事故树分析软件自动化程序设计

事故树分析软件自动化程序设计

0建立安全系统工程的方法安全分析是一项正在开发和改进的新学科。它是以生产过程中的人、机、环境等综合系统为研究对象,以消除和控制系统中的危险因素为目的,对研究系统的安全问题,经过分析、识别、推理、判断,建立安全系统模型,用系统工程的方法进行综合分析与评价,并采取防范措施消除或控制系统中的不安全因素,杜绝系统事故的发生或使事故发生减小到最低限度,从而使系统达到最佳安全状态。安全系统工程已经越来越广泛地应用于我国国民经济的各个部门,并取得了明显的效果。实践证明:安全系统工程是搞好安全工作,降低伤亡事故和财产损失的有效手段,安全系统工程的普及和推广,有利于企业安全生产状况的改善和安全管理水平的提高。在系统安全分析中,应用最广泛的是事故树分析法。1运行树分析的原理1.1基本事件的确定对某以系统进行安全系统工程事故树分析时,按以下步骤进行:(1)首先分析系统可能发生的危险,确定顶上事件;(2)然后逐步进行分解,将系统划分为若干个分系统、子系统,直至划分到不必再分解的基本元素,确定基本事件;(3)按照下层事件与上层事件发生的与或门关系,自上而下逐层绘制事故树图;(4)对事故树进行化简;(5)通过对最小割集(最小径集)的求解,确定出基本事件的结构重要度,进行定性分析,从事故树的结构上了解系统中导致事故发生的各基本事件的组合关系及其重要程度;(6)根据资料确定各基本事件发生的概率,进行定量分析,求解顶上事件发生的概率、各基本事件的概率重要度和临界重要度;(7)根据定性分析和定量分析的结果,寻找控制顶上事件发生的有效途径。1.2最小割集法定性分析就是从事故树结构出发,分析各基本事件的发生对顶上事件发生所产生的影响程度。求解事故树的最小割集、最小径集、结构重要度。(1)最小割集(最小径集)的求法割集(径集)是图论中的重要的概念。事故树分析中的割集是指:导致顶上事件发生的基本事件的组合。通常也称为截集或截止集。它是系统发生故障的必要且充分的条件。最小割集是导致顶上事件发生的最起码的基本事件的组合。一个最小割集就是导致顶上事件发生的一条途径。最小割集在事故树分析中占有重要的地位。事故树分析中的径集是割集的对偶,是使顶上事件不发生的基本事件的组合。最小径集是使顶上事件不发生的最起码的基本事件的组合。同理,一个最小径集不能包含另一个最小径集。一个最小径集就是保证系统正常工作、使顶上事件不发生的一条途径。最小割集的求解方法有:布尔代数化简法、行列式法、结构法、质数代入法和矩阵法。最小径集的求解是在事故树的对偶树成功树中,按照求解最小割集的原理求解。(2)结构重要度的求法各基本事件在事故树结构上的重要程度称为结构重要度。结构重要度求解方法有:列表编排各事件状态求出结构重要度系数、利用最小割集(径集)求解结构重要度系数。列表编排法费时繁琐,容易出错,常用最小割集法。利用最小割集求解结构重要度系数可按以下三个公式近似计算:式中Iφ(i)—第i个基本事件的结构重要度系数;K—最小割集总数;nj—第i个基本事件所在的最小割集Kj的基本事件总数。上述三个公式中,公式(3)精度最高。1.3顶事件概率定量分析要计算顶上事件发生概率、基本事件概率重要度、临界重要度。(1)顶上事件发生概率的计算(1)布尔真值表法:利用事故树结构函数计算顶上事件发生概率。式中qi第i割基本事件发生的概率;xi基本事件的状态值。(2)利用最小割集求顶上事件发生的概率b.平均近似法:(2)概率重要度系数概率重要度系数Ip(i)是顶上事件发生概率函数Q对自变量qi求偏导。(3)临界重要度系数基本事件发生概率的变化率与顶上事件发生概率的变化率的比值称为临界重要度系数。2事故树分析的过程2.1将基本事件的预防后生产和记录事故树信息事故树绘制的程序实现:选中菜单中的事故树绘制,在绘图框内某点直接双击,即在该点出现顶上事件的矩形框,点击该图形框,即弹出对话框,输入该事件的符号名称、确定是基本事件还是中间事件。若是基本事件,选定基本事件这一项,确定后即可自动把该基本事件的圆形符号和事件名称绘制在事故树图上;若是中间事件,选定该事件下的与、或门形式,输入下一层事件的个数,确定后即自动把该事件的圆形符号换成矩形符号表示,把门形式、事件个数自动绘制在事故树图上,如此逐步绘制,直到全部事件都为基本事件为止。事故树绘制完毕,保存时即可自动将事故树的基本信息形成下一步定性分析所需的数据文件。也可按照与或门的对偶关系和基本事件发生与不发生的互逆关系,将事故树转换成等效的成功树。2.2基于“或门叠加,与门相乘”的背景算法描述程序根据与门增加割集的大小,或门增加割集的数量的原理,采用行列式化简法。每一个中间事件都用偶数代替,每一个基本事件都用都用奇数代替。绘制事故树的同时,这种数据文件就自动建立,它保存了中间事件和基本事件的逻辑关系。事故树绘制完毕,数据文件的全部数据就只是代表基本事件的奇数和0。本程序采用“递归”算法,巧妙地避免了繁琐冗长的代码编写工作。根据用户输入的基本事件个数,设置动态数组的长度(等于所有事件的总数),这样就避免了定义最大输入事件个数的问题。按照行列式法,每个基本事件值取为1,按照“或门相加,与门相乘”的原则确定割集的数目,按照“与门相加,或门取最大值”的原则,确定割集中最多元素的个数,采用自上而下替代的方法,求出事故树的所有布尔指示割集。这时还不能进行除去超集的操作,因为本程序采用的是质数化简方法,必须把奇数换算成质数,利用质数化简的方法,可很简单地除去超集。把每一个布尔指示割集中的全部基本事件的质数相乘,然后每行的积两两相除,能被整除的大数的指示割集就是超集,应及时消除。如此循环,直至所有的布尔指示割集之间都不能相互整除为止。剩余的割集就是最小割集,再将质数对应地回换成奇数,在表单的显示控件中显示出基本事件,每一行就代表一个最小割集。最小割集求解出后,即可在顶上事件的所有最小割集按照或门形式、各最小割集的元素按照与门的形式自动绘制事故树的等效图。2.3基本事件概率重要度计算根据求出的最小割集作定性分析和定量计算。本程序的所有计算都在综合计算表单中,界面如下图。选中菜单中的综合计算,即可弹出对话框,选择结构重要度求解的公式,点击计算,即可计算出各基本事件的结构重要度系数,并排序。输入各基本事件发生的概率值,可进行顶上事件发生概率、各基本事件的概率重要度、临界重要度的计算。在计算中,函数偏导的求解采用求斜率的方法,给自变量一个微小的扰动,求函数值的变化。除了所有的计算外,程序还提供了导出文件的功能,把内部计算和排序的结果保存到文件中,便于查阅和打印输出。3基于事故树的等效树分析依据安全系统工程的原理,论述了系统安全分析软件的自动化程序设计原理、方法及其应用。该软件实现了事故树的自动绘制、化简,进行定性分析,自动求解最