内容简介
《相关竞争失效系统可靠性评估及*优维修决策》在分析国内外退化建模及预防维修策略等先进成果的基础上，运用一般退化路径模型、带漂移的Wiener过程、Gamma退化过程、累积冲击损伤模型等建立不同情形下相关竞争系统的可靠性评估模型，进一步研究年龄更换策略、周期更换策略、检修更换策略、视情维修策略等基本预防维修更换模型，力求在理论研究上达到一定深度。《相关竞争失效系统可靠性评估及*优维修决策》注重理论联系实际，积极将所构建的模型应用到液压控制系统滑阀、海底防爆裂控制系统、气体绝缘金属封闭开关设备、发电机组、发动机气缸和硅材料微机电系统等工程实践中，解决工程实际中复杂系统可靠性评估与维修策略优化问题，为工业实际系统的维修策略选取提供决策支持。
精彩书摘
第1章 绪论
1.1 研究背景
《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》（简称《“十四五”规划和2035年远景目标纲要》）中明确提出，坚持把发展经济着力点放在实体经济上，加快推进制造强国、质量强国建设，促进先进制造业和现代服务业深度融合，强化基础设施支撑引领作用，构建实体经济、科技创新、现代金融、人力资源协同发展的现代产业体系。
《“十四五”规划和2035年远景目标纲要》强调，坚持自主可控、安全高效，推进产业基础高级化、产业链现代化，保持制造业比重基本稳定，增强制造业竞争优势，推动制造业高质量发展。在高端新材料、重大技术装备、智能制造与机器人技术、航空发动机及燃气轮机、新能源汽车和智能（网联）汽车、高端医疗装备和创新药、农业机械装备等领域深入实施质量提升行动，推动制造业产品“增品种、提品质、创品牌”。
可靠性理论起源于第二次世界大战期间及其以后对军用电子设备失效现象的研究，标志事件是1952年在美国成立的军用电子设备可靠性咨询组（advisory group on reliability of electronic equipment，AGREE）。AGREE是由美国国防部成立的一个由军方、工业领域和学术领域三方共同组成的，在可靠性设计、试验及管理的程序及方法上有所推动的，并确定美国可靠性研究发展方向的组织。经过半个多世纪的迅速发展，可靠性工程不断成长壮大，现在已经成为一门涉及面非常广的综合性学科，是一门涵盖了系统工程、管理科学与工程、价值工程、人因工程、电子计算机技术、软件测试技术，以及概率论、运筹学、数理统计、随机过程等多种学科成果的应用科学。提升产品质量和可靠性也已经成为提高装备效能、减少装备整个生命周期成本的重要途径，成为企业提升品牌价值和中国制造整体形象的重要保障。
然而，由于复杂装备研制项目往往具有投资巨大、社会影响大，科学探索性强、技术难度大，目标层次高、关系复杂且可能存在一定的矛盾性，参与单位多、利益关系复杂且存在一定的冲突性等方面的特征，现代可靠性工程又面临着一系列新的问题，包括高可靠问题、小子样问题、长寿命问题、少失效甚至无失效的问题、相关性问题等，特别是高技术武器装备及“三航”（即航空、航天、民航）领域一些昂贵的高可靠性、长寿命关键部件，其可靠性评估难度越来越大。以小子样问题为例，传统的可靠性理论常常以产品失效时间作为统计分析的对象，*先通过大样本寿命试验获得产品失效时间数据，其次根据统计判别准则选择合适的寿命分布模型来描述产品失效规律，*后通过失效时间分布函数来评估产品剩余寿命和可靠性。对于具有高可靠性的现代产品，在规定的试验时间内往往不能获得足够量的失效时间数据；对于失效机理比较复杂的产品和失效判据比较模糊的情形，如产品快速研制的需求、新技术新材料的使用、产品设计和结构的复杂化等，即使采用加速寿命试验，得到的失效数据量也极其有限，这时依然使用建立在大样本寿命试验基础上的基于失效的可靠性建模方法对产品可靠性进行评估，可能导致产品可靠性评估结果与实际相差甚远，甚至造成可靠性技术与工程实践脱节的现象。
维修泛指在系统投入运营后，为使系统保持、恢复或改善到规定状态所进行的一系列活动，而维修性是指产品在规定的条件和规定的时间内，按规定的程序和方法进行修理时，保持或恢复其规定状态的能力。维修对于恢复设备性能、延长设备使用寿命、消除潜在故障隐患、防止重大事故的发生和降低灾难性损失至关重要。近年来，由维修不当引发的事故时有发生。例如，1985年8月12日，一架搭载509名乘客及15名机组人员的波音747SR-46客机（JA8119号）在日本群马县高天原山坠毁，事故造成520人死亡，成为全球第二大严重空难。经过航空、铁道事故调查委员会（日本）历时2年对事故原因的调查，发现飞机坠毁的原因是后部承压隔板故障维修不当造成飞行时尾部压力罩破裂，从而发生爆炸性减压并导致飞机失去液压操纵。1994年6月6日，中国西北航空公司一架俄制图-154M型客机（B-2610号）在西安起飞不久后系统发生故障，飞机经猛烈摇晃后随即解体，残骸坠落在距离咸阳国际机场东南方约18mi（1mi≈1.6093km）的农地上，导致机上146名乘客及14名机组人员全部罹难，成为迄今中国境内遇难人数*多的空难。经事后调查，操纵系统的维修差错故障是导致事故发生的主要原因。2002年5月25日，一架搭载206名乘客及19名机组人员的波音747-200客机（B-18255号）在中国台湾中正国际机场（今桃园国际机场）飞往香港国际机场途中发生坠毁事故，造成机上人员全数罹难。事故原因为机尾蒙皮维修不当导致累积金属疲劳，飞行过程中机尾脱落并失控，*后因舱体结构突然解体，飞机失控坠毁。
维修活动既包括技术性的活动，如设备润滑保养、检测、误差调整、垢质清洗、故障隔离、拆卸安装、零部件更换、修理或修复等，又包括管理性的活动，如备件使用和储存条件的监测、
目录
目录
第1章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究目的及意义 3
1.3 研究内容 4
第2章 相关竞争失效系统可靠性分析及维修策略优化理论基础 8
2.1 相关竞争失效系统的基本特征 8
2.2 可靠性基础知识 10
2.3 基于退化的可靠性建模技术 13
2.4 冲击失效理论 32
2.5 维修决策理论 35
2.6 基本预防维修策略 38
本章小结 47
第3章 随机不确定失效阈值背景下相关竞争失效系统可靠性建模 48
3.1 问题描述与基本假设 48
3.2 随机不确定冲击失效阈值分布确定 52
3.3 基于随机不确定失效阈值的相关竞争失效过程可靠性建模 56
3.4 案例分析 63
本章小结 72
第4章 受多级失效相关性影响的连续退化系统的关键度分析 74
4.1 问题描述与基本假设 74
4.2 多级失效相关关系的可靠性建模 77
4.3 受多级失效相关性影响的连续退化过程的关键度分析 81
4.4 案例分析 85
本章小结 92
第5章 考虑老化效应的相关竞争失效系统可靠性建模 93
5.1 问题描述与基本假设 93
5.2 老化过程及其影响 94
5.3 基于老化效应的相关竞争失效过程的可靠性分析 100
5.4 案例分析 104
本章小结 109
第6章 考虑退化与冲击双重相关的系统可靠性建模及双变量维修策略 111
6.1 问题描述与基本假设 111
6.2 考虑退化过程与冲击过程双重相关的系统可靠性建模 115
6.3 双变量预防维修策略 119
6.4 案例分析 124
本章小结 129
第7章 考虑两类冲击效果的随机退化系统可靠性建模及其*优维修策略 131
7.1 问题描述与基本假设 131
7.2 系统可靠性建模 133
7.3 预防维修策略 136
7.4 案例分析 141
本章小结 149
第8章 具备容错机制的相关竞争失效系统可靠性分析及基于时间的预防维修决策 150
8.1 问题描述与基本假设 150
8.2 具备容错机制的相关竞争失效系统可靠性建模 153
8.3 基于时间的预防维修策略 159
8.4 案例分析 161
本章小结 166
第9章 随机延迟退化系统可靠性评估模型与维修策略优化 167
9.1 问题描述与基本假设 167
9.2 系统可靠性建模 172
9.3 *优预防维修决策 176
9.4 案例分析 179
本章小结 185
第10章 基于扩展累积冲击损伤模型的多部件系统退化建模及维修策略 186
10.1 问题描述与基本假设 186
10.2 单部件系统可靠性建模 190
10.3 多部件系统可靠性建模 195
10.4 多部件系统成批更换策略 199
10.5 案例分析 201
本章小结 206
第11章 结论与展望 207
11.1 研究总结 207
11.2 展望 209
参考文献 211
编后记 222
试读
第1章 绪论
1.1 研究背景
《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》（简称《“十四五”规划和2035年远景目标纲要》）中明确提出，坚持把发展经济着力点放在实体经济上，加快推进制造强国、质量强国建设，促进先进制造业和现代服务业深度融合，强化基础设施支撑引领作用，构建实体经济、科技创新、现代金融、人力资源协同发展的现代产业体系。
《“十四五”规划和2035年远景目标纲要》强调，坚持自主可控、安全高效，推进产业基础高级化、产业链现代化，保持制造业比重基本稳定，增强制造业竞争优势，推动制造业高质量发展。在高端新材料、重大技术装备、智能制造与机器人技术、航空发动机及燃气轮机、新能源汽车和智能（网联）汽车、高端医疗装备和创新药、农业机械装备等领域深入实施质量提升行动，推动制造业产品“增品种、提品质、创品牌”。
可靠性理论起源于第二次世界大战期间及其以后对军用电子设备失效现象的研究，标志事件是1952年在美国成立的军用电子设备可靠性咨询组（advisory group on reliability of electronic equipment，AGREE）。AGREE是由美国国防部成立的一个由军方、工业领域和学术领域三方共同组成的，在可靠性设计、试验及管理的程序及方法上有所推动的，并确定美国可靠性研究发展方向的组织。经过半个多世纪的迅速发展，可靠性工程不断成长壮大，现在已经成为一门涉及面非常广的综合性学科，是一门涵盖了系统工程、管理科学与工程、价值工程、人因工程、电子计算机技术、软件测试技术，以及概率论、运筹学、数理统计、随机过程等多种学科成果的应用科学。提升产品质量和可靠性也已经成为提高装备效能、减少装备整个生命周期成本的重要途径，成为企业提升品牌价值和中国制造整体形象的重要保障。
然而，由于复杂装备研制项目往往具有投资巨大、社会影响大，科学探索性强、技术难度大，目标层次高、关系复杂且可能存在一定的矛盾性，参与单位多、利益关系复杂且存在一定的冲突性等方面的特征，现代可靠性工程又面临着一系列新的问题，包括高可靠问题、小子样问题、长寿命问题、少失效甚至无失效的问题、相关性问题等，特别是高技术武器装备及“三航”（即航空、航天、民航）领域一些昂贵的高可靠性、长寿命关键部件，其可靠性评估难度越来越大。以小子样问题为例，传统的可靠性理论常常以产品失效时间作为统计分析的对象，*先通过大样本寿命试验获得产品失效时间数据，其次根据统计判别准则选择合适的寿命分布模型来描述产品失效规律，*后通过失效时间分布函数来评估产品剩余寿命和可靠性。对于具有高可靠性的现代产品，在规定的试验时间内往往不能获得足够量的失效时间数据；对于失效机理比较复杂的产品和失效判据比较模糊的情形，如产品快速研制的需求、新技术新材料的使用、产品设计和结构的复杂化等，即使采用加速寿命试验，得到的失效数据量也极其有限，这时依然使用建立在大样本寿命试验基础上的基于失效的可靠性建模方法对产品可靠性进行评估，可能导致产品可靠性评估结果与实际相差甚远，甚至造成可靠性技术与工程实践脱节的现象。
维修泛指在系统投入运营后，为使系统保持、恢复或改善到规定状态所进行的一系列活动，而维修性是指产品在规定的条件和规定的时间内，按规定的程序和方法进行修理时，保持或恢复其规定状态的能力。维修对于恢复设备性能、延长设备使用寿命、消除潜在故障隐患、防止重大事故的发生和降低灾难性损失至关重要。近年来，由维修不当引发的事故时有发生。例如，1985年8月12日，一架搭载509名乘客及15名机组人员的波音747SR-46客机（JA8119号）在日本群马县高天原山坠毁，事故造成520人死亡，成为全球第二大严重空难。经过航空、铁道事故调查委员会（日本）历时2年对事故原因的调查，发现飞机坠毁的原因是后部承压隔板故障维修不当造成飞行时尾部压力罩破裂，从而发生爆炸性减压并导致飞机失去液压操纵。1994年6月6日，中国西北航空公司一架俄制图-154M型客机（B-2610号）在西安起飞不久后系统发生故障，飞机经猛烈摇晃后随即解体，残骸坠落在距离咸阳国际机场东南方约18mi（1mi≈1.6093km）的农地上，导致机上146名乘客及14名机组人员全部罹难，成为迄今中国境内遇难人数*多的空难。经事后调查，操纵系统的维修差错故障是导致事故发生的主要原因。2002年5月25日，一架搭载206名乘客及19名机组人员的波音747-200客机（B-18255号）在中国台湾中正国际机场（今桃园国际机场）飞往香港国际机场途中发生坠毁事故，造成机上人员全数罹难。事故原因为机尾蒙皮维修不当导致累积金属疲劳，飞行过程中机尾脱落并失控，*后因舱体结构突然解体，飞机失控坠毁。
维修活动既包括技术性的活动，如设备润滑保养、检测、误差调整、垢质清洗、故障隔离、拆卸安装、零部件更换、修理或修复等，又包括管理性的活动，如备件使用和储存条件的监测、
