安全系统工程四剖析PPT课件VIP

1、目录概述系统安全分析事故树分析系统安全评价安全决策灰色理论与安全系统312456第1页/共79页事故致因理论 事故树分析事故树分析在在安全系统工程安全系统工程里的地位及与其他内容的关联里的地位及与其他内容的关联第2页/共79页本章重点：熟悉故障树分析的特点、基本概念、步骤和建树原则；掌握其适用条件、定性分析和定量分析应用,掌握布尔代数运算。概述（概念、优缺点）事故树编制布尔运算事故树定性分析事故树定量分析事故树分析举例第四章第四章 事故树分析事故树分析123456第3页/共79页第一节 概述背景背景 美国贝尔波音公司美国原子能第4页/共79页第一节 概述(1)一种图形演绎方法，事故事件在一定条

2、件下的逻辑推理方法。围绕某特定事故层层深入分析，根据事故树系统内各事件间内在联系，以及单元故障与系统事故间的逻辑关系，找出系统薄弱环节；(2)灵活性：分析某些单元故障对系统的影响+对导致系统事故的原因分析。(3)FTA分析深入认识系统过程，要求分析人员把握系统内各要素，弄清各潜在因素对事故发生影响的途径和程度，许多问题在分析中被发现和解决提高了系统安全性。（4）事故树模型可定量计算复杂系统发生事故概率，为改善和评价系统安全性提供了定量依据。事故树特点事故树特点第5页/共79页第一节 概述(1)需要花费大量人力、物力和时间；(2)难度较大，建树过程复杂，需要经验丰富的技术人员参加，容易发生遗漏和

3、错误；(3)FTA只考虑(0，1)状态的事件，而大部分系统存在局部正常、局部故障状态，建数学模型时，产生较大误差；(4)FTA虽可考虑人的因素，但人失误难以量化。事故树分析仍处发展和完善中。目前，事故树分析在自动编制、多状态系统FTA、相依事件的FTA、FTA的组合、数据库的建立及FTA技术的实际应用等方面尚待进一步分析研究。事故树缺点事故树缺点第6页/共79页第一节 概述事故树分析步骤事故树分析步骤熟悉系统确定顶上事件构建事故树定量分析制定安全措施定性分析修改简化事故树调查事故收集系统资料调查原因事件第7页/共79页 1 1、选择合理的顶上事件、选择合理的顶上事件 2 2、资料收集准备、资料

4、收集准备 3 3、建造故障树、建造故障树 4 4、化简、化简FTFT 5 5、定性分析、定性分析 6、定量分析、定量分析事故树分析第一节 概述事故树分析步骤事故树分析步骤第8页/共79页第一节 概述事故树分的符号意义事故树分的符号意义1、事故树的符号 事件符号 顶上事件、中间事件符号，需要进一步往下 分析的事件； 基本事件符号，不能再往下分析的事件； 正常事件符号，正常情况下存在的事件； 省略事件，不能或不需要向下分析的事件。第9页/共79页第一节 概述事故树的符号意义事故树的符号意义2、逻辑门符号或门，表示B1或B2任一事件单独发生（输入）时，A事件都可以发生（输出）； 与门，表示B1、B2

5、两个事件同时发生（输入）时，A事件才能发生（输出）； 第10页/共79页 条件或门，表示B1或B2任一事件单独发生（输入）时，还必须满足条件a，A事件才发生（输出）； 条件与门，表示B1、B2两个事件同时发生（输入）时，还必须满足条件a，A事件才发生（输出）； 限制门，表示B事件发生（输入）且满足条件a时，A事件才能发生（输出）。 a第一节 概述事故树分的符号意义事故树分的符号意义第11页/共79页 转入符号，表示在别处的部分树，由该处转入（在三角形内标出从何处转入）； 转出符号，表示这部分树由此处转移至他处（在三角形内标出向何处转移）。 第一节 概述事故树分的符号意义事故树分的符号意义第12

6、页/共79页第二节 事故树的编制事故树编制原则事故树编制原则第13页/共79页第二节 事故树的编制事故树编制举例事故树编制举例第14页/共79页第二节 事故树的编制事故树编制工具及方法事故树编制工具及方法(1)人工编制人工编制(2)计算编制 简单编制AutoCAD，Viso，office等其他作图工具 编制并计算采用Fault Tree软件事故树编制方法事故树编制方法(1)合成法(2)判定表法(3)编程方法（编程软件+Opengl （图形控件）第15页/共79页第二节 事故树的编制实例（现场应用的事故树）第16页/共79页第三节 事故树的定性分析第17页/共79页xi=1 表示单元i 发生（即

7、元、部件故障）（i=1,2,n）0 表示单元i 不发生（即元、部件正常）（i=1,2,n）y =1 表示顶上事件发生0 表示顶上事件不发生y=(X) 或 y=(x1, x2, xn) (X) 系统的结构函数1. 结构函数描述系统状态的函数。第三节 事故树的定性分析第18页/共79页第三节 事故树的定性分析1. 结构函数描述系统状态的函数。第19页/共79页 结合律 （AB）CA（BC） （A B） CA （B C） 交换律 ABBA A BB A 分配律 A （BC）（A B）（A C） A（B C）（AB）（AC）第三节 事故树的定性分析第三节 事故树的定性分析第20页/共79页 等幂律 A

8、AA A AA 吸收律 AA BA A （AB）A 互补律 AA A A 对合律 （A）A 德莫根律 （AB）A B （A B）AB第三节 事故树的定性分析第21页/共79页5435535335545445434434332154534321321121XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXBBBAAAT第三节 事故树的定性分析第22页/共79页第三节 事故树的定性分析第23页/共79页第三节 事故树的定性分析第24页/共79页535443215435354543432154355353355454454344343321XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

9、XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXT第三节 事故树的定性分析第25页/共79页535443215435354543432154355353355454454344343321XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXT第三节 事故树的定性分析第26页/共79页32413143233241313211XXXXXXXXXXXXXXXXBXXBXCBBXABT第三节 事故树的定性分析第27页/共79页第三节 事故树的定性分析第28页/共79页xi=1 表示单元i 发生（即元、部件故障）（i=1,2,n）0 表示单元i 不发生（

10、即元、部件正常）（i=1,2,n）y =1 表示顶上事件发生0 表示顶上事件不发生y=(X) 或 y=(x1, x2, xn) (X) 系统的结构函数第三节 事故树的定性分析第29页/共79页T TA A十B BX1X1C C十X XX3X3X4X4X1X1(X2(X2十X3X3) )十X3X3X4X4X1X1X2X2十X1X1X3X3十X3X3X4X4成功树成功树原树原树第三节 事故树的定性分析第30页/共79页成功树有三个最小割集，就是事故树的三个最小径集：P1X1，X2，P2X1，X3，P3X3，X4。 用最小径集表示的事故树结构式为： T(X1十X2)(Xl十X3)(X3十X4)用最小

11、径集表示的等效树也有两层逻辑门，与用最小割集表示的等效树比较，所不同的是两层逻辑门符号正好相反。 第三节 事故树的定性分析第31页/共79页) 43)(31)(21() 43)(3. 21() 43)(1(.XXXXXXXXXXXXXCXBAT) 2)(1(21AXAXAXX原则：第三节 事故树的定性分析第32页/共79页第三节 事故树的定性分析第33页/共79页第三节 事故树的定性分析第34页/共79页第三节 事故树的定性分析第35页/共79页由最小径集定义得，事故树中有一个最小径集，则顶上事件不发生的可能性就有一种；事故树小最小径集越多，说明控制顶上事件不发生的方案就越多，系统的安全性就越

12、高。 事故树中有一个最小径集，控制顶上事件不发生的方案就有一种。一个事故树有几个最小径集，使顶上事件不发生的方案就有几种。在这些方案中，选择哪一种最好，一般说来，控制少事件最小径集中的基本事件比控制多个基本事件省工、省时、经济、有效。当然也有例外，有时少事件径集中的基本事件由于经济或技术上的原因，难以控制，这种情况下应选择其他方案。第三节 事故树的定性分析第36页/共79页(5)利用最小割集和最小径集，可进行结构重要度分析(6)利用最小割集和最小径集可对系统进行定量分析和评价。下面讲解。第三节 事故树的定性分析第37页/共79页1、画成功树2、求成功树的最小割集3、原事故树的最小径集第三节 事

13、故树的定性分析第38页/共79页1、求其最小割集2、画成功树3、求成功树的最小割集4、原事故树的最小径集5、画出以最小割集表示的事故 树的等效图6、画出以最小径 集表示的事故树的等效图第三节 事故树的定性分析第39页/共79页第三节 事故树的定性分析第40页/共79页第41页/共79页 1.顶事件发生概率2.结构重要度函数3.割集重要度分析4.概率重要度分析5.关键重要度分析6.基本事件发生概率（看书） 第四节 事故树的定量分析第42页/共79页若事故树中不含重复或相同基本事件，各基本事件相互独立，顶事件发生概率可根据事故树结构，用下列公式求。用“与门”连接的顶事件发生概率为：用“或门”连接的

14、顶事件发生概率为：式中：qi第i个基本事件发生概率(i=l，2，,n) 如下例：n1iiq)(TPn1ii)q-(11)(TP第四节 事故树的定量分析第43页/共79页TX2X3X1+.E第四节 事故树的定量分析第44页/共79页YiniiYiippqqXTPn1121)1 ()()(第四节 事故树的定量分析第45页/共79页YiniiYiippqqXTPn1121)1 ()()(第四节 事故树的定量分析第46页/共79页各基本事件的概率分别为：q1= q2 = 0.01q3= q4 = 0.02q5= q6 = 0.03q7= q8 = 0.04求顶上事件T发生的概率第四节 事故树的定量分析

15、第47页/共79页 公式(最小割集E1，E2，Er，Ek)（假设基本事件相互独立） kEixirkktsrEsErxkrErxkEixirkrEsErxErxkrkktsrktsrkrkrqiqiqiTPqiErPqiEsErPqiErPErPEtEsErPEsErPErPErPTP111111111111)1()()1()(故：第四节 事故树的定量分析第48页/共79页第四节 事故树的定量分析实例1第49页/共79页列出顶上事件发生概率的表达式用布尔代数等幂律化简，消除每个概率积中的重复事件计算顶上事件的发生概率第四节 事故树的定量分析实例2第50页/共79页 kprxirkktsrpspr

16、xikrprxkpixirkrpsprxprxkrkktsrktsrkrkrqiqiqiTPqiDrPqiDsDrPqiDrPDrPDtDsDrPDsDrPDrPDrPTP111111111111)1 ()1()1 ()1 (1)()1 ()1 ()1 ()1() (故：第四节 事故树的定量分析第51页/共79页 Er U Es= Er+ Er Es 所以有: P（ Er U Es ）=P( Er+ Er Es)= P( Er)+P(Er Es)ErEsErEsEr不交不交集合集合第四节 事故树的定量分析第52页/共79页第四节 事故树的定量分析不交积之和定理第53页/共79页例题例题第四节

17、事故树的定量分析不交积之和定理134235,EXEX31121231rrTEEEEEEE11213233EE EEE)X XX XX XX X X X X141143545123()X XX X XX XX X X X X14135134512345X XX X XX X X XX X X X X第54页/共79页11irkirXEqF21irsirs k XEEqF 1rXEirkikqF 1P TF 12P TFF 123P TFFF第四节 事故树的定量分析第55页/共79页11(1)irkirXPqS 21(1)irsir s k XPPqS 1(1)rXEir

18、kikqS11P TS121P TSS11211SPTSS 1212311SSP TSSS 第四节 事故树的定量分析第56页/共79页(3)(3)平均近似法平均近似法111()2irirskiirrskXEXEEP Tqq 11()1kkrrrrP TPEPE 11111(1)11irkkkrrirrrXEP EP Eq 第四节 事故树的定量分析第57页/共79页作业 1 已知故障树最小割集为E1=x4,x3;E2=x4,x2,x5;E3=x1,x3;E4=x1,x5,设各基本事件发生概率为q1=0.01;q2=0.02;q3=0.03;q4=0.04;q5=0.05。求顶上事件发生概率？（三

19、种方法求解） 2 已知故障树最小径集为E1=x2,x3;E2=x1,x4;E3=x1,x5设各基本事件发生概率为q1=0.01;q2=0.02;q3=0.03;q4=0.04;q5=0.05。求顶上事件发生概率？第58页/共79页第四节 事故树的定量分析第59页/共79页 ),0(),1(211xixiiIn第四节 事故树的定量分析第60页/共79页第四节 事故树的定量分析第61页/共79页第四节 事故树的定量分析第62页/共79页krirkErXmkiI1)(11)(第四节 事故树的定量分析结构重要度分析的另一种方法是用最小割集或最小径集近似判断各基本事件的结构重要系数。这种方法虽然精确度比

20、求结构重要系数法差一些，但操作简便，因此目前应用较多。用最小割集或最小径集近似判断结构重要系数的方法也有几种，这里只介绍其中的一种，就是用四条原则来判断，这四条原则是（见下页）：设某事故树有K个最小割集，则割集重要度系数为（mr为最小割集Er含有Mr个基本事件）：第63页/共79页第四节 事故树的定量分析第64页/共79页第四节 事故树的定量分析第65页/共79页 1212111212I 432121212I131313jikXnjiI121第四节 事故树的定量分析第66页/共79页第四节 事故树的定量分析第67页/共79页第四节 事故树的定量分析第68页/共79页 qiTPiIg)(第四节

21、事故树的定量分析第69页/共79页 iITPqiqiTPTPqiqiqiTPTPiIggqiqic)()()(/)(/)(limlim00第四节 事故树的定量分析第70页/共79页第四节 事故树的定量分析第71页/共79页综合实例故障树分析的基本程序包括：1.调查事故；2.确定目标；3.比较;4.调查事故原因事件；5.定性分析；6.事故发生概率确定;7.熟悉系统；8.分析；9.画出事故树；10.确定顶上事件。请利用布尔运算法则计算：AB（A+C）的最终结果如果故障树的最小割集为x1,x3;x1,x5;x4,x3;x2,x4,x5则结构重要度最小的基本事件为（）下列说法错误的有（）A最小径集表示

22、系统的危险性，最小径集的数目越多系统越危险B求出事故树全部最小径集，就可掌握事故发生的各种可能C一个最小径集代表一种事故模式D最小割集表示系统的安全性E只要控制住一个最小割集，则顶上事件不发生。第72页/共79页综合实例已知故障树最小割集为E1=x4,x3;E2=x4,x2,x5;E3=x1,x3;E4=x1,x5,设各基本事件发生概率为q1=0.01;q2=0.02;q3=0.03;q4=0.04;q5=0.05。求顶上事件发生概率？（三种方法求解）（已知故障树最小径集为E1=x2,x3;E2=x1,x4;E3=x1,x5设各基本事件发生概率为q1=0.01;q2=0.02;q3=0.03;

23、q4=0.04;q5=0.05。求顶上事件发生概率？（？（第73页/共79页综合实例某事故树图如下，以至q1=0.01，q2=0.02,q3=0.03,q4=0.04,q5=0.05,试求事故树的最小割集，最小径集，顶事件发生的概率，结构重要度，概率重要度和关键重要度,并对结果进行分析？（顶事件概率可以求近似值)第74页/共79页综合实例计算结果如下：T=X1X2X3+X3X5+X4X5=（X1+X5）(X2+X5)(X3+X5)(X3+X4)此事故树的最小割集是：X1，X3，X2，X3，X5，X4，X5此事故树的最小径集是： X3，X4， X1，X5， X3，X5， X2，X5基本事件结构重

24、要度顺序为：I(5) I(3) I(4) I(1)= I(2)不交集运算结果：T=X1X2X3+X3X5+X4X5=X3X5+X3X4X5+X5X1X2X3X1的概率重要度是:（1-q5）q2q3=0.00057X2的概率重要度是:（1-q5）q1q3=0.000285X3的概率重要度是:（q5-q4q5+(1-q5)q1q2）=0.04719X4的概率重要度是:（1-q3）q5=0.0475X5的概率重要度是:（q3+(1-q3)q4-q1q2q3）=0.0688概率重要度的顺序为: Ig(5) Ig(4) Ig(3) Ig(1)Ig(2)顶上事件发生的概率是:P(T)=q3q5+(1-q3)q4q5+(1-q5)q1q2q3=34.457x10-4X1的临界重要度是: q1/P(T)*Ig(1)= 0.00165X2的临界重要度是: q2/P(T)*Ig(2)= 0.00165X3的临界重要度是: q3/P(T)*Ig(3)=0.41086X4的临界重要度是: q4/P(T)*Ig(4)=0.55X5的临界重要度是: q5/P(T)*Ig(5)=0.9983关键重要系数顺序为: Ic(5) Ic(4) Ic(3) Ic(1)=Ic(2)第75页/共79页综合实例实例2盐浴加热炉热处理是热处理普遍采用的一种加热