q-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
16.2.1OREDA608
16.2.2PDS数据手册610
16.2.3PERD610
16.2.4SERH610
16.2.5NPRD、EPRD和FMD610
16.2.6GADS611
16.2.7GIDEP611
16.2.8FMEDA方法611
16.2.9失效事件数据库612
16.3可靠性预测612
16.3.1MIL-HDBK217F方法613
16.3.2类似方法613
16.4共因失效数据614
16.4.1ICDE614
16.4.2IEC61508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