在生产系统中,内部与外部普遍存在着各种扰动因素,严重影响系统的正常动态性能。一个扰动因素可能会引发脆性传播效应,导致产线上游及下游所有设备停产。脆性效应不利于产线的产能释放与交期保障,这会严重影响企业的生产计划甚至导致其遭受巨大的利润损失。对产线进行脆性定量分析与评估能有效地提高产线的生产稳定性。同时,脆性可作为生产系统配置和设计的评价指标,也是性能调控的基础性工作。因此,脆性量化无疑比主流定性分析更有价值,应开发新的定量分析方法和手段,以了解脆性效应的特性。然而,由于脆性效应的动态性,很难建立精确的数学模型。本文在弹性系统的分析框架下,针对具有有限缓冲区的串联生产系统,提出了一种考虑时间和空间属性的瞬态与稳态脆性分析方法。首先,弹性生产系统可以看作是一个时空动态系统,系统状态演化在脆性过程中具有明显的时空属性。基于不同的分析视角,将脆性量化分为两部分:终点机器的脆性效应和瓶颈机器的脆性效应。从而,定义了终点时延(TTD)、终点时间窗口(TTW)、瓶颈时延(BTD)和瓶颈时间窗口(BTW)四个重要的脆性指标,阐述了扰动事件的时空属性。然后,通过精确解法对脆性进一步地展开评估与量化。针对具有有限缓冲的串联随机生产系统,建立了串联开排队网络模型,得到了状态转移矩阵的递归表示,并考虑了机器可靠性的影响。基于状态空间概率推导出本文所定义的四个脆性指标的数学模型,从而对终点机器与瓶颈机器的稳态脆性和瞬态脆性进行了评估与量化。并且通过算例对所得评估模型进行验证,表明了该量化方法的有效性。接着,考虑到精确解法对于大型生产系统存在一定的求解限制,因此,在本文所研究的精确解法的基础之上,使用扩展近似法进行近似求解,对同类型生产系统的脆性建立量化数学模型。针对本文所研究的串联生产系统,以单独节点为单位的进行分解,考虑节点之间的耦合关系进行分析,从而求解出各队列的稳态分布指标。结合串联生产系统结构的相关特征,对终点机器与瓶颈机器的稳态脆性和瞬态脆性进行了评估与量化。并且通过算例对所得评估模型进行验证,表明了该量化方法的有效性。最后,设计和开发了具有近物理仿真、多视图同步和性能分析与调控等功能的数字孪生系统(DTS)。系统包含了脆性分析的数值求解程序,支持脆性和其它性能的测试分析。将论文研究成果转化为能解决生产系统脆性评估与量化的软件工具,这也进一步验证了论文研究的有效性。