Bayesian Reliability

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出版者:Springer
作者:Michael S. Hamada
出品人:
页数:437
译者:
出版时间:2008-7-30
价格:USD 139.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9780387779485
丛书系列:
图书标签:
  • 贝叶斯方法
  • 可靠性工程
  • 概率模型
  • 风险评估
  • 故障分析
  • 预测性维护
  • 决策分析
  • 统计推断
  • 不确定性建模
  • 寿命数据分析
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具体描述

Bayesian Reliability presents modern methods and techniques for analyzing reliability data from a Bayesian perspective. The adoption and application of Bayesian methods in virtually all branches of science and engineering have significantly increased over the past few decades. This increase is largely due to advances in simulation-based computational tools for implementing Bayesian methods. The authors extensively use such tools throughout this book, focusing on assessing the reliability of components and systems with particular attention to hierarchical models and models incorporating explanatory variables. Such models include failure time regression models, accelerated testing models, and degradation models. The authors pay special attention to Bayesian goodness-of-fit testing, model validation, reliability test design, and assurance test planning. Throughout the book, the authors use Markov chain Monte Carlo (MCMC) algorithms for implementing Bayesian analyses -- algorithms that make the Bayesian approach to reliability computationally feasible and conceptually straightforward. This book is primarily a reference collection of modern Bayesian methods in reliability for use by reliability practitioners. There are more than 70 illustrative examples, most of which utilize real-world data. This book can also be used as a textbook for a course in reliability and contains more than 160 exercises. Noteworthy highlights of the book include Bayesian approaches for the following: Goodness-of-fit and model selection methods Hierarchical models for reliability estimation Fault tree analysis methodology that supports data acquisition at all levels in the tree Bayesian networks in reliability analysis Analysis of failure count and failure time data collected from repairable systems, and the assessment of various related performance criteria Analysis of nondestructive and destructive degradation data Optimal design of reliability experiments Hierarchical reliability assurance testing

现代工程系统可靠性分析与管理 一、 全景式构建与系统复杂性挑战 本书深入探讨了当前工程领域中,特别是大型、复杂系统在设计、制造、运行及维护全生命周期内所面临的核心挑战——可靠性管理。随着技术进步,现代工程系统(如航空航天器、先进制造生产线、智能电网、以及复杂的交通控制系统)的集成度日益提高,其内部子系统间的相互依赖性和非线性行为显著增强。传统的、基于故障率的经验主义方法已难以有效预测和控制这些新兴复杂系统的整体风险。 本书旨在提供一个全面、系统的框架,用以理解、量化和提升这些高度复杂系统的可靠性水平。我们从系统工程的视角出发,将可靠性不再视为孤立的技术指标,而是嵌入到整个设计流程(Design for Reliability, DfR)中的核心要素。内容涵盖了从初始需求分析到退役规划的每一个阶段,强调在资源约束和时间压力下,如何做出最优的可靠性决策。 二、 概率建模与不确定性量化 本书的核心章节集中于处理工程实践中普遍存在的两大难题:数据稀疏性和模型不确定性。 1. 统计推断与小样本学习: 针对高可靠性要求的关键部件,实际故障数据往往极为有限。本书详细介绍了如何利用有限的样本数据,通过贝叶斯方法(注:本节探讨的是经典统计与频率学派的概率工具,着重于样本数据的合理外推和置信区间的建立,与特定书籍的侧重点区分)、生存分析(Survival Analysis)技术,特别是Weibull分布、Log-normal分布在寿命预测中的应用。我们探讨了在数据不足时,如何运用非参数和半参数模型进行稳健的寿命估计。 2. 物理驱动的可靠性模型: 纯统计模型在缺乏先验知识时可能失效。因此,本书大力倡导将物理机制(如疲劳累积、蠕变、腐蚀速率等)融入概率模型。内容包括损伤容限理论(Damage Tolerance Approach)在结构完整性评估中的应用,以及如何构建物理-统计混合模型(Physics-of-Failure Models),以更好地解释和预测材料和组件在应力作用下的退化路径。 三、 系统建模与故障传播分析 复杂系统的可靠性是子系统可靠性的函数,但这种关系往往是非线性的。本书提供了一套严谨的工具集来解析系统级的故障行为。 1. 结构建模技术: 详细阐述了故障树分析(Fault Tree Analysis, FTA)和事件树分析(Event Tree Analysis, ETA)的深化应用,并重点讨论了如何将这些逻辑模型与概率数据相结合,进行定量的系统可靠性评估。同时,本书引入了影响图(Influence Diagrams)和概率有向无环图(Directed Acyclic Graphs, DAGs)来清晰地表示复杂的因果关系和信息流,这对于诊断性维护和实时风险监控至关重要。 2. 动态可靠性与时变性: 传统的静态可靠性分析假设系统状态不随时间变化,这在运行中的系统(如正在执行任务的卫星或正在运行的生产线)中不再适用。本书深入研究了马尔可夫链模型(Markov Chains)在状态转移分析中的应用,包括使用半马尔可夫过程(Semi-Markov Processes)来建模不同工作模式之间的切换,从而实现对任务成功概率和剩余寿命的动态预测。 四、 维护优化与决策支持 可靠性工作的最终目标是确保系统在规定的时间尺度内以最低的成本完成预定任务。本书将可靠性分析直接转化为可操作的维护策略。 1. 状态监测与预测性维护(PdM): 介绍了先进的传感器技术(如振动分析、声发射、热成像)如何提供系统健康状态的实时数据。重点讨论了数据处理技术,如何从海量的传感器数据中提取出与退化相关的特征,并利用这些特征构建剩余使用寿命(Remaining Useful Life, RUL)的预测模型。 2. 维护策略的经济性评估: 阐述了如何平衡预防性维护(PM)的成本、故障停机损失和检查/维修的人工成本。引入了基于成本的优化框架,分析了固定时间间隔维护(TBM)与基于状态的维护(CBM)在不同成本结构下的优劣,帮助工程师设计出最大化系统净现值(Net Present Value)的维护计划。 五、 考虑人为因素与安全管理 人是复杂系统中不可避免的变量,人为错误往往是导致灾难性故障的关键链条。 1. 人因工程与操作可靠性: 分析了设计界面、培训不足、压力环境等因素如何导致操作人员的错误。本书采用了系统安全工程的方法(如原因分析技术,Causal Factor Analysis),来系统地识别和减轻人为错误在故障链中的作用。 2. 供应链与第三方风险: 现代产品高度依赖全球供应链。本书探讨了如何评估供应商部件的质量波动性、部件老化和假冒伪劣产品对最终系统可靠性的影响。内容包括建立供应商质量绩效指标体系和进行第三方风险的尽职调查。 本书内容面向高级工程技术人员、系统设计师、维护经理以及从事工程可靠性研究的研究人员。通过严谨的理论阐述和丰富的实际案例分析,读者将掌握从宏观设计决策到微观部件寿命预测的全套可靠性工程技能,以应对未来工程系统的复杂性和高期望值。

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读后感

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用户评价

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这本书在案例分析部分的丰富程度,绝对是超乎我的预期的。我过去看的一些工程类书籍,案例往往是那种教科书式的、理想化的场景,看得人昏昏欲睡。但这本书里涉及的案例非常多元化,从航空航天的关键部件寿命预测,到工业生产线上设备的剩余使用寿命评估,甚至还提到了金融风险管理中的一些应用。最让我印象深刻的是,作者没有直接给出最终答案,而是把整个分析过程拆解成了好几个步骤,每一步都详尽地解释了选择特定模型和参数背后的逻辑考量。比如在处理传感器数据缺失时,不同贝叶斯方法是如何应对和修正偏差的,描述得极为细致。这种“手把手”的教学方式,让我觉得我不是在被动接受知识,而是在亲身参与一次完整的可靠性工程项目。我甚至忍不住把书里的一个小案例用我目前工作中的一个实际问题套用进去尝试了一下,收获良多,这种即时反馈的学习体验是很多其他书籍无法比拟的。

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阅读体验上,这本书的叙述风格非常具有“对话感”,读起来完全没有一般技术书籍那种冰冷的机械感。作者似乎很明白,读者在接触新理论时,最大的障碍往往是心理上的抗拒。因此,他时不时会插入一些对历史发展脉络的探讨,比如贝叶斯方法是如何在不同历史时期被接受和修正的,这让整个学科背景鲜活了起来。我特别喜欢他对“主观信念”和“客观数据”之间平衡的探讨,这不仅仅是数学问题,更是一种哲学层面的思考。在描述一些复杂的MCMC(马尔可夫链蒙特卡洛)算法时,作者并没有陷入过度的数学推导,而是侧重于解释这些方法背后的直觉意义——它们是如何帮助我们从海量数据中‘采样’出最可能的真相的。这种注重“为什么”而不是仅仅“怎么做”的写作手法,极大地激发了我进一步探索的兴趣,感觉自己正在跟随一位大师的步伐,探索知识的边界。

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这本书的配套资源和最后的总结部分处理得极其出色。在每一章的末尾,作者都会提供一些“深入思考”的问题,这些问题往往不是直接的计算题,而是需要读者结合实际经验进行批判性思考的开放性议题,这极大地提升了学习的深度。更难能可贵的是,书中引用了大量最新的研究成果,并且提供了清晰的文献指向,这使得它既有深厚的理论根基,又不失与时俱进的活力。对于想要将理论应用于实践的读者,书的最后部分关于软件实现和结果解释的建议非常有指导意义,它指出了如何避免将复杂的统计模型“黑箱化”,确保最终的可靠性报告是透明且可信的。总而言之,这是一本值得反复翻阅的参考书,它提供的不仅是方法论,更是一种面对复杂系统和不确定世界的全新思维框架,从入门到精通,都提供了坚实的支撑。

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如果要用一个词来概括这本书的精髓,我会选择“韧性”。它不仅仅是教你如何计算一个部件的可靠度,更重要的是,它教会我们如何在信息不完全、环境充满变数的情况下,做出最优化、最稳健的决策。书中对模型选择和模型不确定性的处理尤为深刻。很多传统的可靠性分析往往过于自信于单一模型的预测能力,一旦环境稍有变化,预测就会完全失效。而这本书清晰地展示了如何通过构建“模型集合”和计算不同模型间的权重来提高整体预测的健壮性。我看到有章节专门讨论了如何量化“模型选择带来的不确定性”,这对于那些需要在关键基础设施上做长期规划的工程师来说,简直是无价之宝。它让我们明白,承认并量化我们的无知,才是通往真正可靠性的第一步。

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这本书的封面设计着实抓人眼球,那种深邃的蓝色调,配上简洁有力的白色字体,一下子就给人一种专业、严谨的感觉。我本来对“贝叶斯”这个概念就有些敬畏,总觉得它离我太遥远,但这本书的排版却出乎意料地清晰易读。它不是那种堆砌着晦涩公式的教科书,更像是一位经验丰富的老工程师在跟你娓娓道来。作者在开篇部分花了大篇幅介绍概率论的基础知识,用了很多生活化的例子来解释那些抽象的概念,比如天气预报的不确定性、产品故障的随机性等等,这对我这个非科班出身的读者来说,简直是雪中送炭。我特别欣赏它在理论引入时那种循序渐进的节奏感,没有上来就给我一个“下马威”,而是让我先在舒适区里建立起对不确定性量化的基本认知,然后再慢慢深入到更复杂的模型构建中去。读完前几章,我感觉自己对“可靠性”的理解不再是简单的“这个东西能用多久”,而是深入到了它背后的概率分布和信息更新机制,这是一种质的飞跃。

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