[精选]系统安全分析34209.pptx
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1、安全系统工程安全系统工程能源与安全学院能源与安全学院安全工程专业安全工程专业授课教师:秦汝祥授课教师:秦汝祥 1385544982813855449828二二一三年八月一三年八月2 系统安全分析系统安全分析 本章重点:本章重点:1.掌握系统分析方法的应用条件;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。掌握系统安全分析方法的分析步骤、内容。本章学习目标: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;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;熟悉几种常用分析方法;3.了解各方法的适应性条件。了解各方法的适应性条件。安全系统
2、工程22.1 概述概述系统安全分析系统安全分析概念概念目的目的运用系统工程的原理和方法,运用系统工程的原理和方法,辨识、分析系统中的危险因辨识、分析系统中的危险因素,对导致系统故障或事故素,对导致系统故障或事故的各危险因素及其关联性进的各危险因素及其关联性进行定性或定量描述的一种科行定性或定量描述的一种科学方法。学方法。查明系统中的危险因素。查明系统中的危险因素。系统安全分析系统安全分析方法方法安全检查表安全检查表预先危险性分析预先危险性分析故障类型与影响分析故障类型与影响分析危险与可操作性研究危险与可操作性研究事件树事件树事故树事故树安全系统工程32.1 概述概述 系统安全分析内容系统安全分
3、析内容(1)诱发或直接导致事故的因素及其相互关系)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)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)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)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)(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)事故后果进行分析危险因素分析危险因素分析故障或事故故障或事故系统系统安全系统工程42.1 概述概述 数理方法分类:数理方法分类:定性分析:安全检查表、预先危险性、危险与可操作性定性分析:安全检查表、预先危险性、危险
4、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、定量分析:故障类型与影响分析(危险度)、事件树分析、事故树分析事故树分析2)系统分析方法分类)系统分析方法分类数理方法分类: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、定量分析:故障类型与影响分析(危险度)、事件树分析、事故树分析事故树分析逻辑方法分类:逻辑方法分类:归纳法:原因归纳法:原因 危险源危险源 安全检查表、预先危险性、故障类型与影响分析、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、
5、事件树分析危险与可操作性研究、事件树分析 演绎法:演绎法:危险源危险源 原因原因 事故树分析、因果分析事故树分析、因果分析事件过程分类: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、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、因果分析动态分析法:事件树分析、因果分析安全系统工程52.2 系统可靠性分析系统可靠性分析 1)定义)定义可靠性可靠性: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。: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、
6、平均无故障间隔等衡量可靠性。可通过可靠度、失效率、平均无故障间隔等衡量可靠性。“规定条件规定条件”包括使用时的环境条件和工作条件。包括使用时的环境条件和工作条件。“规定时间规定时间”是指产品规定了的任务时间。是指产品规定了的任务时间。“规定功能规定功能”是指产品规定了必须具备的功能及其技术指标。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(狭义可靠性(Specific Reliability):狭义可靠性是系统在使用期间):狭义可靠性是系统在使用期间没有发生故障的性质。没有发生故障的性质。广义可靠性(广义可靠性(Generalized Reliability):可靠性是指使用者对产品)
7、: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。的满意程度或对企业的信赖程度。安全系统工程62.2 系统可靠性分析系统可靠性分析 耐久性耐久性:产品使用无故障性或使用寿命长就是耐久性。: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: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。修排除故障。设计可靠性设计可靠性:设计的时候必须充分考虑产品的易使用性和易操作: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。性,这就是设计可靠性。2)可靠性要素)可靠性要素安全系统工程72.2 系统可靠性分析系统可靠性分析
8、 故障故障(Failure):指系统、设备、元件等在运行过程中性能低下,不: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。能实现预定功能的状态。故障时间故障时间:系统、设备、元件等从投入使用开始到发生故障所经历: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。的时间。寿命寿命:系统、设备、元件不能恢复时,故障时间即为它们的寿命。: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)故障安全系统工程82.2 系统可靠性分析系统可靠性分析 故障率故障率: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:指正常工作到某时刻的系统、设备和零件,在此后单位时间
9、内所发生事故的比率,用所发生事故的比率,用表示,在系统安全分析中经常使用这一指标。表示,在系统安全分析中经常使用这一指标。3)故障)故障故障率是时间故障率是时间t的函数,也记为的函数,也记为(t),称为故障率(失效率)函数,有时也,称为故障率(失效率)函数,有时也称为风险函数。称为风险函数。故障率是在时刻故障率是在时刻t尚未失效产品,在尚未失效产品,在t+t的单位时间内发的单位时间内发生故障的条件概率。生故障的条件概率。即它反映即它反映t时刻故障的速率时刻故障的速率,也称为瞬时故障率。,也称为瞬时故障率。安全系统工程92.2 系统可靠性分析系统可靠性分析 可靠度可靠度(Reliability)
10、:是产品在规定的条件下和规定的时间内,完成: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,一般用规定功能的概率,一般用R表示。表示。4)可靠性度量指标()可靠性度量指标(1)-概率度量概率度量不可靠度不可靠度(Falibility):就是产品在规定条件下,在规定时间内未完成规):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,一般用定功能的概率,也称累积失效概率,一般用F表示。表示。根据定义根据定义为故障密度函数为故障密度函数安全系统工程102.2 系统可靠性分析系统可靠性分析 失效失效(Invalidation):是指产品丧失规定功能称为失效。:是指产品丧
11、失规定功能称为失效。4)可靠性度量指标()可靠性度量指标(2)-概率度量概率度量失效率失效率(Failure Rate):也称故障率,是指工作到某时刻尚未失效的产):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。品,在该时刻后单位时间内失效的概率。安全系统工程112.2 系统可靠性分析系统可靠性分析 定义定义公式形式公式形式故障密度故障密度相对全样本而言相对全样本而言故障率故障率相对相对t时刻尚未失时刻尚未失效的样本而言效的样本而言故障密度(函数)和故障率(函数)之间的区别故障密度(函数)和故障率(函数)之间的区别安全系统工程122.2 系统可靠性分析系统可靠性分
12、析 维修度维修度: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: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,通常用的概率,通常用M(t)表示。)表示。5)维修度与维修率)维修度与维修率-概率度量概率度量维修率维修率: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: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,用内完成维修的比率,用 表示。表示。维修概率密度函数维修概率密度函数:安全系统工程132.2 系统可靠性分析系统可靠性分析 5)可靠度和维修度的)可靠度和维修度的时间度量时间度量1-部分高校考研内容部分高校考研内容故障前平均工作
13、时间(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: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。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: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:不可修复系统不可修复系统安全系统工程145)可靠度和维修度的)可靠度和维修度的时间度量时间度量2-部分高校考研内容部分高校考研内容平均故障间隔时间(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: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
14、邻故障间的平均工作时间。仍能正常工作,其在两次相邻故障间的平均工作时间。可修复系统可修复系统2.2 系统可靠性分析系统可靠性分析 平均故障修复时间(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:是指产品出现故障后到恢复正常工作时所需要的时间。需要的时间。t1t2t3123工作工作修复修复工作工作修复修复工作工作修复修复工作工作修复修复安全系统工程156)设备(元件)可靠度计算)设备(元件)可靠度计算-部分高校考研内容部分高校考研内容2.2 系统可靠性分析系统可靠性分析 计算依据:故障时间分布函数计算依据:故障时间分布函数。举例:故障时间分布函数为负指数分布。举例:故障时间
15、分布函数为负指数分布。故障发生概率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)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)数学期望数学期望平均无故障时间内故障概率:平均无故障时间内故障概率:安全系统工程166)设备(元件)可靠度计算)设备(元件)可靠度计算-部分高校考研内容部分高校考研内容2.2 系统可靠性分析系统可靠性分析 例例 某设备运转某设备运转7000h,共发生,共发生10次故障。若故障间隔时间服从负次故障。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作1000
16、h后的可靠度。后的可靠度。解:平均故障间隔时间为:解:平均故障间隔时间为:工作工作1000h的可靠度为:的可靠度为:安全系统工程177)典型故障次数分布函数)典型故障次数分布函数2.2 系统可靠性分析系统可靠性分析 当故障时间服从负指数当故障时间服从负指数 分布时,及故障发生率为常数,一定时间内故障分布时,及故障发生率为常数,一定时间内故障发生次数发生次数N(t)服从泊松分布。服从泊松分布。自自时时刻刻t=0到到t时时刻,刻,发发生生n次故障的概率次故障的概率为为(以以t为参数的泊松分布为参数的泊松分布):):到到t时刻发生不超过时刻发生不超过n次故障的概率:次故障的概率:到到t时刻平均发生时
17、刻平均发生n次故障的概率:次故障的概率:安全系统工程188)人员操作可靠度)人员操作可靠度2.2 系统可靠性分析系统可靠性分析 人为失误人为失误: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: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。要求的功能不一致。(1)人为失误及其分类)人为失误及其分类 分类分类:随机失误随机失误-人的动作、行为的随机性质引起的人为失误。人的动作、行为的随机性质引起的人为失误。系统失误系统失误-工作条件方面的问题,或人员的不正常状态引起的。工作条件方面的问题,或人员的不正常状态引起的。偶发失误偶发失误-由于某种偶然出现的意外情况引起
18、的过失行为,或者事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。先难以预料的意外行为。生产事故中有生产事故中有5090%是因人员操作失误导致。是因人员操作失误导致。人为失误发生环节人为失误发生环节:计划、设计、制造、安装、使用、维修以及管理等计划、设计、制造、安装、使用、维修以及管理等所有过程。所有过程。安全系统工程198)人员操作可靠度)人员操作可靠度2.2 系统可靠性分析系统可靠性分析 心理紧张影响因素:心理紧张影响因素:(1)工作任务;)工作任务;(2)酗酒、疲劳、生理等身体状况因素;)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
19、因素;)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。)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。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)人心理紧张与失误安全系统工程208)人员操作可靠度)人员操作可靠度2.2 系统可靠性分析系统可靠性分析 人认知可靠性模型(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:异常情况下,时间充裕度对人为失误概率的影响。影响。(3)人员操作可靠度分析模型)人员操作可靠度分析模型 式中式中 t 可供选择、执行恰当行为的时间可供选择、执行恰当行为的时间 T0.5 选择、执行恰当
20、行为时间的平均值选择、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与人员行为层次有关的系数 行行为层为层次次ABC反射反射0.4070.71.2规则规则0.6010.60.9知知识识0.7910.50.8根据出现的现象下意识做出反应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,按规则要求做出反应根据现象,操作者分析后做出反应根据现象,操作者分析后做出反应安全系统工程218)人员操作可靠度)人员操作可靠度2.2 系统可靠性分析系统可靠性分析 单元操作人员失误概率:单元操作人员失误概率:(4)人为失误率预测技术()人为失误率预测技术(THERP)式中,式中,P
21、1基本失基本失误误概率,取决于概率,取决于单单元操作特征和人机匹配情况;元操作特征和人机匹配情况;P2失失误发误发生后没有生后没有纠纠正的概率;正的概率;k 考考虑虑操作者操作者紧张紧张的系数。的系数。E=k P1 P2上述参数可通过查表获得。上述参数可通过查表获得。安全系统工程229)系统可靠度计算)系统可靠度计算2.2 系统可靠性分析系统可靠性分析 (1)串联系统可靠性)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。组成系统的任一元素发生故障都会导致系统故障。系统故障时间系统故障时间是最先发生故障的元素故障时间。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
22、时:串联系统的各元素的故障时间相互独立时:系统可靠度系统可靠度系统故障概率系统故障概率系统故障率系统故障率系统故障时间系统故障时间互补互补倒数倒数安全系统工程239)系统可靠度计算)系统可靠度计算2.2 系统可靠性分析系统可靠性分析 (2)并联系统可靠性)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。只有组成系统的所有元素发生故障时,系统才发生故障。系统故障时间系统故障时间是所有元素故障时间的累和。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:系统的各元素的故障时间相互统计独立时:系统可靠度系统可靠度系统故障概率系统故障概率互补互补系统平均故障时间系统平均
23、故障时间 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,但仅增加加,但仅增加1/n所以不宜多加。所以不宜多加。安全系统工程249)系统可靠度计算)系统可靠度计算2.2 系统可靠性分析系统可靠性分析 (3)计算举例)计算举例-汽车制动系统可靠性汽车制动系统可靠性 安全系统工程252.2 系统可靠性分析系统可靠性分析 安全系统工程2610)提高系统可靠度途径)提高系统可靠度途径2.2 系统可靠性分析系统可靠性分析 提高设计可靠性提高设计可靠性 设置安全系数设置安全系数 降低许用值降低许用值 冗余设计冗余设计 故障故障安全设计
24、安全设计提高系统维修效果提高系统维修效果 预防性维修预防性维修 修复性维修修复性维修提高安全监控系统可靠性提高安全监控系统可靠性 安全系统工程272.3 安全检查表安全检查表 1)安全检查)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。的有效途径,也是消除事故隐患的重要手段之一。时间上:时间上:定期性检查定期性检查 不定期检查不定期检查性质上:性质上:普遍检查普遍检查 专业检查专业检查 季节性检查季节性检查分类分类安全系统工程28安全检查的内容安全检查的内容(1)查
25、思想)查思想安全意识和安全素质。安全意识和安全素质。(3)查纪律)查纪律劳动纪律执行情况、安全生产责任制落实情况。劳动纪律执行情况、安全生产责任制落实情况。(5)查隐患)查隐患设备不安全因素或事故隐患;劳动者是否存在不安全行为等。设备不安全因素或事故隐患;劳动者是否存在不安全行为等。(6)查事故处理)查事故处理是否按是否按“四不放过四不放过”(事故原因不清不放过、事故责任人和广大职工没有(事故原因不清不放过、事故责任人和广大职工没有受到教育不放过、没有制定出防范措施不放过、责任人不处理不放过)要受到教育不放过、没有制定出防范措施不放过、责任人不处理不放过)要求进行处理。求进行处理。2.3 安全
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