软件可靠性工程评述

第一篇：软件可靠性工程评述

软件可靠性工程述评

摘要：本文介绍了软件可靠性技术的发展情况，对各种软件可靠性分析模型进行了分类评述，分析了软件可靠性工程的发展趋势。

关键词：软件工程可靠性模型趋势分析

1.软件危机

随着计算机技术迅猛发展，软件的销售量和使用量呈几何级数增长，软件的规模也越来越大，复杂性急剧提高。例如，航天飞机的飞行软件达50万行源代码，F－22战斗机更达150多万行源代码，软件失效已成为系统瘫痪的主要原因。根据美国国防部和NASA的统计，当今武器系统和航天项目中的软件可靠性比硬件系统大约低一个数量级。因软件故障而造成的重大事故也不乏其例，如F－18战斗机在海湾战争中，飞行控制软件共发生了500多次故障，爱国者导弹因软件问题误伤了28名美国士兵；阿里安5型火箭的发动机控制系统软件的错误导致飞行试验失败等。软件危机使得软件可靠性研究在国际上十分活跃。

2.影响软件可靠性的主要因素

软件产品是由某一计算机语言写成的语句有序集合，也就是计算机程序。它的作用是将输入转换成相应的输出，可以用一映射函数f表示。软件可靠性是指在给定时间内，特定环境下软件无错运行的概率。影响软件可靠性的因素主要包括：

1)软件规模；

2)软件对实际需求的表述上的符合度；

3)软件的运行剖面；

4)软件的内部结构，即软件复杂度；

5)软件的开发方法；

6)软件开发人员的能力和经验；

7)软件开发的支持环境；

8)软件可靠性设计技术；

9)软件的测试与投放方式等。

如何准确评价／预计软件的使用可靠性是软件工程的重大问题之一。

3.软件可靠性模型及其分类

一个有效的软件可靠性模型应尽可能地将上面所述的因素在软件可靠性建模时加以考虑，尽可能简明地反映出来。自1972年第一个软件可靠性分析模型发表的二十多年来，见之于文献的软件可靠性统计分析模型将近百种。

这些可靠性模型大致可分为10类［1］：

1)种子法；

2)失效率类；

3)曲线拟合类；

4)可靠性增长模型；

5)程序结构分析模型；

6)输入域分类模型；

7)执行路径分析方法模型；

8)非齐次Poisson过程模型；

9)马尔可夫过程模型；

10)贝叶斯模型类。

种子法

这是利用捕获—再捕获抽样技术估计程序中错误数。在程序中预先有意“播种”一些设定的错误“种子”，然后根据测试出的原始错误数和发现的诱导错误的比例来估计程序中残留的错误数。其优点是简便易行，缺点是诱导错误的“种子”与实际的原始错误之间的类比性估量困难。

失效率分析

这类模型用来研究程序的失效率的。因为MTBF是失效率的倒数，所以以MTBF为分析直接变量的模型亦属于此类。这类模型有

1)Jelinski－Moranda的de－eutrophication模型

2)Jelinski－Moranda的几何de－eutrophication模型

3)Schick－Wolverton模型

4)改进的Schick－Wolverton模型

5)Moranda的几何Poisson模型

6)Goal和Okumoto不完全排错模型

曲线拟合用回归分析的方法研究软件复杂性、程序中的缺陷数、失效率、失效间隔时间。

包括参数方法和非参数方法。

可靠性增长

预测软件在检错过程中的可靠性改进，用一增长函数来描述软件的改进过程。这类模型有：

1)Duane模型

2)Weibull模型

3)Wagoner的Weibull改进模型

4)Yamada和Osaki的逻辑增长曲线

5)Gompertz的增长曲线

程序结构分析

程序结构模型是根据程序、子程序及其相互间的调用关系，形成一个可靠性分析网络。网络中的每一结点代表一个子程序或一个模块，网络中的每一有向弧代表模块间的程序执行顺序。假定各结点的可靠性是相互独立的，通过对每一个结点可靠性、结点间转换的可靠性和网络在结点间的转换概率，得出该持续程序的整体可靠性。在软件测试领域，有人形象地称这种方法为“白盒子”方法(white box)。这类模型有：

1)Littewoood马尔可夫结构模型

2)Cheung的面向用户的马尔可夫模型

输入域

选取软件输入域中的某些样本“点”运行程序，根据这些样本点在“实际”使用环境中的使用概率的测试运行时的成功率／失效率，推断软件的使用可靠性。这类模型的重点(亦是难点)是输入域的概率分布的确定及对软件运行剖面的正确描述。这种方法不考虑软件的结构和运行路径及开发过程，亦称“黑盒子”方法(black box)。这类模型有两个：

1)Nelson模型

2)Bastani的基于输入域的随机过程模型

执行路径

这类模型的分析方法与上面的模型相似，先计算程序各逻辑路径的执行概率和程序中错误路径的执行概率，再综合出该软件的使用可靠性。

Shooman分解模型属于此类

NHPP

NHPP，即非齐次Poisson过程模型是以软件测试过程中单位时间的失效次数为独立Poisson随机变量，来预测在今后软件的某使用时间点的累计失效数。有：

1)Musa的指数模型

2)Goel和Okumoto的NHPP模型

3)S－型可靠性增长模型

4)超指数增长模型

5)Pham改进的NHPP模型

Markov模型

这类模型有：

1)完全改错的线性死亡模型

2)不完全改错的线性死亡模型

3)完全改错的非静态线性死亡模型

Bayesian类

这是利用失效率的验前分布和当前的测试失效信息来评估软件的可靠性。这是一类当软件可靠性工程师对软件的开发过程有充分的了解，软件的继承性比较好时具有良好效果的可靠性分析模型。

连续时间的离散型Markov链

Shock模型

此外，Musa和Okumoto依据模型的如下特征对模型进行分类：

(1)时间域：有两种：a.时钟时间；b.CPU时间。

(2)失效数类：在有限时间间隔内设定软件的失效数为有限还是无限。

(3)相对于时间系统失效数的统计分布形式。主要的两类是：Poisson分布型和二项分布型。

(4)对有限失效数而言，用时间表示的失效强度的函数形式。

(5)对有限失效数而言，用经验期望失效数表示的失效强度的函数形式。

4.软件可靠性模型研究的五个方向

以上归类介绍了的几十个软件可靠性模型，其中有的已被西方某些可靠性公司制成标准的工具软件出售［4］，如Musa－Okumoto模型、Jelinski－Moranda模型、NHPP模型、S－shaped模型、Duane模型、Little－Verral模型等。而且还有新的模型发表。这些模型的应用都有局限性，要根据具体软件的规模、开发和使用环境、开发人员的素质、开发方法进行妥善选择，读者可参考［5］中的有关模型选用的章节。

由于软件缺陷的特殊性，至今尚没有一种软件可靠性的通用统计分析模型。其主要原因是这些模型对系统所做的假设固定不变，而软件在其开发过程中受各种因素影响，使得软件的故障行为千差万别；在进行模型的参数估计时又难以实时获

得充分的统计数据，无法在各种模型之间作识别，导致估计结果与实际情况的不一致，即产生模型的不适配问题。

为了使对软件可靠性的分析、预计更加精确，除了应用标准的软件可靠性模型的传统方法外，目前软件可靠性研究的内容有：

1)对传统模型的分析结果用U－结构图进行校正，以减少评价模型的偏差。

2)将两个或多个传统模型用加权的方法进行线性组合，或者在软件寿命周期的不同阶段使用不同的评价模型。

3)在传统模型中引入软件复杂性和测试类型、开发方法类型影响因子，以增强可靠性评价的准确性。

4)软件可靠性仿真技术(以后将专门介绍)。

5)神经网络分析技术

人工神经网络是基于现代科学对生物神经系统的认识，得出的一种抽象的新型数学模型，借助于计算机技术，使它具有人工智能、自适应能力和学习功能。它不事先确定模型，而是按实例研究的原则运行，是一种非参数软件可靠性估计，克服了模型的实配问题，通用性好(缺点是模型复杂)。从八十年代末和九十年代初期以来和工具，研究保证软件可靠性的开发方法和可靠性管理措施是软件可靠性工程师的责任。软件规模、复杂程度的大幅度提高，大型系统对软件的严重依赖，国际上开展了神经网络技术在软件可靠性工程中的应用研究，取得了一些成果，其工程应用亦在试验之中。我们中心正在开展这一技术的理论研究，并着手开发相应的通用软件工具，相信会有良好的工程应用前景。

5.软件工程化与软件可靠性

在近可能短的开发周期内向用户提供高可靠软件是软件工程师的艰巨任务。提供有效的软件可靠性评测方法，要求软件的开发从“自编、自导、自演”的初级模式向工程化方向转化。

软件工程是一项新兴的系统工程，软件的工程化提出了一些软件开发的基本原则和要求。其中，为保证大型软件的可靠性，必须遵循的原则包括：

1)软件的设计(design)、编码(coding)、测试(testing)由不同的人员完成，独立的验证／确认(IV&V)、象硬件那样设计、生产、检验分开；

2)软件开发和使用过程具有可追溯性，象硬件有设计图纸、生产记录、检验结果那样有各种文档；

3)像硬件那样尽可能使用标准件(标准子程序／模块)和成熟技术(经过验证的开发过程和算法)。

软件工程、软件可靠性工程研究与应用的共性技术包括：

1)软件故障树分析(S－FTA)

2)软件故障模式和影响分析(S－FMEA)

3)危险性分析

4)软件潜在通路分析

5)安全性分析(Petri Net等)。

6)软件的避错(fault avoidance)、排错(fault removal)、容错(fault tolerance)、预错(fault forcasting)等。

软件可靠性的提高依赖于软件工程化的步伐。

参考文献

1.Pham,H,Software Reliability and Testing,IEEE Computer Society Press,1996.2.Jelinski,Z.,and P.B.Moranda,W.Freibergered.,Statistical ComputerPerformanceEvaluation,AcademicPress,New York,1972.3.Schick,G.J.,andR.W.Wolerton,“An Analysis of Competing Software Reliability Models”,IEEE Trans.SoftwareEngineering,Vol.SE－4，No.2,Mar.,1978.4.Michael R.Lyu,Handbook of Software Reliability Engineering,ComputingMcGrawHill,New York,1996.5.何国伟主编软件可靠性，国防工业出版社，1998。

6.IEEE Std 6 10.12－1990，Glossary of Software Engineering Terminology.7.Shooman,M.L,“Structure Models for Software Reliability Prediction”Proc,International Conference of Software Engineering.,IEEE Cs Press,Los Alamitos，Califolia.,1984.8.Yamada,S ”S－shaped Software Reliability Growth Models and Their Applications”，IEEETrans.Reliability,Vol.R－33，No.4，Oct.1984.9.Musa.J.D.A Logarithmic Poisson Execution Time Model For Software Reliability Measurement，Proc.7th International Conf.Software Ing.,1984.10.Littlewood,B.,“Software Reliability Model for Modular Program Structure”,IEEE Trsans.Reliability,Vol.R－28，No.3,Aug.1979.

第二篇：可靠性工程期末总结

第一章：可靠性概论

1．可靠性：产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力（狭义可靠性）。2．广义可靠性：狭义可靠性+维修性+„„

3．产品：作为单独研究和分别试验对象的任何元件 器件 零部件 组件 设备和系统。4.规定条件：指产品的使用条件

维护条件

环境条件和操作技术。

5.规定时间：产品的工作期限，可以用时间单位，也可以用周期次数里程或其他单位表示 6.规定功能：通常用产品的各种性能指标来表示。

7.维修性：在规定条件下使用的产品在规定的时间内，按规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复到能完成规定功能的能力。

8.贮存寿命：在规定的贮存条件下，产品从开始贮存到丧失其规定的功能的时间。

9.有效性：指可维修产品在某时刻具有或维持规定功能的能力，包括狭义可靠性和维修性 10.可靠性的三大指标：狭义可靠性

有效性

贮存寿命

11.可靠度：产品在规定条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率，记作R(t)，R(0)=0;R(∞)=1 12.可靠度估计：R^(t)=ns(t)/ n;ns(t)= n-nf(t):规定时间内完成规定功能的元件的个数 13.累积失效概率：产品在规定条件和规定时间内失效的概率，其值=1-可靠度,可以说产品在 规定条件和规定时间内完不成规定功能的概率，故也称不可靠度。记作F(t)=1-R(t), 14.不可靠度估计: F^(t)=1-R^(t)=nf(t)/ n;

15．失效概率密度：累积失效概率对时间的变化率，记作f(t)。表示产品寿命落在包含t的单位时间内的概率，即产品在单位时间内失效的概率。f(t)=dF(t)/dt;16.失效概率估计：f^(t)= 1/n*(△nf(t)/△t);△nf(t): △t内的失效数

17.失效率：工作到某时刻尚未失效的产品，在该时刻后单位时间内发生失效的概率。入（t）18.失效率估计：入^（t）= 1/ns(t)*(△nf(t)/△t)

19.失效率函数3种基本类型：早期失效率，偶然失效率，耗损失效率，基本单位：菲特 20.可靠性寿命特征：平均寿命，可靠寿命，特征寿命，中位寿命

：为衡量产品可靠性的尺度。

21.MTBF：可维修产品的平均寿命，称为“平均无故障工作时间”。22.MTTF：不可维修产品的平均寿命，称为“失效前的平均工作时间”。

23.可靠寿命Tr：给定可靠度r时对应的寿命。R(Tr)=r，当R=0.37时，Tr为特征寿命。当R=0.5时，Tr为中位寿命。

24.常用失效分布：指数分布，威布尔分布，正态分布。指数分布的重要特性：无记忆性 25.指数分布：失效概率密度：f(t)= 入eˉ入(t)

累计失效概率：F(t)=1-入eˉ入(t)；

可靠度：R（t）= eˉ入(t)

失效率：入(t)=入；

26.威布尔分布的作用：能全面的描述浴盆失效率曲线的各个阶段。题1-1，1-3 第二章：系统可靠性模型

1.系统：是完成特定功能的综合体，是若干协调工作单元的有机组合。2.建立系统可靠性模型的前提条件：明确研究对象——产品的情况。3.规定产品定义步骤：

1.确定产品目的，用途或任务。

2.规定产品及分系统的性能参数及其容许上 下限。3.确定产品的结构界限和功能接口。4.确定构成任务失败的条件。5.确定寿命周期模型。

4.可靠性框图：用代表各组成部分故障或各种故障组合的方框按复杂元件或系统的一个或多个功能模式，表示出该元件或系统失效逻辑关系的一种框图。

5.串联系统：一个系统由n个单元A1,A2,A3„„„,An组成，当每个单元都正常工作时，系统才能正常工作；或者说当其中任何一个单元失效时系统就失效。我们称这种系统为串联系统。

6.提高串联系统可靠性的措施为：1.提高单元可靠性，即减小失效率。2.尽量能减少串联单元数目。3.等效地缩短任务时间t。

7.并联系统：一个系统由n个单元A1,A2,A3,„„„,An组成，如只有一个单元工作，系统就能工作，或者说只有当所有单元都失效时，系统才失效，我们称这种系统为并联系统。

8.提高并联系统可靠性的措施：1.提高单元可靠性2.等效地缩短任务时间3．增加并联系统单元数目。（耗费将会大大增加）

n中取k的表决系统有两类：

第一类：n中取k好系统，要求组成系统的n个单元中有k或k个以上完好，系统才能正常工作，记为k/n[G]。

第二类：n中取k坏系统，其涵意是组成系统的n个单元中有k或k个以上失效，系统就不能正常工作，记为k/n[F]。

9.冷贮备系统：通常用n+1个单元和一个高可靠转换开关组成，一个单元在工作，n个单元做贮备。当工作单元失效时，转换开关把一个贮备单元接入，系统继续工作。这样直到所有贮备单元都失效时，系统才失效。

10.一般网络可靠性框图分为：状态枚举法，概率图法，全概率分解法，最小路法，网络拓扑法 Monte-Carlo模拟法

例题 2-3 2-4 2-5 第三章：可靠性预计和分配

1.可靠性预计：基本可靠性预计，任务可靠性预计

2.基本可靠性预计：

用于估计由于产品不可靠对维修与后勤保障的要求。

3.任务可靠性预计：

用于估算产品在执行任务的过程中完成其规定功能的概率。可靠行预计的一般程序是：1.明确产品的目的，用途，任务，性能参数及失效条件。2.确定产品的组成成分

各个基本单元。3.绘制可靠性框图。4.确定产品所处环境。

5．确定产品的应力。6.确定产品失效分布。7.确定产品的失效率。8.建立产品的可靠性模型。9.预计产品可靠性。10.编写预计报告。

4.可靠性预计分类：可行性预计

初步预计

详细预计

5.结果精度取决于两个因素：1.所用模型与实际的符合程度。2.模型参数的准确性。6.预计元器件失效率的方法：1.收集数据预计法。2.经验公式计算法。3.元器件计数可靠性预计法。4.元器件应力分析可靠性预计法。

7.系统可靠性预计计算方法：数学模型法，上下限法，蒙德卡洛法

8.可靠性分配：将规定的系统可靠度合理地细分给每个单元的一种方法。实际上是一个最优化的问题

9.串联系统的可靠性分配方法：等分配法，利用预计值的分配法，阿林斯分配法，代数分配法，“努力最小算法”分配法 例题

3-2 3-3 第四章：失效模式 后果 与严重度分析

失效：产品丧失规定的功能。失效模式：失效或故障的形式。失效后果：一个部件失效时对整机所产生的影响。

第六章：电子系统可靠性设计

1.电子元器件的失效有4方面的问题;1.制造质量问题2.可靠性问题3.耗损问题4.设计问题。

2.典型的失效率曲线：

（1）早期失效期：这阶段的失效主要由元器件的各种质量缺陷造成。解决办法是对原材料和工艺进行严格的控制，同时进行上机前的元器件筛选，剔除早期失效元件，使其尽可能不投入使用。

（2）偶然失效期： 当失效率相对地呈现一个常数时，这个时期称为偶然失效期。这时失效随机地发生，多数为工作应力引起的失效。应注意这一段曲线的纵坐标高度（失效率）为MTBF的倒数，沿横坐标方向的长度则为耗损（老化）寿命或使用寿命。

（3）耗损失效期：这阶段的失效是由于不同类型的耗损机理造成的性能退化或老化变质。当产品使用到一定时，意味使用寿命期结束，耗损失效期开始。这时产品失效率是迅速上升的。

3.早期失效期以质量问题为主；偶然失效期：可靠性问题为；耗损失效期：耗损问题为主。4.降额：使元器件在低于其额定值的应力条件下工作。元器件的降额使用可进一步提高元器件和设备的可靠性，大部分元器件的失效率随所施加的应力（低于额定值）的降低而降低。5.降额技术：降额图法，降额因子法

6.我国电子元器件质量等级分为3级：一类为特军品，二类为普军品，三类为民品

正确选用器件：除线路应力分析外，还需了解1，使用环境条件，2，失效率模型所包含的因素，3，现场失效率。

7.电路与系统的可靠性设计：1.尽可能采用优选电路的原则。2.尽可能简化的原则。3.最坏情况设计。4.电路漂移分析。5.元器件误差统计分析。6.稳定性及过渡过程的分析。

8.对电子设备进行热设计的要求：1.通过热设计在满足性能要求下尽可能减少仪器内部产生的热量。2.通过热设计设法减少热阻。3.通过热设计能保证设备和元器件能在较低的温度条件下工作，以便做到减少参数漂移，保持电性能的稳定，从而提高可靠性。

9.对电子设备进行热设计的基本方法：1.提高元件，材料的允许工作温度。2.减少设备的发热量。3.用冷却的方法改变环境温度并加快散热速度。10．三次设计：系统设计（常规设计），参数设计（第二次设计），容许差设计 参数设计是容许差设计的基础 第八章：可靠性试验

1.可靠性试验：为了评价产品可靠性而进行的试验：可靠性测定试验，可靠性验证试验 2.测定试验： 是在事先没有规定产品可靠性指标的条件下，用来测定产品可靠性特征量 3.验证试验：目的是要确定产品的可靠性指标是否达到规定的要求。其基本方法有：寿命试验和加速寿命试验

4.筛选：通过一定的方法将早期失效产品在出厂前剔除，把符合要求产品保留下来的试验过程。

5.可靠性筛选的目的：剔除早期失效产品，提高批产品的可靠性（不能提高其固有可靠性）。6.筛选和质量检验的不同：质量验收是要通过抽样检验判定批生产是否合格，而筛选则是对全部合格产品进行试验以剔除早期失效产品。、7.常用的可靠性筛选方法：1.测试筛选2.检查筛选3.环境应力筛选（力学环境应力筛选（振动 冲击 离心加速度），气候环境应力筛选，特殊环境应力筛选，混合环境应力筛选）4.寿命（老炼）筛选（贮存筛选 功能老化筛选 工作寿命筛选）

5.破坏性筛选

8.老炼：在元器件使用前，将使用中可能发生参数漂移元件剔除，是性能，参数稳定的过程。9.环境条件分类：气候，力学，生物，辐射，电磁

10.环境试验的方法：现场使用试验，天然暴露试验，人工模拟实验

11.狭义的可靠性试验：主要是指寿命试验，通过寿命试验可以获得诸如失效率，平均寿命等可靠性特征量

12.寿命试验的分类：长期贮存试验，长期工作寿命试验

加速寿命试验的方法：在不改变产品失效机理，不引入新的失效因子的前提下，提高试验应 力，加速产品失效进程，再根据加速试验结果，预计正常应力下的产品寿命。根据应力施加方式分为：恒定应力，步进应力，序进应力加速寿命试验 13.寿命试验的设计问题：

1.试验目的。可靠性测定，可靠性试验，可靠性鉴定

2.试验对象。寿命试验的样品必须在筛选试验和例行试验的合格批中抽取，所选择的样品 必须具有代表性）3.试验条件

4.试验截止时间：有替换定数截尾，有替换定时截尾，无替换定数截尾，无替换定时截尾 5.测试周期

6.失效判据：通常以产品技术指标是否超出最大允许偏差范围作为失效判据，也有用是否出现致命失效作为判据

7.数据记录和处理

14.可靠性增长：通过逐步改进产品设计与制造中的缺陷，不断地提高产品可靠性的过程。

缺陷{系统性缺陷

残余缺陷} 15.系统性缺陷：可通过修改设计或修改生产工艺，或通过不采用低于特定可靠性水平的元器件等办法可以消除或降低其影响的缺陷。

16.可靠性增长试验：在真实和模拟真实的环境条件下对产品进行正规试验的过程。目的是为了暴露和确定潜在的故障式和机理，并通过采取纠正措施来防止（或减少）这些故障式和机理的再现，从而使产品的可靠性得到增长，这些试验是在研制阶段利用投产前已经经过环境试验的样品进行的

17.可靠性增长试验的方式：1.实验—改进—再试验2.试验—发现问题—再试验

3.待延缓改进的试验—改进—再试验

第三篇：可靠性工程基础及应用教学大纲

可靠性工程基础及应用教学大纲

第一章：可靠性概论(3h)

一、可靠性简史 1.1可靠性概念的提出 1.2可靠性理论奠基文件 1.3可靠性理论的发展 1.4可靠性理论在中国

二、概念与术语 2.1可靠性与可靠度 2.2失效与故障 2.3维修性

2.4保障性、可信性、可用性 2.5可靠性与产品质量的关系

三、可靠性常用特征参数 3.1可靠度及可靠度函数 3.2累积故障概率 3.3故障密度函数 3.4故障率函数 3.5寿命特征参数 3.6浴盆曲线

四、可靠性理论方法简介 4.1可靠性理论框架 4.2可靠性工程内容 4.3可靠性设计 4.4可靠性分析 4.5可靠性试验 4.6可靠性生产制造 4.7可靠性保障维护 4.8可靠性管理

第二章：可靠性系统与可靠性模型(1h)

一、系统与产品 1.1产品系统 1.2系统功能结构 1.3一般系统的功能结构图

二、系统可靠性模型 2.1串联系统可靠性模型 2.2并联系统可靠性模型 2.3混联系统可靠性模型 2.4实例

三、系统可靠性分配与预计 3.1系统可靠性分配概念 3.2常用分配方法 3.3系统可靠性预计概念 3.4可靠性预计分类 第三章：可靠性设计(1h)

一、可靠性设计基本程序

二、可靠性设计准则

三、电子系统可靠性设计 3.1元器件选用与控制 3.2电路与系统可靠性设计

四、机械结构可靠性设计 4.1机械结构的一般特性 4.2应力与强度分布 4.3安全系数与可靠性 5.维修性设计

第四章：失效模式、后果及危害分析(1h)

一、概述

1.1FMECA包含两部分 1.2发展过程 1.3现状

二、系统/产品失效模式 2.1失效模式 2.2典型的失效机理 2.3可能发生的失效模式 2.4常用失效分析技术

三、FMEA分析技术 3.1FMEA涵义 3.2失效分析技术 3.3FMEA特点 3.4分析对象、范围 3.5目的、作用

四、计划与输入 4.1FMECA计划 4.2FMECA的输入

五、FMECA的一般工作程序 5.1定义产品 5.2建立方框图 5.3确定最低约定层次 5.4 FMEA分析表 5.5 CA分析 5.6 风险评估 5.7 改进措施/优化

六、FMEA应用与案例

可靠性工程（下）可靠性试验

第一讲 环境应力筛选(2h)1.0 ESS 概述

2.0 ESS 原理

3.0 ESS 常用方法

4.0 ESS 实施

5.0 ESS 应用与发展 第二讲 可靠性增长(1.5 h)1.0 概述

2.0 可靠性增长试验

3.0 可靠性增长试验的实施

4.0 非电子产品可靠性增长试验

5.0 实例

第三讲 可靠性验证(1 h)1.0 概述

2.0 可靠性验证方法

3.0 可靠性验证实施 第四讲 可靠性评定(1 h)1.0 可靠性评定概述

2.0 单元产品可靠性评定

3.0 系统产品可靠性评定

4.0 单元产品可靠性评估实例 第五讲 维修性验证与评定(0.5 h)1.0 概述

2.0 维修性验证与评定内容

3.0维修性验证与评定的一般程序

4.0维修性验证与评定注意事项

第四篇：《可靠性工程基础》教学大纲

《可靠性工程基础》教学大纲

课程编号：S5080530 课程名称：可靠性工程基础

课程英文名称：FUNDAMENTALS OF RELIABILITY ENGINEERING 总学时：16 讲课学时：16 实验学时：0 上机学时：0 学 分：1 开课单位：机电工程学院 机械制造及自动化系

授课对象：机电工程学院机械设计制造及其自动化专业、其它相关专业 先修课程：概率论与数理统计

机械设计

测试技术与仪器 开课时间：第八学期 教材与主要参考书：

刘品主编.《可靠性工程基础》修订版.中国计量出版社

2002年6月 钟毓宁等编.《机电产品可靠性应用》.中国计量出版社

1999年5月

一、课程的教学目的

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。

可靠性工程基础课程是为机械设计制造及其自动化专业本科生开设的一门专业选修课，通过先修课程中所学知识的综合运用和新知识的获取，使学生拓宽和加深对产品质量的全面认识，开阔视野，提高能力，以适应科学技术发展的要求。

通过本课程的教学，使学生掌握可靠性的基本概念、原理和计算方法等方面的基本知识，同时结合工程实际，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，并让学生初步了解可靠性试验的类型、试验方案设计的基本方法以及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、教学内容及基本要求

本课程主要讲授可靠性的基本概念、原理、计算方法及实际应用等内容。

（一）本课程的主要章节

第一章 可靠性概论（1学时）

可靠性基本概念，可靠性主要特征量及常用失效分布类型。第二章 系统可靠性模型（2学时）

可靠性框图的建立，串联系统，并联系统，混联系统，n中取k表决系统，贮备系统的可靠性模型，一般网络的可靠性模型。

第三章 可靠性预计和分配（2学时）

可靠性预计概述，元器件失效率预计和系统可靠性预计的方法、可靠性分配。

第四章 失效模式、后果与严重度分析（FMECA）（1学时）失效模式与后果分析，失效严重度分析。第五章 故障树分析（FTA）（2学时）建立故障树，故障树的定性和定量分析。第六章 电子系统可靠性设计（2学时）

电子元件的选用与控制，电路与系统的可靠性设计，电子设备的热设计，参数优化设计。

第七章 机械结构可靠性设计（2学时）

应力与强度的分布，安全系数与可靠性，可靠性设计计算，疲劳强度可靠性设计。

第八章 可靠性试验（1学时）

可靠性筛选和电子元器件老炼，环境适应和寿命试验等。

第九章 单元产品的可靠性评估（1学时）

单元产品可靠性评估的基本概念，成败型单元产品可靠性评估，单元产品性能可靠性评估，单元产品平均寿命评估。

第十章 复杂产品（系统）的可靠性评估（1学时）

系统可靠性综合的金字塔模型，系统可靠性的经典精确置信限和经典近似置信限，系统可靠性评定的一般步骤。

第十一章 维修性设计（0.5学时）维修性基本概念，维修性设计及维修策略。第十二章 可靠性管理（0.5学时）

（二）考试权重

平时成绩（听课）10﹪，作业20﹪，考试成绩70﹪。

第五篇：质量与可靠性工程考研简介

航空航天等高科技产品的高质量要求，使得与故障作斗争、以提高产品质量为目的的可靠性系统工程，在产品研制中扮演着举足轻重的角色，并已发展成为一门有综合性、交叉型的新兴学科。可靠性，指的是产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。通俗地说，可靠性就是产品无故障完成任务的能力，可靠性系统工程是一门与故障作斗争的学问。尽管可靠性作为产品的基本属性随产品的存在而存在，但可靠性系统工程学作为一门独立的学科至今只有50 年的历史。可靠性的概念最早来源于航空领域，在两次世界大战期间，飞机已经成为一种交通工具，空中飞行事故不断增加，要求计算出飞机一台发动机的故障概率以及在一段飞行时间内不发生故障的概率，这就是可靠性的初始概念。第二次世界大战期间，德国V1 火箭研制中提出并运用了串联系统可靠性乘积定律，其可靠性系数达到 0.75，因此V1 火箭成为第一个在研制后期运用系统可靠性理论的飞行器。我国的可靠性工程研究是在20 世纪60 年代中期开始的，主要在电子、航空、航天、核能、通讯等领域得到应用。产品可靠性工程学的内容很广，概括起来就是两个方面的内容：确定产品的可靠性和获得产品的可靠性。确定产品的可靠性就是通过各种途径，如预计、试验、系统分析等来确定产品的失效机理、失效模式以及各种可靠性特征量的数值或范围等；获得产品的可靠性就是通过产品的寿命循环期，即从构想、审查、研制、生产、使用、维修等一系列活动中的各种获得并提高可靠性的各项措施，得到最优化的可靠性。可靠性系统工程专业的知识范畴包括质量工程、质量管理、可靠性、安全性、维修性、测试性、保障性的设计分析、试验与评价，以及软件、元器件等特殊产品的可靠性。所以，该专业要求学生既掌握可靠性专门知识，又要具备宽广的工程基础知识。比如，统计学是可靠性工作的基本方法之一，所以可靠性系统工程专业对数理统计的基础非常重视；可靠性工作的核心是故障，而对故障的预测、预防、测试、维修、保障都需要对故障发生、发展的规律有深刻了解，而振动、温度等环境应力引起的故障都可以归结为力学原因，所以可靠性系统工程对力学基础有很高的要求；研究软件的可靠性，又需要一定的软件开发经验、软件工程知识等等。说到质量与可靠性工程专业，就不能不提到北京航空航天大学工程系统工程系。1985 年，在我国可靠性元勋杨为民教授的倡导下，北航工程系统工程系（可靠性工程研究所）成立，作为中国唯一专门培养可靠性人才的单位，北航工程系统工程系建立了具有较强的系统性、综合性的“技术与管理高度综合”、“理论与实践相互促进”、“硬件和软件互相渗透”、“产、学、研”紧密结合的人才培养机制和包括本科、硕士（工程硕士）、博士、博士后在内的完整人才培训体系。现设有可靠性系统工程、可靠性实验工程、软件工程、元器件工程、可靠性信息工程等五个教研室（研究室）及可靠性与环境实验室（部级）、电子元器件破坏性物理分析（DPA）实验室（国家级）等多个实验室。目前北航工程系统工程系的可靠性系统工程专业设置为： 系统工程系之外，国内还有一些高校的工业工程、系统工程等专业设置有可靠性的专业方向，比如上海交通大学、南京理工大学、西北工业大学、天津大学等。其中，上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院的可靠性研究侧重于船舶系统的可靠性设计分析以及人素工程方向，拥有一个系统可靠性与人因工程实验室；南京理工大学的工业工程专业侧重于工业过程中对产计、评价、创新和决策；西北工业大学的飞行器设计专业侧重于飞行器的可靠性设计分析；此外，国内一些军事院校的可靠性系统工程专业也发展得不错，比如解放军军械工程学院、海军航空工程学院等。该专业在军事院校中一般叫做“武器系统与运用工程”或“航空宇航系统工程”。军事院校的可靠性系统工程专业往往更偏重系统维修性与综合保障工程的研究。21 世纪是质量的世纪。随着武器装备及军工主导产品质量与可靠性意识的加强，质量与可靠性工程技术人才一直处于供不应求的状态。与此同时，民用产品也越来越重视可靠性工作的开展，对可靠性系统工程

人才的需求量非常大。所以，可靠性系统工程专业是非常值得考生们关注的一个专业。可靠性系统工程的交叉综合性特征，值得跨专业考生关注。就目前北航工程系统工程系的硕士生生源来说，相当一批硕士生来自应用数学、自动控制、力学、机械、飞行器设计、电子信息等本科专业。从2005 年到2008 年，北航工程系统工程系可靠性专业的硕士招生规模一直保持在70 人左右。该专业的考试科目是数学

一、英语、政治、概率论与数理统计（专业课）。所以，从考试科目来说，在考数学的同时又考概率论与数理统计的专业课，考生们相当于只复习3 门课就可以了，比较“占便宜”。在2005 年以前，质量与可靠性工程专业还不为大多数人熟悉的时候，北航的该专业基本是过线就可以上的，并且第一志愿录取的全部是公费。随着被越来越多的人认知，再加上北航很多其他专业开始考包含很多课程、难度比较大的专业大综合，现在该专业已经成为北航最 “火”的专业之一。目前要想比较保险地进入，最好能过北航工科线20 分左右；要想拿公费的话，基本上要350 分以上。上海交通大学的可靠性没有专门设置专业，是在船舶海洋与建筑工程学院载运工具专业中的一个研究方向，每年招生人数在10 人左右，专业课是船舶结构力学（可以跨学科报考的专业：船舶工程、系统理论、管理工程、国际商务、通信与信息系统专业）。南京理工大学工业工程专业每年在质量与可靠性方向的硕士招生人数在30 人左右，专业课是管理学原理。西北工业大学的飞行器设计、载运工具专业中的可靠性方向每年招生在20 人左右，专业课可以是力学类、控制类的一些科目中任选一门。天津大学管理学院的工业工程专业每年招生人数在50 人左右，专业课可以选考运筹学、机械类、力学类等科目。目前，该专业的硕士毕业生就业形势很好，大部分进入国防工业系统内航空、航天、船舶、兵器等各种研究所的质量与可靠性部门工作。国防科工系统对产品的质量与可靠性工作十分重视，“军工产品，质量第一”的理念深入人心。北航工程系统工程系一直坚持理论与工程相结合的教学、科研路线，学生在研究生阶段就能参加很多实际的工程项目，所以工作后表现出很高的专业素养，成长进步很快，大都成为技术领导与骨干。民用行业也开始重视可靠性工作，每年都有毕业生进入联想、大唐、威视股份等企业，还有一些毕业生加盟可靠性专业咨询公司从事专门的可靠性咨询工作。该专业毕业生进入民用行业往往能成为一个单位可靠性工作的开拓者。