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Teoría de la confiabilidad

Bibliografía básica: Seguiremos "casi al pie de la letra" el libro de Design Reliability Fundamentals and Applications, de B. S. Dhillon del Departamento de Ingeniería Mecánica, Universidad de Ottawa, Canadá. Editorial CRC Press. El libro completo lo puede bajar desde aquí (formato pdf, comprimido en zip))

Matemáticas para la teoría de la confiabilidad

1.1 Propiedades de la probabilidad

Puesto que la base para la teoría de la confiabilidad es la probabilidad, en esta sección presentaremos las propiedades básicas de probabilidad.

  • La probabilidad de ocurrencia de un evento A es

  • La probabilidad del espacio muestral S es

  • La probabilidad de la negación del espacio muestral S es

  • La probabilidad de la unión de n eventos independientes es

donde Ai es el i-ésimo evento y P(Ai) es la probabilidad de ocurrencia del i-ésimo evento.
Para n =2 la ecuación anterior se reduce a

  • La probabilidad de la unión de n eventos mutuamente excluyentes es

1.2 Definiciones útiles

La función de distribución

La función de distribución acumulativa de una variable X está definida por

donde t es el tiempo, f(x) es la función de densidad.

La función de confiabilidad

Está expresada por

siendo R(t) la función de confiabilidad. Y observe que su interpretación es bastante sencilla: viene a ser la probabilidad de que la variable aleatoria (el tiempo aleatorio) dure más allá de un tiempo t. ¿Se da cuenta?

La función razón de riesgo

Está definida por

siendo l(t) la función razón de riesgo.

Transformada de Laplace

La transformada de Laplace de la función f(t) está definida por

donde s es la variable de la transformada de Laplace, t es la variable tiempo, y f(s) de la transformada de Laplace de f(t)

Ejemplo

Si f(t) = e - lt la transformada de Laplace de esta función se calcula del siguiente modo:

Nota: siempre que l + s > 0.
Para una tabla de transformada de Laplace acuda al libro base, página  7 capítulo 2.

El teorema del valor final

Si el siguiente límite existe entonces el teorema del valor final establece que

El valor esperado

El valor esperado de una variable aleatoria continua T, E [ T ], está dado por

Similarmente si la variable es discreta, entonces su esperanza está dada por

donde se consideran las funciones de densidad y cuantía (probabilidad discreta), respectivamente

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