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

2 软件工程 2016年2月

人提出了基于时间序列的模型选择方法[6]；二是基于多属性决策理论的方法[4]，张永强等人根据可测空间中未确知集合理论来综合评价准则，Asad等人提出基于软件开发的生命周期，不同的阶段采用不同的评价准则进行模型选择，还需要考虑各个评价准则的相对重要程度；田涛等人采用模糊综合评判法来综合主观权重集和客观因素集，马飒飒等人则采用熵权法对评价准则客观值和专家主观偏好权重进行综合。

模型选择的研究能够针对某一项目选择合适的预测模型，一定程度上解决了经典模型的不一致性问题。然而，依靠模型选择来进行软件可靠性预测有较大局限，即其预测能局限于候选模型的预测性能，而且，Littlewood Bev通过研究提出了“变点”的思想，认为(在一个失效数据集中)从失效1至失效20大致可以用一个模型来描述，从失效21至失效60大致可以用另一个模型来描述。这表明不能期望用某一个或两个经典模型来描述软件的整个失效过程。

4 普适模型的研究(Research on universal model)

进入21世纪，越来越多的学者将最新的理论研究成果，如：神经网络、支持向量机、灰色理论、混沌理论、粒子群等，应用于软件可靠性的建模和优化，产生了许多新的预测方法。尤其是基于神经网络和支持向量机的方法，取得较好的成果和预测效果[7-12]。该类方法模型多聚焦于短期预测(next-step)，对于长期预测(long-term)仍需更进一步的研究。

香港中文大学的Michael Lyu在大量数据实验的基础上得出：将多个经典模型进行综合预测一般比单个经典模型的预测效果更好，且抗数据“噪声”能力强，不但对短期预测有效，长期预测效果尤为明显。所以多模型综合精度更高，稳健性更好。研究者先后提出用贝叶斯方法、聚类方法、神经网络、时间序列、模糊数学、泛函网络等用于软件可靠性综合预测，取得良好的效果[13-16]。

5 综合预测框架及进一步研究方向(Comprehensive prediction framework and further research direction)

综合多个经典模型的预测性能是解决经典模型不一致性问题的一个很好的思路。但存在如下问题：(1)待综合的单个经典模型多数是根据主观经验确定或直接指定，对于选择哪些经典模型进行综合缺乏深入的研究。(2)在对多个经典模型进行综合预测过程中赋权是一次性，导致仍然存在“变点”影响预测精度，缺乏对动态赋权策略的研究。(3)对多个经典模型进行综合预测的策略多数是线性的，对于非线性综合有待进一步的研究。

可以将软件故障过程看作一个不确定系统，利用不确定理论、技术和方法对此不确定系统进行分析，构建软件可靠性综合预测框架：包括经典模型的评价准则及方法、待综合的经典模型选择的方法、经典模型综合的方法、综合模型的验证与应用，如图1所示。

图1 软件可靠性综合预测框架

Fig.1 The framework of software reliability

comprehensive prediction

经典模型评价：通过对已有软件可靠性模型评价准则的梳理，建立准则库，分析不同准则之间的相关程度，并根据实际需要建立准则集，不同准则集保持相对独立。

模型选择策略：主要采取数据驱动式模型选择。将经典模型划分成乐观预测模型集和悲观预测模型集，根据一定的评价准则，采用决策树、集团序等方法分别从乐观预测模型集和悲观预测模型集中选择排序最靠前的模型参与综合预测。

综合策略与方法：根据预测时间要求，分为短期预测(next-step)和长期预测(long-term)两种综合策略；根据算法性质，分为线性综合和非线性综合两种策略。这两种策略基本可以满足不同软件不同环境的要求。线性综合涉及不同方法下的赋权问题，静态权重适合长期预测，动态权重通过不断感知软件环境的变化更新权重信息，能够很好解决“变点”问题，提高短期预测的精度。非线性综合可采用神经网络、遗传算法、泛函网络等基于知识的方法在软件可靠性预测中的应用，但这些方法存在“过度学习”的风险，不适合长期预测。

6 结论(Conclusion)

结合不确定理论、技术和方法，为软件可靠性预测研究提供了新的思路。本文对经典随机过程模型进行了梳理，对解决经典模型不一致性问题的模型选择和普适模型研究进行了述评，指出了综合预测仍存在的问题，提出了综合预测研究框架和进一步的研究方向，为软件可靠性研究提供新的路径。

参考文献(References)

[1] 徐仁佐.软件可靠性工程[M].北京:清华大学出版社,2007:1-3.

[2] Amin,A.,Grunske,L.,Colman,A..An approach to software

reliability prediction based on time series modeling[J].Syst. Softw,2013,86:1923-1932.

[3] Raj Kiran,N.,Ravi,V..Software reliability prediction by soft computing techniques[J].Syst.Softw,2008,81:576-583.

(下转第57页)

图2 课程设置思路

Fig.2 Thinking of curriculum settings

4 结论(Conclusion)

系统能力是近年计算机教育有深度的总结性认识，各个高校都提出了一些探索性的方案，只有全面认识已经在实践的学校方案(最好去参加培训)，多比较他们的方案。我们同时也要认清本校的定位和实际师资、学生和课程建设现状，经常思考怎样落地，以及实现的步骤，长期坚持，才有可能得到实际的效果。

参考文献(References)

[1] CCF计算机教育专业委员会.计算机专业学生系统能力培养 和系统课程设置的研究与进展[R].2012中国计算机科学技 术发展报告,北京:机械工业出版社,2012,(B):122-150.[2] 袁春风,王帅.系统能力培养初探[J].中国计算机学会通讯, 2013,9(9):48-55.

[3] MIT. Computation structures [EB/OL].Spring 2013.http:// https://www.sodocs.net/doc/538061541.html,/.

[4] MIT. Computer Systems Engineering [EB/OL].Spring 2014. https://www.sodocs.net/doc/538061541.html,/6.33/www/index.shtml/.

[5] CMU.Introduction to computer systems[EB/OL].Fall 2014. http:// https://www.sodocs.net/doc/538061541.html,/~213/.

[6] Stanford University. Computer organization and systems[EB/ OL]. Spring 2012. https://www.sodocs.net/doc/538061541.html,/class/cs107/.[7] The Hardware/Software Interface [EB/OL].https://www. https://www.sodocs.net/doc/538061541.html,/course/hwswinterface/.

[8] 南京大学教学体系[EB/OL].https://www.sodocs.net/doc/538061541.html,/index. php?option=com_content&view=article&id=146&Itemid=4/.[9] 北京航空航天大学计算机科学与技术专业培养方案(2014版) [EB/OL].https://www.sodocs.net/doc/538061541.html,/buaa-css-web/articleDetail. action?firstSelId=6e011b46-2c70-4f68-a633-ec51f42b4718 &secondSelId=NOTICE_PUBLICITY&articleId=2b011735- 57a8-44b3-ba05-5a3bc21fa308&type=NEWS&language=0/.[10] 陈文智,陈越,庄约挺.面向系统设计能力培养的教学改革探 索[J].计算机教育,2013,20:70-76.

作者简介：

罗先录(1973-)，男，硕士，副教授，系统分析师.研究领域： 软件工程与网络安全.

谭德立(1964-)，男，硕士，副研究员.研究领域：计算机体系 结构与FPGA应用.

张永棠(1980-)，男，硕士，副教授，系统分析师.研究领域： 光通信与传感器网络应用.

陈桂宏

(1983-)，女，硕士，讲师.研究领域：嵌入式系统.

[4] Sharma,K.,Garg,R.,Nagpal,C.K.,Garg,R.K..Selection of optimal software reliability growth models using a distance based approach[J].IEEE Trans.Reliab,2010,59:266-276.

[5] Dharmasena,L.S.,Zeephongsekul,P.,Jayasinghe,C.L..Software reliability growth models based on local polynomial modeling with kernel smoothing[C].2011IEEE 22nd International Symposium on Software Reliability Engineering,2011:220-229.[6] 李克文,刘洪太.基于时序数据的软件可靠性模型组合新方 法[J].计算机应用,2014,34(S2):208-210;249.

[7] Hu,Q.,Xie,M.,Ng,S.,Levitin,G..Robust recurrent neural network modeling for software fault detection and correction prediction[J].Reliab.Eng.Syst.Saf,2007,92:332-340.

[8] 崔正斌,汤光明,乐峰.遗传优化支持向量机的软件可靠性预 测模型[J].计算机工程与应用,2009,45(36):71-74.

[9] 靳昂,等.基于灰色模型的软件可靠性建模[J].计算机应用, 2009,29(3):690-694.

[10] 张柯,张德平,汪帅.软件可靠性混沌神经网络模型[J].计算机 科学,2014,V41(4):172-177.

[11] 侯雪梅,等.基于量子粒子群的软件模糊可靠性分配模型[J]. 信息工程大学学报,2013,14(1):124-128.

[12] Kumar,P.,Singh,Y..An empirical study of software reliability prediction using machine learning techniques.Int.J.Syst.Assur. Eng.Manag,2012,3:194-208.

[13] Yu-Shen Su,Chin-Yu Huang.Neural-network-based approaches for software reliability estimation using dynamic weighted combinational models[J].Journal of Systems and Software,2007,80(4):606-615.

[14] 滕云龙,师奕兵,康荣雷.软件可靠性组合预测模型研究[J]. 计算机应用,2008,28(2):3092-3094.

[15] 王二威,侯福均,郑述招.基于隶属度的软件可靠性综合预 测方法[J].微型机与应用,2011,30(15):4-7.

[16] 王二威,吴祈宗.基于泛函网络的软件可靠性多模型综合预 测方法[J].计算机科学,2015,42(10):175-179.

作者简介：

王二威(1985-)，男，硕士，讲师.研究领域：决策理论与方 法，软件工程.

(上接第2页)

第19卷第2期 57罗先录等：应用型本科计算机类专业系统能力培养课程体系

船舶结构可靠性分析

大连海洋大学 船舶结构可靠性分析Analysis of the reliability of the ship structure 船舶结构可靠性分析研究综述 研究领域：船舶与海洋工程（专硕） 姓名：邓英杰 学号： 2015085223012

船舶结构可靠性分析研究综述 摘要：结构可靠性理论是60年代后才发展起来的一门新兴学科，作为结构强度理论与计算结构力学的一个新分支，具有工程实践和船舶安全评价的重大意义。本文就船舶结构可靠性分析近代的发展做了总结性的综述，从载荷、承载能力、可靠性分析方法三个角度出发，并对其今后的研究方向提出了建议。 关键词：船舶结构；可靠性；船舶安全评价；分析方法 1 前言 传统的船舶结构强度计算方法采用的是确定性方法，将船体载荷和材料力学特性等诸多因素都看做是确定性的单值量，这与实际不符，传统的确定性设计已不能满足现代船舶发展的需求，而采用概率统计的方法相比之下更为合理，进而诞生了船舶结构可靠性分析这一学科。 1969年，挪威学者Nordenstrom【1】发表船舶结构分析里程碑的一篇文章，率先将波浪载荷和船舶总纵强度的承载能力看做是随机分布的变量，进而分析船体的失效概率。1972年，美国学者对船体总纵强度的概率模型进行了系统的专题研究，船舶结构可靠性分析理论得到了进一步的发展。 上个世纪80年代中期，船舶可靠性分析方法已经建立了起来。目前，世界各大船级社都在制定以可靠性分析为基础的船舶结构设计规则。

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;

串并联可靠性模型的应用及举例

上海电力学院 选修课大型作业 课程名称：机电系统可靠性与安全性设计报告名称：串并联可靠性模型的应用及举例院系：能源与机械工程学院 专业年级：动力机械140101 学生姓名：潘广德 学号：14101055 任课教师：张建平教授 2015年4月28日

浅谈串并联可靠性模型的应用并举例 摘要 详细阐述了机械可靠性工程中串并联可靠性模型的应用，并详细的举例说明。系统可靠性与组成单元的数量、单元可靠性以及单元之间的相互联接关系有关。以便于可靠性检测，首先讨论了各单元在系统中的相互关系。在可靠性工程中，常用可靠性系统逻辑图表示系统各单元之间的功能可靠性关系。在可靠性预测中串并联的应用及其广泛。必须指出，这里所说的组件相互关系主要是指功能关系，而不是组件之间的结构装配关系。 关键词：机械可靠性串联并联混联应用举例 0前言 学技术的发展，产品质量的含义也在不断的扩充。以前产品的质量主要是指产品的性能，即产品出厂时的性能质量，而现在产品的质量已不仅仅局限于产品的性能这一指标。目前，产品质量的定义是：满足使用要求所具备的特性，即适用性。这表明产品的质量首先是指产品的某种特性，这种特性反应这用户的某种需求。概括起来，产品质量特性包括：性能、可靠性、经济性和安全性四个方面。性能是产品的技术指标，是出厂时产品应具有的质量属性，显然能出厂的产品就赢具备性能指标；可靠性是产品出厂后所表现出来的一种质量特性，是产品性能的延伸和扩展；经济性是在确定的性能和可靠性水平下的总成本，包括购置成本和使用成本两部分；安全性则是产品在流通和使用过程中保证安全的程度。在上述产品特性所包含的四个方面中，可靠性占主导地位。性能差，产品实际上是废品；性能好，也并不能保证产品可靠性水平高。反之，可靠性水平高的产品在使用中不但能保证其性能实现，而且故障发生的次数少，维修费用及因故障造成的损失也少，安全性也随之提高。由此可见，产品的可靠性是产品质量的核心，是生产厂家和广大用户所努力追求的目标。 1串联系统可靠性模型的工作原理 如果一个系统中的单元中只要有一个失效该系统就失效，则这种系统成为串联系统。或者说，只有当所有单元都正常工作时，系统才能正常工作的系统称为串联系统。 设系统正常工作时间（寿命）这一随机变量为t，则在串联系统中，要使系统能正常工作运行，就必须要求每一个单元都能正常工作，且要求每一单元的正常工作时间都大于系统正常工作时间t。假设各个单元的失效时间是相互独立的，按照概率的乘法定理和可靠性定

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

软件可靠性模型综述(完整资料).doc

【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

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，

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

给水管网系统建模及其可靠性分析报告

给水管网系统建模及其可靠性分析 摘要 给水管网系统是一个拓扑结构复杂、规模庞大、用水变化随机性强、运行控制为多目标的网络系统。管网建模是仿真给水管网系统动态工况的最有效的方法，是为模拟管网系统建立数学模型的过程。模拟容主要是图形模拟、状态模拟和参数模拟。而建立模型并不是一蹴而就的，要不断的开发、更新和完善。在管网优化设计的四个方面中，保证给水系统可靠性是给水设计的主要容之一。随着现代科学技术的快速发展，可靠性工程理论日益受到广泛重视。 关键词：给水管网系统建模；管网优化设计：管网系统可靠性 一、引言 我国各城市的市政公用输配系统（供水、供气）是城市重要的基础设施之一，也是城市建设和可持续性发展的制约因素，这些工程网络在系统规划上有许多方面存在着共性。 对给水管网系统进行建模，一方面对于大量复杂、繁琐的问题能够取得快速、准确的计算结果，大大提高了工作效率，使得以前很少或者不可能进行的大型工程量计算问题和多方案比较问题得以顺利解决。另一方面，可以对输配系统的工作状态（水力、水质）进行比较准确的模拟仿真，尤其当系统中有较完善的设施时，更可以对系统的实时工况进行在线模拟，这样不仅可为系统的优化运行、调度提供很好的基础条件，为系统的改扩建提供可靠的依据，也为给水管网水质预测和安全输配提供支持。 对给水管网系统建模完成后应注意管网的优化设计，包括四个方面：水压、水量的保证性；水质的安全性；可靠性和经济性。随着现代科学技术的快速发展，作为系统工程之一的可靠性工程理论日益受到广泛重视。在近代，各种工程系统、构筑物设计时，已经开始应用可靠性的数学理论。可靠性和其他技术经济指标一样，成为评价系统优劣的主要指标。可靠性问题之所以得到重视，是因为系统、构筑物、设备相互有关，任一部分损坏可能导致整个系统的故障，而整个系统的故障，例如给水系统发生故障，将对社会和人民生活带来损害。而故障的发生多数为随机事件，一般无法预料和预防，因此给水系统可靠性具有概率的性质。在生活节奏日益加快的今天，确保给水管网系统的正常运行具有十分重要的意义。

结构可靠性理论的现状与发展

结构可靠性理论的现状与发展 1.引言 工程结构设计的主要目的在于以最经济的途径来满足建筑物的功能要求，而可 靠度是满足这一目的的有效控制参数。可靠度理论是在20世纪40年代开始提出的。最早源于军事需要用来提高电子元件的可靠度。将可靠度理论引入结构工程并加以发展无疑是结构工程学科的重大进展之一，并在许多方面得到成功应用。我国对结构可靠度理论的研究工作开展得较晚。20世纪60年代土木工程界曾广泛开展过结构安全度的研究和讨论；20世纪70年代把半经验半概率的方法用于结构设计规范中，并于1980年提出《结构设计统一标准》，从此，结构可靠度理论的应用才在国内开展。 结构可靠性通常定义为：在规定的使用条件和环境下，在给定的使用寿命期间，结构有效地承受载荷和耐受环境而正常工作的能力。结构可靠性的数t指标通常用概率表示，称为结构可靠度。结构可靠性是一个广义概念，通常包含结构的安全性、适用性和耐久性三个方面。 为保证结构的可靠性，首先要研究建造结构所使用材料的各项力学性能，结构上各种作用的特性，结构的内力分析方法及结构的破坏机理，除此之外，还要做到精心设计，选取合理的结构布置方案和保证结构具有明确的传力路径；精心施工，严格按照施工规程进行操作；正常使用，按设计要求使用结构并进行正常维护。然而，即便如此，也不能保证结构绝对的安全或可靠，这是因为在结构的设计、建造和使用过程中，还存在着种种影响结构可靠性的不确定性。即随机性、模糊性和知识的不完善性，合理、正常的设计、施工和使用只是保证结构具有一定可靠性的前提和基本条件。 自20世纪20年代起，国际上开展了结构可靠性基本理论的研究，并逐步扩展到结构分析和设计的各个方面，包括我国在内，研究成果已应用于结构设计规范，促进了结构设计基本理论的发展。本文将基于大量的研究文献，从结构可靠性分析方法、结构体系可靠度、结构承载能力与正常使用极限状态可靠度、结构疲劳与动力可靠度、钢筋混凝土结构施工期与老化期可靠度五个方面对国内外工程结构可靠度理论和应用的发展现状作概括性地介绍， 2.结构可靠性分析方法 2.1 一次二阶矩法 在实际工程中，占主流的一次二阶矩法应用相当广泛，已成为国际上结构可靠度分析和计算的基本方法。其要点是非正态随机变量的正态变换及非线性功能函数的线性化由于将非线性功能函数作了线性化处理，所以该类方法是一种近似的计算方法，但具有很强的适用性，计算精度能够满足工程需求。均值一次二阶矩法、改进的一次二阶矩法、Jc法、几何法都是以一次二阶矩法为基础的可靠度计算方法。 (1)均值一次二阶矩法。早期结构可靠度分析中，假设线性化点x 0t 就是均值点 m ，而由此得线性化的极限状态方程，在随机变量X t (i=1，2，?，n)统计独立的条 件下，直接获得功能函数z的均值m x 及标准差σ x ，由此再由可靠指标β的定义求取 β= m x／σx。该方法对于非线性功能函数，因略去二阶及更高阶项，误差将随着线

可靠性建模资料整理

软件可靠性建模 1模型概述 1.1软件可靠性的定义 1983年美国IEEE计算机学会对“软件可靠性”作出了明确定义，此后该定义被美国标准化研究所接受为国家标准，1989年我国也接受该定义为国家标准。该定义包括两方面的含义： （1）在规定的条件下，在规定的时间内，软件不引起系统失效的概率； （2）在规定的时间周期内，在所述条件下程序执行所要求的功能的能力； 其中的概率是系统输入和系统使用的函数，也是软件中存在的故障的函数，系统输入将确定是否会遇到已存在的故障（如果故障存在的话）。 软件失效的根本原因在于程序中存在着缺陷和错误，软件失效的产生与软件本身特性、人为因素、软件工程管理都密切相关。影响软件可靠性的主要因素有软件自身特性、人为因素、软件工程管理等，这些因素具体还可分为环境因素、软件是否严密、软件复杂程度、软件是否易于用户理解、软件测试、软件的排错与纠正以及软件可靠性工程技术研究水平与应用能力等诸多方面。 1.2软件可靠性建模思想 建立软件可靠性模型旨在根据软件可靠性相关测试数据，运用统计方法得出软件可靠性的预测值或估计值，下图给出了软件可靠性建模的基本思想。

图软件可靠性建模基本思想 从图中可以看出软件失效总体来说随着故障的检出和排除而逐渐降低，在任意给定的时间，能够观测到软件失效的历史。软件可靠性建模的目标如下：（1）预测软件系统达到预期目标所还需要的资源开销及测试时间；（2）预测测试结束后系统的期望可靠性。1.3软件可靠性建模基本问题 软件可靠性建模需要考虑以下基本问题： （1）模型建立 模型建立指的是怎样去建立软件可靠性模型。一方面是考虑模型建立的角度，例如从时间域角度、数据域角度、将软件失效时刻作为建模对象，还可以将一定时间内软件故障数作为建模对象；另一方面是考虑运用的数学语言，例如概率语言。 （2）模型比较 在软件可靠性模型分类的基础上，对不同的模型分析比较，并对模型的有效性、适用性、简洁性等进行综合权衡，从而确定出模型的适用范围。 （3）模型应用 软件可靠性模型的应用需要从以下两方面考虑：一是给定了软件的开发计划，如何选择适当的模型；二是给定了软件可靠性模型，如何指导软件可靠性工程实践。 软件系统的失效历史可以通过对测试得到的失效数据分析获得，而实际情况中，人们最为关注的是软件未来的失效趋势。软件可靠性模型基本都是建立在一定的假设基础之上，所以，即使花费了大量的时间和精力对软件的可靠性进行预计，也只是一种预测，这

软件可靠性的评价准则

软件可靠性的评价准则 迄今为止,尚无一个软件可靠性模型对软件的不同特性和不同使用环境都有效。已公开发表的100余种软件可靠性模型,表达形式不同,适应性各异,与实际的软件开发过程有较大差异。而且,新模型还在不断发表。因此,在进行软件可靠性预计、分析、分配、评价和设计之前,对软件可靠性模型进行评价及选择与软件项目相符或相近的模型非常重要。通过建立有效的评价准则,在考虑它们与各种软件的关系的基础上,对拟评价的可靠性模型就有效性、适应性和模型能力等进行评价,判定它们的价值,比较它们的优劣,然后选择有效的软件可靠性模型。另一方面,在可接受的模型之间无法做出明确的选择时,可根据模型的使用环境等,在模型评价准则的基础上,进行模型择优。当然,软件可靠性模型的评价不仅依赖于模型的应用,还依赖于理论的支持和丰富的、高质量可靠性数据的支持。软件可靠性模型的评价最早始于1984年Iannino、Musa、Okumoto和Littlewood所提出的原则。根据这一原则,结合后人的工作,形成了基本的软件可靠性评价准则集。它们是软件可靠性模型比较、选择和应用的基础。 准则一:模型预测有效 软件可靠性模型最重要的评价指标是模型预测的有效性。它根据软件现在和过去的故障 行为,用模型预测软件将来的故障行为和可靠性水平。它主要通过能有效描述软件故障随机过程特性的故障数方式对模型进行描述与评价。基于软件故障时间特性的随机过程也是一种常用的方法,而且这两种方法相互重叠。 要确定软件可靠性模型预测的有效性,首先要比较模型预测质量。这种比较通常通过相 对误差法、偏值、U图法、Y图法、趋势法等方法进行。故障数度量是一种在工程上被广泛应 用的方法。此外,还可以通过比较不同数据集合所做出的中位线图形来评价模型预测的有效性。如果一个模型产生的曲线最接近于0,则该模型是最优的。而且,这种有效性测定方法有效地克服了规范化图形评价与具体软件项目之间的联系,保证了它的独立性。 用给定可靠性数据对软件可靠性模型进行比较时,必须考察拟合模型与观察数据的一致 性和符合性。当然,根据拟合模型进行采样,是否可以获得足够的观察数据非常重要。拟合优度检验是一种系统地表达并证明观察数据和拟合模型之间全局符合性的方法,使用最广泛的是x2检验。 1.准确性 软件可靠性模型预测的准确性可用前序似然函数来测定。设观察到的失效数据对应于软 件相继失效之间的时间序列t1,t2,..,ti-1,并用这些数据来预测软件在未来可能的Ti,即希 望得到Ti的真实概率密度函数Fi(t)的最优估计值。假设以t1,t2,...,ti-1为基础预测Ti的 分布Fi(t)的概率密度函数 @@42D11000.GIF;表达式1@@ 对Ti+1,Ti+2,...,Ti+n的这种向前一步预测,即进行了n+1次预测之后的前序似然函数为 @@42D11001.GIF;表达式2@@ 由于这种度量常常接近于0,所以常用其自然对数进行比较。假定比较的两个软件可靠性 模型分别为A和B,则对它们进行n次预测之后的前序似然比为 @@42D11002.GIF;表达式3@@

工程结构可靠度理论的研究现状与展望

工程结构可靠度理论的研究现状与展望 刘玉彬 (大连民族学院土木建筑工程学院,辽宁大连　116605) 摘　要:对结构可靠度理论及应用的国内外研究现状进行了概括性总结;简要叙述了可靠度理论在我 国工程结构设计规范的发展中所起的推动作用;提出结构可靠度理论将朝着正常使用极限状态结构的可靠度、结构的疲劳可靠度、结构的模糊可靠度、结构的动力可靠度、结构的体系可靠度等方向进行研究,以期为我国在这方面研究的进一步发展提供参考1 关键词:工程结构;可靠度;研究现状;设计标准;发展趋势中图分类号:T U3文献标识码:A 文章编号:1009-315X (2006)05-0001-03 工程结构可靠度是指结构在规定的时间内, 在规定的条件下,完成预定功能的能力1“规定的时间”,是指分析结构可靠度时考虑各项基本变量与时间关系所取用的时间参数,即设计基准期;“规定的条件”是指结构设计时所确定的正常设计、正常施工和正常使用的条件,即不考虑人为过失的影响;“预定功能”是指以下4种功能:(1)能承受在正常施工和正常使用期间可能出现的各种作用(荷载);(2)在正常使用时,结构及其组成构件具有良好的工作性能;(3)在正常维护下具有足够的耐久性;(4)在发生规定的偶然事件情况下,结构能保持必要的整体稳定性1 1　工程结构可靠度的研究现状 111　在役结构的可靠度评估和维修决策问题 对在役建筑结构的可靠度评估与维修决策已 成为建筑结构学的边缘学科1它不仅涉及结构力学、断裂力学、建筑材料科学、工程地质学等基础理论,而且与施工技术、检测手段和建筑物的 维修使用情况等有着密切的关系[1] 1对已有结构可靠度的评估采用的方法属于“实用分析法”,是在传统经验方法的基础上,结合现代检测手段和计算技术的一种评估方法1目前,对已有结构的可靠度分析方法,是以当时实测的结构材料强度和构件截面尺寸为依据,没有考虑腐蚀环境中 材料性能的变化1如何根据已有结构本身材料性能的实测结果,来推断该结构的抗力随时间的变化而变化的规律,进而计算该结构继续使用期内的可靠度或评估该结构的使用寿命,是已有结构可靠度研究的一项重要内容1 随着使用年限的增长,混凝土的老化问题日益突出1对于耐久性不足或老化的结构,存在一个最佳维修决策的问题1在目前的研究中,有些内容过于理论化,与实际工程问题相差较远1另外,对处于不同环境下建筑物使用寿命的安全性评估问题,在结构设计的工作寿命期如何通过正常使用和必要的维护保证结构应有的可靠度,超过正常使用年限后如何安全地继续服役等都应是可靠度研究的重要方面1 112　腐蚀环境下结构可靠度的分析 对于钢筋混凝土结构,其常见的腐蚀失效模式为:混凝土的碳化作用引起钢筋腐蚀、氯离子侵蚀引起钢筋局部腐蚀、硫酸盐或硫酸溶液对混凝土的腐蚀破坏1对腐蚀环境中混凝土结构的可靠度分析,目前国内外的研究多数集中在氯离子侵蚀环境中钢筋混凝土结构可靠度的变化,对硫酸盐腐蚀地下混凝土结构使混凝土体积膨胀,从而使其瓦解方面的研究还不是很多1在现今的这些研究中,有的并未考虑结构设计参数对混凝土中钢筋腐蚀起始时间和钢筋锈蚀速度的影响,有的虽做了考虑,但并没有考虑二者之间的相关性[2] 1因此,结果不尽合理1 ? 1?收稿日期:2006-06-251 作者简介:刘玉彬(1964-),男,吉林通榆人,大连民族学院土木建筑工程学院教授,博士,学校优秀学科带 头人1研究方向:工程结构广义可靠性理论、工程结构设备理论1 2006年第5期(总第34期)刘玉彬:工程结构可靠度理论的研究现状与展望 9月15日出版

结构可靠性理论与应用的国内外研究现状

结构可靠性理论与应用的国内外研究 现状 摘要：自20世纪20年代以来，工程结构可靠性理论和应用的研究已取得了重大进展。许多国家开始研究在结构设计规范中的应用。从结构可靠性理论的发展历史、国内外科学家对结构可靠性理论所做的工作及成果、与目前此问题存在的一些不足之处。 关键词：工程结构可靠性理论发展 结构可靠性理论是随着人们对工程中各种不确定性认识的发展建立并逐步完善起来的一门新兴学科，它对结构的分析与设计具有重要指导意义。自20世纪20年代以来，结构可靠性的理论和应用的研究取得了重大发展。本文从结构可靠性理论的发展历史、国内外科学家对结构可靠性理论所做的工作及成果、与目前此问题存在的一些不足之处这三方面进行了简单的总结。 1 结构可靠性理论的发展历史 结构系统可靠性理论是一门新兴的边缘学科。它以概率论、数理统计方法和随机过程理论为基础，以结构分析的有限元法和网络分析技术为工具，从系统角度出发，将结构系统的设计、分析、评价、检测和维护等融为一体。作为一种科学分析方法和实用技术，狭义地讲，它研究结构系统在规定的使用条件与环境下，在给定的使用寿命期间，能有效地承受载荷和耐受环境影响而正常工作的概率。 将概率论和数理统计方法应用于结构可靠性分析的最早尝试可以追溯到20世纪初Forsell和Mayer等人的工作。尽管这些早期研究工作富有创造性，但由于当时的科技发展水平和实际需要，结构系统可靠性作为一种新的设计思想和分析方法并未引起社会的足够重视。第二次世界大战期间及随后的岁月中，有关机电设备、船舶、压力容器、飞行装置和海上石油勘探平台等，在设计使用寿命期限内，在规定的荷载条件与环境下，不能预期正常工作的事例不断增多和日趋严重。这说明了以安全系数法为代表的传统设计方法对环境条件和结构特性的决定论假设是不适当的。必须从概率论的观点出发，对有关的设计参量进行统计分析，研究它们的分布规律和相关特性，从而制订出一整套新的合理的设计规范。 因为采用全概率分析方法，研究了传统的安全系数和结构破坏概率之间的内在关系，提出了考虑多种因素，主要是有初始损伤条件下的结构系统可靠性分析的数学模型。正是由于此项工作，才促成了结构系统可靠性分析理论由经典向现代的过渡。 而后又有科学家建议根据失效面而不是失效函数定义失效模式的可靠指标β。对于同一失效面，这样定义的β不会由于选择不同的等价失效函数而发生变化。从而提出了一种有效的算法使得任何非正态随机变量都能够在设计点处转化为正态随机变量，从而使计算由非正态随机变量和非线性极限承载状态构成的失效模式的失效概率成为可能。弗罗伊登彻尔差不多和尔然尼钦等人同时展开了结构可靠性的研究工作。他提出的在随机荷载作用下结构安全度的基本问题首次得到工程界的赞同和接受。1947他发表了“结构安全度”一文

工程结构可靠性理论发展综述

工程结构可靠性理论发展综述 摘要：自20世纪20年代以来，工程结构可靠性理论和应用的研究已取得了重大进展。许多国家开始研究在结构设计规范中的应用。本文从结构可靠性基本理论和方法、结构体系可靠度、结构可靠度的Monte-Carlo模拟方法、结构承载能力与正常使用极限状态可靠度、结构疲劳和抗震可靠度、钢筋混凝土结构施工期和老化期可靠度等六个方面，分三部分对结构可靠性理论和应用国内外研究的现状进行了概括性总结。分析了工程结构可靠性理论的发展现状，并对其规范使用提出了建议。 关键词：工程结构可靠性理论发展 Abstract：Great progress has been achieved in the research of structural reliability theories and its applications since 1920s. Many countries in the world have started trying to revise structural design codes or specification based on reliability theory. In this article we can divide the six aspects that the fundamental theories and approaches of structural reliability, structural system reliability, Monte-Carlo modeling in structural reliability analysis, a ultimate and serviceability limit state reliability, fatigue and a seismic reliability as well as construction and wear-out period reliability of reinforced concrete structures into three parts. The paper analysis project structure reliability theory development present situation, and put forward some advice about the standard. 工程结构的安全性历来是设计中的重大问题，这是因为结构工程的建造耗资巨大，一旦失效不仅会造成结构本身和人民生命财产的巨大损失，还往往产生难以估量的次生灾害和附加损失。因此保证结构在规定的使用期内能够承受设计的各种作用，满足设计要求的各项使用功能及具有不需过多维护而能保持其自身工作性能的能力是至关重要的。结构安全性的设定是一个涉及国家政策、经济发展水平、社会文化背景、历史传统等多方面的问题，在相当程度上反映在一个国家的设计规范中。 结构设计规范是众多科技工作者智慧的结晶，代表着一个国家结构设计理论发展的水平。作为标准它不是一成不变的而是随着科学技术的不断发展和对客观世界的新认识，在继承旧规范合理部分的同时不断吸收新的研究成果逐步修订和完善。结构安全性控制方法的发展也是如此，先是由定值设计法发展为半概率法，目前正由半概率法逐步向概率极限状态设计法（可靠度设计方法）过渡。同结构设计规范的发展过程一样，概率极限状态设计方法本身也是由简单到复杂，需要不断完善的过程。 结构可靠性理论的发展历史。 结构可靠性理论的产生，是以20世纪初期把概率论及数理统计学应用于结构安全度分析为标志，在结构可靠度理论发展初期，只有少数学者从事这方面的研究工作，如1911年匈牙利布达佩斯的卡钦奇就是提出用统计数学的方法研究荷载及材料强度问题。1926年德国的迈耶提出了基于随机变量均值和方差的设计方法，这是最早提出应用概率理论进行结构安全度分析的学者之一。1926~1929年，前苏联的哈奇诺夫和马耶罗夫制定了概率设计的方法，但当时方法不够严格，因此并未付诸实施。1935年斯特列律斯基，1947年尔然尼钦和苏拉等人相继发表了这方面的文章，结构安全度的研究逐渐开始进入了应用概率论和数理统计学的阶段。值得提出的是弗罗伊登彻尔差不多和尔然尼钦等人同时展开了结构可靠