《事故树分析》PPT课件.ppt
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1、第三节 事故树的定性分析一、事故一、事故树结构函数定构函数定义二、二、结构函数的性构函数的性质三、三、简单系系统事故事故树的的结构函数构函数四、复四、复杂系系统事故事故树的的结构函数构函数五、五、结构函数运算法构函数运算法则第三节事故树的定性分析1.1.结结结结构函数的定构函数的定构函数的定构函数的定义义义义若事故若事故若事故若事故树树树树有有有有 n n 个相互独立的基本事件个相互独立的基本事件个相互独立的基本事件个相互独立的基本事件,XiXi表示基本事件的状表示基本事件的状表示基本事件的状表示基本事件的状态变态变态变态变量量量量,X1X1仅仅仅仅取取取取 11或或或或 00两种状两种状两种
2、状两种状态态态态;表示事故表示事故表示事故表示事故树顶树顶树顶树顶事件的状事件的状事件的状事件的状态变态变态变态变量量量量,也也也也仅仅仅仅取取取取1 1或或或或0 0两种状两种状两种状两种状态态态态,则则则则有如下定有如下定有如下定有如下定义义义义:因因因因为顶为顶为顶为顶事件的状事件的状事件的状事件的状态态态态完全取决于基本事件完全取决于基本事件完全取决于基本事件完全取决于基本事件XiXi的状的状的状的状态变态变态变态变量量量量(i=1,2,(i=1,2,n),n),所以所以所以所以 是是是是X X的函数的函数的函数的函数,即:即:即:即:=(X(X)其中其中其中其中,X=(X1X=(X1
3、,X2X2,XnXn),),称称称称(X(X)为为为为事故事故事故事故树树树树的的的的结结结结构函数。构函数。构函数。构函数。第三节事故树的定性分析 2.2.结结结结构函数的性构函数的性构函数的性构函数的性质质质质 结结结结构函数构函数构函数构函数(X)(X)具有如下性具有如下性具有如下性具有如下性质质质质:(1)(1)当事故当事故当事故当事故树树树树中基本事件都中基本事件都中基本事件都中基本事件都发发发发生生生生时时时时,顶顶顶顶事件必然事件必然事件必然事件必然发发发发生生生生;当所有基本事当所有基本事当所有基本事当所有基本事件都不件都不件都不件都不发发发发生生生生时时时时,顶顶顶顶事件必然
4、不事件必然不事件必然不事件必然不发发发发生。生。生。生。(2)(2)当基本事件当基本事件当基本事件当基本事件XiXi以外的其他基本事件固定以外的其他基本事件固定以外的其他基本事件固定以外的其他基本事件固定为为为为某一状某一状某一状某一状态态态态,基本事件基本事件基本事件基本事件XiXi由不由不由不由不发发发发生生生生转变为发转变为发转变为发转变为发生生生生时时时时,顶顶顶顶事件可能事件可能事件可能事件可能维维维维持不持不持不持不发发发发生状生状生状生状态态态态,也有可能由也有可能由也有可能由也有可能由不不不不发发发发生状生状生状生状态转变为发态转变为发态转变为发态转变为发生状生状生状生状态态态
5、态。(3)(3)由任意事故由任意事故由任意事故由任意事故树树树树描述的系描述的系描述的系描述的系统统统统状状状状态态态态,可以用全部基本事件作成可以用全部基本事件作成可以用全部基本事件作成可以用全部基本事件作成 或或或或结结结结合的事故合的事故合的事故合的事故树树树树表示系表示系表示系表示系统统统统的最劣状的最劣状的最劣状的最劣状态态态态(顶顶顶顶事件最易事件最易事件最易事件最易发发发发生生生生),),也可以用全部也可以用全部也可以用全部也可以用全部基本事件作成基本事件作成基本事件作成基本事件作成 与与与与 结结结结合的事故合的事故合的事故合的事故树树树树表示系表示系表示系表示系统统统统的最佳
6、状的最佳状的最佳状的最佳状态态态态(顶顶顶顶事件最事件最事件最事件最难难难难发发发发生生生生)。第三节事故树的定性分析 3.3.简单简单系系系系统统事故事故事故事故树树的的的的结结构函数构函数构函数构函数与与与与门门的的的的结结构函数构函数构函数构函数第三节事故树的定性分析bb上式表明,由n个独立事件用“与门”结合的事故树,只要n个基本事件中有一个不发生(状态值为0),则顶事件就不会发生(状态值为0)。所以,函数(X)决定于基本事件Xi i中的最小状态值。第三节事故树的定性分析 3.3.简单简单系系系系统统事故事故事故事故树树的的的的结结构函数构函数构函数构函数或或或或门结门结构函数构函数构函
7、数构函数第三节事故树的定性分析bb上式表明,由上式表明,由n n个独立事件用个独立事件用“或门或门”结合结合构成的事故树,只要构成的事故树,只要n n个基本原因事件中有个基本原因事件中有一个发生一个发生(状态值为状态值为1)1),顶上事件就会发生,顶上事件就会发生(状态值为状态值为1)1)。所以,函数学。所以,函数学(X)(X)决定于基决定于基本事件本事件X Xi i,中的最大状态值。,中的最大状态值。第三节 事故树的定性分析1 1、割集与最小割集、割集与最小割集 2 2、最小割集的求解方法、最小割集的求解方法3 3、径集与最小径集、径集与最小径集4 4、最小径集的求解方法、最小径集的求解方法
8、5 5、最小割集和最小径集在事故树分析中的作用、最小割集和最小径集在事故树分析中的作用第三节 事故树的定性分析bb割集割集也叫做截集或截止集,它是导致顶上事件发生的基本事件的集合。也就是说事故树中一组基本事件的发生,能够造成顶上事件发生,这组基本事件就叫割集。bb引起顶上事件发生的基本事件的最低限度的集合叫最小割集。第三节 事故树的定性分析bb 事故树顶事件发生与否是由构成事故树的各种事故树顶事件发生与否是由构成事故树的各种基本事件的状态决定的。很显然,所有基本事基本事件的状态决定的。很显然,所有基本事件都发生时,顶事件肯定发生。然而,在大多件都发生时,顶事件肯定发生。然而,在大多数情况下,并
9、不是所有基本事件都发生时顶事数情况下,并不是所有基本事件都发生时顶事件才发生,而只要某些基本事件发生就可导致件才发生,而只要某些基本事件发生就可导致顶事件发生。在事故树中,我们把引起顶事件顶事件发生。在事故树中,我们把引起顶事件发生的基本事件的集合称为割集,也称截集或发生的基本事件的集合称为割集,也称截集或截止集。一个事故树中的割集一般不止一个,截止集。一个事故树中的割集一般不止一个,在这些割集中,凡不包含其他割集的,叫做最在这些割集中,凡不包含其他割集的,叫做最小割集。换言之,如果割集中任意去掉一个基小割集。换言之,如果割集中任意去掉一个基本事件后就不是割集,那么这样的割集就是最本事件后就不
10、是割集,那么这样的割集就是最小割集。所以,最小割集是引起顶事件发生的小割集。所以,最小割集是引起顶事件发生的充分必要条件。充分必要条件。第三节 事故树的定性分析bb最小割集的求算方法最小割集的求算方法最小割集的求算方法最小割集的求算方法bb1 1 1 1)布尔代数化简法)布尔代数化简法)布尔代数化简法)布尔代数化简法第三节 事故树的定性分析bb(1 1 1 1)布尔代数化简法)布尔代数化简法)布尔代数化简法)布尔代数化简法bb任何一个事故树都可以用布尔函数任何一个事故树都可以用布尔函数事故树事故树结构式来描述。结构式来描述。化简布尔函数至最简单的若干化简布尔函数至最简单的若干交集的并集(最简析
11、取标准式):交集的并集(最简析取标准式):bb如如 T=x1x2+x2x3x4+x1x4T=x1x2+x2x3x4+x1x4bb则每一交集就是一个最小割集;最简析取标准则每一交集就是一个最小割集;最简析取标准式中有几个交集,则该事故树就有几个最小割式中有几个交集,则该事故树就有几个最小割集。集。bb上例,有上例,有3 3个最小割集:个最小割集:第三节 事故树的定性分析bb用布尔代数法计算最小割集,通常分四个步骤用布尔代数法计算最小割集,通常分四个步骤进行:进行:bb第一第一,建立事故树的布尔表达式。一般从事故,建立事故树的布尔表达式。一般从事故树的顶事件开始,用下一层事件代替上一层事树的顶事件
12、开始,用下一层事件代替上一层事件,直至顶事件被所有基本事件代替为止。件,直至顶事件被所有基本事件代替为止。bb第二第二,将布尔表达式化为析取标准式。,将布尔表达式化为析取标准式。bb第三第三,化析取标准式为最简析取标准式。,化析取标准式为最简析取标准式。bb第四第四,根据最简析取标准式写出最小割集。,根据最简析取标准式写出最小割集。bb化简最普通的方法是,当求出割集后,对所有化简最普通的方法是,当求出割集后,对所有割集逐个进行比较,使之满足最简析取标准式割集逐个进行比较,使之满足最简析取标准式的条件。的条件。第三节 事故树的定性分析第三节 事故树的定性分析bbT TA1A1A2A2X1B1X2
13、X1B1X2X4B2X4B2bbX1(X1X1(X1X3)X2X3)X2X4(CX4(CX6)X6)bbX1X1X2X1X1X2X1X3X2X1X3X2X4(X4X5X4(X4X5X6)X6)bbX1X2X1X2X1X2X3X1X2X3X4X4X5X4X4X5X4X6X4X6bbX1X2X1X2X1X2X3X1X2X3X4X5X4X5X4X6X4X6bbX1X2X1X2X4X5X4X5X4X6X4X6bb所得的三个最小割集所得的三个最小割集 X1 X1,X2X2、X4X4,X5X5、X4X4,X6X6 。第三节 事故树的定性分析bb行列法行列法bb行列法是行列法是19721972年福塞尔提出的
14、方法,所以也称其为福塞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:尔法。其理论依据是:事故树事故树“或门或门”使割集的数量使割集的数量增加,而不改变割集内所含事件的数量;增加,而不改变割集内所含事件的数量;“与门与门”使使割集内所含事件的数量增加,而不改变割集的数量。割集内所含事件的数量增加,而不改变割集的数量。bb求取最小割集时,求取最小割集时,首先从顶事件开始,顺序用下一事首先从顶事件开始,顺序用下一事件代替上一层事件,在代换过程中,凡是用件代替上一层事件,在代换过程中,凡是用“或门或门”连接的输入事件,按列排列,用连接的输入事件,按列排列,用“与门与门”连接的输人连接的输人事
15、件,按行排列;事件,按行排列;这样,逐层向下代换下去,直到顶这样,逐层向下代换下去,直到顶事件全部为基本事件表示为止。事件全部为基本事件表示为止。bb最后列写的每一行基本事件集合,即是一个割集;最后列写的每一行基本事件集合,即是一个割集;bb经过简化,若集合内元素不重复出现,且各集合间没经过简化,若集合内元素不重复出现,且各集合间没有包含的关系,这些集合便是最小割集;一般情况下,有包含的关系,这些集合便是最小割集;一般情况下,需要用布尔代数法、质数代表法等对各行进行化简,需要用布尔代数法、质数代表法等对各行进行化简,而求得最小割集。而求得最小割集。第三节 事故树的定性分析bb我们看到,顶上事件
16、T与中间事件A1、A2是用“或门”连接的,所以,应当成列摆开,即bb bbA1、A2与下一层事件B1、B2、X1、X2、X4的连结均为“与门”,所以成行排列:bb 第三节 事故树的定性分析bb下面依此类推:第三节 事故树的定性分析bb整理上式得:第三节 事故树的定性分析bb下面对这四组集合用布尔代数化简,根据AAA,则X1X1X1,X4X4X4,即 第三节 事故树的定性分析bb又根据AABA,则X1X2X1X2X3X1X2,即 第三节 事故树的定性分析bb于是,就得到三个最小割集于是,就得到三个最小割集X1X1,X2X2,X4 X4,X5X5,X4 X4,X6X6。按最小割集化简后的事故树,。
17、按最小割集化简后的事故树,如图如图4 42626所示所示:第三节 事故树的定性分析bb径集径集也叫通集或路集。如果事故树中某些基本事件不发生,顶上事件就不发生,这些基本事件的集合就称为径集。bb最小径集最小径集保证顶上事件不发生的最小限度的基本事件集合叫最小径集。第三节 事故树的定性分析bb 在事故树中,当所有基本事件都不发生时,顶在事故树中,当所有基本事件都不发生时,顶事件肯定不会发生。然而,顶事件不发生常常事件肯定不会发生。然而,顶事件不发生常常并不要求所有基本事件都不发生,而只要某些并不要求所有基本事件都不发生,而只要某些基本事件不发生顶事件就不会发生。这些不发基本事件不发生顶事件就不会
18、发生。这些不发生的基本事件的集合称为径集、也称通集或路生的基本事件的集合称为径集、也称通集或路集。在同一事故树中,不包含其他径集的径集集。在同一事故树中,不包含其他径集的径集称为最小径集。如果径集中任意去掉一个基本称为最小径集。如果径集中任意去掉一个基本事件后就不再是径集,那么该径集就是最小径事件后就不再是径集,那么该径集就是最小径集。所以,最小径集是保证顶事件不发生的充集。所以,最小径集是保证顶事件不发生的充分必要条件。分必要条件。第三节 事故树的定性分析bb最小径集的求算方法最小径集的求算方法bb求取最小径集有多种方法,其中最常用的是利用成功树求最小径集的方法,本书重点介绍这种方法。第三节
19、 事故树的定性分析bb对偶树法对偶树法利用成功树求最小径集利用成功树求最小径集bb利用成功树求最小径集的方法利用成功树求最小径集的方法bb根据德.摩根律bb (A+B)ABbb (AB)A+Bbb事件或的补等于补事件的与,事件与的补等于补事件的或。bb根据这一规律,第三节 事故树的定性分析bb成功树:我们把事故树的事件发生用事件不发成功树:我们把事故树的事件发生用事件不发成功树:我们把事故树的事件发生用事件不发成功树:我们把事故树的事件发生用事件不发生代替,把与门用或门代替,或门用与门代替,生代替,把与门用或门代替,或门用与门代替,生代替,把与门用或门代替,或门用与门代替,生代替,把与门用或门
20、代替,或门用与门代替,得到与原事故树对偶的成功树得到与原事故树对偶的成功树得到与原事故树对偶的成功树得到与原事故树对偶的成功树,bb就可以利用成功树求出原事故树的最小径集。就可以利用成功树求出原事故树的最小径集。bb对于成功树,它的最小割集是使其顶上事件对于成功树,它的最小割集是使其顶上事件(原事故树顶上事件的补事件)发生的一种途(原事故树顶上事件的补事件)发生的一种途径,即使原事故树顶上事件不发生的一种途径。径,即使原事故树顶上事件不发生的一种途径。所以,所以,bb成功树的最小割集就是原事故树的最小径集成功树的最小割集就是原事故树的最小径集成功树的最小割集就是原事故树的最小径集成功树的最小割
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