安全系统工程第3章-事故树分析.pptx
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1、事故树分析事故树分析BUCT College of Information Science&Technology事故树分析概述事故树分析概述 事故树分析方法的产生及开展事故树分析方法的产生及开展 事故树分析(事故树分析(Fault Tree Analysis,简称,简称FTA),又称),又称故障树分析,是一种演绎推理法,把系统可能发生的某种事故障树分析,是一种演绎推理法,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,找出故树的树形图表示,通过对事故树的定性与定量分析,
2、找出事故发生的主要原因。事故发生的主要原因。它不仅能分析出事故的直接原因,而且能深入地揭示出它不仅能分析出事故的直接原因,而且能深入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,思路清楚,逻辑性强。路清楚,逻辑性强。BUCT College of Information Science&Technology事故树分析概述事故树分析概述 事故树分析方法的产生及开展事故树分析方法的产生及开展国外国外60年代初期,很多高新产品在没有确保平安的情况下就年代初期,很多高新产品在没有确保平安的情况下就投入市场,导致大量使用事故的发生,从而迫使
3、企业寻找一投入市场,导致大量使用事故的发生,从而迫使企业寻找一种科学方法确保平安。种科学方法确保平安。1961年年 贝尔贝尔 研究所为研究民兵式导弹发射操作系统研究所为研究民兵式导弹发射操作系统时首先提出了事故树分析;时首先提出了事故树分析;1974年年 原子能原子能 会运用会运用FTA对核电站事故进行了风险对核电站事故进行了风险评价,发表了著名的评价,发表了著名的拉姆逊报告拉姆逊报告。从而使事故树分析受。从而使事故树分析受到了广泛的重视。到了广泛的重视。BUCT College of Information Science&Technology事故树分析概述事故树分析概述 事故树分析方法的产
4、生及开展事故树分析方法的产生及开展国内国内在在1978年开始开展事故树分析方法的研究。目前已有很年开始开展事故树分析方法的研究。目前已有很多部门和企业正在进行普及和推广工作,促进了企业的平安多部门和企业正在进行普及和推广工作,促进了企业的平安生产。生产。80年代末,铁路运输系统开始把事故树分析方法应用到年代末,铁路运输系统开始把事故树分析方法应用到平安生产和劳动保护上来,也已取得了较好的效果。平安生产和劳动保护上来,也已取得了较好的效果。BUCT College of Information Science&Technology 事故树分析特点事故树分析特点优点优点(1)事故树分析是一种图形演
5、绎方法,是事故事件在一定条)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。件下的逻辑推理方法。(2)FTA具有很大的灵活性,不仅可以分析某些单元故障对具有很大的灵活性,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进行分析。系统的影响,还可以对导致系统事故的特殊原因进行分析。(3)进行)进行FTA的过程,是一个对系统更深入认识的过程,它的过程,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因素对事故发生影
6、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,从而提高了系统的平安性。程中就被发现和解决了,从而提高了系统的平安性。(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,)利用事故树模型可以定量计算复杂系统发生事故的概率,为改善和评价系统平安性提供了定量依据。为改善和评价系统平安性提供了定量依据。事故树分析概述事故树分析概述BUCT College of Information Science&Technology 事故树分析特点事故树分析特点缺点缺点(1)FTA需要花费大量的人力、物力和时间;需要花费大量的人力、物力和时间;(2)FTA的难度较大,建树过程复杂,需要经验丰富的
7、技的难度较大,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;术人员参加,即使这样,也难免发生遗漏和错误;(3)FTA只考虑(只考虑(0,1)状态的事件,而大局部系统存)状态的事件,而大局部系统存在局部正常、局部故障的状态,因而建立数学模型时,会产在局部正常、局部故障的状态,因而建立数学模型时,会产生较大误差;生较大误差;(4)FTA虽然可以考虑人的因素,但人的失误很难量化。虽然可以考虑人的因素,但人的失误很难量化。事故树分析概述事故树分析概述BUCT College of Information Science&Technology 事故树概念事故树概念 “树树”的
8、分析技术是属于系统工程的图论范畴。的分析技术是属于系统工程的图论范畴。“树树”是是其网络分析技术中的概念,要明确什么是其网络分析技术中的概念,要明确什么是“树树”,首先要弄清,首先要弄清什么是什么是“图图”,什么是,什么是“圈圈”,什么是连通图等。,什么是连通图等。图论中的图是指由假设干个点及连接这些点的连线组成图论中的图是指由假设干个点及连接这些点的连线组成的图形。图中的点称为节点,线称为边或弧。的图形。图中的点称为节点,线称为边或弧。节点表示某一个具体事物,边表示事物之间的某种特定节点表示某一个具体事物,边表示事物之间的某种特定的关系。的关系。一个图中,假设任何两点之间至少有一条边则称这个
9、图一个图中,假设任何两点之间至少有一条边则称这个图是连通图。假设图中某一点、边顺序衔接,序列中始点和终点是连通图。假设图中某一点、边顺序衔接,序列中始点和终点重合,则称之为圈(或回路)。重合,则称之为圈(或回路)。树就是一个无圈(或无回路)的连通图(在图中,包含树就是一个无圈(或无回路)的连通图(在图中,包含所有节点,但没有构成闭合回路的子图就称为树)。所有节点,但没有构成闭合回路的子图就称为树)。事故树分析概述事故树分析概述BUCT College of Information Science&Technology 事件的概念:事件的概念:事件的概念:事件的概念:各种非正常状态或不正常情况皆
10、称各种非正常状态或不正常情况皆称各种非正常状态或不正常情况皆称各种非正常状态或不正常情况皆称事故事件事故事件事故事件事故事件,各种各种各种各种完好状态或正常情况皆称完好状态或正常情况皆称完好状态或正常情况皆称完好状态或正常情况皆称成功事件成功事件成功事件成功事件,两者均简称为两者均简称为两者均简称为两者均简称为事件事件事件事件。事故树的符号事故树的符号事故树的符号事故树的符号(1)事件符号)事件符号(2)逻辑门符号)逻辑门符号(3)转移符号)转移符号(1 1)事件及事件符号)事件及事件符号事故树分析事故树分析BUCT College of Information Science&Technol
11、ogy结果事件结果事件结果事件结果事件 底事件底事件底事件底事件特殊事件特殊事件特殊事件特殊事件顶上事件顶上事件顶上事件顶上事件中间事件中间事件中间事件中间事件根本领件根本领件根本领件根本领件省略事件省略事件省略事件省略事件正常事件正常事件正常事件正常事件条件事件条件事件条件事件条件事件是事故树分析中所关心的结果事件是事故树分析中所关心的结果事件,位于事故树的顶端位于事故树的顶端,是系统可能发是系统可能发生的或实际已经发生的事故结果。生的或实际已经发生的事故结果。位于事故树顶上事件和底事件之间位于事故树顶上事件和底事件之间的结果事件的结果事件导致顶事件发生的最根本的或不能导致顶事件发生的最根本
12、的或不能再向下分析的原因或缺陷事件再向下分析的原因或缺陷事件没有必要进一步向下分析或其原因没有必要进一步向下分析或其原因不明确的原因事件。不明确的原因事件。在正常工作条件下必然发生或必然在正常工作条件下必然发生或必然不发生的事件不发生的事件限制逻辑门开启的事件限制逻辑门开启的事件事件及符号事件及符号事故树分析概述事故树分析概述BUCT College of Information Science&Technology或门或门(2 2 2 2)逻辑门符号)逻辑门符号)逻辑门符号)逻辑门符号 逻辑门是连接各事件并表示其逻辑关系的符号。逻辑门是连接各事件并表示其逻辑关系的符号。B1B2B1B2AA与
13、门与门K1K2灯亮灯亮K1合合K2合合K1K2灯亮灯亮+K1合合K2合合事故树分析概述事故树分析概述BUCT College of Information Science&TechnologyB1B2B1B2BAAA氧气瓶超压爆炸氧气瓶超压爆炸接近热源接近热源接近热源接近热源在太阳在太阳在太阳在太阳下暴晒下暴晒下暴晒下暴晒应力超过钢瓶极限应力超过钢瓶极限+油库油气爆炸油库油气爆炸火源火源火源火源油气集聚油气集聚油气集聚油气集聚达到油气爆炸极限达到油气爆炸极限条件或门条件或门条件与门条件与门禁门禁门仅当条件事件发生时,输入事件的发生方导仅当条件事件发生时,输入事件的发生方导致输出事件的发生。致输
14、出事件的发生。事故树分析概述事故树分析概述BUCT College of Information Science&Technology非门非门 表决门表决门 异或门异或门 表示输出事件是输入事件的对立事件。表示输出事件是输入事件的对立事件。当且仅当输入事件有当且仅当输入事件有m(mn)个或)个或m个以上事件同时发生时,输出事件才个以上事件同时发生时,输出事件才发生。发生。仅当单个输入事件发生时,输出事件仅当单个输入事件发生时,输出事件才发生。才发生。事故树分析概述事故树分析概述BUCT College of Information Science&Technology转入符号,表示在别处的局部
15、树,由该处转入符号,表示在别处的局部树,由该处转入(在三角形内标出从何处转入);转入(在三角形内标出从何处转入);(3 3 3 3)转移符号)转移符号)转移符号)转移符号 转出符号,表示这局部树由此处转移至转出符号,表示这局部树由此处转移至转出符号,表示这局部树由此处转移至转出符号,表示这局部树由此处转移至他处(在三角形内标出向何处转移)。他处(在三角形内标出向何处转移)。他处(在三角形内标出向何处转移)。他处(在三角形内标出向何处转移)。事故树分析概述事故树分析概述BUCT College of Information Science&Technology事事故故树树分分析析程程序序确定顶上
16、事件确定顶上事件理解系统理解系统构造构造FTA改善系统改善系统调查事故原因调查事故原因确定目标、给出概率数据确定目标、给出概率数据定性分析定性分析结构结构重要度重要度分析分析求解求解最小最小径集径集求解求解最小最小割集割集定量分析定量分析概率概率重要度重要度分析分析顶上事顶上事件发生件发生概率概率临界度临界度分析分析技术资料技术资料反响修正反响修正事故树分析事故树分析BUCT College of Information Science&Technology事事故故树树的的编编制制1989年年8月月12日日9时时55分,青岛黄岛油库的原油罐群因雷击发生爆炸起火。这分,青岛黄岛油库的原油罐群因雷
17、击发生爆炸起火。这场事故造成场事故造成5个油罐报废,个油罐报废,4万吨原油燃烧,损失万吨原油燃烧,损失1401万元,万元,19人死亡,人死亡,,74人受伤。残火至人受伤。残火至16日才全部扑灭。日才全部扑灭。2005.12.11英国首都伦敦西北部的赫默尔亨普斯特德镇的油库爆炸,造成英国首都伦敦西北部的赫默尔亨普斯特德镇的油库爆炸,造成36人受伤人受伤事故树分析事故树分析BUCT College of Information Science&Technology采用事故树分析方法,采用事故树分析方法,建立油库静电爆炸事建立油库静电爆炸事故树。故树。油库静电爆炸油库静电爆炸到达爆炸极限到达爆炸极限
18、油气积聚油气积聚静电火花静电火花油罐静电放电油罐静电放电人体静电放电人体静电放电穿化穿化纤衣纤衣服服接近接近导体导体油气油气挥发挥发库区库区通风通风不畅不畅静电积聚静电积聚飞溅油飞溅油与空气与空气摩擦摩擦油液油液流速流速高高油液油液冲击冲击器壁器壁管道管道内壁内壁粗糙粗糙接地不良接地不良接地接地线损线损坏坏未设未设接地接地接地接地电阻电阻不符不符事故树分析事故树分析BUCT College of Information Science&TechnologyTa1A2A1A3A5A6A4+X1X1X2X2X3X3X4X4X5X5X6X6X7X7X8X8+X9X9X10X10X11X11+T:油库
19、静电爆炸油库静电爆炸a1:到达爆炸极限到达爆炸极限A1:静电火花静电火花A2:油气到达可燃浓度油气到达可燃浓度A3:油库静电放电油库静电放电A4:人体静电放电人体静电放电A4:静电积累静电积累A6:接地不良接地不良X1:X1:油气存在油气存在油气存在油气存在X2:X2:库区通风不良库区通风不良库区通风不良库区通风不良X3:X3:穿化纤衣服穿化纤衣服穿化纤衣服穿化纤衣服X4:X4:与导体接近与导体接近与导体接近与导体接近X5:X5:油液流速高油液流速高油液流速高油液流速高X6:X6:管道内壁粗糙管道内壁粗糙管道内壁粗糙管道内壁粗糙X7:X7:油液冲击器壁油液冲击器壁油液冲击器壁油液冲击器壁X8:
20、X8:飞溅油与空气摩擦飞溅油与空气摩擦飞溅油与空气摩擦飞溅油与空气摩擦X9:X9:未设防静电装置未设防静电装置未设防静电装置未设防静电装置X10:X10:接地线损坏接地线损坏接地线损坏接地线损坏X11:X11:接地电阻不合要求接地电阻不合要求接地电阻不合要求接地电阻不合要求事故树标准化事故树标准化事故树分析事故树分析BUCT College of Information Science&Technology 例题例题 某金矿宿舍楼建筑工地管理不善,多层施工不设某金矿宿舍楼建筑工地管理不善,多层施工不设平安网;工人有时不佩戴平安带或平安带有劣质产品。平安网;工人有时不佩戴平安带或平安带有劣质产品
21、。瓦工李某在脚手架上搬砖时,上层突然掉下一块短木,瓦工李某在脚手架上搬砖时,上层突然掉下一块短木,该瓦工躲闪致使身体失去平衡,重心超出脚手架而坠该瓦工躲闪致使身体失去平衡,重心超出脚手架而坠落,撞在硬水泥地面上死亡。试画出这一坠落死亡事落,撞在硬水泥地面上死亡。试画出这一坠落死亡事故的事故树。故的事故树。事故树分析事故树分析BUCT College of Information Science&TechnologyTA6A5A3A1A2A4X7X7X1X1X2X2+X8X8+X3X3X4X4+X5X5X6X6A1:机械性破坏;机械性破坏;A2:没使用平安带;:没使用平安带;A3:平安带机能故障
22、;:平安带机能故障;A4:不慎坠落;:不慎坠落;A5:从脚手架上坠落;:从脚手架上坠落;A6:重心不稳;:重心不稳;X1:平安带支撑物破坏;:平安带支撑物破坏;X2:平安带折断;:平安带折断;X3:移动而取下平安带;:移动而取下平安带;X4:工人忘记佩戴;:工人忘记佩戴;X5:在脚手架上走动,脚踩空;:在脚手架上走动,脚踩空;X6:身体失去平衡;:身体失去平衡;X7:重心超出架子;:重心超出架子;X8:无平安网时,较高或下方有尖角石:无平安网时,较高或下方有尖角石 头致死。头致死。从脚手架上坠落致死故障树从脚手架上坠落致死故障树事故树分析事故树分析BUCT College of Informa
23、tion Science&Technology事故树分析相关数学知识事故树分析相关数学知识(1)集合的概念)集合的概念事故树分析就是研究某一个事故树中各根本领件构成的各种集合,以事故树分析就是研究某一个事故树中各根本领件构成的各种集合,以及它们之间的逻辑关系,最后到达最优化处理的一门技术。及它们之间的逻辑关系,最后到达最优化处理的一门技术。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。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表示;不包含任何元素的集合称为空集,用符号合称
24、为空集,用符号表示。表示。(2)集合论)集合论大写字母表示集合,小写字母表示元素;大写字母表示集合,小写字母表示元素;集合的表示方法有三种:集合的表示方法有三种:枚举法:如:枚举法:如:A=1,2,3;描述法:描述集合中元素的共同属性,如:描述法:描述集合中元素的共同属性,如:B=x x5;图示法:用一条封闭的曲线的内部来表示一个集合图示法:用一条封闭的曲线的内部来表示一个集合文氏图文氏图 事故树定量分析事故树定量分析BUCT College of Information Science&Technology集合运算集合运算集合运算主要讨论由给定的集合产生新集合的方法。集合运算主要讨论由给定的
25、集合产生新集合的方法。并集:设并集:设A、B是两个集合,则属于是两个集合,则属于A或属于或属于B的所有元素的所有元素所组成的集合所组成的集合S,叫,叫A与与B的并集。并集用符号的并集。并集用符号表示,如表示,如S=B1 B2;交集:设交集:设A、B是两个集合,那么同时属于是两个集合,那么同时属于A又属于又属于B的所的所有元素所组成的集合有元素所组成的集合P,叫做,叫做A与与B的交集。两个集合相交的的交集。两个集合相交的关系用符号关系用符号表示,如表示,如P=C1C2;补集:在整个集合(补集:在整个集合()中集合的补集为一个不属于)中集合的补集为一个不属于集的所有元素的集。补集又称余,记为集的所
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