网络系统可靠性研究
现状与展望
姓名：杨玉
学校：潍坊学院
院系:数学与信息科学学院
学号：10051140234
指导老师：蔡建生
专业：数学与应用数学
班级：2010级二班
一、摘要
伴随着人类社会的网络化进程，人类赖以生存的网络系统规模越来越庞大、结构越来越复杂，这导致网络系统可靠性问题越来越严峻。本文首先探讨了网络系统可靠性的发展历程、概念与特点，进而从度量参数、建模、分析、优化四个方面系统综述了网络系统可靠性的研究现状，最后对网络系统可靠性研究未来的发展进行了展望。
二、关键词：可靠性；网络系统；综述；现状；展望
三、引言
21 世纪以来，以信息技术的飞速发展为基础，人类社会加快了网络化进程。交通网络、通信网络、电力网络、物流网络……可以说，“我们被网络包围着”，几乎所有的复杂系统都可以抽象成网络模型，这些网络往往有着大量的节点，节点之间有着复杂的连接关系。自从小世界效应[1]和无标度特性[2]发现以来，复杂网络的研究在过去10 年得到了迅速发展，其研究者来自图论、统计物理、计算机、管理学、社会学以及生物学等各个不同领域，仅发表在《Nature》和《Science》上的相关论文就达百篇。对复杂网络系统结构、功能、动力学行为的深入探索、科学理解以及可能的应用，已成为多个学科领域共同关注的前沿热点[3-14]。
随着复杂网络研究的兴起，作为复杂网络最重要的研究问题之一，网络系统可靠性研究的重大理论意义和应用价值也日益凸显出来[15, 16]。人们开始关注：这些复杂的网络系统到底有多可靠？2003 年8 月美加大停电事故导致美国的8 个州和加拿大的2 个省发生大规模停电，约5000 万居民受到影响，损失负荷量61800MW，经济损失约300 亿美元；2005 年12 月台湾海峡地震造成多条国际海底通信光缆发生中断，导致整个亚太地区的互联网服务几近瘫痪，中国大陆至台湾地区、美国、欧洲等方向国际港澳台通信线路受此影响亦大量中断；2008 年1 月，南方冰雪灾害导致我国十余个省市交通瘫痪、电力中断、供水停止、燃料告急、食物紧张……这些我们赖以生存的网络系统规模越来越庞大，结构越来越复杂，但越来越频繁发生的事故也将一系列严峻的问题摆在我们面前：一些微不足道的事故隐患是否会导致整个网络系统的崩溃？在发生严重自然灾
害或者敌对势力蓄意破坏的情况下，这些网络系统是否还能正常发挥作用？这些正是网络系统可靠性研究需要面对的问题。
四、正文
1 网络系统可靠性的发展历程、概念及特点
1.1 网络系统可靠性的发展历程可靠性作为专门课题始于二战期间对电子元件可靠性的研究。从20 世纪60 年代开始，可靠性研究从单个电子元件可靠性逐步扩展到一般产品的可靠性（例如电视机、洗衣机、计算机等）以及更为复杂的关联系统可靠性（例如火箭发射系统、核反应控制系统，军事指挥控制系统），同时还逐步形成了可靠性数学、可靠性物理、可靠性工程等重要研究领域与分支学科[17]。
网络系统作为一类特殊的系统，其可靠性研究最早可追溯到1955 年Lee 对电信交换网络的研究，早期主要集中于通信网络领域。其中，20 世纪70 年代以前主要是以网络的连通作为网络可靠性规定功能来研究。20 世纪80 年代，由于通信网络规模的迅速扩张，使用频度、网络负载的快速增加以及动态路由技术的采用等原因，网络拥塞和延时逐渐成为了网络可靠性主要考虑的因素。这一时期，网络系统可靠性研究主要集中于通信网络基于性能的可靠性。20 世纪90 年代后，伴随着人类社会网络化进程加快，网络系统可靠性逐渐成为可靠性研究领域的热点，研究对象从通信网络扩展到电力网络、交通网络、物流网络等。
1.2 网络系统可靠性的概念及特点从系统学的观点来看，网络系统是一类特殊的系统形态，其中网络节点是系统的组成元素，网络的边体现了元素之间相互作用、互相依赖[18]。系统可靠性指系统在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力[19]。网络作为一类特殊的系统形态，其基本可靠性可定义为在规定条件下和规定时间内保持连通的能力，其任务可靠性可定义为在规定条件下和规定时间内完成规定的物质流、信息流、能量流传输任务的能力。
网络系统可靠性相对于一般系统可靠性具有以下特点：1）复杂性。一般系统中组成单元（子系统）之间逻辑关系简单、明确，而网络系统中节点之间的相互关系复杂，不能用简单的串联、并联、混连或者表决系统模型来刻画，系统结构呈网络状。这意味着传统的可靠性框图、故障树分析方法很难适用于网络系统可靠性研究。2）网络流。网络系统的主要任务是在网络节点之间通过网络的边传输物质流、信息流、能量流，网络系统可靠性研究不仅关注网络系统保持连通的基本能力，还关注网络系统完成传输网络流任务的能力，例如基于传输时延的
可靠性、基于传输容量的可靠性等等。3）动态性。在一般系统可靠性研究中，研究对象大多是静态的、确定的，系统组成单元的数量、组成单元之间的关联方式基本保持不变。但网络系统，特别是大规模复杂网络系统，例如因特网、交通网等，往往都是动态的、不确定的，网络中节点数量会随着时间不断增减，网络结构也会随着时间不断演化。4）分布性。在一般系统可靠性研究中，无论是单个元件、产品，还是复杂的关联系统，整个系统在空间上都相对集中。但网络系统往往都具有很强的分布特性，网络节点分散在大范围的空间中，每个节点是一个相对集中的元件、产品或者子系统。这种空间上的分布特性导致了网络系统功能的特殊性，在网络系统中常常出现局域故障或者部分功能缺失的现象。
2 网络系统可靠性研究现状下面，我们从可靠性度量参数、可靠性分析方法、网络可靠性优化方法综述目前网络系统可靠性研究现状。
2.1 网络系统可靠性度量参数
2.1.1 基本可靠性
1）抗毁性网络抗毁性（Invulnerability）是基于拓扑结构的可靠性参数，不考虑网络节点和边的可靠度，衡量的是在网络中的节点或边发生自然失效或遭受故意攻击的条件下，网络拓扑结构保持连通的能力[20]。目前，网络抗毁性研究主要基于两大理论：图论和统计物理。
基于传统图论的网络抗毁性参数。图论是组合数学领域最活跃的分支之一，图的抗毁性是图论的重要研究内容。目前，在图论中有很多图的不变量被用来刻画图的抗毁性。例如，连通度（connectivity），坚韧度（toughness）[21]，完整度（integrity）[22]，粘连度（tenacity）[23]，离散数（scattering number）[24]，核度（coritivity）[25]，膨胀系数（expansion coefficient）[26]，自然连通度（natural connectivity）[27]。基于传统图论的抗毁性度量参数由于侧重对抗毁性的精确刻画导致绝大多数抗毁性测度指标的计算都是NP 问题。这意味着从计算复杂性角度来看，传统图论的抗毁性研究很难适用大规模复杂网络。
基于统计物理的网络抗毁性参数。近年来网络抗毁性研究的焦点出现了一个重要的新变迁，即从研究小规模简单网络的精确性质转变为研究大规模复杂网络的统计属性，统计物理的很多方法开始被广泛应用到复杂网络研究中[28-32]。基于统计物理的抗毁性参数通过观察节点或边移除过程中网络性能的变化，用网络状态发生相变时的临界节点（边）移除比例来刻画网络的抗毁性，常用的网络性能指标包括连通片数目、最大连通片规模、网络直径、平均最短路径长度、网络效率[33]、可达节点对数目[34]等。
2）生存性网络的生存性（survivability）是指对于节点或链路具有一定失效概率的网络，在随机性破坏作用下，能够保持网络连通的概率[35]。生存性参数是概率性的，它不仅和网络的拓扑结构有关，也和网络部件的故障概率、外部故障以及维修策略等有关。常用的度量参数包括端端可靠度、K 端可靠度和全端可靠度。生存性是基于概率论和图论的知识提出来的，描述了随机性破坏以及网络拓扑结构对网络可靠性的影响。
2.1.2 任务可靠性基于连通性能的基本可靠性是网络可靠性的一个基本要求，但网络系统一旦投入使用，就要承载一定的业务负荷，如通信网络的数据业务，输电网络的电传送量，交通网络的运输量与流量等，网络部件发生故障时会引起网络性能下降甚至瘫痪，从而不能完成预定任务，在这种情况下网络实际上是不可靠的。所以，与网络所承载的任务相结合，网络系统任务可靠性作为一个综合反映网络系统可靠性的参数更加具有实际意义。对于承载一定任务的网络系统来说，“召之即来、来之能战、战之能胜”，是决定网络系统发挥其性能的决定性要素，也是检验网络系统在任务执行过程中可靠性水平的准绳。“召之即来”需要网络系统在任意时刻的可用性；“来之能战”反映了网络使用过程中的可信性；“战之能胜”则综合衡量了网络的任务完成性。
1）可用性网络系统的可用性（Availability）是描述网络在外部资源可用的条件下，在规定时间内的任何时刻，处于能执行所需功能的能力[36]。由于中英文翻译的差异，Availability 也翻译成有效性。可用性的常用度量指标为可用度，包括瞬时可用度、平均可用度、极限平均可用度和稳态可用度等。经典的系统可用性参数可以用来衡量网络的可用性，但随着网络用户对网络的可用性要求越来越高，如何较公正地评估承载不同业务的网络系统的可用性成为迫切的问题[37]。
2）可信性网络的可信性（dependability）是指网络已经进入开始执行任务的状态条件下，对在执行任务过程中某个瞬间或多个瞬间的网络状态量度。可信性描述了网络在完成任务期间的状态，即持续完成任务的能力。该指标受可靠性、维修性、安全性和生存性等因素的影响。网络系统的可信性问题是近年来随着人们对网络安全的日益重视开始的，主要包括网络与用户的可信性模型[38]、可信网络的体系结构[39]、服务的可生存性[40]及网络的可控性[41]。目前网络的可信性还没有形成完整的体系，许多概念尚处在摸索阶段，尤其对其基本属性和面临的关键问题上并没有清晰一致的描述[42]。
3）完成性网络完成性（performability）是指系统在任务开始时可用性一定的情况下，在规定的任务剖面内，系统正常运行或降级完成服务要求的能力。完成性综合考虑了网络系统的可靠性和业务能力[43]，指出网络在不同业务性能级别上正常或降级地完成规定业务的能力。完成性的大小主要由网络部件可靠性
水平、网络拓扑结构和网络部件的服务能力、网络流量分布等因素决定[44]。在实际工程应用中，网络系统具有不同的业务性能水平，并且具有全功能、降级运行、最低运行等特点，经常使用的参数据此分为全功能运行完成度、降级运行完成度、最低运行完成度等。
2.2 网络系统可靠性分析网络可靠性分析是网络可靠性研究中的一个重要内容，是指在给定网络部件可靠度的条件下，研究如何计算各种网络系统的可靠性度量参数。目前，计算网络可靠性度量参数的方法主要有解析方法和仿真方法两大类。
2.2.1 解析分析方法
1）精确解析方法利用图论和概率论的方法对网络可靠性进行精确分析和计算，包括状态空间法、容斥原理法、不交积和法、因子分解法、图变换法、定界法、随机过程法等。
状态空间法状态空间法是计算网络可靠性最简单的方法，通过枚举出网络正常工作的所有互斥的状态而计算相应的可靠度。网络系统环境的复杂性和任务的不确定性等因素，使得利用数学模型和方法来分析求解网络任务可靠性很难，因此，状态空间法就成为了评估网络任务可靠性的有效方法之一。文献[45]在考虑部件失效、网络容量、用户需求的基础上，利用最小路集法分析了网络的有效状态空间，进而得到网络的任务可靠性；文献[46]在讨论了电信网不同状态通过量之间的一般性关系后，得到了一种不需枚举所有网络状态来计算网络可行性精确值的方法。对于n 个部件的网络，该方法需要遍历网络的所有状态，逐一分析是否可靠，其计算复杂度是O(2n)。显然，通过枚举所有状态来计算大规模网络的可靠度是很困难的，状态空间法只适合于较小网络可靠性的计算。
容斥原理法容斥原理法是按照组合数学的容斥原理公式求网络的可靠度。一个路集对应着网络的一个工作状态，一个割集对应着网络的一个故障状态，因此该方法将网络可靠度表示为全部最小路集的并（或将网络故障度表示为全部最小割集的并），然后采用容斥原理去掉相容事件相交的部分，进而计算相应的可靠度。当m 较大时，容斥原理公式的计算是非常繁琐，因此研究者提出了很多改进的方法。Lin 等[47]在容斥原理公式的基础上提出了一个新的拓扑公式，改进了直接使用容斥原理公式求网络可靠度。Satyanarayana 和Prabhakar[48]把网络的拓扑结构和容斥原理公式结合起来，引入p-无圈子图的概念，证明了两终端可靠度的容斥原理公式中的不相消项恰好和网络的p-无圈子图一一对应，使得网络可靠度的容斥原理算法得到简化。随后，Satyanarayana 等[49, 50]又将上述方法推广到计算网络K-终端和全终端的可靠度。
不交积和法不交积和法是运用不交积和定理来计算网络可靠度，将网络可靠
度表示为全部最小路集的并（或将网络故障度表示为全部最小割集的并），然后将这个并化为彼此不相交项的和，进而计算相应的可靠度。不交积和法是由Fratta 和Mortamari[51]首先提出来的，随后很多学者做了大量的研究，使不交积和法得到不断的改进[52, 53]。算法的改进主要集中在最小路集（或最小割集）的排序问题上[54]以及如何应用布尔代数知识来巧妙的化简[55-58]，比如故障树分析法、BDD 算法、OBDD[59]算法等等。
因子分解法因子分解法是按照某种准则把网络分解成2 个子网络，并将子网络递归地分解下去，直到不能分解为止，从而迭代获得网络的可靠度。因子分解法是由Moskowitz[60]和Mine[61]最早提出的， Satyanarayana[62]、Wood[63]、Page[64]等许多学者发展了该方法。最初的因子分解法都只适用于节点可靠的网络，但实际中，需要考虑顶点不可靠的情况，Theologou 和
J.G.Carlier[65]给出了具有不可靠顶点网络的分解及化简，Elmallah[66]给出了一个求具有不可靠顶点网络的K-终端可靠度的因子分解算法。文献[67]利用网络分解技术和组合原理对具有失效节点和链路的E-2Dmesh 网络的可靠性进行了分析。
随机过程法随机过程法是指在网络部件可修复的情况下，用随机过程来描述网络系统的运行行为，然后利用随机过程的理论来分析网络的可靠性。该方法已经成功应用于串并联系统[68, 69]以及k-out-of-n 网络系统[70]的可靠性分析中。但是由于网络规模较大与结构的复杂性，该方法有较高的复杂度，且随机过程模型的建立和求解有很大困难。
2）近似解析方法状态空间法、容斥原理法、不交积和法、因子分解法都属于计算网络可靠度的精确算法，是网络可靠性分析计算的重要理论依据。但由于网络规模的增大、结构的复杂化、部件随机性的增强等因素，精确算法都具有指数复杂性，是NP-hard 问题[71]，因此研究者对高效率的近似算法进行了大量的研究，主要包括图变换法和定界法。
图变换法图变换法是一种牺牲精度而降低计算难度的方法，先按照某种规则简化网络，再进行可靠度计算。典型的图变换法有Δ-Y 型简化法、串并联简化法[72]、多边形-链简化法[63]、三角形简化法[73]等。这些方法在串并联网络中可以完全解决网络的可靠性计算问题，而对一般的非串并联网络可以起到充分简化的作用。
定界法定界法是通过组合数学方法研究网络可靠性问题的代数结构，计算出绝对的边界值来近似网络可靠度的精确值。研究者根据不同思路提出了大量的界，比较好的界有Colboum 界[74]、Ball-Provan 界[75]、冯海林基于网络连通子网数与断集数的全端可靠性界评估法[76]等等。
2.2.2 仿真分析方法网络可靠性受到部件失效、任务流变化、软件故障、人
为策略等众多因素的影响，而这些因素和行为一般需要在仿真环境中进行模拟，因此计算机仿真成为了分析网络可靠性的重要方法。
1）蒙特卡罗法蒙特卡罗法是一种应用随机抽样获得问题解的概率统计方法，通过计算机对网络进行模拟，并获取抽样信息，再对网络可靠度进行估计。不同的抽样方式对网络可靠性的估计精度有很大的影响，因此，设计有利于方差缩减的抽样方法成为了蒙特卡罗模拟法研究中的一个重要方向。其中，典型的包括Fishman 提出了重要性抽样法和分层抽样法[77, 78]。
2）神经网络法神经网络法是将网络拓扑结构和网络部件的可靠度作为神经网络的输入，利用它的自适应机制和学习能力，不断逼近可靠性与网络结构等参数之间复杂的映射关系，进而对网络可靠性作出近似估计。网络可靠性是关于网络结构以及网络部件可靠度的高度非线性映射，而神经网络可以实现输入空间到输出空间的非线性映射，因此，神经网络技术在网络可靠性研究中得到了广泛的应用[79-82]。神经网络法受网络结构复杂度和样本精确度的影响较大，而确定网络结构和精确的样本存在困难，需要大量的训练样本才能保证得到好的结果。
3）Petri 网法Petri 网法是一种能够描述系统动态行为的一种图形工具，在网络可靠性分析和建模方面有很大的潜力。武小悦教授[83]提出了一种用于分析网络可靠性的面向对象的Petri 网模型GOOPN，并给出了进行可靠性建模分析的工具。该模型可处理网络的连通可靠性问题，也能较好的适应网络部件的变化。对于复杂的网络系统，Petri 网的描述能力有限，容易造成“状态组合爆炸”的现象。
2.3 网络系统可靠性优化网络可靠性优化也称网络可靠性综合[84]或网络可靠性设计[85]，其研究内容大致分为两个方面：一是在给定的一些限制条件下，研究如何构造一个可靠性尽量高的网络；二是在满足一定可靠性指标下，研究如何使投资成本最小，以取得最大经济效益。网络可靠性优化方法主要包括基于图论的优化方法、基于启发式的优化方法、基于人工智能的优化方法。
1）基于图论的优化方法在点和边数相同的一类图中，寻找一致最优可靠图是基于图论的可靠性优化中最早关注的问题。Boesch 和Li[86]等给出了图类
Ω(n,n-1)，Ω(n,n)，Ω(n,n+1)，Ω(n,n+2)中的一致最优可靠图；王桂芳[87]给出了图类Ω(n,n+3)中的一致最优可靠图；Satyanarayana 等[88]给出了图类Ω(n,e)中的一致最优可靠图。因此，Boesch 猜测一致最优可靠图总是存在的，但是Myrvold[89]构造了反例，否定了Boesch 的猜测。一致最优可靠图不总是存在，促使研究者们分析局部最优图以及τ-优图。Petingi 和Boesch 等[90, 91]给出了确定τ-优图的方法，并且找到了图类Ω(n,n(n-1)/2-e)中的τ-优图；有关局部最优图和τ-优图的更多研究参见文献[92, 93]。
2）基于启发式的优化方法国内外学者利用启发式算法在网络可靠性优化方
面作出了卓有成效的工作。Aggarwal等[94]在考虑整体可靠性的计算机网络设计中应用了贪心启发式方法；Glover 等[95]提出了一种采用禁忌搜索来进行最小费用网络拓扑设计的方法；Shao 等[96]采用一种收缩搜索算法对以端端可靠度为参数的网络优化问题进行求解；Jan 等[97]以全端可靠度小于某一个门限值为约束条件，以最小化网络连接费用为目标，利用分支定界法研究了骨干网的拓扑优化问题；等等。启发式方法在网络规模不是很大时可以有效的解决费用为目标的拓扑优化问题，但当规模增大时，需要搜索的解空间急剧上升，给求解带来了很大的困难。
3）基于人工智能的优化方法随着进化计算、智能优化算法的广泛应用和不断发展，使网络可靠性优化研究向前迈进了一大步，出现了大量的研究与应用方面的文章。例如，Kanyapat 等[98]将neighborhood search和
re-initialization process 技术引进到传统蚁群算法，解决综合考虑经济性与可靠性的网络拓扑结构设计问题；郭彤城等[99]将一种粗粒度并行遗传算法应用于求解计算机网络可靠性优化设计问题；孙慧丽等[100]利用满意优化方法综合考虑网络可靠性和网络费用，建立网络拓扑结构设计的数学模型，并描述了用并行遗传算法求解该问题的方法。
五、结论：
伴随着人类社会的网络化进程，网络系统可靠性研究必将成为可靠性研究领域的重点和难点，同时，因为其广泛的应用背景，网络系统可靠性研究也必将成为多个学科领域共同关注的焦点和热点。本文介绍了网络系统可靠性研究的发展历程，探讨了网络系统可靠性的概念与特点，从度量参数、建模、分析、优化四个方面综述了网络系统可靠性的研究进展。从前文可以看出，网络系统可靠性研究方兴未艾，虽然取得了大量研究成果，但仍有很多需要进一步研究解决的问题。作为本文的结束语，我们对网络系统可靠性研究的未来发展方向进行展望。
1）结构复杂性是网络系统区别于一般系统的本质属性，网络系统可靠性研究要通过对网络系统结构的宏观与微观属性的定性、定量刻画，探索研究网络系统各种结构属性对可靠性的影响，为网络系统可靠性设计、优化、控制提供理论和方法支持。因此，基于复杂网络理论的网络系统结构可靠性将是一个基础研究方向。
2）动态性也是网络系统区别于一般系统的重要属性，具体包括网络系统随时间的演化动态性以及网络失效行为的级联动态性。目前，关于静态网络系统的可靠性研究相对成熟，但对于动态网络系统可靠性的研究才刚刚起步，这将是未来网络系统可靠性研究需要重点解决的问题。
3）网络系统的规模越来越庞大，节点数量少则数百，多则上百万，计算复杂度问题将成为制约网络系统可靠性研究的一个瓶颈。研究提出高效率、低复杂度的可靠性模型和算法是目前网络系统可靠性研究的当务之急，其中近似算法、仿真算法将是主要解决途径。
六、致谢:
经过几个月的准备与写作，我的论文“论网络系统可靠性研究现状与展望”终于完成。通过这次论文的撰写，使我更加深了对网络发展状况的了解，在认识水平和方法论上有了进一步的提高!
在论文的写作中，我的导师对我的论文进行了悉心的指导，从选题、构思、写作到定稿无不倾注着导师的心血。他严谨的治学态度、一丝不苟的工作作风激励着我在学习、工作中毫不懈怠、勤奋求学、不断进步。在此，向导师表示诚挚的敬意和谢意!
七、参考文献
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网络系统可靠性研究 现状与展望 姓名：杨玉 学校：潍坊学院 院系:数学与信息科学学院 学号：10051140234 指导老师：蔡建生 专业：数学与应用数学 班级：2010级二班
一、摘要 伴随着人类社会的网络化进程，人类赖以生存的网络系统规模越来越庞大、结构越来越复杂，这导致网络系统可靠性问题越来越严峻。本文首先探讨了网络系统可靠性的发展历程、概念与特点，进而从度量参数、建模、分析、优化四个方面系统综述了网络系统可靠性的研究现状，最后对网络系统可靠性研究未来的发展进行了展望。 二、关键词：可靠性；网络系统；综述；现状；展望 三、引言 21 世纪以来，以信息技术的飞速发展为基础，人类社会加快了网络化进程。交通网络、通信网络、电力网络、物流网络……可以说，“我们被网络包围着”，几乎所有的复杂系统都可以抽象成网络模型，这些网络往往有着大量的节点，节点之间有着复杂的连接关系。自从小世界效应[1]和无标度特性[2]发现以来，复杂网络的研究在过去10 年得到了迅速发展，其研究者来自图论、统计物理、计算机、管理学、社会学以及生物学等各个不同领域，仅发表在《Nature》和《Science》上的相关论文就达百篇。对复杂网络系统结构、功能、动力学行为的深入探索、科学理解以及可能的应用，已成为多个学科领域共同关注的前沿热点[3-14]。 随着复杂网络研究的兴起，作为复杂网络最重要的研究问题之一，网络系统可靠性研究的重大理论意义和应用价值也日益凸显出来[15, 16]。人们开始关注：这些复杂的网络系统到底有多可靠？2003 年8 月美加大停电事故导致美国的8 个州和加拿大的2 个省发生大规模停电，约5000 万居民受到影响，损失负荷量61800MW，经济损失约300 亿美元；2005 年12 月台湾海峡地震造成多条国际海底通信光缆发生中断，导致整个亚太地区的互联网服务几近瘫痪，中国大陆至台湾地区、美国、欧洲等方向国际港澳台通信线路受此影响亦大量中断；2008 年1 月，南方冰雪灾害导致我国十余个省市交通瘫痪、电力中断、供水停止、燃料告急、食物紧张……这些我们赖以生存的网络系统规模越来越庞大，结构越来越复杂，但越来越频繁发生的事故也将一系列严峻的问题摆在我们面前：一些微不足道的事故隐患是否会导致整个网络系统的崩溃？在发生严重自然灾
1.6 酶学性质研究 （1）pH 的影响：分别测定粗酶液在pH3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0下的酶活力，确定其最适反应pH 值；将粗酶液用上述pH 缓冲液稀释后，45℃水浴保温4小时后，测定其剩余酶活力。 （2）温度的影响：分别在40~95℃下测定酶活力，确定其最适反应温度；将酶液在40～90℃范围内的不同温度下保温60 min 后，测定其剩余酶活力。 （3）金属离子的影响：在酶液中分别添加各种金属离子，使其浓度为4 mmol ／L ，然后测定酶活力。 2.5 纤维素酶粗酶液酶学性质 2.5.1酶反应的最适pH 值和酶的pH 稳定性 粗酶液在不同pH 值下测得的酶活及在不同pH 值下处理4小时后测得的相对酶活示于图11。结果表明，CMCase 在pH 3.5～4.5有较高的酶活力，最适反应pH 值为4.0；β-Gluase 在pH 4.5～5.5酶活力较高，最适反应pH 值为5.0，同样方法测得FPA 最适反应pH 为5.0。可见，该菌株所产的各组分纤维素酶是酸性酶。 图11表明，该菌产CMCase 在pH3.0～6.0的范围内，β-Gluase 在pH3.5～5.5的范围内，酶活力均可保持在80％以上，说明该菌株所产酸性纤维素酶可在较宽的pH 值范围内保持其酶活力的稳定性。2.5.2 酶反应的最适温度和酶的热稳定性 在不同温度下直接进行酶促反应测得的酶活及在不同温度下热处理60 min 后于最适反应温度和最适pH 下测得的相对酶活(以4℃保存的酶液活力为100%)示于图12。结果表明，CMCase 、β-Gluase 及FPA 最适反应温度均为65℃。 c e l l u l a s e a c t i v i t y ( U .m l -1) pH r e l a t i v e y a c t i v i t y （%） c e l l u l a s e a c t i v i t y ( U .m l -1) temperature ( o C ) r e l a t i v e y a c t i v i t y （%） 图11 pH 值对酶活力及酶稳定性的影响 Fig.10 Effects of pH value on Cellulase activity and stability 图12 温度对酶活力及酶稳定性的影响 Fig.11 Effects of temperature on activity and stability of cellulase
文件编号：GD/FS-4869 （解决方案范本系列） 基于人机工程学的矿井通风系统可靠性分析详细版 A Specific Measure To Solve A Certain Problem, The Process Includes Determining The Problem Object And Influence Scope, Analyzing The Problem, Cost Planning, And Finally Implementing. 编辑：_________________ 单位：_________________ 日期：_________________
基于人机工程学的矿井通风系统可 靠性分析详细版 提示语：本解决方案文件适合使用于对某一问题，或行业提出的一个解决问题的具体措施，过程包含确定问题对象和影响范围，分析问题，提出解决问题的办法和建议，成本规划和可行性分析，最后执行。，文档所展示内容即为所得，可在下载完成后直接进行编辑。 摘要：矿井通风系统是矿井生产系统的重要辅助系统，其可靠性高低对矿井生产和安全管理有着直接的影响。将人机工程学用于矿井通风系统的可靠性的研究，就是用人机系统的观点来研究矿井通风中人、机、环境３个子系统各自的特点及相关性，并给出了矿井通风“人—机—环境”系统可靠性的定义和数学模型。 关键词：人机工程学；通风系统；可靠性 矿井通风系统由通风动力及其装置、通风井巷网络、风流检测、控制系统组成。在生产时期其任务是利用各种动力，以最经济的方式，向井下各用风地点
提供足够的新鲜空气，保证工作人员的呼吸，稀释并排除瓦斯等各种有害物质，降低热害，给井下工人创造良好的工作环境；发生事故时，有效地控制风流方向和大小，与其他措施相结合，防止灾害的扩大，进而达到消灭事故的目的。人们将其实现上述任务的能力程度称为矿井通风的可靠性。 以前的研究为了简化工程求解的难度，系统的可靠性研究只考虑硬件部分的可靠性，而人和环境被认为完全可靠，即可靠度为１。对“人—机—环境”系统可靠性研究，可以弥补在工程领域可靠性研究只分析硬件可靠性而设定人员为完全可靠的不足，使可靠性的研究更加完善。事实上，系统的故障既可能是由硬件引起的，也可能是由操作人员的操作失误或者是由于环境条件所引起。因此，在分析系统的可靠性时，应该对人—机—环境三要素进行综合考虑。
我所认知的电子设备可靠性工程 04091102班04091061 石坚 摘要：说到到可靠性工程，由于这学期在学校开了个鸡排店，用到了油炸的机器，接触到了有关可靠性设计的部分。所以选了电子设备可靠性工程这门选修课，以便进一步了解机器的可靠性设计，尤其是和我们专业有关的电子设备的可靠性。可靠性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能力。任何产品不论是机械、电子，还是机电一体化产品都有一定的可靠性，产品的可靠性与实验、设计和产品的维护有着极大的关系。通过自己的亲身经历，觉得可靠性是个很重要的参数，而随着社会的进步和科学技术的发展，人们对电子设备、电子器件的可靠性更是要求越来越高。本文就电子元器件的可靠性，包括电子元器件在不同条件下的不同特征，元件失效的规律，发生故障的概率等做了简单的论述。 引言：可靠性的定义是系统或元器件在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。可靠性技术基于两个重要的理论基础：失效物理和概率统计，同时，它产生了两个重要的应用领域，即系统可靠性和元器件可靠性。在元器件可靠性领域又进一步可分为元器件固有可靠性和使用可靠性。前者主要研究元器件的设计和制造过程中的可靠性，后者侧重研究在电子系统研制过程中如何选好、买好、用好和管好元器件，防止、控制引入过应力而损坏可靠元器件和接收、使用可靠性不能满足要求得元器件。根据电子行业界分析，60%以上的生产故障是由于元器件失效引起的，70%以上的市场返修也是因为器件失效引起的。国内外地有关资料表明：在电子元器件的失效中，由于选择或使用不当等人为因素导致失效的比列高达失效数的50%以上。 一．提高电子产品的可靠性意义重大 提高产品的可靠性，可以防止故障和事故的发生，尤其是避免灾难性的事故发生，从而保证人民生命财产安全。1986年1月28日，美国航天飞机“挑战者”号由于1 个密封圈失效，起飞76s 后爆炸，其中7 名宇航员丧生，造成12 亿美元的经济损失；1992年，我国发射“澳星”时，由于一个小小零件的故障，使“澳星”发射失败，造成了巨大的经济损失和政治影响。
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，
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
产品可靠性测试规范 1．目的 本文制定产品可靠性测试的要求和方法,确保产品符合可靠性的质量 要求。 2．范围 本文件适用本公司所有产品。 3．内容 3.1 实验顺序 除客户特殊要求外，试验样品进行试验时，一般按下表的顺序进行： 3.2实验条件 3.2.1 实验条件：
3.2.2 试验机台误差： a.温度误差：高温为+/-2℃，低温为+/-3℃. b.振动振幅误差：+/-15%. c.振动频率误差：+/-1Hz. 3.2.3 落地试验标准 3.2.3.1 落地试验应以箱体四角八边六面（任一面底部相连之四角、与此四角相连之八边， 六面为前、后、左、右、上、下这六个面）按规定高度垂直落下的方式进行。 重量高度 0~10kg以内75cm 10~20kg以内60 cm 20kg以上53 cm 3.2.3.2 注意事项： 5.2.3.2.1 箱内样品及包材在每个步骤后进行外观与功能性检验。 5.2.3.2.2 跌落表面为木板。 3.2.4 推、拉力试验方法和标准 3.2. 4.1、目的：为了评定正常生产加工下焊锡与焊盘或焊盘与基材的粘结质量。 3.2. 4.2、DIP类产品，需把元件用剪钳剪去只留下元件脚部分（要求留下部分 可以自由通过元件孔），且须把该焊盘与所连接的导线分开，然后固定 在制具上用拉力机以垂直于试样的力拉线脚（如下图），直到锡点或焊 盘拉脱为止，然后即可在拉力计上读数。 拉力方向 焊锡 焊盘
（图1） 3.2. 4.3、SMT类产品，片式元件用推力计以如下图所示方向推元件。推至元件或焊盘脱落后在推 拉力计上读数。并把结果记录在报告上。 三极管推力方向如下图所示，推至元件或焊盘脱落后在推拉力计上读数，并记录。 3.2. 4.4、压焊类产品，夹住排线（FFC或FPC）以如下图所示方向做拉力，拉至FFC或FPC 断或焊锡与焊盘脱离（锡点脱离）或焊盘与基材脱离（起铜皮），把结果记录在报告 上。 3.2. 4.5、产品元器件抽样需含盖全面规格尺寸。产品各抗推、拉力标准为;
网络可靠性设计
目录 1.1 网络可靠性设计 (2) 1.1.1 网络解决方案可靠性的设计原则 (3) 1.1.2 网络可靠性的设计方法实例 (4) 1.1.3 网络可靠性设计总结 (9)
1.1网络可靠性设计 可靠性是指：设备在规定的条件下、在规定的时间内完成规定的功能的能力。对于网络系统的可靠性，除了耐久性外，还有容错性和可维护性方面的内容。 1）耐久性。是指设备运行的无故障性或寿命，专业名称叫MTBF（Mean Time Between Failure），即平均无故障时间，它是描述整个系统可靠性的重要指标。对于一个网络系统来说，MTBF是指整个网络的各组件（链路、节点）不间断无故障连续运行的平均时间。 2）容错性。专业名称叫MTTR（Mean Time to Repair），即系统平均恢复时间，是描述整个系统容错能力的指标。对于一个网络系统来说，MTTR是指当网络中的组件出现故障时，网络从故障状态恢复到正常状态所需的平均时间。 3）可维护性。在系统发生故障后，能够很快地定位问题并通过维护排除故障，这属于事后维护；根据系统告警提前发现问题（如CPU使用率过高，端口流量异常等），通过更换设备或调整网络结构来规避可能出现的故障，这属于预防维护。可维护性需要管理人员来实施，体现了管理的水平，也反映了系统可靠性的高低。
表示系统可靠性的公式为： MTBF / ( MTBF + MTTR ) * 100%。 从公式或以看出，提高MTBF或降低MTTR都可以提高网络可靠性。造成网络不可用的因素包括：设备软硬件故障、设备间链路故障、用户误操作、网络拥塞等。针对这些因素采取措施，使网络尽量不出故障，提高网络MTBF指标，从而提升整网的可靠性水平。 然而，网络中的故障总是不可避免的，所以设计和部署从故障中快速恢复的技术、缩小MTTR指标，同样是提升网络可靠性水平的手段。 在网络架构的设计中，充分保证整网运行的可靠性是基本原则之一。网络系统可靠性设计的核心思想则是，通过合理的组网结构设计和可靠性特性应用，保证网络系统具备有效备份、自动检测和快速恢复机制，同时关注不同类型网络的适应成本。 构建可靠的网络，需要从耐久性、容错性以及可维护性三个方面进行网络规划设计。而网络的规划设计是个系统工程，不同的设计方案的可靠性性效果不尽相同，这就需要以科学的方法进行设计，构建符合需要的可靠性网络。 1.1.1网络解决方案可靠性的设计原则 不同的网络，其可靠性的设计目标是不同的。网络解决方案的可靠性需要根据实际需求进行设计。高可靠性的网络不但涉及到网络架构、设备选型、协议选择、业务规划等技术层面的问题，还受用户现有网络状况、网络投资预算、用户管理水平等影响，因此在规划可靠性网络时需要因地制宜，综合考虑各方面的影响因素。
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 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
高可用性技术(故障检测技术)在路由网络中的应用 国网电科院信息通信技术服务中心蓝鹏 VER1.0 引言：为了保证网络的不间断运行，特别是核心出口网络的高可用性，通常在部署较大规模网络时，会采取链路级备份、设备级备份等方式。技术上通常使用多管理引擎备份、浮动静态路由、VRRP、HSRP等。虽然这些技术给网络带来了一些备份作用，但是对于实时性要求较高的网络还会存在一些问题，本文结合在H3C路由器上的配置实例说明一些故障检测技术与传统技术的结合（联动）从而实现更为智能的高可用性解决方案。 关键字：可靠性故障检测技术NQA BFD TRACK 路由协议网络收敛 （一）、可靠性概述 随着网络的快速普及和应用的日益深入，网络中断可能影响大量业务,因此，作为业务承载主体的基础网络，其可靠性日益成为倍受关注的焦点。在实际网络中，总避免不了各种非技术因素造成的网络故障和服务中断。因此,提高系统容错能力、提高故障恢复速度、降低故障对业务的影响，是提高系统可靠性的有效途径。 1.可靠性需求 可靠性需求根据其目标和实现方法的不同可分为三个级别，各级别的目标和实现方法如表 1 所示。 级别目标实现方法 1减少系统的软、硬件故障硬件：简化电路设计、提高生产工艺、进行可靠性试验 软件：软件可靠性设计、软件可靠性测试等 2即使发生故障，系统功能也不 设备和链路的冗余设计、部署倒换策略、提高倒换成功率受影响 3尽管发生故障导致功能受损， 提供故障检测、诊断、隔离和恢复技术 但系统能够快速恢复 表 1 在上述三个级别的可靠性需求中，第1级别需求的满足应在网络设备的设计和生产过程中予以考虑；第2级别需求的满足应在设计网络架构时予以考虑；第3级别需求则应在网络部署过程中，根据网络架构和业务特点采用相应的可靠性技术来予以满足。 2.可靠性度量 通常我们使用 MTBF （ Mean Time Between Failures ，平均故障间隔时间）和 MTTR （ Mean Timeto Repair ，平均修复时间）这两个技术指标来评价系统的可靠性。 (1).MTBF MTBF 是指一个系统无故障运行的平均时间，通常以小时为单位。 MTBF 越多，可靠性也就越高。 (2).MTTR MTTR 是指一个系统从故障发生到恢复所需的平均时间，广义的 MTTR 还涉及备件管理、客
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，
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
矿井通风系统可靠性影响因素分析 【摘要】我国在矿井通风系统可靠性分析评价研究方面做了很多卓有成效的工作，但由于矿井通风系统的时变性、突发性、复杂性等特点，加之矿井通风中系统的一些具体指标尚无统一标准，因此，在矿井通风系统可靠性分析方面尚需结合矿井通风的特点，全面考虑其影响因素，研究探讨评价矿井通风系统可靠性的方法，为实现矿井通风安全管理提供理论及技术支撑。 【关键词】矿井通风；可靠性；安全管理；多因素系统；通风方式；通风动力；通风网络 0 引言 矿井通风系统是由具有相互联系、相互作用、相互影响的构成因素：通风方式、通风方法、通风网路、风流监测和调控设施所组成的，具有向矿井供给新鲜风量，以冲淡排除井下的毒性、窒息性和爆炸性气体和粉尘，保证井下风流的质量符合国家安全卫生标准，营造良好的工作环境，防止各种伤害和爆炸事故的发生，保障井下人员身体健康和生命安全，保护国家资源和财产的一个多因素组成的动态的、统一的整体。而矿井通风系统可靠性就是满足以上功能的可靠程度。 1 矿井通风系统可靠性影响因素 矿井通风系统是受诸多因素影响的一个复杂、随机、非稳定的动态系统。矿井通风系统可靠性主要影响因素包括有：通风方式及方法的合理性、通风网络、通风动力、通风构筑物的状况、自然风压、巷道的贯通与封闭、工作面的推进与转移、采区接替、生产水平过渡、巷道中的行人、行车和堆积物等自然因素；还有通风监测系统的利用，通风管理规章制度及人员的素质等管理因素。 矿井通风系统复杂关联的属性具体表现为系统的多环节性、时变性、可维修性以及系统各影响因素之间的强耦合性。因此，易产生大量影响煤矿井下正常通风及安全生产的随机故障或事故隐患。 因此要研究矿井通风系统的可靠性，需要全面分析整个通风系统的特点及影响矿井通风系统可靠性的诸多因素。 2 矿井通风系统可靠性主要自然影响因素 2.1 通风方式 矿井进、回风井的相对位置的布置方式即为矿井通风方式。矿井通风方式包括中央式、对角式、分区式、混合式 4 种；矿井通风方法有抽出式、压入式、混合式。其抗灾能力各不相同。一般使风流顺向流动、折返性小的通风方式比较优越。通风方式的选择直接影响井下通风线路的长短，关系到矿井通风阻力的大
酶学研究中的诺贝尔奖 标签：教育酶学研究诺贝尔奖分类：生物学史与学家 酶学研究中的诺贝尔奖 学习感悟：科学家对酶的研究也经历了很长时间，教材中也有简单的酶的发现过程，学习过程中也涉及到很多酶，今天看到生物学通报中完整的诺贝尔奖中对酶的研究达到了10次，现摘录如下以供学习。 酶在生命体的新陈代谢过程中占有重要地位，几乎所有细胞的生命活动都需要酶的参与。19世纪30年代德国化学家Liebig和他的同事Wohler从苦杏仁汁中发现了一种催化物质，后被命名为苦杏仁酶（emulsion），这是最早发现的酶之一。随后又有许多酶被相继发现，酶学研究也进入飞速发展时期。 从1907年比希纳获得酶学研究史上的首个诺贝尔奖开始，在酶学领域中先后有多次诺贝尔奖获奖记录。 1．1907年诺贝尔化学奖获奖者爱德华·比希纳（德国）获奖理由发现无细胞发酵现象 20世纪初德国科学家爱德华·比希纳利用细沙和酵母菌作为实验材料，混合并加以研磨，随后加上矽藻土，用水力压榨机制备酵母榨出液，利用这种液体为浓蔗糖溶液防腐，经过反复实验发现酵母榨出液引起了蔗糖的发酵。但此榨出液中没有活的酵母细胞。随后，为确保实验结果的准确性，他又利用乙醇和丙酮杀死活的酵母细胞，仍然引起了蔗糖的发酵。1897年他发表题为《无细胞的发酵》论文，引起了学术界的轰动。论文否定了发酵作用是“生命现象”的概念，建立了微生物的生命活动和酶化学之间的联系。 爱德华·比希纳的研究推动了生物化学、微生物学、发酵生理学和酶化学的发展，并获得了1907年的诺贝尔化学奖，这在酶学研究史上是一次巨大的飞跃，开创了微生物生化研究的新篇章。 2．1929年诺贝尔化学奖获奖者亚瑟·哈登（英国）和汉斯.冯·奥伊勒-凯尔平（瑞典）获奖理由阐述了糖发酵过程中酶的作用 亚瑟·哈登（Harden Sir Arthur）是英国生物化学家。1904年他将酵母提取物放入半渗透薄膜袋内进行渗析时发现，酵母酶的活性消失，它不再使糖发酵。然而，如果将渗析至袋外的水加入袋内的物料中，则酵母酶活性又会恢复。同时观察到渗析开始时，酵母提取物迅速将葡萄糖分解并产生二氧化碳，但是随着时间的推移，其活性逐渐降低。他推测酵母酶是由2部分组成的，一部分是小分子，另一部分则是大分子。两者单独作用都不会使糖发酵。只有共同作用才有发酵的效果。如果将袋内的物料煮沸，则活性消失，即使袋内加入了袋外的水也是如此。实验证明大分子是蛋白质，小分子经受住了煮沸，因而多半不是蛋白质。这种小分子是“辅酶”发现的首个实例，它是一种非蛋白质结构的小分子，这种小分子对于酶的作用是不可或缺的。 汉斯.冯·奥伊勒一凯尔平是杰出的瑞典生物化学家。他在访问比希纳的实验室后对发酵产生了浓厚兴趣。由于哈登发现了发酵过程需要酶和辅酶共同发挥作用，因此经过10年潜心
桥梁结构可靠性研究综述(一) 摘要：20世纪40年代以来，结构可靠性理论有了长足的发展，尤其是许多国家开始研究在结构设计规范中的应用，使结构可靠性理论的应用进入一个新的时期。本文根据文献资料，从结构可靠性理论研究的历史、现状、桥梁结构可靠性理论研究现状、工程结构可靠性发展趋势等方面对桥梁工程结构可靠性理论研究进行了综述。关键词：工程结构可靠度综述对于结构可靠性这一学科，从其诞生到现在已经有了长足的发展：从基于概率论的随机可靠性到基于模糊理论的模糊可靠性以及近年来提出的非概率可靠性，使得这一理论日臻丰富和完善，并深入渗透到各个学科和领域。一、结构可靠性理论研究历史长期以来，人们就广泛采用“可靠性”这一概念来定性评价产品的质量。这种靠人们经验评定其产品可靠、比较可靠、不可靠，没有一个量的标准来衡量。1939年，英国航空委员会出版的《适航性统计学注释》一书中，首次提出飞机故障率不应超过10-5次3h，这可以认为是最早的飞机安全性和可靠性定量指标1]；二战后期，德国的火箭专家R.Lusser首次对产品的可靠性作出了定量表达。他提出用概率乘积法则，将系统的可靠度看成是各个子系统可靠度的乘积，从而算得V-Ⅱ型火箭诱导装置的可靠度为75%2]；1942年，美国麻省理工学院一个研究室开始对真空管的可靠性进行深入的调查研究工作。二战期间，军用电子设备的大量失效使美国付出了相当惨重的代价。于是引起了美国军方对可靠性问题的高度重视，同时率先对可靠性问题进行了系统地研究，并于1952年成立了“电子设备可靠性咨询组”，简称AGREE(AdvisoryGrouponReliabilityofElectronicEquipment)。该组织于1957年发表了著名的《电子设备可靠性报告》。报告中提出了一套完整的评估产品可靠性的理论和方法。该报告被公认为是可靠性研究的奠基性文献。1965年，国际电子技术委员会(IEC)设立了可靠性技术委员会TC-56，协调了各国间可靠性术语和定义、可靠性的数据测定方法、数据表示方法等。上世纪60年代以来，可靠性的研究已经从电子、航空、宇航、核能等尖端工业部门扩展到电机与电力系统、机械设备、动力、土木建筑、冶金、化工等部门3]。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，未付诸实施。1935年斯特列律茨基，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。值得指出的是，弗罗伊登彻尔差不多和尔然尼钦等人同时开展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年他发表了“结构安全度”4]一文，奠定了结构可靠性的理论基础。从20世纪40年代初期到60年代末期，是结构可靠性理论发展的主要时期。现在所说的经典结构可靠性理论概念大致就是这一时期出现的。随着结构可靠性理论研究工作的深入，经典的结构可靠性理论得到了全面的发展。基于概率论的结构设计方法逐渐被工程界所接受。但在这一时期，结构可靠性理论还未能马上被工程界广泛应用，其原因如下5]：1．传统的确定性结构设计方法当时在人们头脑中根深蒂固，认为没必要改变已用的结构设计方法，而且，结构的失效很少发生，即使发生结构失效，绝大数是由于人为差错造成的，并非结构设计方法问题。2．基于概率理论的结构设计方法似乎比传统的确定性结构设计方法麻烦，涉及到当时比较难处理的统计数学问题。3．当时有用的统计数据极少，不足以定义重要的荷载、强度的尾部分布。除上述妨碍结构可靠性理论应用的原因外，当时结构可靠性理论本身也面临两大难题：（1）结构可靠性理论所采用的数学模型不足以完全准确地反映应用情况，即模型误差是未知的。（2）即使是对一个简单的结构，其失效模式可能多到难以计数，更不用说进行可靠度分析。因此，二十世纪