中國礦業(yè)大學(xué)北京安全系統(tǒng)工程四PPT課件

1、目錄概述系統(tǒng)安全分析事故樹分析系統(tǒng)安全評價(jià)安全決策灰色理論與安全系統(tǒng)312456第1頁/共79頁事故致因理論 事故樹分析事故樹分析在在安全系統(tǒng)工程安全系統(tǒng)工程里的地位及與其他內(nèi)容的關(guān)聯(lián)里的地位及與其他內(nèi)容的關(guān)聯(lián)第2頁/共79頁本章重點(diǎn)：熟悉故障樹分析的特點(diǎn)、基本概念、步驟和建樹原則；掌握其適用條件、定性分析和定量分析應(yīng)用,掌握布爾代數(shù)運(yùn)算。概述（概念、優(yōu)缺點(diǎn)）事故樹編制布爾運(yùn)算事故樹定性分析事故樹定量分析事故樹分析舉例第四章第四章 事故樹分析事故樹分析123456第3頁/共79頁第一節(jié) 概述背景背景 美國貝爾波音公司美國原子能第4頁/共79頁第一節(jié) 概述(1)一種圖形演繹方法，事故事件在一定條

2、件下的邏輯推理方法。圍繞某特定事故層層深入分析，根據(jù)事故樹系統(tǒng)內(nèi)各事件間內(nèi)在聯(lián)系，以及單元故障與系統(tǒng)事故間的邏輯關(guān)系，找出系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)；(2)靈活性：分析某些單元故障對系統(tǒng)的影響+對導(dǎo)致系統(tǒng)事故的原因分析。(3)FTA分析深入認(rèn)識系統(tǒng)過程，要求分析人員把握系統(tǒng)內(nèi)各要素，弄清各潛在因素對事故發(fā)生影響的途徑和程度，許多問題在分析中被發(fā)現(xiàn)和解決提高了系統(tǒng)安全性。（4）事故樹模型可定量計(jì)算復(fù)雜系統(tǒng)發(fā)生事故概率，為改善和評價(jià)系統(tǒng)安全性提供了定量依據(jù)。事故樹特點(diǎn)事故樹特點(diǎn)第5頁/共79頁第一節(jié) 概述(1)需要花費(fèi)大量人力、物力和時(shí)間；(2)難度較大，建樹過程復(fù)雜，需要經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員參加，容易發(fā)生遺漏和

3、錯(cuò)誤；(3)FTA只考慮(0，1)狀態(tài)的事件，而大部分系統(tǒng)存在局部正常、局部故障狀態(tài)，建數(shù)學(xué)模型時(shí)，產(chǎn)生較大誤差；(4)FTA雖可考慮人的因素，但人失誤難以量化。事故樹分析仍處發(fā)展和完善中。目前，事故樹分析在自動編制、多狀態(tài)系統(tǒng)FTA、相依事件的FTA、FTA的組合、數(shù)據(jù)庫的建立及FTA技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用等方面尚待進(jìn)一步分析研究。事故樹缺點(diǎn)事故樹缺點(diǎn)第6頁/共79頁第一節(jié) 概述事故樹分析步驟事故樹分析步驟熟悉系統(tǒng)確定頂上事件構(gòu)建事故樹定量分析制定安全措施定性分析修改簡化事故樹調(diào)查事故收集系統(tǒng)資料調(diào)查原因事件第7頁/共79頁 1 1、選擇合理的頂上事件、選擇合理的頂上事件 2 2、資料收集準(zhǔn)備、資料

4、收集準(zhǔn)備 3 3、建造故障樹、建造故障樹 4 4、化簡、化簡FTFT 5 5、定性分析、定性分析 6、定量分析、定量分析事故樹分析第一節(jié) 概述事故樹分析步驟事故樹分析步驟第8頁/共79頁第一節(jié) 概述事故樹分的符號意義事故樹分的符號意義1、事故樹的符號 事件符號 頂上事件、中間事件符號，需要進(jìn)一步往下 分析的事件； 基本事件符號，不能再往下分析的事件； 正常事件符號，正常情況下存在的事件； 省略事件，不能或不需要向下分析的事件。第9頁/共79頁第一節(jié) 概述事故樹的符號意義事故樹的符號意義2、邏輯門符號或門，表示B1或B2任一事件單獨(dú)發(fā)生（輸入）時(shí)，A事件都可以發(fā)生（輸出）； 與門，表示B1、B2

5、兩個(gè)事件同時(shí)發(fā)生（輸入）時(shí)，A事件才能發(fā)生（輸出）； 第10頁/共79頁 條件或門，表示B1或B2任一事件單獨(dú)發(fā)生（輸入）時(shí)，還必須滿足條件a，A事件才發(fā)生（輸出）； 條件與門，表示B1、B2兩個(gè)事件同時(shí)發(fā)生（輸入）時(shí)，還必須滿足條件a，A事件才發(fā)生（輸出）； 限制門，表示B事件發(fā)生（輸入）且滿足條件a時(shí)，A事件才能發(fā)生（輸出）。 a第一節(jié) 概述事故樹分的符號意義事故樹分的符號意義第11頁/共79頁 轉(zhuǎn)入符號，表示在別處的部分樹，由該處轉(zhuǎn)入（在三角形內(nèi)標(biāo)出從何處轉(zhuǎn)入）； 轉(zhuǎn)出符號，表示這部分樹由此處轉(zhuǎn)移至他處（在三角形內(nèi)標(biāo)出向何處轉(zhuǎn)移）。 第一節(jié) 概述事故樹分的符號意義事故樹分的符號意義第12

6、頁/共79頁第二節(jié) 事故樹的編制事故樹編制原則事故樹編制原則第13頁/共79頁第二節(jié) 事故樹的編制事故樹編制舉例事故樹編制舉例第14頁/共79頁第二節(jié) 事故樹的編制事故樹編制工具及方法事故樹編制工具及方法(1)人工編制人工編制(2)計(jì)算編制 簡單編制AutoCAD，Viso，office等其他作圖工具 編制并計(jì)算采用Fault Tree軟件事故樹編制方法事故樹編制方法(1)合成法(2)判定表法(3)編程方法（編程軟件+Opengl （圖形控件）第15頁/共79頁第二節(jié) 事故樹的編制實(shí)例（現(xiàn)場應(yīng)用的事故樹）第16頁/共79頁第三節(jié) 事故樹的定性分析第17頁/共79頁xi=1 表示單元i 發(fā)生（即

7、元、部件故障）（i=1,2,n）0 表示單元i 不發(fā)生（即元、部件正常）（i=1,2,n）y =1 表示頂上事件發(fā)生0 表示頂上事件不發(fā)生y=(X) 或 y=(x1, x2, xn) (X) 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)函數(shù)1. 結(jié)構(gòu)函數(shù)描述系統(tǒng)狀態(tài)的函數(shù)。第三節(jié) 事故樹的定性分析第18頁/共79頁第三節(jié) 事故樹的定性分析1. 結(jié)構(gòu)函數(shù)描述系統(tǒng)狀態(tài)的函數(shù)。第19頁/共79頁 結(jié)合律 （AB）CA（BC） （A B） CA （B C） 交換律 ABBA A BB A 分配律 A （BC）（A B）（A C） A（B C）（AB）（AC）第三節(jié) 事故樹的定性分析第三節(jié) 事故樹的定性分析第20頁/共79頁 等冪律 A

8、AA A AA 吸收律 AA BA A （AB）A 互補(bǔ)律 AA A A 對合律 （A）A 德莫根律 （AB）A B （A B）AB第三節(jié) 事故樹的定性分析第21頁/共79頁5435535335545445434434332154534321321121XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXBBBAAAT第三節(jié) 事故樹的定性分析第22頁/共79頁第三節(jié) 事故樹的定性分析第23頁/共79頁第三節(jié) 事故樹的定性分析第24頁/共79頁535443215435354543432154355353355454454344343321XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

9、XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXT第三節(jié) 事故樹的定性分析第25頁/共79頁535443215435354543432154355353355454454344343321XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXT第三節(jié) 事故樹的定性分析第26頁/共79頁32413143233241313211XXXXXXXXXXXXXXXXBXXBXCBBXABT第三節(jié) 事故樹的定性分析第27頁/共79頁第三節(jié) 事故樹的定性分析第28頁/共79頁xi=1 表示單元i 發(fā)生（即元、部件故障）（i=1,2,n）0 表示單元i 不發(fā)生（

10、即元、部件正常）（i=1,2,n）y =1 表示頂上事件發(fā)生0 表示頂上事件不發(fā)生y=(X) 或 y=(x1, x2, xn) (X) 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)函數(shù)第三節(jié) 事故樹的定性分析第29頁/共79頁T TA A十B BX1X1C C十X XX3X3X4X4X1X1(X2(X2十X3X3) )十X3X3X4X4X1X1X2X2十X1X1X3X3十X3X3X4X4成功樹成功樹原樹原樹第三節(jié) 事故樹的定性分析第30頁/共79頁成功樹有三個(gè)最小割集，就是事故樹的三個(gè)最小徑集：P1X1，X2，P2X1，X3，P3X3，X4。 用最小徑集表示的事故樹結(jié)構(gòu)式為： T(X1十X2)(Xl十X3)(X3十X4)用最小

11、徑集表示的等效樹也有兩層邏輯門，與用最小割集表示的等效樹比較，所不同的是兩層邏輯門符號正好相反。 第三節(jié) 事故樹的定性分析第31頁/共79頁) 43)(31)(21() 43)(3. 21() 43)(1(.XXXXXXXXXXXXXCXBAT) 2)(1(21AXAXAXX原則：第三節(jié) 事故樹的定性分析第32頁/共79頁第三節(jié) 事故樹的定性分析第33頁/共79頁第三節(jié) 事故樹的定性分析第34頁/共79頁第三節(jié) 事故樹的定性分析第35頁/共79頁由最小徑集定義得，事故樹中有一個(gè)最小徑集，則頂上事件不發(fā)生的可能性就有一種；事故樹小最小徑集越多，說明控制頂上事件不發(fā)生的方案就越多，系統(tǒng)的安全性就越

12、高。 事故樹中有一個(gè)最小徑集，控制頂上事件不發(fā)生的方案就有一種。一個(gè)事故樹有幾個(gè)最小徑集，使頂上事件不發(fā)生的方案就有幾種。在這些方案中，選擇哪一種最好，一般說來，控制少事件最小徑集中的基本事件比控制多個(gè)基本事件省工、省時(shí)、經(jīng)濟(jì)、有效。當(dāng)然也有例外，有時(shí)少事件徑集中的基本事件由于經(jīng)濟(jì)或技術(shù)上的原因，難以控制，這種情況下應(yīng)選擇其他方案。第三節(jié) 事故樹的定性分析第36頁/共79頁(5)利用最小割集和最小徑集，可進(jìn)行結(jié)構(gòu)重要度分析(6)利用最小割集和最小徑集可對系統(tǒng)進(jìn)行定量分析和評價(jià)。下面講解。第三節(jié) 事故樹的定性分析第37頁/共79頁1、畫成功樹2、求成功樹的最小割集3、原事故樹的最小徑集第三節(jié) 事

13、故樹的定性分析第38頁/共79頁1、求其最小割集2、畫成功樹3、求成功樹的最小割集4、原事故樹的最小徑集5、畫出以最小割集表示的事故 樹的等效圖6、畫出以最小徑 集表示的事故樹的等效圖第三節(jié) 事故樹的定性分析第39頁/共79頁第三節(jié) 事故樹的定性分析第40頁/共79頁第41頁/共79頁 1.頂事件發(fā)生概率2.結(jié)構(gòu)重要度函數(shù)3.割集重要度分析4.概率重要度分析5.關(guān)鍵重要度分析6.基本事件發(fā)生概率（看書） 第四節(jié) 事故樹的定量分析第42頁/共79頁若事故樹中不含重復(fù)或相同基本事件，各基本事件相互獨(dú)立，頂事件發(fā)生概率可根據(jù)事故樹結(jié)構(gòu)，用下列公式求。用“與門”連接的頂事件發(fā)生概率為：用“或門”連接的

14、頂事件發(fā)生概率為：式中：qi第i個(gè)基本事件發(fā)生概率(i=l，2，,n) 如下例：n1iiq)(TPn1ii)q-(11)(TP第四節(jié) 事故樹的定量分析第43頁/共79頁TX2X3X1+.E第四節(jié) 事故樹的定量分析第44頁/共79頁YiniiYiippqqXTPn1121)1 ()()(第四節(jié) 事故樹的定量分析第45頁/共79頁YiniiYiippqqXTPn1121)1 ()()(第四節(jié) 事故樹的定量分析第46頁/共79頁各基本事件的概率分別為：q1= q2 = 0.01q3= q4 = 0.02q5= q6 = 0.03q7= q8 = 0.04求頂上事件T發(fā)生的概率第四節(jié) 事故樹的定量分析

15、第47頁/共79頁 公式(最小割集E1，E2，Er，Ek)（假設(shè)基本事件相互獨(dú)立） kEixirkktsrEsErxkrErxkEixirkrEsErxErxkrkktsrktsrkrkrqiqiqiTPqiErPqiEsErPqiErPErPEtEsErPEsErPErPErPTP111111111111)1()()1()(故：第四節(jié) 事故樹的定量分析第48頁/共79頁第四節(jié) 事故樹的定量分析實(shí)例1第49頁/共79頁列出頂上事件發(fā)生概率的表達(dá)式用布爾代數(shù)等冪律化簡，消除每個(gè)概率積中的重復(fù)事件計(jì)算頂上事件的發(fā)生概率第四節(jié) 事故樹的定量分析實(shí)例2第50頁/共79頁 kprxirkktsrpspr

16、xikrprxkpixirkrpsprxprxkrkktsrktsrkrkrqiqiqiTPqiDrPqiDsDrPqiDrPDrPDtDsDrPDsDrPDrPDrPTP111111111111)1 ()1()1 ()1 (1)()1 ()1 ()1 ()1() (故：第四節(jié) 事故樹的定量分析第51頁/共79頁 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節(jié) 事故樹的定量分析第52頁/共79頁第四節(jié) 事故樹的定量分析不交積之和定理第53頁/共79頁例題例題第四節(jié)

17、事故樹的定量分析不交積之和定理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頁/共79頁11irkirXEqF21irsirs k XEEqF 1rXEirkikqF 1P TF 12P TFF 123P TFFF第四節(jié) 事故樹的定量分析第55頁/共79頁11(1)irkirXPqS 21(1)irsir s k XPPqS 1(1)rXEir

18、kikqS11P TS121P TSS11211SPTSS 1212311SSP TSSS 第四節(jié) 事故樹的定量分析第56頁/共79頁(3)(3)平均近似法平均近似法111()2irirskiirrskXEXEEP Tqq 11()1kkrrrrP TPEPE 11111(1)11irkkkrrirrrXEP EP Eq 第四節(jié) 事故樹的定量分析第57頁/共79頁作業(yè) 1 已知故障樹最小割集為E1=x4,x3;E2=x4,x2,x5;E3=x1,x3;E4=x1,x5,設(shè)各基本事件發(fā)生概率為q1=0.01;q2=0.02;q3=0.03;q4=0.04;q5=0.05。求頂上事件發(fā)生概率？（三

19、種方法求解） 2 已知故障樹最小徑集為E1=x2,x3;E2=x1,x4;E3=x1,x5設(shè)各基本事件發(fā)生概率為q1=0.01;q2=0.02;q3=0.03;q4=0.04;q5=0.05。求頂上事件發(fā)生概率？第58頁/共79頁第四節(jié) 事故樹的定量分析第59頁/共79頁 ),0(),1(211xixiiIn第四節(jié) 事故樹的定量分析第60頁/共79頁第四節(jié) 事故樹的定量分析第61頁/共79頁第四節(jié) 事故樹的定量分析第62頁/共79頁krirkErXmkiI1)(11)(第四節(jié) 事故樹的定量分析結(jié)構(gòu)重要度分析的另一種方法是用最小割集或最小徑集近似判斷各基本事件的結(jié)構(gòu)重要系數(shù)。這種方法雖然精確度比

20、求結(jié)構(gòu)重要系數(shù)法差一些，但操作簡便，因此目前應(yīng)用較多。用最小割集或最小徑集近似判斷結(jié)構(gòu)重要系數(shù)的方法也有幾種，這里只介紹其中的一種，就是用四條原則來判斷，這四條原則是（見下頁）：設(shè)某事故樹有K個(gè)最小割集，則割集重要度系數(shù)為（mr為最小割集Er含有Mr個(gè)基本事件）：第63頁/共79頁第四節(jié) 事故樹的定量分析第64頁/共79頁第四節(jié) 事故樹的定量分析第65頁/共79頁 1212111212I 432121212I131313jikXnjiI121第四節(jié) 事故樹的定量分析第66頁/共79頁第四節(jié) 事故樹的定量分析第67頁/共79頁第四節(jié) 事故樹的定量分析第68頁/共79頁 qiTPiIg)(第四節(jié)

21、事故樹的定量分析第69頁/共79頁 iITPqiqiTPTPqiqiqiTPTPiIggqiqic)()()(/)(/)(limlim00第四節(jié) 事故樹的定量分析第70頁/共79頁第四節(jié) 事故樹的定量分析第71頁/共79頁綜合實(shí)例故障樹分析的基本程序包括：1.調(diào)查事故；2.確定目標(biāo)；3.比較;4.調(diào)查事故原因事件；5.定性分析；6.事故發(fā)生概率確定;7.熟悉系統(tǒng)；8.分析；9.畫出事故樹；10.確定頂上事件。請利用布爾運(yùn)算法則計(jì)算：AB（A+C）的最終結(jié)果如果故障樹的最小割集為x1,x3;x1,x5;x4,x3;x2,x4,x5則結(jié)構(gòu)重要度最小的基本事件為（）下列說法錯(cuò)誤的有（）A最小徑集表示

22、系統(tǒng)的危險(xiǎn)性，最小徑集的數(shù)目越多系統(tǒng)越危險(xiǎn)B求出事故樹全部最小徑集，就可掌握事故發(fā)生的各種可能C一個(gè)最小徑集代表一種事故模式D最小割集表示系統(tǒng)的安全性E只要控制住一個(gè)最小割集，則頂上事件不發(fā)生。第72頁/共79頁綜合實(shí)例已知故障樹最小割集為E1=x4,x3;E2=x4,x2,x5;E3=x1,x3;E4=x1,x5,設(shè)各基本事件發(fā)生概率為q1=0.01;q2=0.02;q3=0.03;q4=0.04;q5=0.05。求頂上事件發(fā)生概率？（三種方法求解）（已知故障樹最小徑集為E1=x2,x3;E2=x1,x4;E3=x1,x5設(shè)各基本事件發(fā)生概率為q1=0.01;q2=0.02;q3=0.03;

23、q4=0.04;q5=0.05。求頂上事件發(fā)生概率？（？（第73頁/共79頁綜合實(shí)例某事故樹圖如下，以至q1=0.01，q2=0.02,q3=0.03,q4=0.04,q5=0.05,試求事故樹的最小割集，最小徑集，頂事件發(fā)生的概率，結(jié)構(gòu)重要度，概率重要度和關(guān)鍵重要度,并對結(jié)果進(jìn)行分析？（頂事件概率可以求近似值)第74頁/共79頁綜合實(shí)例計(jì)算結(jié)果如下：T=X1X2X3+X3X5+X4X5=（X1+X5）(X2+X5)(X3+X5)(X3+X4)此事故樹的最小割集是：X1，X3，X2，X3，X5，X4，X5此事故樹的最小徑集是： X3，X4， X1，X5， X3，X5， X2，X5基本事件結(jié)構(gòu)重

24、要度順序?yàn)椋篒(5) I(3) I(4) I(1)= I(2)不交集運(yùn)算結(jié)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概率重要度的順序?yàn)? Ig(5) Ig(4) Ig(3) Ig(1)Ig(2)頂上事件發(fā)生的概率是:P(T)=q3q5+(1-q3)q4q5+(1-q5)q1q2q3=34.457x10-4X1的臨界重要度是: q1/P(T)*Ig(1)= 0.00165X2的臨界重要度是: q2/P(T)*Ig(2)= 0.00165X3的臨界重要度是: q3/P(T)*Ig(3)=0.41086X4的臨界重要度是: q4/P(T)*Ig(4)=0.55X5的臨界重要度是: q5/P(T)*Ig(5)=0.9983關(guān)鍵重要系數(shù)順序?yàn)? Ic(5) Ic(4) Ic(3) Ic(1)=Ic(2)第75頁/共79頁綜合實(shí)例實(shí)例2鹽浴加熱爐熱處理是熱處理普遍采用的一種加熱