第三章 系统安全分析-可靠性分析、PHA、FMEA

1、第四节第四节系统可靠性分析朱传杰朱传杰E-mail：国矿业大学安全工程学院一、基本概念一、基本概念1.可靠性、可靠度：可靠性、可靠度：R(t) 可靠性可靠性是指系统、设备或元件等在规定的时间内和规定的是指系统、设备或元件等在规定的时间内和规定的条件下，完成其特定功能的能力；条件下，完成其特定功能的能力； 可靠度可靠度是指系统、设备或元件等在预期的使用周期（规定是指系统、设备或元件等在预期的使用周期（规定的时间）内和规定的条件下，完成其特定功能的概率；的时间）内和规定的条件下，完成其特定功能的概率；2.维修度：维修度：M() 是指系统发生故障后在维修容许时间内完成维修的

2、概率是指系统发生故障后在维修容许时间内完成维修的概率提高可靠度的途径：提高系统的可靠度；提高系统的维修度提高可靠度的途径：提高系统的可靠度；提高系统的维修度)()(1 )(),(MtRtRtA二、可靠度、维修度、有效度的常用度量指标二、可靠度、维修度、有效度的常用度量指标t1t2t3t4tn二、可靠度、维修度、有效度的常用度量指标二、可靠度、维修度、有效度的常用度量指标取平均值,12345取平均值,三、可靠度函数与故障率三、可靠度函数与故障率01)( dttfttedtttRtdRtRdtt0)(exp)()()(1)(在元件或系统的寿命周在元件或系统的寿命周期期初期初期，因系统需，因系统需磨

3、合磨合，因此故障率较高；因此故障率较高；而而中期中期阶段则故障率较阶段则故障率较为为稳定稳定。寿命周期的寿命周期的后期后期，则因，则因系统部分元件的系统部分元件的磨损磨损使使故障率也明显提高；故障率也明显提高；早期失效期早期失效期随机失效期随机失效期损耗失效期损耗失效期调整期调整期退役期退役期三、可靠度函数与故障率三、可靠度函数与故障率初期故障初期故障随机故障随机故障磨损故障磨损故障)(t四、系统可靠度计算四、系统可靠度计算niisRR1四、系统可靠度计算四、系统可靠度计算10四、系统可靠度计算四、系统可靠度计算设系统各个单元的可靠性设系统各个单元的可靠性是是相互独立相互独立的，各单元的的，各

4、单元的不可靠度分别为不可靠度分别为F1F1、F2F2、F3F3、FnFn，根据概率，根据概率乘法定理可得系统乘法定理可得系统(1) (1) 不可靠度不可靠度: : niisFF1niisRR1)1 (1123nBA热贮备系统热贮备系统四、系统可靠度计算四、系统可靠度计算2 2）冷贮备系统）冷贮备系统 是指是指贮备的单元不参加工作贮备的单元不参加工作，并且假定在贮备中不会出，并且假定在贮备中不会出现失效，贮备时间的长短不影响以后使用的寿命。现失效，贮备时间的长短不影响以后使用的寿命。123N+1BA四、系统可靠度计算四、系统可靠度计算13若所有部件的故障率均相等且为若所有部件的故障率均相等且为

5、, ,则系统的可靠度为则系统的可靠度为: :NiitsiteR0!)( 系统的平均寿命系统的平均寿命: :1NQ四、系统可靠度计算四、系统可靠度计算四、系统可靠度计算四、系统可靠度计算五、人的工作可靠度预测五、人的工作可靠度预测 10090807060504030201960101965197019751980198519901995事故中人因的主要原因的情况分布图10090807060504030201960101965197019751980198519901995人因的主要原因(%)16五、人的工作可靠度预测五、人的工作可靠度预测EeHEP 五、人的工作可靠度预测五、人的工作可靠度预测e

6、 实际实际发生的差错数发生的差错数E 可能可能发生的差错数发生的差错数18五、人的工作可靠度预测五、人的工作可靠度预测193.3.计算人的工作可靠度的差错概率法计算人的工作可靠度的差错概率法概率树图概率树图程序：程序： 明确系统故障的判定标准；明确系统故障的判定标准； 进行作业分析，评价基本动作间的相互关系；进行作业分析，评价基本动作间的相互关系； 估计人的差错概率；估计人的差错概率； 求系统故障率，评价人的差错对系统故障的影响；求系统故障率，评价人的差错对系统故障的影响； 重复以上步骤改进人机系统的特征值，直到达到可允许重复以上步骤改进人机系统的特征值，直到达到可允许的范围。的范围。五、人的

7、工作可靠度预测五、人的工作可靠度预测20AaB/Ab/AB/ab/aSFFF人的可靠性分析事件树（人的可靠性分析事件树（HRAHRA-ET-ET）SSFF第五节、预先危险性分析（第五节、预先危险性分析（PHAPHA）1. 1. 预先危险性分析的内容预先危险性分析的内容（1 1）识别危险的设备识别危险的设备、零部件零部件，并分析其发生的可能性条，并分析其发生的可能性条件；件；（2 2）分析系统中各子系统、各元件的）分析系统中各子系统、各元件的交接面及其相互关系交接面及其相互关系与影响与影响；（3 3）分析原材料、产品、特别是有害物质的）分析原材料、产品、特别是有害物质的性能及贮运性能及贮运；（4

8、 4）分析工艺）分析工艺过程过程及其工艺及其工艺参数或状态参数参数或状态参数；（5 5）人、机关系人、机关系（操作、维修等）；（操作、维修等）；（6 6）环境条件环境条件；（7 7）用于保证安全的）用于保证安全的设备、防护装置设备、防护装置等。等。第五节、预先危险性分析（第五节、预先危险性分析（PHAPHA）2. 2. 预先危险性分析的步骤预先危险性分析的步骤（1 1）调查、了解和收集过去的经验和同类生产中发生的事）调查、了解和收集过去的经验和同类生产中发生的事故情况。故情况。（2 2）确定危险源，并分类制成表格。危险源的确定可通过）确定危险源，并分类制成表格。危险源的确定可通过经验判断、技术

9、判断或安全检查表等方法进行。经验判断、技术判断或安全检查表等方法进行。（3 3）识别危险转化技术条件。研究危险因素转化为事故状）识别危险转化技术条件。研究危险因素转化为事故状态的触发条件。态的触发条件。（4 4）进行危险分级。目的是确定危险程度，提出应重点控）进行危险分级。目的是确定危险程度，提出应重点控制的危险源。制的危险源。（5 5）制定危险预防措施。）制定危险预防措施。第五节、预先危险性分析（第五节、预先危险性分析（PHAPHA）预先危险分析程序预先危险分析程序熟熟悉悉系系统统调调查查收收集集资资料料系系统统功功能能分分解解分分析析辨辨识识危危险险源源确确定定危危险险等等级级制制定定措措

10、施施措措施施落落施施分分析析触触发发事事件件第五节、预先危险性分析（第五节、预先危险性分析（PHAPHA）第五节、预先危险性分析（第五节、预先危险性分析（PHAPHA）第五节、预先危险性分析（第五节、预先危险性分析（PHAPHA）第五节、预先危险性分析（第五节、预先危险性分析（PHAPHA）第六节故障类型影响分析（第六节故障类型影响分析（FMEAFMEA）一、基本原理一、基本原理一、基本原理一、基本原理一、基本原理一、基本原理p系统或元件发生故障的机理十分复杂，系统或元件发生故障的机理十分复杂，故障类型故障类型是由不是由不同故障机理显现出来的各种故障现象的表现形式。一个同故障机理显现出来的各种

11、故障现象的表现形式。一个系统或一个元件往往有多种故障类型。系统或一个元件往往有多种故障类型。p对产品、设备、元件的故障类型、产生原因及其影响及对产品、设备、元件的故障类型、产生原因及其影响及时时了解和掌握了解和掌握，才能正确地采取相应措施。，才能正确地采取相应措施。p掌握产品、设备、元件的故障类型需要积累大量的实际掌握产品、设备、元件的故障类型需要积累大量的实际工作经验，特别是通过工作经验，特别是通过FMEAFMEA来积累经验。来积累经验。二、故障类型影响分析程序二、故障类型影响分析程序1. 1. 掌握和了解对象系统：掌握和了解对象系统：分析之前必须掌握被分析对象的有关资料，以确定分析的分析之

12、前必须掌握被分析对象的有关资料，以确定分析的详细程度，确定对象系统的边界条件；详细程度，确定对象系统的边界条件； 了解作为分析对象的系统、装置或设备；了解作为分析对象的系统、装置或设备； 确定分析系统的物理边界；确定分析系统的物理边界； 确定系统分析的边界；确定系统分析的边界； 收集元素的最新资料。收集元素的最新资料。2. 2. 对系统元素的故障类型进行分析对系统元素的故障类型进行分析 找出所有的故障类型，尽可能找出每种故障类型的所有原找出所有的故障类型，尽可能找出每种故障类型的所有原因，然后确定系统元素的因，然后确定系统元素的故障类型故障类型。 若分析对象是已有元素，则可以根据以往运行经验或

13、试验若分析对象是已有元素，则可以根据以往运行经验或试验情况确定元素的故障类型；情况确定元素的故障类型； 若分析对象是设计中的新元素，则可以参考其它类似元素若分析对象是设计中的新元素，则可以参考其它类似元素的故障类型，或者对元素进行可靠性分析来确定元素的故的故障类型，或者对元素进行可靠性分析来确定元素的故障类型。障类型。 一个元素至少有一个元素至少有4 4种可能的故障类型种可能的故障类型 意外运行；运行不准时；停止不及时；运行期间故障。意外运行；运行不准时；停止不及时；运行期间故障。 根据故障原因分析，最后确定元素的故障类型。根据故障原因分析，最后确定元素的故障类型。3 3. . 故障类型的影响

14、故障类型的影响 故障类型的影响分析故障类型的影响分析是指在系统正常运行的状态是指在系统正常运行的状态下，详细地分析一个元素各种故障类型对系统的下，详细地分析一个元素各种故障类型对系统的影响。影响。 分析故障类型的影响，通过研究系统主要的参数分析故障类型的影响，通过研究系统主要的参数及其变化、故障后果的物理模型或经验来确定故及其变化、故障后果的物理模型或经验来确定故障类型对系统功能的影响。障类型对系统功能的影响。36故障类型的影响可以从下面故障类型的影响可以从下面3 3种情况来分析：种情况来分析：1)1)元件故障类型对相邻元素的影响。该元素可能是其他元件故障类型对相邻元素的影响。该元素可能是其他

15、元素故障的原因；元素故障的原因； 2) 2)元素故障类型对整个系统的影响。该元素可能是导致元素故障类型对整个系统的影响。该元素可能是导致或事故的原因；或事故的原因； 3)3)元素故障类型对子系统及周围环境的影响。元素故障类型对子系统及周围环境的影响。4. 4. 列出故障类型影响分析表列出故障类型影响分析表根据故障类型和影响分析表，系统、全面和有序地进行分析。根据故障类型和影响分析表，系统、全面和有序地进行分析。三、应用实例：三、应用实例：四、四、FMEAFMEA分析方法的特点：分析方法的特点：（1 1）通过原因来分析系统的故障（结果），即用）通过原因来分析系统的故障（结果），即用系统工程的方法

16、，从元件的故障开始，从下系统工程的方法，从元件的故障开始，从下向上逐次分析其可能的问题，预测整个系统向上逐次分析其可能的问题，预测整个系统的故障，利用表格形式，找出不希望发生的的故障，利用表格形式，找出不希望发生的初始原因事件。初始原因事件。（2 2）以功能为中心，以逻辑推理为重点，侧重于）以功能为中心，以逻辑推理为重点，侧重于建立上级与下级的逻辑关系的分析方法。建立上级与下级的逻辑关系的分析方法。（3 3）该方法适用于产品设计、工艺设计、装备设）该方法适用于产品设计、工艺设计、装备设计和预防等环节。计和预防等环节。五、五、 FMEAFMEA的目的和要求的目的和要求1.1. 搞清楚系统或产品的所有故障模式及其对系统或产品功能搞清楚系统或产品的所有故障模式及其对系统或产品功能以及对人、环境的影响；以及对人、环境的影响；2.2. 对有可能发生的故障模式，提出可行的控制方法和手段；对有可能发生的故障模式，提出可行的控制方法和手段；3.3. 在系统或产品设计审查时，找出系统或产品的薄弱环节和在系统或产品设计审查时，找出系统或产品的薄弱环节和潜在缺陷，并提出改进设计意见。或定出应加强研究的项潜在缺陷，并提出改进设计意见。