安全系统工程

安全系统工程SafetySystemEngineering

第二章系统安全分析法

授课班级第

4次课

授课时间

授课地点课题内容系统安全分析教学目的通过课程的学习使学生掌握故障类型和影响分析法。

教学方法讲授、案例、讨论重点故障类型和影响分析法难点故障类型和影响分析法的应用能力培养培养学生对系统存在的危险因素进行分析的能力。课堂类型新课讲授教具多媒体设备主要内容1.故障类型和影响分析的应用范围、优缺点、编制方法。安全系统工程重点：掌握故障类型和影响分析法的编制。安全系统工程一、故障类型及影响分析(FMEA)

FailureModeEffectAnalysis

（FMEA)故障类型影响分析是安全系统工程中重要的分析方法，它采用系统分割的概念，根据实际需要分析的水平，把系统分割成子系统或进一步分割成元件。然后，按照一定顺序进行系统分析或考察，查出系统中各子系统或元件可能发生的故障和故障所呈现的状态（故障类型），进一步分析它们对系统或产品的功能造成的影响，提出可能采取的预防改进措施，以提高系统或产品的可靠性和安全性。

FMEA的目的是辨识单一设备和系统的故障模式及每种故障模式对系统或装置造成的影响。评价人员通常提出增加设备可靠性的建议，进而提出工艺安全对策。该方法能查明元件发生各种故障时，带来的危险性，是一种较为完善的分析方法，它即可用于定性分析也可用于定量分析（FMECA）。

对每个子系统或部件提问：故障类型是什么？故障类型的影响是什么？如何检测此故障？故障严重程度？（FMEA）方法中的几个术语①故障：元件、系统或子系统在规定的运行时间、条件下未按设计要求完成规定的功能或功能下降。②故障类型(failuremode)。故障出现的状态，是故障现象的一种表征，类似于医学上的疾病症状。譬如，阀门发生故障，至少有几种可能：内部泄露，外部泄露，打不开，关不紧等现象，这就叫类型。③故障影响(failureeffect)或称故障后果。是某种故障类型对系统、子系统、单元操作、功能或状态所造成的影响。④故障原因：导致系统、产品产生故障的内部因素和外部因素的总和。⑤故障严重度（等级）：故障所能导致的最严重的潜在后果，以伤害程度、财产损失或系统永久破坏加以度量

。

进行FMEA必须熟悉整个要分析的系统的情况，包括系统结构方面的、系统使用维护方面的以及系统所处环境等方面的资料。具体来说，应获得并熟悉以下信息：①技术规范与研制方案；②设计方案论证报告；③设计数据和图纸；④可靠性数据。进行FMEA必须掌握的资料

FMEA工作程序1）熟悉系统收集资料明确系统的任务及组成从设计说明及有关资料中查出系统含有多少子系统，各子系统又含有多少元件，明确其功能，了解各元件之间的关系，为分析打下基础。

FMEA工作程序2）确定分析程度和水平分析层次的确定一般考虑两个因素，一是分析目的，二是系统的复杂程度。分析的层次太浅，就会漏掉重要的故障模式，得不到需要的信息；若分析得过深，一切都分析到元件，会造成结果繁琐，浪费大量人力和时间，对制订措施也带来困难。一般，对关键的子系统可以分析得深一些，次要分析得浅一些，有的可以不用分析。

FMEA工作程序3）对系统元素的故障类型进行分析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障类型

FMEA工作程序4）列出所有故障类型并分析其影响根据经验及过去有关的故障资料列出所有可能的故障类型，并其对系统、子系统、元件以及对人的影响。5）确定故障等级可以根据故障影响，对照严重度的分级标准进行故障等级划分。分级可以采用简单分级法，也可以采用风险矩阵法或评点法来进行故障分级。

严重度类别是产品故障模式造成的最坏潜在后果的量度表示。可以将每一故障模式和每一被分析的产品按损失程度进行分类。严重度一般分为下述四类。①Ⅰ类(轻度的)——这是一种不足以导致人员伤害、一定的经济损失或装备损坏的故障，但它会导致非计划性维护或修理。②Ⅱ类(临界的)——这种故障会引起人员的轻度伤害、一定的经济损失或导致任务延迟或降级的系统轻度损坏。③Ⅲ类(严重的)——这是一种会引起人员伤亡或装备毁坏的故障。④Ⅳ类(致命的)——这种故障会引起人员的严重伤害、重大经济损失或导致任务失败的系统严重损坏。确定严重类别的目的在于为安排改进措施提供依据。最优先考虑的是消除Ⅲ类和Ⅳ类故障模式。FMEA严重度类别划分——简单分级法

FMEA工作程序评定故障等级常要考虑的因素：故障影响的大小；故障发生的概率；防止故障发生的难易；是否需要重新设计。

电机运行系统如图2-2所示,该系统是一种短时运行系统,如果运行时间过长则可能引起电线过热或者电机过热、短路。对系统中主要元素进行故障类型和影响分析,结果列于表2-7。

例题：

将该系统进行细分为子系统及元件：操作系统及动力系统，操作系统是指操作人员操作按钮来控制继电器的离合；动力系统是指通过控制继电器的离合来控制电机的运转。因此系统中的主要元件有：按钮、继电器、熔丝、电动机等；逐个分析每个元件产生的故障、故障类型、原因、故障对系统的影响以及检测方法。例题：

空气压缩机的储罐属于压力容器,其功能是储存空气压缩机产生的压缩空气。这里仅考察储罐的罐体和安全阀两个元素的故障类型及其影响,例题：例题：单元故障类型故障原因故障影响检测方法故障等级措施罐体轻微漏气接口不严能耗增加听漏气噪声、空气压缩机频繁打压Ⅱ加强维修保护严重漏气焊接裂缝压力迅速下降压力表度数下降Ⅱ停机修理破裂材料缺陷、外力破坏压力迅速下降、损伤人员和设备压力表度数下降Ⅲ停机修理安全阀漏气接口不严、弹簧疲劳能耗增加、压力下降听漏气噪声、空气压缩机频繁打压Ⅱ加强维修保护错误开启弹簧疲劳、折断压力迅速下降压力表度数下降Ⅱ停机修理不能安全泄压锈蚀物堵住阀口超压时失去安全功能、系统压力迅速增高压力表度数迅速升高Ⅲ停机检查更换

对于特别危险的故障类型，例如故障等级是Ⅳ级的故障类型，有可能导致人身伤亡或全系统损坏。因此对这类元件要特别注意，可采用致命度分析方法(CA)，进一步分析。致命度分析一般是与故障类型影响分析合用（FMECA）。目的：给出某种故障类型的发生概率及故障严重度的综合度量——是一种定量分析。二、致命度分析

CriticalityAnalysis

(CA)

危害性分析有定性分析和定量分析两种方法。究竟选择哪种方法，应根据具体情况决定。在不能获得产品技术状态数据或故障率数据的情况下，可选择定性的分析方法。若可以获得产品的这些数据，则应以定量的方法计算并分析危害度。CA分析方法1）定性分析法。在得不到产品技术状态数据或故障率数据的情况下，可以按故障模式发生的概率来评价FMEA中确定的故障模式。此时，将各故障模式的发生概率按一定的规定分成不同的等级。故障模式的发生概率等级按如下规定：A级(经常发生)——在产品工作期间内某一故障模式的发生概率大于产品在该期间内总的故障概率的20%。B级(有时发生)——在产品工作期间内某一故障模式的发生概率大于产品在该期间内的总的故障概率的10%，但小于20%。C级(偶然发生)——在产品工作期间内某一故障模式的发生概率大于产品在该期间内总的故障概率的1%，但小于10%。D级(很少发生)——在产品工作期间内某一故障模式的发生概率大于产品在该期间内总的故障概率的0.1%，但小于1%。E级(极少发生)——在产品工作期间内某一故障模式的发生概率小于产品在该期间内总的故障概率的0.1%。2）定量分析方法。在具备产品的技术状态数据和故障率数据的情况下，采用定量的方法，可以得到更为有效的分析结果。用定量的方法进行危害性分析时，所用的故障率数据源应与进行其他可靠性维修性分析时所用的故障率数据源相同。概率——严重度分析法：

危险度分析的目的在于评价每种故障类型的危险程度。通常,采用概率一严重度来评价故障类型的危险度。概率是指故障类型发生的概率,严重度是指故障后果的严重程度。采用该方法进行危险度分析时,通常把概率和严重度分别划分为若干等级。例如,美国的杜邦公司把概率划分为6等级,危险程度划分为3个等级(见表2-9中注)。

危险度指数法：

当用危险度一个指标来评价时,可按下式计算危险度:

式中C---系统的危险度指数;

n---导致系统重大故障或事故的故障类型数目;

λ---元素的基本故障率;

t---元素的运行时间;

α---导致系统重大故障或事故的故障类型数目占全部故障类型数目的比例;

β---导致系统重大故障或事故的故障类型出现时,系统发生重大故障或事故的概率,其参考值见表2-9;

k1---实际运行状态的修正系数，为实际强度和实验室测定强度的比值；

k2---实际运行环境条件的修正系数。三、对FMEA的评价1、FMEA是一种定性分析法，可直观表现各元件某种形式的故障对系统的影响。2、FMEA是FMECA的基础。3、与故障树FTA的比较：

FMEA是一种逻辑归纳法，从局部整体

FTA是一种逻辑演绎法，从整体局部

FMEA是从下而上（研究元件故障对系统的影响）

FTA是从上而下（研究系统的故障是由哪些元件的故障所导致的）①它是用于产品研制的全过程，适用于研制中的各个阶段，是用于电气、机械、民用、宇航等专业；

②它可以帮助研制人员把失效及影响减少到最小，从而提高产品或系统的可靠性水平；

③FMEA的原理简单，方法简便，基本是定性分析，也可进行定量分析；

④应用FMEA（FMECA）的实际效果较大，国外早就列入产品研制，我国亦即把FMECA定为国标；

⑤它可以在一