系统可靠性和安全性区别和计算公式实用文档.doc

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1、2.1 概述2.1.1 安全性和可靠性概念10安全性是指不发生事故的能力，是判断、评价系统性能的一个重要指标。它表明系统在规定的条件下，在规定的时间内不发生事故的情况下，完成规定功能的性能。其中事故指的是使一项正常进行的活动中断，并造成人员伤亡、职业病、财产损失或损害环境的意外事件。可靠性是指无故障工作的能力，也是判断、评价系统性能的一个重要指标。它表明系统在规定的条件下，在规定的时间内完成规定功能的性能。系统或系统中的一部分不能完成预定功能的事件或状态称为故障或失效。系统的可靠性越高，发生故障的可能性越小，完成规定功能的可能性越大。当系统很容易发生故障时，则系统很不可靠。2.1.2 安全性和

2、可靠性的联系与区别10在许多情况下，系统不可靠会导致系统不安全。当系统发生故障时，不仅影响系统功能的实现，而且有时会导致事故，造成人员伤亡或财产损失。例如，飞机的发动机发生故障时，不仅影响飞机正常飞行，而且可能使飞机失去动力而坠落，造成机毁人亡的后果。故障是可靠性和安全性的联结点，在防止故障发生这一点上，可靠性和安全性是一致的。因此，采取提高系统可靠性的措施，既可以保证实现系统的功能，又可以提高系统的安全性。但是，可靠性还不完全等同于安全性。它们的着眼点不同：可靠性着眼于维持系统功能的发挥，实现系统目标；安全性着眼于防止事故发生，避免人员伤亡和财产损失。可靠性研究故障发生以前直到故障发生为止的

3、系统状态；安全性则侧重于故障发生后故障对系统的影响。由于系统可靠性与系统安全性之间有着密切的关联，所以在系统安全性研究中广泛利用、借鉴了可靠性研究中的一些理论和方法。系统安全性分析就是以系统可靠性分析为基础的。2.1.3 系统安全性评估系统安全性评估是一种从系统研制初期的论证阶段开始进行，并贯穿工程研制、生产阶段的系统性检查、研究和分析危险的技术方法。它用于检查系统或设备在每种使用模式中的工作状态，确定潜在的危险，预计这些危险对人员伤害或对设备损坏的可能性，并确定消除或减少危险的方法，以便能够在事故发生之前消除或尽量减少事故发生的可能性或降低事故有害影响的程度11。系统安全性评估主要是分析危险

4、、识别危险，以便在寿命周期的所有阶段中能够消除、控制或减少这些危险。它还可以提供用其它方法所不能获得的有关系统或设备的设计、使用和维修规程的信息，确定系统设计的不安全状态，以及纠正这些不安全状态的7方法。如果危险消除不了，系统安全性评估可以指出控制危险的最佳方法和减轻未能控制的危险所产生的有害影响的方法。此外，系统安全性评估还可以用来验证设计是否符合规范、标准或其他文件规定的要求，验证系统是否重复以前的系统中存在的缺陷，确定与危险有关的系统接口。从广义上说，系统安全性评估解决下列问题：1、什么功能出现错误？2、它潜在的危害是什么？3、允许它发生的频数为多少？4、如何设计才能使它的实际发生频数低

5、于允许的最大频数？5、如何判定该设计能保证满足上述要求？从故障领域来说，系统安全性评估解决下列问题：1、如何设计才能使系统准确地完成其既定的功能？2、如果系统功能已经出现异常或失效，如何能将其造成的危害降到最低？因此，系统安全性设计是在系统安全性评估的基础上通过各种设计活动消除或控制危险，防止所设计的系统在研制、生产、使用和保障过程中发生导致人员伤亡和设备损坏的各种意外事故。设计需要依据相关安全性设计准则和要求来进行，这是安全性设计的基础。对于民机设计来说，相关适航标准就是其安全性设计准则，而具体的安全性要求则需要结合设计过程中进行的系统安全性评估逐步确定。另外，如上文所述，系统安全性评估研究

6、的是如何保证系统在预期的使用环境和使用限制下准确地完成既定功能从而减少因系统功能异常或丧失导致不安全的事情发生。因此，系统安全性评估的研究对象不包括：1、环境或毒性材料的安全性；2、工作场地的安全性；3、承受静载荷或动载荷的结构安全性；4、性能标准或细节设计的安全性。2.1.4 系统安全性指标长期以来，人们一直把安全和危险视为截然不同的、相互对立的事情，只是定性地认为某一事物要么安全要么不安全，对安全性没有定量的描述。许多词典把安全一词解释为“没有危险的状态”，在日常安全工作中把安全理解为“不会发生事故，不会导致人员伤害或财务损失的状态”。系统安全与以往的安全观念不同，认为世界上没有绝对安全的

7、事物，任何事物中都包含不安全的因素，具有一定的危险性，安全只是一个相对的概念。既然没有绝对的安全，系统安全所追求的目标也就不是“事故为零”那样的极端理想的情况，而是达到“最佳的安全程度”，一种实际可能的、相对的安全目标。系统安全性利用危险严重性等级、危险可能性等级、危险事件发生概率以及人因可靠性指标来定量评价安全的程度，使预防事故的措施有了客观的度量。计算机系统的可靠性是制从它开始运行（t=0)到某时刻t这段时间内能正常运行的概率，用R(t)表示 所谓失效率是指单位时间内失效的元件数与元件总数的比例，以表示，当为常数时，可靠性与 失效率的关系为： （）=e-u(u为次方） 两次故障之间系统能够

8、正常工作的时间的平均值称为平均为故障时间(MTBF) 如：同一型号的1000台计算机，在规定的条件下工作1000小时，其中有10台出现故障 ，计算机失效率：=10/(1000*1000)=1*10-5(5为次方） 千小时的可靠性：R(t)=e-t=e(-10-5*103(3次方）0.99 平均故障间隔时间MTBF=1/=1/10-5=10-5小时1）表决系统可靠性 表决系统可靠性：表决系统是组成系统的n个单元中，不失效的单元不少于k（k介于1和n之间），系统就不会失效的系统，又称为k/n系统。图12.8-1为表决系统的可靠性框图。通常n个单元的可靠度相同，均为R，则可靠性数学模形为： 这是一个

9、更一般的可靠性模型，如果k=1，即为n个相同单元的并联系统，如果k=n，即为n个相同单元的串联系统。2）冷储备系统可靠性 冷储备系统可靠性(相同部件情况)：n个完全相同部件的冷贮备系统,(待机贮备系统),转换开关s为理想开关Rs=1,只要一个部件正常,则系统正常。所以系统的可靠度： 图 待机贮备系统3）串联系统可靠性 串联系统可靠性：串联系统是组成系统的所有单元中任一单元失效就会导致整流器个系统失效的系统。下图为串联系统的可靠性框图。假定各单元是统计独立的，则其可靠性数学模型为 式中，Ra系统可靠度；Ri第i单元可靠度 多数机械系统都是串联系统。串联系统的可靠度随着单元可靠度的减小及单元数的增

10、多而迅速下降。图表示各单元可靠度相同时Ri和nRs的关系。显然，Rsmin(Ri),因此为提高串联系统的可靠性,单元数宜少,而且应重视串联系统的可靠性,单元数宜少,而且应重视改善最薄弱的单元的可靠性。 4）并联系统可靠性 并联系统可靠性：并联系统是组成系统的所有单元都失效时才失效的失效的系统。图为并联轴系统的可靠性框图。假定各单元是统计独立的，则其可靠性数学模型为 式中 Ra系统可靠度 Fi第i单元不可靠度 Ri第i单元可靠度 并联系统对提高系统的可靠度有显著的效果，图表示各单元可靠度相同时Ri和n与Rs的关系，机械系统采用并联时，尺寸、重量、价格都随并联数n成倍地增加，因此不如电子、电讯设备

11、中用得广泛。采用时并联数也不多。例如在动力装置、安全装置、制动装置采用并联时，常取n=23。 5）混联系统可靠性 混联系统可靠性：混联系统是由串联和并联混合组成的系统。图12.8.7a为混联系统的可靠性框图，其数学模型可运用串联和并联两种基本模型将系统中一些串联及半联部分简化为等效单元。例如图12.8.7的a可按图中b，c，d的次序依次简化，则 图混联系统及其简化 混联系统的两个典型情况为串并联系统（12.8.8a）和并串联系统（12.8.8b）。 串半联系统的数学模型为：当各单元可靠度都相等，均为Rij=R，且n1=n2=nm=n，则Rs=1-（1-Rn）m一般串并联系统的可靠度，对单元相同

12、的情况，高于并串联系统的可靠度小学几何计算公式三角形面积=三角形内角和=180勾股定理：直角边的平方和等于斜边的平方 正方形周长=4边长面积=边长边长矩 形周长=2(长+宽)面积=长宽平行四边形面积=底高梯形面积= (上底+下底)高2圆直径=2半径 圆的周长=圆周率直径圆的面积= 圆环圆环的面积圆弧n的圆心角所对应的圆弧长l 扇形扇形面积等于扇形的圆心角与圆的圆心角360之比乘以圆的面积；或扇形半径扇形弧长r:扇形半径 l: 扇形弧长弓型面积谷子面积弯角面积正方体棱长= 12边长表面积=6正方形面积体积=边长边长边长 长方体棱长= 4(长+宽+高)表面积=2(底面积+长边侧面积 +短边侧面积)

13、体积=长宽高圆柱体表面积=圆柱体的侧面可以看作是一条平行于轴的线段（即母线）或矩形绕轴旋转而成。圆柱侧面展开图是矩形圆柱体的高h等于圆柱体母线体积=底面积高圆锥体表面积=圆锥侧面展开图是扇形的一部分r：圆锥底面半径 l：圆锥母线体积=圆 台表面积=圆台侧面展开图是环形的一部分r：上底面半径R ：下底面半径l： 母线长圆台的体积r：上底面半径R ：下底面半径h：圆台的高 球 体球体表面积球体体积 欧拉公式在多面体中顶点数面数棱数=2VFE=2V: 多面体的顶点数F: 多面体的面数E: 多面体的棱数城市轨道交通系统的安全性与可靠性来源：33网校论文中心 200812-20 14:42:00阅读：4

14、作者：赵惠祥余世昌编辑：std74摘 要采用系统工程的观点,阐述城市轨道交通系统安全性与可靠性的概念。探索整体研究轨道交通系统安全性与可靠性的方法,构建城市轨道交通系统安全性与可靠性工程框架以及管理组织结构和信息流程框架，为今后在我国城市轨道交通的建设和运营管理中研究、解决安全性与可靠性问题提供参考。关键词城市轨道交通，安全性,可靠性 虽然城市轨道交通的安全性与可靠性要远高于其他交通方式1，但由于城市轨道交通系统的运营工作牵涉到城市千百万乘客安全正点出行，对建设和谐社会的影响重大，所以必须不断地研究和提高整个系统的安全性与可靠性水平。城市轨道交通系统是人机-环境三方面相互作用的包含多种专业设备

15、(设施）的结构非常复杂的客运系统,它的安全性与可靠性不仅要在规划、设计、建造时给予充分考虑,并且在运营管理中也要不断研究、改进和提高；不仅要考虑单个设施（设备)的安全性与可靠性，还需要从系统的角度整体研究其安全性与可靠性问题,发现各种潜在的不安全因素和故障模式,为整个系统的安全运营管理工作和设施（设备)改造计划提供理论依据。 对于我国城市轨道交通系统的安全性与可靠性研究，目前无论是理论研究还是应用实践层面，均尚未形成完整的体系。本文采用系统工程的观点，阐述城市轨道交通系统安全性与可靠性的概念，探索整体研究轨道交通系统安全性与可靠性的方法，构建城市轨道交通系统安全性与可靠性工程框架以及管理组织结

16、构和信息流程框架。城市轨道交通系统安全性与可靠性概念1.1 安全性与可靠性及其相互关系 安全性与可靠性是两个不同但又有密切联系的概念.在理论研究或应用研究领域，安全性与可靠性一般是分开来进行研究的,虽然它们的有些研究方法是一样的,但并没有统一的定义标准。一般来讲,“安全”表示系统的“完整”与“稳定”状态，安全性是指系统保持这种状态的能力.安全状态被破坏是因为意外事件的发生,即通常讲的“事故发生,其特征指标是人员伤亡、设备财产损失或环境危害的程度。“可靠”表示系统性能的“保证与“可信赖”,可靠性是指系统性能“保证”与“可信赖的能力.可靠状态被破坏是因为自身某些能力的下降或消失,即通常讲的出现“故

17、障”，其特征指标是系统某些性能下降或丧失的程度。 当某个系统的可靠性出现下降,则容易出现故障;当故障出现后，不仅造成系统性能的下降,而且可能会导致事故的发生，即系统安全性下降。反之,当有事故发生时，系统性能会下降或无法运转,此时的事故从可靠性角度讲就是故障。所以有时人们将“事故”与“故障”混用，但一般在安全性研究中用“事故”来描述事件，在可靠性研究中用“故障”来描述事件。1。2城市轨道交通系统的安全性与可靠性 对于城市轨道交通系统,安全性指在系统运营过程中，保障“乘客和员工不受伤害以及设备（设施）不遭破坏”的能力；可靠性指在系统运营过程中,保障“乘客准时到达目的地”的能力。通常所讲的“保障乘客

18、安全正点旅行”即包含了系统安全性与可靠性两方面的概念。 保障“乘客和员工不受伤害以及设备(设施）不遭破坏”的能力包含了两个方面,即不发生意外的安全（afty）和免遭破坏的安全(cuiy）;对应的事故也有两种,即意外发生的事故(cden）和故意造成的事件（incent）. 保障“乘客准时到达目的地”的能力也包含了两个方面:一是运输容量能力，二是列车按计划正点运行能力.因乘车人多造成拥挤而导致无法登乘、列车无法准时出发,以及由此引发的后续列车运行延误和车底周转延误属于前者；因技术或管理原因造成的运营中断、列车延误,以及由此引发的后续列车运行延误和车底周转延误，或维修延误造成的列车运行延误等属于后者

19、。另外,城市轨道交通系统的可靠性也可用保障“乘客方便舒适地旅行”的能力来表示。如车站的乘客引导系统、自动售票机、兑币机、残疾人电梯、车箱内饰设施等,这些设备发生故障可能并不影响列车的正点运行，但会给乘客带来不便或不舒服。此项能力可作为更高一级的可靠性能力，即正点运营可靠性基础上的服务质量可靠性。1.3城市轨道交通系统安全性与可靠性指标系统安全性指标可以用整个系统或某条线路的人员伤亡率和设备（设施)损失率来反映保障“乘客和员工不受伤害以及设备（设施）不遭破坏”的能力。 系统可靠性指标可以用整个系统或某条线路的运营可靠度、运营恢复度及运营利用率等来表示保障“乘客准时到达目的地的能力（具体定义与计算

20、另文阐述)。2 城市轨道交通系统的安全性工程框架 安全性工程也可称为安全系统工程或安全保障体系,内容包括了安全生产、安全管理、安全技术、劳动保护、事故应急与调查处理以及安全性研究等各个方面。对这些工作制定的一系列计划、安排、实施、检查等措施方案或规章制度统称为安全性工程大纲2。与这些安全工作相关的理论或应用研究都可以称为系统安全性研究。所有针对人不安全行为和物不安全状态的分析、发现、评价、监控、预防, 以及变为事故后的应急、救援、调查、处理等，都是安全性研究的内容。 城市轨道交通系统有许多保障安全运营的技术和管理措施。如上海地铁运营有限公司管辖的轨道交通系统，技术层面上采用了大量的监视与控制系

21、统（ATS，ATP，FS，CDA,A等）及各种维修(维护）措施；管理层面有分级安全管理组织、安全管理制度、运营质量管理体系、设备维护管理系统、管理信息系统、应急预案等机制。这些技术和管理措施以及对它们的研究工作应该按照系统工程的原则建立一个统一的体系。本文针对城市轨道交通系统的结构与运转特点,构建了城市轨道交通系统安全性工程框架，如图1所示。 安全技术体系 安全技术体系包含了各种安全保障或事故预防的技术措施，一般在线路设计建造时实现,也可在既有线改造时实施，主要有设备(设施）的固有可靠性提高、冗余、监控、检测、维护、维修、保护等技术措施；按专业可分为车辆、线路、通号、供电、客运等的安全技术措施

22、；按区域可分为控制中心、列车运行、车站、隧道、桥梁、变电站、车辆段、通号基地等的安全技术措施。2。 安全管理体系 安全管理体系包含了安全管理组织结构、各种安全活动计划、安全制度等内容。本文根据城市轨道交通系统管理组织结构的现状，提出了轨道交通系统安全性与可靠性管理组织的结构框架（见图2）.图中的安全组织结构为三级安全组织管理体制：公司决策层有分管安全性与可靠性的负责人；中间管理层有专门负责安全性与可靠性的职能部门；各专业分公司操作层有专职安全性与可靠性的责任小组。职能部门负责安全性与可靠性管理制度的制订及实施情况监督、安全性与可靠性信息管理系统的管理、安全性与可靠性分析评估及预警系统的管理等工

23、作。责任小组负责事故与故障信息的录入、相关制度执行情况监督等工作。通过安全性与可靠性综合信息平台实现安全性与可靠性的动态管理。2。3 事故应急体系 事故应急体系由应急技术与应急管理（应急预案）组成，主要有应急救援、应急运营、应急装备、事故处理等方面的内容。由于事故应急的重要性以及必须具备快速响应和联动调度的机制3，所以列为单独的一个体系。4 安全性研究体系 对于城市轨道交通系统,安全性研究体系主要有五个方面的内容：安全技术研究;安全管理研究;事故应急机制及预案研究；事故调查分析;系统安全性分析与评价。安全性研究的核心是发现、分析和评价系统中存在的不安全因素,研究和开发各种针对高危险状态的监控系

24、统、检测技术、事故预防和应急措施,制定防止不安全因素转化为事故发生和事故发生后减少损失的安全管理规章制度,以及对这些规章制度的实施、检查及评价等。 在安全性研究的所有内容中,最基本的是安全性分析和安全性评估。目前国内外研究及应用得较成熟的安全性分析和评估方法或理论主要有初步危害分析、事故树分析、事件树分析、因果分析图法、安全检查表法、事故致因理论、安全行为论、综合安全评价、安全管理体系评估法等.这些理论或方法主要可归纳为两大类:一类为分析类，即发现隐患，识别危险性，寻找原因；另一类为评价类，即确定危险程度或安全程度。而评价又可分为两类:一类是系统内部各危险行为或状态的分析评价，确定出各种不安全

25、行为或状态的危险程度高低,给安全管理工作提供参考；另一类是比较评价，即确定影响系统安全性各个因素的重要程度和好坏程度，用于安全性评比。3 城市轨道交通系统的可靠性工程框架 可靠性工程包括了可靠性与维修性两方面。可靠性工程是指依靠相关的可靠性理论,对具体系统进行的可靠性与维修性设计、分析、试验、评估、改进、提高等工作。对这些工作制定的一系列计划、安排、实施、检查等方案或规章制度统称为可靠性与维修性工程大纲。对这些工作进行的理论或应用研究统称为可靠性研究.可靠性理论的研究主要有可靠性数学、可靠性与维修性模型、可靠性与维修性分析、可靠性与维修性预测与增长、可靠性与维修性试验、可靠性与维修性管理等.而

26、可靠性应用研究是指依靠相关的可靠性理论,对具体系统进行的可靠性设计、分析、试验、评估、改进、提高等。 对于城市轨道交通系统，在设计建造时为了提高各种设备(设施）的可靠性,尤其是列车运行的可靠性,采用了大量的冗余技术和监控系统，在使用时制定有严格的定期或状态维修(维护)制度，以保障设备(设施）的使用可靠性。本文针对城市轨道交通系统的特点，构建了城市轨道交通系统可靠性工程框架，如图3所示。3.1 可靠性技术体系 可靠性技术体系包含了设备（设施)的固有可靠性提高,诊断（检测、监测)，可靠性试验（验证）等技术措施。固有可靠性技术包含了冗余、备份等技术措施。城市轨道交通系统按专业可分为车辆设备、线路(车

27、站）设施、通号系统、供电系统、列车自动控制系统等可靠性技术措施。3.2 可靠性管理体系可靠性管理是系统可靠性工程的一个重要组成部分。城市轨道交通系统的可靠性管理体系主要包含可靠性管理组织结构,设备（设施)的验收、维修、维护制度,故障统计、分析、汇报制度等方面.可靠性管理体系的组织结构和信息流程通道可以与安全性的共享(见图2）。3。3维修性技术体系 维修性技术体系包含了设备(设施)的维修策略，故障的检测、诊断、隔离、维修技术措施，以及维修性验证等内容。城市轨道交通系统按专业可分为车辆、线路、供电、通号、车站等的维修（维护)措施.4 可靠性研究体系城市轨道交通系统的可靠性研究体系主要包括对设备（设

28、施）的可靠性设计、分析、试验、验证、评估、改进，以及对整个系统或各子系统的可靠性分析、评估,维修性试验、验证,建立可靠性模型等内容。在可靠性研究的所有内容中,最基本的是可靠性分析和可靠性评估。目前国内外研究及应用得较成熟的可靠性分析和评估方法或理论主要有故障模式影响及危害性分析、事故树分析、潜在状态分析、共因故障分析、维修性分析等。 结语 城市轨道交通系统是一个牵涉到多种技术领域,由多种设备、多种硬软件、多种设施组成的复杂系统。根据国外经验，大型系统全面和完善的安全性、可靠性研究与应用，需要有数十年的经验积累,并且有专门的工作部门专项负责安全性或可靠性的研究与措施的落实。我国在大力建设城市轨道

29、交通系统的同时,必须不断地研究和提高整个系统的安全性与可靠性。本文构建的城市轨道交通安全性与可靠性工程框架,旨在给出一种系统思想,为今后在我国城市轨道交通的建设和运营管理中研究、解决安全性与可靠性问题提供参考.参考文献1孙章，何宗华,徐金祥.城市轨道交通概论北京：中国铁道出版社，2000。2陈铁，管旭日，孙力彤。城市轨道交通综合安全管理体系研究J。城市轨道交通研究，2004（1）:16。3张殿业，金键，杨京帅城市轨道交通安全研究体系J。都市快轨交通，04（):1.4崔艳萍，唐祯敏,武旭地铁行车安全保障系统的研究J.城市轨道交通研究，004(5):23.5沈斐敏.安全系统工程基础与实践M第版.北京:煤炭工业出版社，196。6曾天翔，杨先振,王维翰。可靠性及维修性工程手册（上册）北京:国防工业出版社,194.