安全系统工程3章.ppt

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1、132 事故树分析事故树分析l 事故树就是从结果到原因描述事件发生的有向逻辑树，对这种树进行演绎分析，寻求防止结果发生的对策，这种方法就称为事故树分析法(Fault Tree Analysts，简称FTA)。“树”的分析技术是属于系统工程的图论范畴，是一个无圈(或无回路)的连通图。l 从以上事故树分析的定义来看，事故树分析是从结果开始，寻求结果事件(通称顶上事件)发生的原因时间，是一种逆时序的分析方法，这与事件树方法相反。另外事故树分析是一种演绎的逻辑分析法，将结果演绎成构成这一结果的多种原因，在按逻辑关系构建，寻求防止结果发生的措施。2021/9/241232 事故树分析事故树分析 事故树分

2、析能对各种系统的危险性进行辨识和评价，不仅能分析出事故的直接原因，而且能深人地揭示出事故的潜在原因。用它描述事故的因果关系直观、明了，思路清晰，逻辑性强，既可定性分析，又可定量分析。现在Matlab等计算工具都有用于FTA定量分析的子程序(模块)，其功能非常强大。而且使用方便。事故树分析已成为系统分析中应用最广泛的方法之一。2021/9/242332 事故树分析事故树分析l321事故树分析的发展概况事故树分析的发展概况l 事故树分析描述了事故发生和发展的动态过程，便于找出事故的直接原因和间接原因及原因的组合。可以用其对事故进行定性分析，辨明事故原因的主次及未曾考虑到的隐患；也可以进行定量分析，

3、预测事故发生的概率。但事故树分析是教学和专业知识的密切结合，事故树的编制和分析需要坚实的数学基础和相当的专业技能。l 2021/9/24332 事故树分析事故树分析 事故树分析是一种演绎推理法，这种方法把系统可能发生的某种事故与导致事故发生的各种原因之间的逻辑关系用一种称为事故树的树形图表示，通过对事故树的定性与定量分析，找出事故发生的主要原因。42021/9/244532 事故树分析事故树分析lFTA法具有以下特点：l (1)事故树分析是一种图形演绎方法，是事故事件在一定条件下的逻辑推理方法。它可以围绕某特定的事故作层层深入的分析，因而在清晰的事故树图形下，表达系统内各事件间的内在联系，并指

4、出单元故障与系统事故之间的逻辑关系，便于找出系统的薄弱环节。l (2)FTA具有很大的灵活性，不仅可以分析某些单元故障对系统的影响，还可以对导致系统事故的特殊原因如人为因素、环境影响进行分析。l (3)进行FTA的过程，是一个对系统更深入认识的过程，它要求分析人员把握系统内各要素间的内在联系，弄清各种潜在因素对事故发生影响的途径和程度，因而许多问题在分析的过程中就被发现和解决了，从而提高了系统的安全性。2021/9/245632 事故树分析事故树分析l(4)利用事故树模型可以定量计算复杂系统发生事故的概率，为改善和评价系统安全性提供了定量依据。l 事故树分析还存在许多不足之处，主要是：FTA需

5、要花费大量的人力、物力和时间；FTA的难度较大，建树过程复杂，需要经验丰富的技术人员参加，即使这样，也难免发生遗漏和错误；FTA只考虑(0，1)状态的事件，而大部子系统存在局部正常、局部故障的状态，因而建立数学模型作结构重要度分析时，会产生较大误差；FTA虽然可以考虑人的因素，但人的失误很难量化。l 事故树分析仍处在发展和完善中。2021/9/246732 事故树分析事故树分析l322事故树的基本结构事故树的基本结构l 事故树的基本结构如图3-9所示。在事故树中，各事件之间的基本关系是因果逻辑关系，通常用逻辑门来表示。树中以逻辑门为中心，其上层事件是下层事件发生后所导致的结果，称为输出事件；下

6、层事件是上层事件的原因，称为输入事件。l所要研究的特定事故被绘制在事故树的顶端称为顶上事件，如图3-9中表示的事件。导致顶上，事件发生的最初的原因事件绘制于事故树下部的各分支的终端称为基本事件，如图39中Xi所表示的事件。处于顶上事件和基本事件中间的事件称为中间事件。2021/9/247832 事故树分析事故树分析2021/9/248932 事故树分析事故树分析l323事故树的符号及其意义事故树的符号及其意义l 事故树是由各种符号和其连接的逻辑门组成的。下面仅将常见的符号予以介绍和说明。l l.事件苻号l (1)矩形符号。见图310a。用它表示顶上事件或中间事件。将事件扼要记人矩形框内。必须注

7、意，顶上事件一定要清楚明了，不要太笼统。例如“交通事故”，“爆炸着火事故”，对此人们无法下手分析，而应当选择具体事故。如“机动车追尾”、“机动车与自行车相撞”，“建筑工人从脚手架上坠落死亡”、“道口火车与汽车相撞”等具体事故。l (2)圆形符号。见图310b。它表示基本事件，可以是人的差错，也可以是设备机械故障、环境因素等。它表示最基本的事件，不能再继续往下分析了。例如影响驾驶员视野条件的“曲线地段”、“照明不好”，驾驶员本身问题影响行车安全的“酒后开车”、“疲劳驾驶”等原因事故原因扼要记人圆形符号内。2021/9/2491032 事故树分析事故树分析l(3)屋形符号。见图3一10c。它表示正

8、常事件，是系统在正常状态下发生的正常事件。如：“机车或车辆经过道岔”、“因走动取下安全带”等，将事件扼要记入屋形符号内。l(4)菱形符号。见图310d。它表示省略事件，即表示事前不能分析，或者没有再分析下去的必要的事件。例如，“驾驶员间断嘹望”、“天气不好”，“臆测行车”、“操作不当”等，将事件扼要记入菱形符号内。2021/9/24101132 事故树分析事故树分析l2.逻辑门符号l 即连接各个事件，井表示逻辑关系的符号。其中主要有：与门、或门、条件与门、条件或门、以及限制门。l (1)与门符号。与门连接表示输入事件B1、B2同时发生的情况下，输出事件A才会发生的连接关系。二者缺一不可，表现为

9、逻辑积的关系，即A=B1B2。在有若干输入事件时，也是如此，如图3-lla所示。l “与门”用与门电路图来说明更容易理解，见图3-11b。2021/9/24111232 事故树分析事故树分析l当B1、B2都接通(B1=l，B2=1)时，电灯才亮(出现信号)，用布尔代数表示为X=B1B2=1。l 当B1、B2中有一个断开或都断开(B1=1，B2=0或B1=0，B2=1或B1=0，B2=0)时，电灯不亮(没有信号)，用布尔代数表示为X=B1B2=0l (2)或门符号。表示输人事件B1或B2中，任何一个事件发生都可以使事件A发生，表现为逻辑和的关系即A=B1B2。在有若干输入事件时，情况也是如此。如

10、图3-12a所示。l 或门用相对的逻辑电路来说明更好理解，见图3-12b。l当B1、B2断开(B1=0，B2=0)时，电灯才不会亮(没有信号)，用布尔代数表示为X=B1+B2=0.l当B1、B2中由一个接通或两个都接通（B1=1、B2=0或，B1=0，B2=1或B1=1、B2=1）。2021/9/24121332 事故树分析事故树分析2021/9/24131432 事故树分析事故树分析l(3)条件与门符号。表示只有当B1、B2同时发生，且满足条件a的情况下，A才会发生，相当于三个输入事件的与门。即A=B1B2。将条件计入六边形内，如图3-13所示。l(4)条件或门符号。表示B1或B2任何一个事

11、件发生，且满足条件，输出事件A才会发生，将条件记入六边形内，如图3-14所示。2021/9/24141532 事故树分析事故树分析(5)限制门符号。它是逻辑上的一种修正符号，即输入事件发生且满足条件时，才产生输出事件。相反，如果不满足，则不发生输出事件，条件卸载椭圆形符号内，如图3-15所示。2021/9/24151632 事故树分析事故树分析l3.转移符号l 当事故树规模很大时，需要将某些部分画在别的纸上，这就要用转出和转入符号，以标出向何处转出和从何处转入。l 转出符号，它表示向其他部分转出，内记入向何处转出的标记，如图3-16a所示。l 转人符号，它表示从其他部分转入，内记人从何处转入的

12、标记，如图3-16b所示。2021/9/24161732 事故树分析事故树分析l324 事故树分析程序事故树分析程序l 事故树分析虽然根据对象系统的性质、分析目的的不同，分析的程序也不同。但是，一般都有下面的十一个基本程序。l (1)熟悉系统。要求全面了解系统的整个情况，包括工作程序、各种重要参数、作业情况。必要时画出工艺流程图和布置图。l (2)调查事故。要求在过去事故实例、有关事故统计基础上，尽量广泛地调查所能预想到的事故。包括分析系统已发生的事故，也包括未来可能发生的事故同时也要调查外单位和同类系统发生的事故。2021/9/24171832 事故树分析事故树分析l (3)确定顶上事件。所

13、谓顶上事件就是我们要分析的对象事件系统失效事件。对调查的事故，要分析其严重程度和发生的概率，从中找出后果严重且发生概率大的事件作为顶上事件。l (4)确定目标。根据以往的事故记录和同类系统的事故资料，进行统计分析，求出事故发生的概率(或频率)，然后根据这一事故的严重程度，确定我们要控制的事故发生概率的目标值。l (5)调查原因事件。调查与事故有关的所有原因事件和各种因素，包括设备故障、机械故障、操作者的失误、管理和指挥错误、环境因素等等，尽量详细查清原因和影响。l (6)绘制事故树。这是事故树分析的核心部分之一。根据上述资料，从顶上事件开始，按照演绎法，运用逻辑推理，一级一级地找出所有直接原因

14、事件，直到最基本的原因事件为止。2021/9/2418192021/9/24192032 事故树分析事故树分析l (7)定性分析。根据事故树结构进行化简，求出事故树的最小割集和最小径集，确定基本事件的结构重要度大小。根据定性分析的结论，按轻重缓急分别采取相应对策。l (8)计算顶上事件发生概率。首先根据所调查的情况和资料，确定所有原因事件的发生概率，并标在事故树上。根据这些基本数据，求出顶上事件(事故)发生概率。l (9)分析比较。要根据可维修系统和不可维修系统分别考虑。对可维修系统，把求出的概率与通过统计分析得出率进行比较，如果二者不符，则必须重新研究，看原因事件是否齐全，事故树逻辑关系是否

15、清楚，基本原因事件的数值是否设定得过高或过低等等。对不可维修系统，求出顶上事件发生概率即可。2021/9/24202132 事故树分析事故树分析l(10)定量分析。定量分析包括下列三个方面的内容：l1)当事故发生概率超过预定的目标值时，要研究降低事故发生概率的所有可能途径，可从最小割集着手，从中选出最佳方案。l2)利用最小径集，找出根除事故的可能性，从中选出最佳方案。l3)求各基本原因事件的临界重要度系数，从而对需要治理的原因事件按临界重要度系数大小进行排队，或编出安全检查表，以求加强人为控制。l(11)制定安全对策。建造事故树的目的是查找隐患，找出薄弱环节，查出系统的缺陷，然后加以改进。在对

16、事故树全面分析之后，必须制定安全措施，防止灾害发生。安全措施应在充分考虑资金、技术、可靠性等条件之后，选择最经济、最合理、最切合实际的对策。2021/9/24212232 事故树分析事故树分析l325 事故树的编制事故树的编制l1.编制程序l(1)确定顶上事件。顶上事件就是所要分析的事故。选择顶上事件，一定要在详细了解系统情况、有关事故的发生情况和发生可能、以及事故的严重程度和事故发生概率等资料的情况下进行，而且事先要仔细寻找造成事故的直接原因和间接原因。然后，根据事故的严重程度和发生概率确定要分析的顶上事件，将其扼要地填写在矩形框内。l顶上事件也可以是已经发生过的事故。如矿山透水、道口火车与

17、汽车相撞等事故。通过编制事故树，找出事故原因，制定具体措施，防止事故再次发生。2021/9/24222332 事故树分析事故树分析l(2)调查或分析造成顶上事件的各种原因。顶上事件确定之后，为了编制好事故树，必须将造成顶上事件的所有直接原因事件找出来，尽可能不要漏掉。直接原因事件可以是机械故障、人的因素或环境因素等。l要找出直接原因可以采取对造成顶上事件的原因进行调查，召开有关人员座谈会，也可根据以往的一些经验进行分析，确定造成顶上事件的原因。l(3)绘事故树。在确定顶上事件并找出造成顶上事件的各种原因之后，就可以用相应事件符号和适当的逻辑门把它们从上到下分层连接起来，层层向下，直到最基本的原

18、因事件，这样就构成一个事故树。2021/9/24232432 事故树分析事故树分析l在用逻辑门连接上下层之间的事件原因时，若下层事件必须全部同时发生，上层事件才会发生时，就用“与门”连接。逻辑门的连接问题在事故树中是非常重要的，一定要准确，它涉及到各种事件之间的逻辑关系，直接影响着以后的定性分析和定量分析。l(4)认真审定事故树。画成的事故树图是逻辑模型事件的表达。既然是逻辑模型，那么各个事件之间的逻辑关系就应该相当严密、合理。否则在计算过程中将会出现许多意想不到的问题。因此，对事故树的绘制要十分慎重。在制作过程中，一般要进行反复推敲、修改，除局部更改外，有的甚至要推倒重来，有时还要反复进行多

19、次，直到符合实际情况，比较严密为止。2021/9/242425l2.事故树编制的注意事项l事故树应能反映出系统故障的内在联系和逻辑关系，同时能使人一目了然，形象地掌握这种联系与关系，并据此进行正确的分析，为此，建造事故树应注意以下几点：l(1)熟悉分析系统。建造事故树由全面熟悉开始，必须从功能的联系人手，充分了解与人员有关的功能，掌握使用阶段的划分等与人员有关的功能，包括现有的冗余功能以及安全、保护功能等。这就要求广泛地收集与系统相关的设计、运行、流程图、设备技术规范等技术文件及资料，并进行深入细致的分析研究。l(2)循序渐进。事故树的编制过程是一个逐级展开的演绎过程。首先，从顶上事件开始分析

20、其发生的直接原因、判断逻辑关系，给出逻辑门；其次，找出逻辑门下的全部输人事件；再分析引起这些事件发生的原因、判断逻辑关系，给出逻辑门；继续逐层分析，直至列出引起顶上事件发生的全部基本事件和上下逻辑关系。2021/9/242526l(3)选好顶上事件。顶上事件是指系统不希望发生的故障事件。选好顶上事件有利于使整个系统故障分析相互联系起来，因此，对系统的任务、边界以及功能范围必须给予明确的定义。顶上事件在大型系统中可能不只一个，一个特定的顶上事件可能只是许多系统失效事件之一。顶上事件在很多情况下是用FMEA故障类型及影响分析、危险预先性分析或事件树分析得出的。l(4)准确判明各事件间的因果关系和逻

21、辑关系。对系统中各事件问的因果关系和逻辑关系必须分析清楚，不能有逻辑上的紊乱及因果矛盾。每一个故障事件包含的原因事件都是事故事件的输入，即原因输入，结果输出。l(5)避免门与门相连。为了保证逻辑关系的准确性，事故树中任何逻辑门的输出都必须也只能有一个结果，不能将逻辑门与其他逻辑门直接相连。2021/9/24262732 事故树分析事故树分析l326 事故树的数学表达事故树的数学表达l 为了对事故树进行详细的分析，在编制出事故树模型后，还要利用布尔代数列出它的数学表达式。布尔代数是完成事故树分析的数学基础。l 布尔代数是集合论数学的组成部分，是一种逻辑运算方法，也称为逻辑代数。布尔代数特别适用于

22、描述只能取两种对立状态的事物变化过程，这正适合于事故树分析的特点。2021/9/24272832 事故树分析事故树分析l l.布尔代数的基本知识l (1)集合的概念。具有某种共同属性的事物的全体叫做集合，集合中的事物叫做元素。包含一切元素的集合称为全集，用符号表示；不包含任何元素的集合称为空集，用符号中表示。l 集合之间关系的表示方法如下：l 1)集合以大写字母表示，集合的定义写在括号中。l 2)集合之间的包含关系(即从属关系)用符号表示，子集B1包含于全集，记为B1。l 3)两个子集相交之后，相交的部分为两个子集的共有元素的集合，称之为交集。两个集合相交的关系用符号表示，如C1=B1B2。l

23、 4)两个子集相交之后，合并成一个较大的子集，这两个子集中元素的全体构成的集合称之为并集，并集的关系用符号表示，如C1=B1B2。2021/9/24282932 事故树分析事故树分析l 事故树分析就是研究某一个事故树中各基本事件构成的各种集合，以及它们之问的逻辑关系，最后达到最优化处理的一门技术。l (2)逻辑运算。逻辑运算的对象是命题。命题是具有判断性的语言。成立的命题叫做真命题，其真值等于1；不成立的命题叫做假命题，其真值等于0。这里的真值“l”和“0”并不是数字，而是表示两个对立事物的符号。例如命题“8-3=5”成立，这是真命题，其真值为l；命题“2+35”不成立这是假命题，其真值为0。

24、2021/9/242932 事故树分析事故树分析l 逻辑代数也可进行运算，其基本运算有三种，即逻辑加、逻辑乘、逻辑非。其中逻辑加、逻辑乘用得较普遍。l 1)逻辑加。给定两个命题A、B，对它们进行逻辑运算后构成的新命题为S，若A、B两者有一个成立或同时成立，S就成立；否则S不成立。则这种A、B间的逻辑运算叫做逻辑加，也叫“或”运算。构成的新命题s，叫做A、B的逻辑和。记作AB=S或记作A+B=S。均读作“A+B”。逻辑加相当于集合运算中的“并集”302021/9/24303132 事故树分析事故树分析l根据逻辑加的定义可知：l 1+l=1；1+O=1：0+l=1：0+0=0l2)逻辑乘。给定两个

25、命题A、B，对它们进行逻辑运算后构成新的命题P。若A、B同时成立，P就成立，否则P不成立。则这种A、B间的逻辑运算，叫做逻辑乘，也叫“与”运算。构成的新命题P叫做A、B的逻辑积。记作AB=P，或记作AB=P，也可记作AB=P，均读作A乘B。逻辑乘相当于集合运算中的“交集”。l 根据逻辑乘的定义可知：l 1l=l；1O=0；01=0；00=0l 3)逻辑非。给定一个命题A，对它进行逻辑运算后，构成新的命题为F，若A成立，F就不成立；若A不成立，F就成立。这种对A所进行的逻辑运算，叫做命题A的逻辑非，构成的新命题F叫做命题A的逻辑非。A的逻辑非记作“A”，读作“A非”。逻辑非相当于集合运算的求“补

26、集”。2021/9/24313232 事故树分析事故树分析l根据逻辑非的定义，可以知道：l (3)逻辑运算的法则。逻辑代数运算的法则很多，有的和代数运算法则一致，有的不一致。我们这里只介绍几种常用的运算法则，以便记忆和运用。l 对合律：=Al 变换律：A+B=B+A，AB=BAl 结合律：A+(B+C)=(A+B）+C，A(BC)=(AB)Cl 分配律：A+BC=(A+B)(A+C)，A(B+C)=AB+ACl 等幂律：A+A=A，AA=Al 吸收律：A+AB=A，A(A+B)=A2021/9/24323332 事故树分析事故树分析l在事故树分析中“A+AB=A”，“A+A=A”和“A.A=A

27、”几个法则用得较多。l 2.概率论的一些基本知识l 在事故树分析中，我们需要用到概率论的一些基本知识。例如，概率和与概率积的计算。为了给出概率和与概率积的计算公式，必须首先给出下列定义：l (1)相互独立事件。一个事件发生与否不受其他事件的发生与否的影响。假定有A、B、C、N个事件，其中每一个事件发生与否都不受其他事件发生与否的影响，则称A、B、C、N为独立事件。l (2)相互排斥事件。不能同时发生的事件。一个事件发生，其他事件必然不发生。它们之间互相排斥，互不相容。假定有A、B、C、N个事件，A发生时，B、C、N必然不发生；B发生时，A、C、N事件必须不发生，则A、B、C、N事件称为互斥事件

28、。2021/9/24333432 事故树分析事故树分析l(3)相容事件。一个事件发生与否受其他事件的约束，即在其他事件发生的条件下才发生的事件。设A、B两事件，B事件只有在A事件发生的情况下才发生，反之亦然，则A、B事件称为相容事件。l 在事故树分析中，遇到的基本事件大多数是独立事件。所以下面简单介绍n个独立事件的概率和与概率积的计算公式。l n个独立事件的概率和，其计算公式是：lP（A+B+C+N)=1-1-P(A)1-P(B)1一P(C)1一P(N)l (3-1)l 式中 P独立事件的概率。l n个独立事件的概率积，其计算公式是：l P(ABCN)=P(A)P(B)P(C)P(N)(3-2

29、)2021/9/24343532 事故树分析事故树分析l3.事故树的布尔代数表达式l 将事故树中连接各事件的逻辑门用相应的布尔代数运算表示，就得到了事故树的布尔代数表达式。通常，可以自上而下地将事故树逐渐展开后，使得到了布尔代数表达式。以图318(事故树结构)为例，其布尔代数表达式及展开过程如下：2021/9/243536l图3-18某事故树图:l T=A1Xt=A2A3Xt=(A4+A5)(X5+X6)Xt=(X1+X2+X3+X4)(X5+X6)Xtl此式还可以继续化筒至若干基本事件相“乘”后再相“加”的形式。故障树的布尔代数表达式是事故树的数学表述。对于给出的事故树可以写出相应的布尔代数

30、表达式；相反，给出布尔代数表达式就可以绘出相应的事故树。2021/9/243637l4.事故树的概率函数 l 事故树的概率函数是指事故树中由基本事件概率所组成的顶上事件概率的计算式。l 如果事故树中各基本事件是相互统计独立的，布尔代数表达式中各基本事件逻辑“乘”的概率应为：l g(x1x2x3xn)=q1q2qn=(3-3)l 各基本事件逻辑“加”的概率应为：l g(x1+x2+xn)=l-(1-q1)(1-q2)(1-qn)=(3-4)l式中qi第i个基本事件的发生概率；l 数学运算符号，求概率积。2021/9/243738l 如果图3-18中各基本事件是相互独立的，利用上述式(31)和式(

31、32)，求图3-18事故树的概率函数，代人下式：lg(q)=1-1-qil式中qi控制门事件的发生概率。2021/9/24383932 事故树分析事故树分析l3.2.7 事故树的简化及意义事故树的简化及意义l 在事故树编制完成之后，为了准确计算顶上事件发生的概率，需要化简事故树，消除多余事件，特别是在事故树的不同位置存在同一基本事件时，必须利用布尔代数进行整理，然后才能计算顶上事件的发生概率，否则就会造成定性分析或定量分析的错误。l 化简的方法就是反复运用布尔代数法则，化简的程序是：代数式若有括号应先去括号将函数展开；利用幂等法则，归纳相同的项；充分利用吸收法则直接化简。2021/9/2439

32、40l【例3-5】如图3-19所示，在该事故树中3个基本事件概率为q1=q2=q3=0.1，求顶上事件的发生概率。l 解：T=A1A2=X1X2(X1+X2)l 按独立事件概率和与积的计算公式，顶上事件发生概率为：l qT=q1q21-(1-q1)(1-q2)l =O.l0.11-(1-0.1)(1-O.1)l =0.0019l布尔代数化简：l T=X1X2(X1+X3)(未经简化形式)l =X1X2X1十X1X2X3(应用分配律展开)l =X1X2+X1X2X3(应用等幂律去掉多余的X1)l =X1X2(应用吸收律去掉多余的X3，达到最简形式)l所以：l qT=q1q2=0.012021/9

33、/2440412021/9/24414232 事故树分析事故树分析l解：事故树的结构函数为：l T=A1+A2l =X1X2+(X3+B)l =X1X2+X3+(X1X3)l =X1X2+X3l 所以，其等效图如图322所示。2021/9/24424332 事故树分析事故树分析l328 事故树的事故树的定性分析定性分析l 事故树的定性分析是依据事故树，对所有事件只有发生“1”或不发生“0”两种状态进行分析的方法。定性分析的目的是根据事故树的结构查明顶上事件发生的途径，确定顶上事件的发生模式、起因及影响程l度，为改善系统安全提供可选择的措施。事故树定性分析时，除编制事故树，找出导致顶上事件发生的

34、全部事件之外，还要求出事故树中基本事件的最小割l集和最小径集，求出各基本事件的结构重要度，了解其对顶上事件的影响程度。2021/9/24434432 事故树分析事故树分析l 1 最小割集及其求法l (1)最小割集的概念。如果事故树中的全部基本事件都发生，则顶上事件必然发生。但是，大多数情况下并不是一定要所有基本事件都发生，顶上事件才能发生，而是只要某些基本事件一起发生就可以导致顶上事件的发生。这些由于同时发生就能够导致顶上事件发生的基本事件集合称为割集。割集中的基本事件之间是逻辑“乘”(或称为“与”)的关系。l 最小割集是指能够引起顶上事件发生的最低数量的基本事件的集合。最小割集指明了哪些基本

35、事件同时发生，就可以引起顶上事件发生的事故模式。2021/9/24444532 事故树分析事故树分析l(2)求解方法。求解方法有三种。l 1)行列法。行列法是1972年福塞尔提出的方法，所以也称其为福塞尔法。其理论依据是：与门”使割集容量增加，而不增加割集的数量；“或门”使割集的数量增加，而不增加割集的容量。这种方法是从顶上事件开始，用下一层事件代替上一层事件，把“与门”连接的事件，按行横向排列；把“或门，连接的事件，按列纵向摆开。这样，逐层向下，直至各基本事件，列出若干行，最后利用布尔代数化简，便得到所求的最小割集。l 为了说明这种计算方法，我们以图323所示的事故树为例，求其最小割集。20

36、21/9/24454632 事故树分析事故树分析2021/9/24464732 事故树分析事故树分析l应当成列摆开，即：l A1、A 2与下一层事件B1、B2、x1、x2、x4的连接均为“与门”，所以成行排列：l 下面依此类推：2021/9/24474832 事故树分析事故树分析l 整理上式得l 下面对这四组集合用布尔代数化简，根据AA=A，则x1x1=x1，x4x4=x4，即l又根据A+AB=A，则x1x2+x1x2x3=x1x22021/9/24484932 事故树分析事故树分析l于是，就得到三个最小割集X1，X2，X4，X5，X4，X6,按最小割集化简后的事故树，如图3-24所示。l 2

37、)结构法。这种方法的理论根据是事故树的结构完全可以用最小割集来表示。下面再来分析图3-23所示事故树示意图：2021/9/24495032 事故树分析事故树分析这样，得到的三个最小割集X1，X2、X4，X5、X4，X6完全与上例用行列法得到的结果一致。说明这种方法是正确的。2021/9/24505132 事故树分析事故树分析l3)布尔代数化简法。这种方法的理论依据是：上述结构法完全和布尔代数化简事故树法相似，所不同的只是“U”与“+”的问题。实质上，布尔代数化简法中的“+”和结构式中的“U”是一致的。这样，用布尔代数化简法，最后求出的若干事件逻辑积的逻辑和，其中，每个逻辑积就是最小割集。现在还

38、以图3-23所示为例，进行化简：l l所得的三个最小割集X1，X2、X4，X5、X4，X6与第一、第二种算法的结果相同。l 总的来说，三种求法都可应用，而以第三种算法最为简单，较为普遍采用。2021/9/24515232 事故树分析事故树分析l2.最小径集的概念及求法l (1)最小径集的概念。如果事故树中的全部基本事件都不发生，则顶上事件一定不会发生。但是，如果事故树中某些基本事件不同时发生，则也可以使得顶上事件不发生。这些不同时发生时，可以使顶上事件不发生的基本事件集合称为径集。径集中的基本事件之间是逻辑“加”(或称为“或”)的关系。l 最小径集是指能够使得顶上事件不发生的最低数量的基本事件

39、的集合。最小经集指明了哪些基本事件不同时发生，就可以使顶上事件不发生的安全模式。l (2)最小径集的求法。求最小径集是利用它与最小割集的对偶性，首先作出与事故树对偶的成功树，就是把原来事故树的“与门”换成“或门”，“或门”换成“与门”，各类事件发生换成不发生。然后，利用上节所述方法，求出成功树的最小割集经对偶变换后就是事故树的最小径集。图3-25给出了两种常用的转换方法。2021/9/24525332 事故树分析事故树分析 为什么要这样转换呢?因为，对于“与门”连接输入事件和输出事件的情况，只要有一个事件不发生，输出事件就可以不发生，所以，在成功树中换用“或门”连接输人事件和输出事件；而对于“

40、或门”连接的输入事件和输出事件的情况，则必须所有输入事件均不发生，输出事件才不发生，所以，在成功树中换用“与门”连接输入事件和输出事件。例如图3-25所示，其中：、表示事件T，X1，X2不发生。2021/9/245354l例如，图3-26所示为与图3-23事故树对偶的成功树。l 用 、分别表示各事件T、A1、A2、B1、B2、C、X1、X2、X3、X4、X5、X6不发生。2021/9/24545532 事故树分析事故树分析l用布尔代数化简法，求最小径集：l 这样，就得到成功树的四个最小割集，经对偶变换就是事故树的四个最小径集，即：l每一个逻辑和就是一个最小径集，则得到事敌树的四个最小径集为：2

41、021/9/24555632 事故树分析事故树分析l 同样，也可以用最小径集表示事故树，如图3-27所示。其中P1，P2，P3，lP4分别表示四个最小径集。2021/9/245657l3.判别割(径)集数目的方法l 就一个具体的系统而言，如果事故树中的与门多，或门少时，则最小割集的数目较少，分析时从最小割集人手较为简便。反之，如果事故树中的或门多，与门少时，则最小径集的数目较少，分析时从最小径集人手较为简便。l 但是，一个系统往往是很复杂的，有时很难根据与门、或门的数目判定割、径集的数目。下面介绍一种求割、径集的数目的公式。l求割集数目公式：l 求径集数目公式：l式中 i门的编号或代码；202

42、1/9/245758l 如图3-28所示：首先根据事故树画出成功树，再给各基本事件赋予“1”，然后根据输入与输出事件之间的逻辑门确定“加”或“乘”。l割集数目：M1=1+1+l=3l M2=l+1+1=3l T=331=9l 径集数目：M1=1l1=ll M2=1ll=ll T=1+l+1=32021/9/24585932 事故树分析事故树分析l从上例可看出，割集数目比径集数目多，此时用径集分析要比用割集分析简单。如果估算出某事故树的割、径集数目相差不多，一般从分析割集入手较好。这是因为最小割集的意义是导致事故发生的各种途径，得出的结果简明、直观。另外，在作定量分析时，用最小割集分析，还可采用

43、较多的近似公式，而最小径集则不能。l用上述方法得到的割、径集数目，不是最小割、径集的数目，而是最小割径集的上限。只有当事故树中没有重复事件时，得到的割径集数目才是最小割、径集的数目。l4.最小割集和最小径集在事故树分析中的作用l最小割集和最小径集在事故树分析中起着极其重要的作用，其中，尤以最小割集最突出，透彻掌握和灵活运用最小割集和最小径集能使事故树分析达到事半功倍的效果，并为有效地控制事故的发生提供重要依据。2021/9/24596032 事故树分析事故树分析l 最小割集和最小径集的主要作用是：l (1)最小割集表示系统的危险性。求出最小割集可以掌握事故发生的各种可能，为事故调查和事故预防提

44、供方便。l一起事故的发生，并不都遵循一种固定的模式，如果求出了最小割集，就可以马上知道，发生事故的所有可能途径。例如：求得图3-23所示事故树的最小割集为X1，X2、X4，X5、X4，X6，并绘出了它的等效图。这样，它就直观明了地告诉我们，造成顶上事件(事故)发生的途径共三种；或者X1，X2同时发生；或者X4，X5，同时发生；或者X4，X6同时发生。这对全面掌握事故发生规律，找出隐藏的事故模式是非常有效的。而且对事故的预防工作提供了非常全面的信息。这样就可防止头痛医头，脚痛医脚、挂一漏万的问题。2021/9/24606132 事故树分析事故树分析l(2)最小径集表示系统的安全性。求出最小径集我

45、们可以知道，要使事故不发生有几种可能方案。例如：从图3-23所示的等效图中知道，图3-27(最小径集等效表示的图3-29中的事故树)共有4个最小径集：X1，X4，X2、X4，X1，X5，X6，X2，X5，X6。从这个等效图的结构看出，只要卡断“与门”下的任何一个最小径集Pi，就可以使顶上事件不发生。l(3)最小割集能直观地、概略地告诉人们，哪种事故模式最危险，哪种稍次，哪种可以忽略。例如，某事故树有三个最小割集：X1、X1，X3、X4，X5，X6。一般来说，一个事件的割集比两个事件的割集容易发生；两个事件的割集比三个事件的割集容易发生。因为一个事件的割集只要一个事件发生，如X1发生，顶上事件就

46、会发生；而两个事件的割集则必须满足两个条件(即X1和X3同时发生)才能引起顶上事件发生，这是显而易见的。2021/9/24616232 事故树分析事故树分析l(4)利用最小径集可以经济地、有效地选择采用预防事故的方案。我们从图3-27中看出，要消除顶上事件T发生的可能性，可以有四条途径，究竟选择哪条途径最省事、最经济呢?从直观角度看，一般以消除含事件步的最小径集中的基本事件最省事、最经济。消除一个基本事件应比消除两个或多个基本事件要省力。l (5)利用最小割集和最小径集可以直接排出结构重要度顺序(详见结构重要度求解)。l (6)利用最小割集和最小径集计算顶上事件的发生概率和定量分析(详见顶上事

47、件的发生概率求解)。2021/9/24626332 事故树分析事故树分析l5.结构重要度分析l 结构重要度分析是从事故树结构上入手分析各基本事件的重要程度。结构重要度分析一般可以采用两种方法，一种是精确求出结构重要度系数，一种是用最小割集或用最小径集排出结构重要度顺序。l (l)求各基本事件的结构重要度系数。在事故树分析中，各个事件都是两种状态，一种状态是发生，即Xi=1；一种状态是不发生，即Xi=0。各个基本事件状态的不同组合，又构成顶上事件的不同状态，即(X)=1或(X)=0。l 在某个基本事件Xi的状态由0变成l(即0ili)，其他基本事件的状态保持不变，顶上事件的状态变化可能有三种情况

48、：2021/9/24636432 事故树分析事故树分析2021/9/24646532 事故树分析事故树分析l第一种情况和第三种情况都不能说明Xi的状态变化对顶上事件的发生起什么作用，唯有第二种情况说明Xi的作用，即当基本事件Xi的状态，从0变到1，其他基本事件的状度保持不变，顶上事件的状态(0i，X)=0变到(1i，X)=1，也就说明，这个基本事件Xi的状态变化对顶上事件的发生与否起了作用。我们把所有这样的情况累加起来乘以一个系数1/(2n-1)，定义为结构重要度系数(n是该事故树的基本事件的个数)。l 现在，我们以图3-29所示为例，求出各基本事件的结构重要度系数。l图3-29所示事故树共有

49、五个基本事件，其状态组合和顶上事件的状态如表3-1所示。2021/9/2465662021/9/24666732 事故树分析事故树分析 以基本事件X1为例，我们可以从表3-l查出，基本事件X1发生(即X1=1)，不管其他基本事件发生与否，顶上事件也发生(即(X)=1)的组合共12个，即编号18，20，2l，22，23，24，26，28，29，30，3l，32。这12个组合中的基本事件X1的状态由发生变为不发生时，即X1=0其顶上事件也不发生(即(x)=0)的组合，共7个组合，即编号18(1 0 0 0 1)，20(1 0 0 1 1)，2l(1 0 1 0 0)，22(1 0 1 0 1)，2

50、6(1 l 0 0 1)，29(1 l 1 0 0)，30(1 1 1 0 1)。也就是说，在12个组台当中，有5个组合不随基本事件X1，的状态由发生变为不发生的变化而改变顶上事件的状态，即X1=0时，顶上事件也发生，编号为23，24，28，3l，32的5个组台就是这类情况。上面7个组合就是前面讲的第二种情况的个数。我们用7再乘一个系数=l16，就得出基本事件X1的结构重要度系数716，用公式表示为：2021/9/24676832 事故树分析事故树分析l同样我们可以逐个求出事件25的结构重要度系数为：l因而，基本事件结构重要度排序如下l 如果不考虑基本事件的发生概率，仅从基本事件在事故树结构中