系统安全分析

安全系统工程能源与安全学院安全工程专业授课教师：秦汝祥[e-mail]13855449828二○一三年八月安全系统工程22系统安全分析本章重点：1.掌握系统分析方法的应用条件；2.掌握系统安全分析方法的分析步骤、内容。本章学习目标：1.掌握系统安全分析定义、内容、分析方法选择原则；2.熟悉几种常用分析方法；3.了解各方法的适应性条件。安全系统工程32.1概述系统安全分析概念目的运用系统工程的原理和方法，辨识、分析系统中的危险因素，对导致系统故障或事故的各危险因素及其关联性进行定性或定量描述的一种科学方法。查明系统中的危险因素。系统安全分析方法安全检查表预先危险性分析故障类型与影响分析危险与可操作性研究事件树事故树安全系统工程42.1概述系统安全分析内容（1）诱发或直接导致事故的因素及其相互关系（2）环境条件、设备、人员等因素（3）对控制或消除危险因素的措施或方法进行分析（4）对安全防护措施进行分析（即将执行的方法本身是否存在安全隐患）（5）事故后果进行分析危险因素分析故障或事故系统安全系统工程52.1概述数理方法分类：定性分析：安全检查表、预先危险性、危险与可操作性定量分析：故障类型与影响分析（危险度）、事件树分析、事故树分析2）系统分析方法分类数理方法分类：定性分析：安全检查表、预先危险性、危险与可操作性定量分析：故障类型与影响分析（危险度）、事件树分析、事故树分析逻辑方法分类：归纳法：原因→危险源安全检查表、预先危险性、故障类型与影响分析、危险与可操作性研究、事件树分析演绎法：危险源→原因事故树分析、因果分析事件过程分类：静态分析法：安全检查表、预先危险性、事故树分析、故障类型与影响分析、危险与可操作性研究动态分析法：事件树分析、因果分析安全系统工程62.2系统可靠性分析1）定义可靠性：产品在规定的条件下、规定的时间内完成规定的功能的能力。可通过可靠度、失效率、平均无故障间隔等衡量可靠性。“规定条件”包括使用时的环境条件和工作条件。“规定时间”是指产品规定了的任务时间。“规定功能”是指产品规定了必须具备的功能及其技术指标。狭义可靠性（SpecificReliability）：狭义可靠性是系统在使用期间没有发生故障的性质。广义可靠性（GeneralizedReliability）：可靠性是指使用者对产品的满意程度或对企业的信赖程度。安全系统工程72.2系统可靠性分析耐久性：产品使用无故障性或使用寿命长就是耐久性。可维修性：当产品发生故障后，能够很快很容易的通过维护或维修排除故障。设计可靠性：设计的时候必须充分考虑产品的易使用性和易操作性，这就是设计可靠性。2）可靠性要素安全系统工程82.2系统可靠性分析故障(Failure)：指系统、设备、元件等在运行过程中性能低下，不能实现预定功能的状态。故障时间：系统、设备、元件等从投入使用开始到发生故障所经历的时间。寿命：系统、设备、元件不能恢复时，故障时间即为它们的寿命。3）故障安全系统工程92.2系统可靠性分析故障率：指正常工作到某时刻的系统、设备和零件，在此后单位时间内所发生事故的比率，用λ表示，在系统安全分析中经常使用这一指标。3）故障故障率是时间t的函数，也记为λ(t)，称为故障率（失效率）函数，有时也称为风险函数。故障率是在时刻t尚未失效产品，在t+△t的单位时间内发生故障的条件概率。即它反映t时刻故障的速率，也称为瞬时故障率。安全系统工程102.2系统可靠性分析可靠度(Reliability)：是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，一般用R表示。4）可靠性度量指标（1）---概率度量000)()()(NtNNtrNtRs不可靠度（Falibility）：就是产品在规定条件下，在规定时间内未完成规定功能的概率，也称累积失效概率，一般用F表示。1)()(tFtRtttdttfdtdttdrNtdrNNtrtF000000)()(1)(1)()(根据定义dttdrNtf)(1)(0为故障密度函数安全系统工程112.2系统可靠性分析失效(Invalidation)：是指产品丧失规定功能称为失效。4）可靠性度量指标（2）---概率度量失效率（FailureRate）：也称故障率，是指工作到某时刻尚未失效的产品，在该时刻后单位时间内失效的概率。ttNtrts)()()(0tdtNtdrts)()(安全系统工程122.2系统可靠性分析定义公式形式故障密度相对全样本而言故障率相对t时刻尚未失效的样本而言故障密度（函数）和故障率（函数）之间的区别dttdrNtf)(1)(0dttdrNts)(1)()()()(0tRNNttfs1)()(tFtR0)()(tFtR)()(tftF)()(tetR安全系统工程132.2系统可靠性分析维修度：可维修系统在规定的条件下维修时，在规定的时间内完成维修的概率，通常用M（t）表示。5）维修度与维修率---概率度量维修率：是指系统维修进行到某一时刻尚未完成维修，在此后单位时间内完成维修的比率，用表示。)(t1tMte维修概率密度函数：tetMtm)(安全系统工程142.2系统可靠性分析5）可靠度和维修度的时间度量1------部分高校考研内容故障前平均工作时间（MTTF）：故障前平均工作时间是指不可修复的产品，由开始工作直到发生故障前连续的正常工作时间。本质是连续正常工作时间的平均值，若知道元件故障密度函数，则：0MTTFEttftdt不可修复系统安全系统工程155）可靠度和维修度的时间度量2------部分高校考研内容平均故障间隔时间（MTBF）：是指产品发生了故障后经修理或更换零件仍能正常工作，其在两次相邻故障间的平均工作时间。可修复系统11niiMTBFtn2.2系统可靠性分析平均故障修复时间（MTTR）：是指产品出现故障后到恢复正常工作时所需要的时间。11niiMTTRnt1t2t3τ1τ2τ3工作修复工作修复工作修复工作修复安全系统工程166）设备（元件）可靠度计算-----部分高校考研内容2.2系统可靠性分析计算依据：故障时间分布函数。举例：故障时间分布函数为负指数分布。故障发生概率平均故障时间（就是平均工作了这么长时间后系统出现故障）数学期望tetftetF1100dtetdtttfxEt平均无故障时间内故障概率：633.0111eeF安全系统工程176）设备（元件）可靠度计算-----部分高校考研内容2.2系统可靠性分析例某设备运转7000h，共发生10次故障。若故障间隔时间服从负指数分布，试计算该设备的平均故障间隔时间以及从开机运转到工作1000h后的可靠度。解：平均故障间隔时间为：17000700()10h工作1000h的可靠度为：239.0)1(1)1000(1)1000(429.11000700010eeeeFRtt安全系统工程187）典型故障次数分布函数2.2系统可靠性分析当故障时间服从负指数分布时，及故障发生率为常数，一定时间内故障发生次数N(t)服从泊松分布。自时刻t=0到t时刻，发生n次故障的概率为（以λt为参数的泊松分布）：,0,1,2,nrPtPNtnntnnenttP!）（到t时刻发生不超过n次故障的概率：nktkrektntNP0!）（到t时刻平均发生n次故障的概率：tentntnPtNEntnn10!）（安全系统工程198）人员操作可靠度2.2系统可靠性分析人为失误：是指工作人员在生产、工作过程中导致实际要实现的功能与所要求的功能不一致。（1）人为失误及其分类分类：随机失误--人的动作、行为的随机性质引起的人为失误。系统失误--工作条件方面的问题，或人员的不正常状态引起的。偶发失误--由于某种偶然出现的意外情况引起的过失行为，或者事先难以预料的意外行为。生产事故中有50~90%是因人员操作失误导致。人为失误发生环节：计划、设计、制造、安装、使用、维修以及管理等所有过程。安全系统工程208）人员操作可靠度2.2系统可靠性分析心理紧张影响因素：（1）工作任务；（2）酗酒、疲劳、生理等身体状况因素；（3）工作场所照明不良、温度异常以及噪声等物理因素；（4）个人的经验、技能因素。消除紧张心理因素的主要途径：训练、教育。（2）人心理紧张与失误安全系统工程218）人员操作可靠度2.2系统可靠性分析人认知可靠性模型（HCR）：异常情况下，时间充裕度对人为失误概率的影响。（3）人员操作可靠度分析模型CABTteE])/([5.0式中t——可供选择、执行恰当行为的时间T0.5——选择、执行恰当行为时间的平均值A、B、C——与人员行为层次有关的系数行为层次ABC反射0.4070.71.2规则0.6010.60.9知识0.7910.50.8根据出现的现象下意识做出反应根据现象，按规则要求做出反应根据现象，操作者分析后做出反应安全系统工程228）人员操作可靠度2.2系统可靠性分析单元操作人员失误概率：（4）人为失误率预测技术（THERP）式中，P1——基本失误概率，取决于单元操作特征和人机匹配情况；P2——失误发生后没有纠正的概率；k——考虑操作者紧张的系数。E=kP1P2上述参数可通过查表获得。安全系统工程239）系统可靠度计算2.2系统可靠性分析（1）串联系统可靠性组成系统的任一元素发生故障都会导致系统故障。系统故障时间是最先发生故障的元素故障时间。串联系统的各元素的故障时间相互独立时：niistRtR1niistFtF111niistt1)(niins121111111系统可靠度系统故障概率系统故障率系统故障时间互补倒数安全系统工程249）系统可靠度计算2.2系统可靠性分析（2）并联系统可靠性只有组成系统的所有元素发生故障时，系统才发生故障。系统故障时间是所有元素故障时间的累和。系统的各元素的故障时间相互统计独立时：系统可靠度系统故障概率互补]1[11niistRtRniistFtF1系统平均故障时间ns12110随着并联系统元素数目的增加，系统平均故障时间增加，可靠性增加，但仅增加1/n所以不宜多加。安全系统工程259）系统可靠度计算2.2系统可靠性分析（3）计算举例-----汽车制动系统可靠性980.0980.0,990.0972.0,975.0,995.0212121321DRDRCRCRBRBRARARAR安全系统工程262.2系统可靠性分析942.0972.0975.0995.0321ARARARAR970.0980.0990.021BRBRBR960.0980.0980.021CRCRCR960.021CRDRDRDR998.0)970.01)(942.01(1]1][1[1BRARABR998.0)96.01)(96.01(1]1][1[1DRCRCDR996.0998.0998.0CDRABRRs安全系统工程2710）提高系统可靠度途径2.2系统可靠性分析提高设计可靠性设置安全系数降低许用值冗余设计故障—安全设计提高系统维修效果预防性维修修复性维修提高安全监控系统可靠性安全系统工程282.3安全检查表1）安全检查日常安全管理的重要方法之一，是发现设备不安全状态和人不安全行为的有效途径，也是消除事故隐患的重要手段之一。时间上：定期性检查不定期检查性质上：普遍检查专业