工程结构可靠度分析方法的综述

可靠度分析方法的综述

学号：20152205021 姓名：陈志强

摘要：本论文解释了结构可靠度分析的原理，对现有的结构可靠度计算的解析方法进行了分类与总结，分析了每种方法的特点及应用的适用范围。

关键词：结构点可靠度；结构体系可靠度；原理；计算方法

1 引言

结构的可靠度是指结构或构件在规定的时间内，在规定的条件下完成预定功能的概率。

国际上开始了结构可靠性基本理论的研究始于20世纪30年代，并逐步扩展到建筑结构分析和设计领域。我国对结构可靠度理论的研究则始于20世纪50年代，在诸多专家、学者的努力下，目前在结构可靠度方面的理论和应用有了很大的进展。

一般来说，根据研究对象的不同可将可靠度计算方法分为点可靠度计算方法和体系可靠度计算方法两大类。点可靠度研究单个构件或构件的某一个截面的失效情形，而体系可靠度研究多个构件组成的结构或结构体系在众多失效模式下的问题。

2 结构可靠度分析的原理

2.1 结构可靠度与极限状态

结构的安全性、适用性和耐久性这三者总称为结构的可靠性，可靠性的数量描述一般用可靠度。极限状态是衡量结构完成各项功能的标志，主要用来区分结构工作状态的可靠程度。结构的极限状态一般分为三类：①承载能力极限状态，这种极限状态对应于结构达到最大承载能力，或达到不适应于继续承载的变形；②正常使用极限状态，这种极限状态对应于结构达到正常使用和耐久性的各项规定极限值；③逐渐破坏极限状态；指偶然作用后产生的次生灾害限度，即结构因偶然作用造成局部破坏后，其余部分不发生连续破坏的状态。

在结构可靠度分析中，结构的极限状态一般由功能函数加以描述。当有n个随机变量影响结构的可靠度时，结构功能函数为

Z=g(x1,x2,…,x n)

式中：x i,( i=1,2,…,n)是结构上的作用效应、结构构件的性能等基本变量。

当Z>0时，结构处于可靠状态；当Z=0时，结构处于极限状态；当Z<0时，结构处于失效状态；其中方程

Z=g(x1,x2,…,x n) = 0

称为结构的极限状态方程，它是结构可靠度分析的重要依据。

2.2 结构可靠度与失效概率

结构功能函数出现小于零( Z< 0) 的概率称为该构件的失效概率( Pf ) 。Pf 值原则可通过多维积分式计算求得。但当功能函数中有多个基本随机变量，或函数为非线性时，上述计算非常复杂，甚至难以求解。一般只需求得可靠度与失效概率的关系等式即可。

设功能函数仅与荷载效应S ( 荷载引起结构构件的内力、位移等) 和结构抗力R ( 结构抵抗破坏或变形的能力, 如极限内力、极限强度、刚度以及抗滑力、抗倾力矩等) 两个正态分布随机变量有关，则结构承载能力的功能函数为

Z= g( R , S) = R - S

对应的极限状态方程为

Z= R- S = 0

当Z> 0 时，结构处于可靠状态；当Z< 0 时，结构失效。由于R、S 均为正态分布，令其均值和标准差

分别为R、S和σR、σS，因此对应的功能函数Z 也是正态随机变量，并具有均值 Z = R—S ，标准差

这样通过计算Z 的概率密度函数，且令结构的失效率为P f，结构的可靠度为P r。由概率论可知：P( Z< 0) + P( Z> 0) = 1

即失效概率和可靠度的关系为

Pf+ Pr= 1

在工程实际中, R 、S 不一定为正态分布，这时可根据R、S 的概率分布函数，通过积分求解结构的可靠度和失效概率。

2.3 结构可靠度与可靠指标

以极限状态方程Z= R - S 的两个正态的变量R 和S 为例。首先把Z 的正态分布N( Z, Rz ) 转换为标准正态分布N( 0, 1)，由概率论知识可得到失效概率的表达式，再引入符号β，并令β= Z2/σz得到失效概率Pf= Φ( -β)

式中β为无因次的系数，称可靠指标。利用可靠度与失效概率的关系，得到可靠度与可靠指标之间的关系为

Pr= 1- Pf= 1-Φ( -β) =Φ(β)

可见：可靠指标β是失效概率的度量。可靠指标β越大，则失效概率Pf 越小，可靠度Pr 越大，因此，β

可以表示结构的可靠程度。

如果R 和S 非正态分布，可以算出Z 的均值和标准差σz，再由β=Z/σz计算出近似的可靠指标。

3 结果点可靠度计算方法

3.1 一次二阶矩法

该法是在随机变量的分布还不清楚时，采用只有均值和标准差的数学模型去求解结构可靠度的方法。可分为均值一次二阶矩法和改进一次二阶矩法。

3.1.1 均值一次二阶矩法

在功能函数Z= g( x1, x2…,x n)中，假设线性化点x＊就是均值点m xi，可得到极限状态Z，在随机变量xi（i=1，2，...，n）统计独立的条件下，直接可获得功能函数Z的均值m z及标准差σZ，根据β= m z/ σz，把m z和σz 带入，即可得到可靠指标β。

该方法对于非线性功能函数，由于略去了二阶或更高阶项，误差将随线性化点到失效边界距离的增大而增大，而均值法中所选的线性化点一般在可靠区而不在失效区的边界上，这样结果将产生很大的误差。另外，该方法还存在一个严重的问题，即选用不同的极限状态方程将会得到不同的可靠指标β。

3.1.2 改进一次二阶矩法

因为均值一次二阶矩法存在上述两个缺点，所以人们把线性化点选在失效边界上，而且选在与结构最大可能失效概率对应的设计验算点上，以克服均值一次二阶矩法中存在的问题，提出了改进一次二阶矩法。该方法通过引入灵敏系数Ai( 或分离系数)，把相关正态分布变量经过映射交换转变成不相关正态分布变量，然后经过正交变换转变成独立标准正态分布变量，从而计算可靠指标β，它适用于随机变量的任何分布形式，收敛速度快，大大减少了计算工作量，无疑优于均值一次二阶矩法。

但该法只是在随机变量统计独立、正态分布和线性极限方程才是精确的，否则只能得到近似的结果。

3.2 JC法

可靠指标可以很好地描述结构的可靠度，但它要求所有随机变量都服从正态分布，这往往与实际情

况不相符，因此要通过数学变换来解决。如果随机变量之间不相关，常用的变换方法有三种：一是采用Rosenblatt 变换，转换为线性无关的标准正态随机变量；二是将非正态随机变量投等概率原则映射为标

准正态随机变量；三是按当量正态化条件，将非正态随机变量当量为正态随机变量。事实上，后两种方法实质上是一致的，但第二种方法较为直观，易于为工程技术人员理解，被国际结构安全度联合会(JCSS)

推荐使用，通常称为JC 法。

3.3 帕洛黑莫法

该法是由帕罗黑莫( E. Paloheimo) 和汉拉斯( H.Hannus) 于1972 年在一次二阶矩的基础上提出来的，可以计算随机变量为任意分布下时结构的可靠指标。它从一个任意分布随机变量的极限状态方程的可靠度计算出发，导出含多个任意分布随机变量的结构可靠度的近似计算公式。

3.4 蒙特卡罗法

蒙特卡罗法(Monte Carlo Method)，又称随机抽样技巧法或统计试验法，在目前结构可靠度分析计算中，它被认为是一种相对精确的方法。

由概率定义可知，某事件的概率可以用大量试验中该事件发生的频率来估算。因此，可以先对影响其可靠度的随机变量进行大量随机抽样，然后把这些抽样值一组一组地代入功能函数式，确定结构是否失效，最后求得结构的失效概率，失效概率即结构失效次数占总抽样数的频率。这就是蒙特卡罗法的基本点。

蒙特卡罗法就是利用上述思路来求解结构失效概率的。为了计算某些量，概率模型是必须的，它们

能使若干数值特征恰好重合于所需的计算量，从而求得所需的概率估量。

蒙特卡罗法的优点是：其精度随N 次数增加而提高，当N 选取足够大时，可以获得Pf 的相对精确值。但为求得较好的解答，当遇到小破坏概率时，用蒙特卡罗法计算的次数往往多达几万甚至几十万次，计算时间太长，因此，人们很少直接利用它计算结构的破坏概率。

3.5 改进蒙特卡罗法

为克服上述蒙特卡罗法的缺点，人们已通过各种途径寻找模拟次数基本保持在某一定值的方法，从而产生了改进蒙特卡罗法。该方法通过把X 空间划分为球内和球外两部分，从而使抽样效益大大提高，这是因为缩小了抽样区间，不需再对位于可靠区中的m 维球体内部进行抽样。

3.6 验证荷载法（截尾法）

在结构可靠度分析中，为提高可靠度指标，往往设法提高结构的抗力。提高结构的抗力除提高其均值和降低其标准差外，还可以通过改变其分布规律来达到。后一种方法是通过对结构施加验证荷载取得的，其结果导致用一条截尾抗力分布曲线代替原来的分布曲线。采用这条曲线进行可靠度设计，可以提高结构可靠度指标，这种方法称为验证荷载法或截尾法。

该方法是由Yozo Fujino 和林德1977 年较系统整理出来的。后来，人们主要讨论其在结构中的应用。为了提高某结构的可靠度，需要对它进行验证载荷试验，但在该领域，这一工作量非常大,其应用受到限制。但在坝工结构方面，由于坝承受的主要载荷是水压力，坝建成蓄水后，即已经受验证载荷。因此，对于水工结构的可靠度，采用验证法进行校核，既方便，又能获得符合实际的结果。

4 结构体系可靠度分析方法

目前，构件及结构点可靠度的方法已日趋完善，随着可靠度理论的进一步深入，点可靠度的计算已经不能满足工程实际的需要，人们更关心的是由众多构件组成的结构或连续体结构体系的可靠度问题，对于结构体系来说，体系的可靠度由组成该结构的所有构件的极限状态决定，结构体系的失效区域由所有构件的失效区域合并混合而成。

大型结构系统可靠性分析理论与算法的研究主要包括三项内容：①识别主要失效模式的算法研究；②根据主要失效模式的极限状态方程计算失效概率的研究；③由主要失效模式的模式失效概率及其失效模式间的相互关系，计算系统综合失效概率或其上、下界的研究。

结构体系由于其组成构件多，构造又复杂，精确计算其可靠度非常困难，因此，人们不走精确而走近似的计算途径。

4.1 史蒂文森—莫谢斯法

对于延性结构，史蒂文森( Stevenson) 和莫谢斯(Moses) 于1970 年导出了一种利用塑性铰机构求解其可靠度的方法。设结构体系第i 个机构的功能函数为Zi，第i 个机构可靠指标用一次二阶矩或蒙特卡罗法求得。结构体系的失效机构一般不止一个，设有n 个，则对应的功能函数将有Z1，Z2，......，Zn。这时，结

构体系的失效概率为

Pf= P ( Z1< OUZ2< OU…UZn< 0)

直接通过上式计算非常困难，但当所有的机构完全相关和统计独立时，由上式可计算出结构体系的可靠度与单个机构的可靠度的关系。

由于通常机构间既不完全相关，也不完全统计独立，而是处在两者之间，Stevenson Moses 法的计算结果会导致偏危险或过于保守，但对静定结构体系可靠度的计算是合理的。

4.2 戈门—莫谢斯法

1979 年，戈门( Gorman) 和莫谢斯(Moses) 对结构体系的失效概率表达式进一步简化之后认为，在同等条件下，功能函数值最小的机构首先破坏，从而引起结构体系的破坏，因此主张采用下式确定结构体系的可靠度为

Pf= P1min( Z1, Z2, +, Zn) 2

显然，用该式估计结构体系的可靠度，可使问题得到极大的简化。但由于功能函数值最小机构对应的失效概率，不一定都比功能函数值大的机构的失效概率大，而且略去其它机构的失效概率的影响往往是很大的。因此，这种方法很少被采用。

4.3 PNET法

Ma 和Ang 等人于1979年把概率网络估算技术用到结构体系的可靠度分析中，提出了PNET 法。该法认为结构失效机构可分出主要和次要机构，而从主要机构中又可选出m 个代表机构，它们通过下述原则选择出来的。把主要机构分为几个组，在同一组中各机构与一个代表机构高级相关，这个代表机构就是该组所有机构中失效概率最高的机构。从相关条件可知，它可代表该组所有机构的失效概率。计算时，假定不同组间的代表机构是统计独立的。

PNET 法由于考虑各机构间的相关性，因而具有一定的适应性。各机构间荷载效应一般是高级相关的，材料性能所决定的抗力也有较高的相关性，因此，各机构间的相关系数通常较高, 故代表机构一般较少，这使计算工作量大大减少，且其计算结果也具有较高的精度，由于上述这些优点，PNET 法已成为延性结构体系可靠度分析较为可行的方法。

4.4 蒙特卡罗法

蒙特卡罗法也可计算结构体系的可靠度。用该法计算结构体系可靠度时，需要事先判断体系的所有可能失效机构和这些机构的实际破坏条件，当体系所有的可能失效机构已被识别出来以后，蒙特卡罗法的计算步骤为：①对结构体系中每一随机变量的分布，利用随机数产生器或随机数表产生一随机数，用这些随机数产生结构体系中的荷载效应和抗力值，从而就所有可能机构计算其功能函数值，那些与负功能函数对应的可能失效机构，即为实际破坏机构；②重复步骤①的计算，得到n 个功能函数值,并记录实际失效机构的样本数m；③把实际失效机构的样本数m 除以总样本数n，即得结构体系的失效概率Pf= m/ n。

蒙特卡罗法抛弃了结构的相关与独立性条件，从模拟的角度出发求解结构体系的可靠度，所得成果的精度与精确解十分接近，因此，目前往往用它作为结构构件或体系可靠度的近似精确解。然而，在实际结构体系中，由于要选取大样本使计算工作量变得非常繁重，这就限制了该法的实际应用，但作为结构体系近似计算结果的检验，蒙特卡罗法还是行之有效地方法。

5 结论

以上主要对目前结构点可靠度和体系可靠度计算方法进行了理论分析，我相信随着科学家和学者的不断努力，结构可靠度的分析方法还会被不断的改进，还会不断的发展，最终会被人类完全掌握的。而对于现今的分析方法体会如下：

( 1) 对于功能函数线性或非线性程度不高的简单结构，用一次二阶矩法计算可靠度能够满足工程实际需要，而且相比于其他的较简单易行。

( 2) 结构点可靠度的计算程序简单，易于实现，但不能真正反应结构体系可靠度问题。为了较好地符合工程实际，结构体系的可靠度研究势在必行，其计算方法有待进一步完善。

( 3) 蒙特卡罗法对于大型复杂结构（其功能函数一般不能以显式表达，且大多具有高次非线性特征）具有一定的优势。但在点估计方面，一般采用PNET法；在界限范围估计方面，则常采用Ditlevsen 的窄界限范围法。

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建筑结构可靠度设计统一标准GB50068-2001

建筑结构可靠度设计统一标准GB 50068-2001 中华人民共和国国家标准 建筑结构可靠度设计统一标准 Unified standard for reliability design of building structures GB 50068-2001 主编部门：中华人民共和国建设部 批准部门：中华人民共和国建设部 施行日期：2002年3月1日 关于发布国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》的通知 建标[2001]230 号 根据我部“关于印发《一九九七年工程建设标准制订、修订计划的通知》”（建标[1997]108号）的要求，由建设部会同有关部门共同修订的《建筑结构可靠度设计统一标准》，经有关部门会审，批准为国家标准，编号为GB 50068-2001 ，自2002年3月1日起施行。其中1.0.5，1.0.8为强制性条文，必须严格执行，原《建筑结构设计统一标准》GBJ 68-84 于2002年12月31日废止。 本标准由建设部负责管理，中国建筑科学研究院负责具体解释工作。建设部标准定额研究所组织中国建筑工业出版社出版发行。 中华人民共和国建设部 2001年11月13日 前言 本标准是根据建设部建标[1997]108 号文的要求，由中国建筑科学研究院会同有关单位对原《建筑结构设计统一标准》(GBJ 68-84)共同修订而成的。 本次修订的内容有：

1.标准的适用范围:鉴于《建筑地基基础设计规范》、《建筑抗震设计规范》在结构可靠度设计方法上有一定特殊性，从原标准要求的"应遵守"本标准，改为"宜遵守"本标准； 2.根据《工程结构可靠度设计统一标准》(GB 50153-92)的规定，增加了有关设计工作状况的规定，并明确了设计状况与极限状态的关系； 3.借鉴最新版国际标准ISO 2394:1998 《结构可靠度总原则》，给出了不同类型建筑结构的设计使用年限； 4.在承载能力极限状态的设计表达式中，对于荷载效应的基本组合，增加了永久荷载效应为主时起控制作用的组合式； 5.对楼面活荷载、风荷载、雪荷载标准值的取值原则和结构构件的可靠指标以及结构重要性系数等作了调整； 6.首次对结构构件正常使用的可靠度做出了规定，这将促进房屋使用性能的改善和可靠度设计方法的发展； 7.取消了原标准的附件。 本标准黑体字标志的条文为强制性条文，必须严格执行。 本标准将来可能需要进行局部修订，有关局部修订的信息和条文内容将刊登在《工程建设标准化》杂志上。 为了提高标准质量，请各单位在执行本标准的过程中，注意总结经验，积累资料，随时将有关的意见和建议寄给中国建筑科学研究院，以供今后修订时参考。 本标准主编单位：中国建筑科学研究院 本标准参编单位：中国建筑东北设计研究院，重庆大学，中南建筑设计院，四川省建筑科学研究院，福建师范大学。 本标准主要起草人：李明顺胡德炘史志华陶学康陈基发白生翔苑振芳戴国欣陈雪庭王永维钟亮戴国莹林忠民 1 总则 1.0.1 为统一各类材料的建筑结构可靠度设计的基本原则和方法，使设计符合技术先进，经济合理、安全适用、确保质量的要求，制定本标准。 1.0.2 本标准适用于建筑结构，组成结构的构件及地基基础的设计。

工程结构荷载与可靠度设计原理_复习资料

荷载与结构设计原理总复习题 一、判断题 1.严格地讲，狭义的荷载与直接作用等价，广义的荷载与间接作用等价。（N） 2.狭义的荷载与直接作用等价，广义的荷载与作用等价。（Y） 3.广义的荷载包括直接作用和间接作用。（Y） 4.按照间接作用的定义，温度变化、基础不均匀沉降、风压力、地震等均是间接作用。（N） 5.由于地震、温度变化、基础不均匀沉降、焊接等引起的结构内力变形等效应的因素称为间接作用。（Y） 6.土压力、风压力、水压力是荷载，由爆炸、离心作用等产生的作用在物体上的惯性力不是荷载。（N） 7.由于雪荷载是房屋屋面的主要荷载之一，所以基本雪压是针对屋面上积雪荷载定义的。（N）8.雪重度是一个常量，不随时间和空间的变化而变化。（N） 9.雪重度并非一个常量，它随时间和空间的变化而变化。（N） 10.虽然最大雪重度和最大雪深两者有很密切的 关系，但是两者不一定同时出现。（Y） 11.汽车重力标准是车列荷载和车道荷载，车列荷 载是一集中力加一均布荷载的汽车重力形式。 （N） 12.烈度是指某一地区遭受一次地震影响的强弱程度，与震级和震源深度有关，一次地震有多个烈度。（Y） 13．考虑到荷载不可能同时达到最大，所以在实际工程设计时，当出现两个或两个以上荷载时，应采用荷载组合值。（N） 14.当楼面活荷载的影响面积超过一定数值需要 对均布活荷载的取值进行折减。（Y） 15.土的侧压力是指挡土墙后的填土因自重或外 荷载作用对墙背产生的土压力。（Y） 16.波浪荷载一般根据结构型式不同，分别采用不同的计算方法。（Y） 17.先张法是有粘结的预加力方法，后张法是无粘结的预加力方法。（Y） 18.在同一大气环境中，各类地貌梯度风速不同，地貌越粗糙，梯度风速越小。（N）19.结构构件抗力R是多个随机变量的函数，且近似服从正态分布。（N） 20.温度作用和变形作用在静定结构中不产生内力，而在超静定结构中产生内力。（Y） 21.结构可靠指标越大，结构失效概率越小，结构越可靠。（Y） 22.朗肯土压力理论中假设挡土墙的墙背竖直、光滑、填土面水平无超载。（Y） 23.在朗肯土压力理论的假设中，墙背与填土之间既无摩擦力也无剪力存在。（Y） 24.在朗肯土压力理论的假设中，墙背与填土之间虽然无摩擦力，但仍有剪力存在。（N） 25.土的自重应力为土自身有效重力在土体中引起的应力。（Y） 26.不但风的作用会引起结构物的共振，水的作用也会引起结构物的共振。（Y） 27.平均风速越大，脉动风的幅值越大，频率越高。（N） 28.风压是指风以一定的速度向前运动受到阻塞时对阻塞物产生的压力。（Y） 29.地震作用中的体波可以分为横波和纵波，两者均可在液体和固体中传播。（N） 30.如果波浪发生破碎的位置距离直墙在半个波 长以内，这种破碎波就称为近区破碎波。（Y）31.远区破碎波与近区破碎波的分界线为波浪破 碎时发生在一个波长的范围内。（N） 32.在实际工程设计时，当出现可变荷载，应采用 其荷载组合值。（N） 33.对于静定结构，结构体系的可靠度总大于或等 于构件的可靠度。（N） 34.对于超静定结构，当结构的失效形态不唯一 时，结构体系的可靠度总小于或等于结构每一失效形态对应的可靠度。（Y） 35.结构设计的目标是确保结构的承载能力足以 抵抗内力，而变形控制在结构能正常使用的范围内。（Y） 36.对实际工程问题来说，由于抗力常用多个影响 大小相近的随机变量相乘而得，则其概率分布一般来说是正态的。（N） 37.结构可靠度是指结构可靠性的概率度量，是结 构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。

建筑结构可靠度分析与设计原理

玻璃幕墙是1985年以来开始在我国应用的建筑幕墙，它是在铝合金门窗的基础上随着高层建筑的兴起而发展起来的轻质建筑外围护结构。 我国2002年开始实施新修订的{建筑结构可靠度设计统一标准(GB 50068-2001)和《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)及颈建筑抗震设计规范》(GB 50011-2001)三项国家标准。幕墒与门窗作为对建筑物理功能和人的安全使用有重大影响的建筑外围护结构与构件，必须按照这些标准及其强制性条文的要求进行结构设计计算，以保证其足够的可靠度。 铝合金玻璃幕墙与门窗是世界上应用最为成熟和目前应用最为广泛的金属框架建筑幕墒和门窗。我国《玻璃幕墒工程技术规范》(JGJ102-96)目前正在进行修订，《铝合金门窗工程技术规程》于2002年8月开始编制，尚未有建筑门窗工程设计规范。认真总结国内外技术与经验，对它们进行结构可靠度设计研究，正确编制我国的玻璃幕墒与门窗技术标准规范，以逐步建立起各种材料及型式的建筑幕墒与门窗结构可靠度设计、评估理论体系，对我国建筑幕墒与门窗工程实践和技术发展有着重要的现实意义和深远的历史意义。 建筑结构可靠度分析与设计原理 1．结构的可靠性 建筑结构是组成工业与民用房屋建筑包括基础在内的承重骨架体系，必须满足的基本功能要求是：(1)安全性：在正常施工和正常使用时能承受可能出现的各种作用：在设计规定的偶然事件发生时(如地震、火灾等)及发生后，仍能保

持必需的整体稳定性：(2)适刚性：在正常使用时具有良好的工作性能：(3)耐久性：在正常维护下具有足够的耐久性能。 结构的可靠性是结构安全性、适用性和耐久性的统称，是结构在规定的时间内和规定的条件下，完成预定功能的能力。 2．结构的可靠度 (1)结构的极限状态设计要求 影响结构可靠性的各种随机因素可归纳为二个均为随机变量的综合变量即结构的作用效应S和抗力R，结构的功能函数Z=g(R，5)=R-S也是随机变量。当Z>0时，结构处于可靠状态：当Z<0时，结构处于失效状态：当Z=R-S=0时。结构处于极限状态。结构的极限状态设计要求为：R-S>=O，即结构的抗力要大于等于其作用效应。 (2)结构的概率可靠度 由于影响结构可靠性的各种因素中荷载与作用的效应是变化不定的，结构的抗力R也是不确定的(构件材料性能不确定性、几何参数不确定性、计算模式不确定性)，因此结构设计所要求的Z=R-S>=0的可靠目标不可能绝对保证，只能在一定的概率意义下满足，即P（R>=S）=P，是结构的可靠概率。所以说，结构的可靠度是结构可靠性的定量描述，即结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。而结构的失效概率Pf=1-PI。由于结构的失效概率一

船舶结构可靠性分析

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2 载荷 对于船舶结构，静水载荷和波浪载荷是两种主要的载荷形式。 波浪载荷的理论计算是基于上个世纪50年代末的切片理论建立起来的。80年代后期，人们对波浪载荷的研究增加了许多新的内容。S.G.Stiansen【2】提出了波浪载荷的概率模型，研究了低频相应和高频效应的概率组合问题；美国学者 C.G.Soares 从当时的技术水平出发，提出了一个船舶波浪载荷效应的可靠性分析标准模式。该方法的创新性在于，在线性切片理论计算船体波浪弯矩的基础之上，将高频载荷以经验性影响因子的形式与低频波浪弯矩组合。 在早期, 波浪载荷计算中应用的大多是线性理论。随着研究的深入和实践经验的增加, 波浪载荷的非线性性质引起了人们的关注。大量的实船测量和船模试验表明, 行驶在汹涛中的高速舰船, 由于船体的非直舷, 以及底部砰击、外张砰击和甲板上浪等因素的影响, 导致舰船的运动, 特别是波浪载荷呈明显的非线性。这时, 在规则波中的运动不再具有简谐性质, 中垂波浪弯矩幅值明显大于中拱时的幅值。加突出的是, 由于底部砰击和外张砰击, 使船体剖面内出现高频振动弯矩。这种弹性振动是一种瞬态响应, 在高海况下, 两者迭加而成的中垂合成弯矩幅值将远大于线性理论的计算结果。 为了计算砰击振动弯矩，一种被称为“两步走”的方法被广泛使用，即先在刚体假设下计算船体运动和作用在其上的水动力，

几种常见软件可靠性测试方法综述及应用对比(精)

几种常见软件可靠性测试方法综述及应用对比 上海交通大学陈晓芳 [摘要]软件可靠性测试是软件可靠性工程的一项重要工作内容,是满足软件可靠性要求、评价软件可靠性水平及验证软件产品是否达到可靠性要求的重要途径。本文探讨、研究了软件可靠性测试的基本概念,分析、对比了几种软件可靠性测试主要方法的优缺点。 [关键词]软件可靠性软件可靠性测试软件测试方法 引言 软件可靠性工程是指为了满足软件的可靠性要求而进行的一系列设计、分析、测试等工作。其中确定软件可靠性要求是软件可靠性工程中要解决的首要问题,软件可靠性测试是在软件生存周期的系统测试阶段提高软件可靠性水平的有效途径。各种测试方法、测试技术都能发现导致软件失效的软件中残存的缺陷,排除这些缺陷后,一般来讲一定会实现软件可靠性的增长,但是排除这些缺陷对可靠性的提高的作用却是不一样的。其中,软件可靠性测试能最有效地发现对可靠性影响大的缺陷,因此可以有效地提高软件的可靠性水平。 软件可靠性测试也是评估软件可靠性水平,验证软件产品是否达到软件可靠性要求的重要且有效的途径。 一、软件可靠性测试概念 “测试”一般是指“为了发现程序中的错误而执行程序的过程”。但是在不同的开发阶段、对于不同的人员,测试的意义、目的及其采用的方法是有差别的。在软件开发的测试阶段,测试的主要目的是开发人员通过运行程序来发现程序中存在的缺陷、错误。而在产品交付、验收阶段,测试主要用来验证软件产品是否达到用户的要求。或者说,对于开发人员,测试是发现缺陷的一种途径、手段,而对于用户,测试则是验收产品的一种手段。

二、软件测试方法 软件测试方法有以下几个主要概念:白盒测试、黑盒测试、灰盒测试。 白盒测试(W h ite-box testing或glass-box testing是通过程序的源代码进行测试而不使用用户界面。这种类型的测试需要从代码句法发现内部代码在算法,溢出,路径,条件等等中的缺点或者错误,进而加以修正。 黑盒测试(B lack-box testing是通过使用整个软件或某种软件功能来严格地测试,而并没有通过检查程序的源代码或者很清楚地了解该软件或某种软件功能的源代码程序具体是怎样设计的。测试人员通过输入他们的数据然后看输出的结果从而了解软件怎样工作。通常测试人员在进行测试时不仅使用肯定出正确结果的输入数据,而且还会使用有挑战性的输入数据以及可能结果会出错的输入数据以便了解软件怎样处理各种类型的数据。 灰盒测试(Gray-box testing就像黑盒测试一样是通过用户界面测试,但是测试人员已经有所了解该软件或某种软件功能的源代码程序具体是怎样设计的,甚至于还读过部分源代码,因此测试人员可以有的放矢地进行某种确定的条件或功能的测试。这样做的意义在于:如果你知道产品内部的设计和透过用户界面对产品有深入了解,你就能够更有效和深入地从用户界面来测试它的各项性能。 1、白盒测试 白盒测试又称结构测试,透明盒测试、逻辑驱动测试或基于代码的测试。白盒测试是一种测试用例设计方法,盒子指的是被测试的软件,白盒指的是盒子是可视的,你清楚盒子内部的东西以及里面是如何运作的。 白盒的测试用例需要做到: (1保证一个模块中的所有独立路径至少被使用一次; (2对所有逻辑值均需测试true和false;

工程结构可靠度设计统一标准

工程结构可靠度设计统一标准 第一章总则 第二章极限状态设计原则 第三章结构上的作用 第四章材料和岩土的性能及几何参数 第五章结构分析 第六章分项系数设计方法 第七章质量控制要求 附录一结构可靠指标计算的一次二阶矩法 附录二永久作用、可变作用和偶然作用举例 附录三永久作用标准值的确定原则 附录四可变作用标准值的确定原则 附录五可变作用准永久值和频遇值的确定原则附录六本标准用词说明 附加说明 第一章总则 第1.0.1 条为统一工程结构可靠度设计的基本原则和方法，使设计符合技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的要求，制定本标准。 第1.0.2 条本标准是制定房屋建筑、铁路、公路、港口、水利水电工程结构可靠度设计统一标准应遵守的准则。在各类工程结构的统一标准中尚应制定相应的具体规定。 第1.0.3 条本标准适用于整个结构、组成整个结构的构件以及地基基础，适用于结构的施工阶段和使用阶段。 第1.0.4 条工程结构必须满足下列功能要求： 一、在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用； 二、在正常使用时，具有良好的工作性能； 三、在正常维护下，具有足够的耐久性能； 四、在设计规定的偶然事件发生时和发生后，能保持必需的整体稳定性。 第1.0.5 条结构在规定的时间内，在规定的条件下，对完成其预定功能应具有足够的可靠度，可靠度一般可用概率度量。 确定结构可靠度及其有关设计参数时，应结合结构使用期选定适当的设计基准期作为结构可靠度设计所依据的时间参数。 第1.0.6条工程结构设计宜采用分项系数表达的以概率理论为基础的极限状态设计方法。

第1.0.7条工程结构设计时，应根据结构破坏可能产生的后果（危及人的生命，造成经济损失，产生社会影响等）的严重性，采用表1.0.7规定的安全等级。 工程结构的安全等级表1.0.7 注：对特殊结构，其安全等级可按具体情况确定。 第1.0.8条工程结构中各类结构构件的安全等级宜与整个结构的安全等级相同。对其中部分结构构件 的安全等级可适当提高或降低，但不得低于三级。 第1.0.9条对不同安全等级的结构构件，应规定相应的可靠度。 第1.0.10条工程结构应按其破坏前有无明显变形或其它预兆区别为延性破坏和脆性破坏两种破坏类型。对脆性破坏的结构，其规定的可靠度应比延性破坏的结构适当提高。 第1.0.11条当有条件时，工程结构宜按结构体系进行可靠度设计。结构体系可靠度设计，应根据结构 破坏特点选定主要破坏模式，并通过结构选型或调正构件可靠度，提高整个结构可靠度设计的合理性。 第1.0.12条为了保证工程结构具有规定的可靠度，应对结构设计所依据的主要条件进行相应的控制。 应根据结构的安全等级划分相应的控制等级。对控制的具体要求，由有关的勘察、设计、施工及使用等标准专门规定。 第二章极限状态设计原则 第2.0.1条整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态应为该功能的极限状态。 对于结构的各种极限状态，均应规定明确的标志及限值。 第2.0.2条极限状态可分为下列两类： 、承载能力极限状态。这种极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的 变形 当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了承载能力极限状态：1．整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆、滑移等）；2．结构构件或连接因材料强度被超过而破坏（包括疲劳破坏），或因过度变形而不适于继续承

软件可靠性模型地的综述

软件可靠性模型综述 可靠性是衡量所有软件系统最重要的特征之一。不可靠的软件会让用户付出更多的时间和金钱, 也会使开发人员名誉扫地。IEEE 把软件可靠性定义为在规定条件下, 在规定时间内, 软件不发生失效的概率。该概率是软件输入和系统输出的函数, 也是软件中存在故障的函数, 输入将确定是否会遇到所存在的故障。 软件可靠性模型，对于软件可靠性的评估起着核心作用，从而对软件质量的保证有着重要的意义。一般说来，一个好的软件可靠性模型可以增加关于开发项目的效率，并对了解软件开发过程提供了一个共同的工作基础，同时也增加了管理的透明度。因此，对于如今发展迅速的软件产业，在开发项目中应用一个好的软件可靠性模型作出必要的预测，花费极少的项目资源产生好的效益，对于企业的发展有一定的意义。 1软件失效过程 1.1软件失效的定义及机理 当软件发生失效时，说明该软件不可靠，发生的失效数越多，发生失效的时间间隔越短，则该软件越不可靠。软件失效的机理如下图所示： 1）软件错误（Software error）：指在开发人员在软件开发过程中出现的失误，疏忽和错误，包括启动错、输入范围错、算法错和边界错等。 2）软件缺陷（Software defect）：指代码中存在能引起软件故障的编码，软件缺陷是静态

存在的，只要不修改程序就一直留在程序当中。如不正确的功能需求，遗漏的性能需求等。3）软件故障（Software fault）：指软件在运行期间发生的一种不可接受的内部状态，是软件缺陷被激活后的动态表现形式。 4）软件失效（Software failure）：指程序的运行偏离了需求，软件执行遇到软件中缺陷可能导致软件的失效。如死机、错误的输出结果、没有在规定的时间内响应等。 从软件可靠性的定义可以知道，软件可靠性是用概率度量的，那么软件失效的发生是一个随机的过程。在使用一个程序时，在其他条件保持一致的前提下，有时候相同的输入数据会得到不同的输出结果。因此，在实际运行软件时，何时遇到程序中的缺陷导致软件失效呈现出随机性和不稳定性。 所有的软件失效都是由于软件中的故障引起的，而软件故障是一种人为的错误，是软件缺陷在不断的测试和使用后才表现出来的，如果这些故障不能得到及时有效的处理，便不可避免的会造成软件失效。而一个软件中存在的软件错误和缺陷总数是无法确定的，也不可能被完全排除掉，有时候排除掉一个故障甚至会引起更多的故障。 所以在软件开发周期中，软件错误是不可避免的，但可以通过学习改进，不断吸取经验教训，尽量减少程序中的错误特别是重大错误的数量。在测试阶段，测试人员应尽可能多的检测并排除掉软件中的故障，从而减少软件失效强度，提高软件的可靠性和质量。 1.2提高软件可靠性的途径 软件中的故障会导致软件功能不能正常实现，降低了软件的可靠度。软件故障一般是软件开发各阶段人为造成的，大概包括需求分析定义错误、设计错误、编码错误、测试错误和文档错误等。 因此要想获得高可靠性的软件，就要和软件中的故障做斗争。有以下三种直接的方式来

浅谈软件可靠性工程的应用(一)

浅谈软件可靠性工程的应用(一) 摘要：本文就武器装备软件开发的现状和中存在的问题，介绍了软件可靠性工程的发展及其研究的内容，对软件可靠性工程如何在软件开发中应用进行了重点说明，并提供了成功应用软件可靠性工程的典型案例，指出软件可靠性工程研究的必要性。 关键词:软件可靠性工程随着科学技术的不断进步，计算机技术被越来越多地应用到武器系统中。计算机软件的复杂程度随着功能的增强，因而系统的可靠性也越来越与软件直接相关。例如AFTI/F-16飞机首航因软件问题推迟一年，事先设计的先进程序无法使用；海湾战争中F/A–18飞机飞行控制系统计算机500次故障中，软件故障次数超过硬件。软件可靠性成为我们关注的一个问题，本文仅就软件可靠性工程在软件开发过程中的应用谈谈自己的认识。 1、软件可靠性工程的基本概念及发展 1.1什么是软件可靠性工程 软件可靠性工程简单地说就是对基于软件产品的可靠性进行预测、建模、估计、度量及管理，软件可靠性工程贯穿于软件开发的整个过程。 1.2软件可靠性工程的发展历程 软件可靠性问题获得重视是二十世纪60年代末期，那时软件危机被广泛讨论，软件不可靠是造成软件危机的重要原因之一。1972年正式提出Jelinski—Moranda模型，标志着软件可靠性系统研究的开始。在70年代．软件可靠性的理论研究获得很大发展，一方面提出了数十种软件可靠性模型，另一方面是软件容错的研究。在80年代，软件可靠性从研究阶段逐渐迈向工程化。进入90年代后,软件可靠性逐渐成为软件开发考虑的主要因素之一，软件可靠性工程在软件工程领域逐渐取得相对独立的地位，成为一个生机勃勃的分支。 1.3软件可靠性工程研究的基本问题 软件可靠性工程的主要目标是保证和提高软件可靠性。为达到这一目标，首先要弄清软件为什么会出现故障或失效。只有这样，才有可能在软件开发过程中减少导致软件故障或失效的隐患，且一旦出现软件故障或失效，有可能采取有效措施加以清除。但是软件是开发出来的，满足可靠性要求的软件也是开发出来的，因此，软件可靠性工程的核心问题是如何开发可靠的软件。而有了软件，又该如何检验其是否满足可靠性要求?这是软件可靠性工程的又一个问题。 2、软件可靠性工程在软件开发中的应用 2.1项目开发计划及需求分析阶段 在项目开发计划阶段需根据产品具体要求作出软件项目开发计划，明确项目的目的、条件、运行环境、软件产品要求、人员分工和职责及进度，并估计产品的可靠性。需求分析阶段要根据项目开发计划阶段确定软件开发的主要任务、次要任务和其它任务，并设计软件程序的基本流程、软件结构、模块的定义和输入输出数据、接口和数据结构等同时应对项目开发计划阶段作出的可靠性预计进一步细化形成可靠性需求，建立具体的可靠性指标。这个阶段的可靠性工作一般应如下安排： ⑴确定功能概图 所谓功能概图就是产品的各种功能及其在不同环境条件下使用的概率。为确立功能概图必须定义产品的功能，功能定义不但包括要完成的任务，还包括影响处理的环境因素。 ⑵对失效进行定义和分类 这里应从用户的角度来定义产品失效，将软件和硬件失效及操作程序上的失效区分开，并将其按严重程度进行分类。 ⑶确定用户的可靠性要求 在这个阶段应由系统设计师、软件设计师、可靠性师、测试人员及用户方代表可靠性评估小组共同根据用户提出的系统可靠性来确定软件的可靠性。

可靠性设计的基本概念与方法

4．6 可靠性设计的基本概念与方法 一、结构可靠性设计概念 1．可靠性含义 可靠性是指一个产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力；而一个工业产品(包括像飞机这样的航空飞行器产品)由于内部元件中固有的不确定因素以及产品构成的复杂程度使得对所执行规定功能的完成情况及其产品的失效时间(寿命)往往具有很大的随机性，因此，可靠性的度量就具有明显的随机特征。一个产品在规定条件下和规定时间内规定功能的概率就称为该产品的可靠度。作为飞机结构的可靠性问题，从定义上讲可以理解为：“结构在规定的使用载荷／环境作用下及规定的时间内，为防止各种失效或有碍正常工作功能的损伤，应保持其必要的强刚度、抗疲劳断裂以及耐久性能力。”可靠度则应是这种能力的概率度量，当然具体的内容是相当广泛的。例如，结构元件或结构系统的静强度可靠性是指结构元件或结构系统的强度大于工作应力的概率，结构安全寿命的可靠性是指结构的裂纹形成寿命小于使用寿命的概率；结构的损伤容限可靠性则一方面指结构剩余强度大于工作应力的概率，另一方面指结构在规定的未修使用期间内，裂纹扩展小于裂纹容限的概率．可靠性的概率度量除可靠度外，还可有其他的度量方法或指标，如结构的失效概率F(c)，指结构在‘时刻之前破坏的概率；失效率^(()．指在‘时刻以前未发生破坏的条件下，在‘时刻的条件破坏概率密度；平均无故障时间MTTF(MeanTimeToFailure)，指从开始使用到发生故障的工作时间的期望值。除此而外，还有可靠性指标、可靠寿命、中位寿命，对可修复结构还有维修度与有效度等许多可靠性度量方法。 2．.结构可靠性设计的基本过程与特点 设计一个具有规定可靠性水平的结构产品，其内容是相当丰富的，应当贯穿于产品的预研、分析、设计、制造、装配试验、使用和管理等整个过程和各个方面。从研究及学科划分上可大致分为三个方面。 (1)可靠性数学。主要研究可靠性的定量描述方法。概率论、数理统计，随机过程等是它的重要基础。 (2)可靠性物理。研究元件、系统失效的机理，物理成固和物理模型。不同研究对象的失效机理不同，因此不同学科领域内可靠性物理研究的方法和理论基础也不同． (3)可靠性工程。它包含了产品的可靠性分析、预测与评估、可靠性设计、可靠性管理、可靠性生产、可靠性维修、可靠性试验、可靠性数据的收集处理和交换等．从产品的设计到产品退役的整个过程中，每一步骤都可包含于可靠性工程之中。 由此我们可以看出，结构可靠性设计仅是可靠性工程的其中一个环节，当然也是重要的环节，从内容上讲，它包括了结构可靠性分析、结构可靠性设计和结构可靠性试验三大部分。结构可靠性分析的过程大致分为三个阶段。 一是搜集与结构有关的随机变量的观测或试验资料，并对这些资料用概率统计的方法进行分析，确定其分布概率及有关统计量，以作为可靠度和失效概率计算的依据。

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【最新整理，下载后即可编辑】 软件可靠性模型综述 可靠性是衡量所有软件系统最重要的特征之一。不可靠的软件会让用户付出更多的时间和金钱, 也会使开发人员名誉扫地。IEEE 把软件可靠性定义为在规定条件下, 在规定时间内, 软件不发生失效的概率。该概率是软件输入和系统输出的函数, 也是软件中存在故障的函数, 输入将确定是否会遇到所存在的故障。 软件可靠性模型，对于软件可靠性的评估起着核心作用，从而对软件质量的保证有着重要的意义。一般说来，一个好的软件可靠性模型可以增加关于开发项目的效率，并对了解软件开发过程提供了一个共同的工作基础，同时也增加了管理的透明度。因此，对于如今发展迅速的软件产业，在开发项目中应用一个好的软件可靠性模型作出必要的预测，花费极少的项目资源产生好的效益，对于企业的发展有一定的意义。 1软件失效过程 1.1软件失效的定义及机理 当软件发生失效时，说明该软件不可靠，发生的失效数越多，发生失效的时间间隔越短，则该软件越不可靠。软件失效的机理如下图所示：

1）软件错误（Software error）：指在开发人员在软件开发过程中出现的失误，疏忽和错误，包括启动错、输入范围错、算法错和边界错等。 2）软件缺陷（Software defect）：指代码中存在能引起软件故障的编码，软件缺陷是静态存在的，只要不修改程序就一直留在程序当中。如不正确的功能需求，遗漏的性能需求等。 3）软件故障（Software fault）：指软件在运行期间发生的一种不可接受的内部状态，是软件缺陷被激活后的动态表现形式。 4）软件失效（Software failure）：指程序的运行偏离了需求，软件执行遇到软件中缺陷可能导致软件的失效。如死机、错误的输出结果、没有在规定的时间内响应等。 从软件可靠性的定义可以知道，软件可靠性是用概率度量的，那么软件失效的发生是一个随机的过程。在使用一个程序时，在其他条件保持一致的前提下，有时候相同的输入数据会得到不同的输出结果。因此，在实际运行软件时，何时遇到程序中的缺陷导致软件失效呈现出随机性和不稳定性。 所有的软件失效都是由于软件中的故障引起的，而软件故障是一种人为的错误，是软件缺陷在不断的测试和使用后才表现出来的，如果这些故障不能得到及时有效的处理，便不可避免的会

《可靠性工程》教学大纲

《可靠性工程》教学大纲 课程代码：080642020 课程英文名称：Reliability Engineering 课程总学时：24 讲课：24 实验：0 上机：0 适用专业：安全工程 大纲编写（修订）时间：2017.7 一、大纲使用说明 （一）课程的地位及教学目标 随着科学技术的发展，产品的结构和功能日趋复杂化和多样化，致使对产品质量的要求逐渐从与时间无关的性能参数发展到与时间有关的可靠性指标，即要求产品在规定的条件下和规定的时间内，具有完成规定功能的能力。人们愈来愈认识到可靠性是保证产品质量的关键。尤其是我国加入WTO以后,机电产品将面临严峻的挑战，推行可靠性技术迫在眉睫。 通过该课程的学习，使学生掌握如下内容： (1)可靠性的基本概念、原理和计算方法等知识； (2)结合工程实际，使学生体会和掌握可靠性基本理论和分析解决工程实际问题的基本方法； (3)可靠性管理的基本知识，为可靠性工程理论的进一步研究和实际应用打下基础。 （二）知识、能力及技能方面的基本要求 1.基本知识：了解可靠性概念等基本知识。 2.基本理论和方法：掌握维修系统与不可维修系统等基本原理，熟悉计算维修系统与不可维修系统可靠度等基本方法。 3.基本技能: 可靠性试验的类型、试验方案设计等基本技能。 （三）实施说明 1．教学方法：课堂教学过程中，重点讲授基本原理、基本概念和基本方法的讲解，并通过以下三种方法进行教学： 第一层次：原理性教学方法。 解决教学规律、教学思想、新教学理论观念与学校教学实践直接的联系问题，是教学意识在教学实践中方法化的结果。如：启发式、发现式、注入式方法等。 第二层次：技术性教学方法。 向上可以接受原理性教学方法的指导，向下可以与不同学科的教学内容相结合构成操作性教学方法，在教学方法体系中发挥着中介性作用。例如：讨论法、读书指导法等。 通过以上的教学，使学生思考问题、分析问题和解决问题的能力大大提高，进而培养学生自主学习的能力，为以后走入社会奠定坚实的基础。 2．教学手段：本课程属于专业课，在教学中采用电子教案、CAI课件及多媒体教学系统等先进教学手段，以确保在有限的学时内，全面、高质量地完成课程教学任务。 （四）对先修课的要求 无。 （五）对习题课的要求 对习题课的要求（2学时）：掌握可靠性基本概念、可维修系统与不可维修系统等基本知识。 （六）课程考核方式

机械可靠性综述

机械可靠性设计综述 摘要：可靠性优化设计是在常规优化设计的基础上，结合可靠性设计理论发展起来的一种有效的优化设计方法。本文在总结现有文献的基础上对机械可靠性优化设计进行了综述，系统阐述了机械可靠性、可靠性设计、可靠性优化设计及可靠性试验的理论及方法。 关键词：可靠性；优化设计；可靠性试验 Review of Optimization Design of Mechanical Reliability REN Ju-peng (School of Mechanical Engineering and Automation, Northeastern University, Student ID: 1270174) Abstract：On the basis of traditional optimization design, combined with the theory of reliability design, reliability optimization design is an effective optimization design method. In this paper, the existing literatures are firstly summarized, then the theory and method of mechanical reliability, reliability design, reliability optimization design and reliability test are systematically reviewed. Key words：reliability; optimization design; reliability test 随着现代工业技术的飞速发展，机械产品日趋复杂化、大型化、高参数化，使产品发生故障的机会增多，因而，可靠性作为产品质量的主要指标，愈来愈受到工程界的重视。机械可靠性，是指机械产品在规定的使用条件、规定的时间内完成规定功能的能力。机械的可靠性是机械设计的主要目的之一，有效地增强产品质量、降低产品成本、减轻整机质量、提高可靠性和作业效率是可靠性设计的主要目标。随着工业技术的发展，机械产品性能参数日益提高，结构日趋复杂，使用场所更加广泛，产品的性能和可靠性问题也就越来越突出。机械可靠性设计的基本任务是在故障物理学研究的基础上，结合可靠性试验以及故障数据的统计分析，提供实际计算的数学力学模型和方法及实践。 科技研究人员和工程设计人员积极投入到可靠性工程的研究与实践之中，取得了可喜的成果。张义民[1]结合现代数学力学理论，系统地阐明机械可靠性设计、机械动态可靠性设计、机械可靠性优化设计、机械可靠性灵敏度设计、机械可靠性稳健设计等可靠性设计理论与方法内涵与递进。陈静等[2]阐述了机械产品优化设计及可靠性的相关理论，介绍了可靠性优化设计的应用及发展现状，并介绍了机械行业相关的软件应用情况。喻天翔等[3]对当前机械可靠性的特点和争议进行介绍，从Bayesian理论、FMECA和疲劳可靠性试验三个方面总结了机械可靠性试验技术相关的重要理论问题及其发展，并阐述了可靠性增长试验、加速试验和微机械可靠性试验技术的国内外发展，总结了机械可靠性试验技术研究存在的问题及其发展趋势。 本文将在上述文献的基础上对机械可靠性优化设计进行综述，系统阐述机械可靠性、可靠性设计、可靠性优化设计及可靠性试验的理论及方法。 1可靠性设计 1.1 可靠性设计 传统的机械设计方法认为零件的强度和应力都是单值，只要计算出的安全系数大于规定的安全系数，就认为零件是安全的，因而设计过程中忽略了各设计参数的随机性。可靠性设计将零件的应力和强度作为随机变量，认为应力受到各种环境因素(温度、腐蚀、粒子辐射等)的影响，具有一定的分布规律；强度受材料的性能、工艺环节的波动和加工精度等的影响，也是具有一定的分布规律。可靠性设计认为所设计的任一机械存在着一定的失效可能性，设计时根据需要预先控制的失效概率或可靠度，考虑各参数的随机性及分布规律，以反映出零部件的实际工作状况。 产品的可靠性表示产品在规定使用条件和使用期限内，保持其正常技术性能完成规定功能的能力。可靠性设计的一个目标是计算可靠度，可靠度是指产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率。其表达式为： ()0 () x g X R f X dX > =? 式中f x(X)为基本随机参数向量 T 12 (,,) n X X X X =???的联合概率密度；g(X)为状态函数，可表示零件的不同状态：g(X)>0为安全状态，

可靠性工程B卷-试题及答案

东北农业大学成人教育学院考试题签 可靠性工程（B ） 1. 一种设备的寿命服从参数为λ的指数分布,假如其平均寿命为3700小时,试求其连续工作300小时的可靠度 和要达到R *=0.9的可靠寿命是多少? 2. 如果要求系统的可靠度为99%,设每个单元的可靠度为60%.需要多少单元并联工作才能满足要求? 3. 某型号电视机有1000个焊点,工作1000小时后,检查100台电视机发现2点脱焊,试问焊点的失效率多少? 4. 一个机械电子系统包括一部雷达,一台计算机,一个辅助设备,其MTBF 分别为83小时,167小时和500小时,求系 统的MTBF 及5小时的可靠性? 5. 比较二个相同部件组成的系统在任务时间24小时的可靠性，已知部件的/.010=λ小时 ①并联系统. ②串联系统. ③ 理想开关条件下的储备系统：1=SW λ，储备部件失效率/.*010==λλ小时.

6. 一个系统由五个单元组成,其可靠性逻辑框图如图所示.求该系统可靠度和画出故障树. 7. 某型号电视机有1000个焊点,工作1000小时后,检查100台电视机发现2点脱焊,试问焊点的失效率多少? 解:100台电视机的总焊点有 1001000105 ?= 一个焊点相当一个产品,若取 ?t =1000 小时,按定义: 8. 一个机械电子系统包括一部雷达,一台计算机,一个辅助设备,其MTBF 分别为83小时,167小时和500小时,求系 统的MTBF 及5小时的可靠性? 9. 比较二个相同部件组成的系统在任务时间24小时的可靠性，已知部件的/.010=λ小时 ①并联系统. ②串联系统. A C D B E 0.90.90.9 0.90.9

19软件可靠性模型研究综述_王二威

软件可靠性模型研究综述 王二威 （北京理工大学珠海学院，广东 珠海 519088） 摘 要：本文对软件可靠性经典模型、模型选择、普适模型的研究进行了归纳和述评，提出了软件可靠性综合预测框架，给出了软件可靠性综合预测进一步的研究方向。 关键词：软件可靠性；经典模型；综合预测；框架研究 中图分类号：TP311 文献标识码：A Review of Research on Software Reliability Models WANG Erwei (Beijing Institute of Technology ,Zhuhai ,Zhuhai 519088,China ) Abstract:In this paper,the classical model of software reliability,model selection,and the research of the universal model were summarized and reviewed.The framework of software reliability comprehensive prediction was proposed.The further research directions of software reliability comprehensive prediction were proposed. Keywords:software reliability;classical model;comprehensive prediction;framework research 文章编号：2096-1472(2016)-02-01-02 1 引言(Introduction) 软件已经成为影响国民经济、军事、政治乃至社会生活的重要因素。自20世纪60年代“软件危机”出现之后，越来越多的学者开始关注软件可靠性的定量评估和预测。软件可靠性覆盖整个软件开发过程，与软件工程密切相关，它源于工程，又服务于工程。在新技术、新应用(如web软件、移动APP等等)不断涌现的当前，重新审视软件开发和应用环境，开展软件可靠性预测研究，有助于推动软件工程项目的实践，降低软件错误率，提升软件质量，从而保障软件所支撑的工程项目的高效完成，推动我国软件产业的持续发展。 本文对软件可靠性模型研究的相关文献进行了梳理,对前人的研究成果进行了归纳,构建了新计算范式下软件可靠性综合预测框架，提出了软件可靠性综合预测的研究方向。 2 经典软件可靠性模型(Classical software reliability model) 软件可靠性建模的基本方法是：以历史失效数据为基础，对软件失效规律进行趋势拟合，进而预测未来的失效可能。早期软件可靠性的研究是基于概率统计的思想，将软件失效过程看作一个随机过程，从Hudson的工作开始，到1971年J-M模型的发表，再到今天，已公开发表了几百种模型[1](此类模型称之为“经典模型”)。 经典模型存在两个明显的缺陷：第一，在对软件可靠性进行评估预测时都有些固定不变的假设，而这些假设无从证明；第二，模型只考虑输入的随机性，而软件在实际运行时却可能受到各种随机因素影响，使得软件失效出现的情况比较复杂多变。而用某一个固定的失效模式去解释复杂多变的情况，显然是不合适的。实践证明，经典模型的应用存在不 一致性的问题，对一个软件有很好的适用性而对其他的软件则效果很差[2,3]，此外预测精度也不够理想。 针对经典模型的不一致性问题，研究者们从两个方面开展了进一步的研究：一是设计一套行之有效的模型选择方法，能够让工程人员从众多的软件可靠性经典模型中选择出最适合实施项目的模型，二是建立一个普适模型。 3 模型选择的研究(Research on model selection) 模型选择策略基本可以归纳为两类：一类是基于模型假设与软件环境的相似性，一类是基于对历史失效数据预测性能的评价。 (1)基于模型假设与软件环境的相似性的模型选择。Andersson、Goel、Sharma等人分别提出了模型假设相似性来选择合适模型的方法[4]，基于假设矩阵的模型选择技术实践结果也并不理想[5]。 (2)基于对历史失效数据预测性能的评价。该类策略的模型选择技术依赖于对模型预测性能的评价，1983年，Musa 等人提出了“预测有效性、模型能力、假设质量、模型适用性、简单性”等五个软件可靠性模型评价准则，在学术界获得了较大范围的认可。之后的研究人员不断拓展软件可靠性的影响变量范围，提出了模型拟合性、模型偏差、模型偏差趋势、覆盖度、预测数量、模型噪声等等众多的评价准则，力图从多个角度对软件可靠性模型进行评价。 关于采用何种评价方法来选择模型，一是基于数据挖掘、机器学习的方法[6]，汪浩等人提出了基于聚类思想的软件可靠性模型选择，吴勤、吴晨、朱磊等人采用Kohonen网络、BP神经网络、决策树等方法对汪浩等人的研究成果进行了改进，在一定程度上提高了分类系统的准确性，李克文等 软件工程 SOFTWARE ENGINEERING 第19卷第2期2016年2月 V ol.19 No.2Feb. 2016