安全系統(tǒng)工程課件安全(2)

1、3 系統(tǒng)安全分析系統(tǒng)安全分析3.1 系統(tǒng)安全分析概述系統(tǒng)安全分析概述 3.2 安全檢查表安全檢查表3.3 預(yù)先危險(xiǎn)性分析預(yù)先危險(xiǎn)性分析3.4 故障類型和影響分析故障類型和影響分析3.5 事件樹分析事件樹分析3.6 因果分析圖法（魚刺圖分析法）因果分析圖法（魚刺圖分析法）3.7 危險(xiǎn)和可操作性研究危險(xiǎn)和可操作性研究3.4 故障類型和影響分析故障類型和影響分析 概念概念 定義：定義： FMEA(Failure Modes and Effects Analysis)，是系統(tǒng)安全分析的重要方法之一。它采，是系統(tǒng)安全分析的重要方法之一。它采用系統(tǒng)分割的概念，根據(jù)實(shí)際需要分析的水平，把用系統(tǒng)分割的概念，根

2、據(jù)實(shí)際需要分析的水平，把系統(tǒng)分割成子系統(tǒng)或進(jìn)一步分割成元件，然后逐個(gè)系統(tǒng)分割成子系統(tǒng)或進(jìn)一步分割成元件，然后逐個(gè)分析各個(gè)子系統(tǒng)或元件可能發(fā)生的故障和故障呈現(xiàn)分析各個(gè)子系統(tǒng)或元件可能發(fā)生的故障和故障呈現(xiàn)的狀態(tài)的狀態(tài)(即故障類型即故障類型)，分析故障類型對(duì)子系統(tǒng)以及，分析故障類型對(duì)子系統(tǒng)以及整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，最后采取措施加以解決。整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，最后采取措施加以解決。 作用：作用：使用使用FMEA，基本上能夠查明元件發(fā)生各種，基本上能夠查明元件發(fā)生各種故障時(shí)帶來的危害性，是比較周密和完善的系統(tǒng)分故障時(shí)帶來的危害性，是比較周密和完善的系統(tǒng)分析方法。析方法。FMEA既可以用于定性分析，又可以用于

3、既可以用于定性分析，又可以用于定量分析。定量分析。 在系統(tǒng)進(jìn)行初步分析后，對(duì)于其中特別嚴(yán)在系統(tǒng)進(jìn)行初步分析后，對(duì)于其中特別嚴(yán)重、甚至?xí)斐扇藛T死亡或重大財(cái)物損失重、甚至?xí)斐扇藛T死亡或重大財(cái)物損失的故障類型，則可以單獨(dú)拿出來進(jìn)行分析。的故障類型，則可以單獨(dú)拿出來進(jìn)行分析。這種方法稱為致命度分析這種方法稱為致命度分析(Criticality Analysis，簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱CA)，和，和FMEA結(jié)合使用時(shí)，稱為故障結(jié)合使用時(shí)，稱為故障類型影響和致命度分析類型影響和致命度分析(FMECA)。 發(fā)展：發(fā)展：1957年，美國(guó)開始在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)上年，美國(guó)開始在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)上使用使用FMEA法。目前，法。目前，F(xiàn)M

4、ECA已在核電站、已在核電站、動(dòng)力工業(yè)、儀器、儀表、冶金工業(yè)中得到動(dòng)力工業(yè)、儀器、儀表、冶金工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。了廣泛的應(yīng)用。 （1）能夠明確地表示出局部的故障將給系統(tǒng)整體）能夠明確地表示出局部的故障將給系統(tǒng)整體的影響，并能確定出重要故障。的影響，并能確定出重要故障。 （2）能判斷出系統(tǒng)可靠性和安全性的大小。）能判斷出系統(tǒng)可靠性和安全性的大小。 （3）FMEA法不僅用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、可靠性法不僅用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、可靠性設(shè)計(jì)等方面，還可以把設(shè)計(jì)和質(zhì)量管理、可設(shè)計(jì)等方面，還可以把設(shè)計(jì)和質(zhì)量管理、可靠性管理等活動(dòng)有機(jī)連接起來。對(duì)系統(tǒng)的評(píng)靠性管理等活動(dòng)有機(jī)連接起來。對(duì)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)也是有利的。價(jià)也

5、是有利的。 （4）應(yīng)用）應(yīng)用FMEA時(shí)，不能忽略重要的故障類型。時(shí)，不能忽略重要的故障類型。 （5）為定量地進(jìn)行系統(tǒng)安全性預(yù)測(cè)、評(píng)價(jià)和其它）為定量地進(jìn)行系統(tǒng)安全性預(yù)測(cè)、評(píng)價(jià)和其它安全性研究提供一定的數(shù)據(jù)資料。安全性研究提供一定的數(shù)據(jù)資料。 3.4.2 FMEA的基本原理的基本原理故障和故障類型故障和故障類型故障等級(jí)故障等級(jí)可靠性框圖可靠性框圖故障定義：故障定義：當(dāng)系統(tǒng)或系統(tǒng)元件在運(yùn)行過程中因?yàn)楫?dāng)系統(tǒng)或系統(tǒng)元件在運(yùn)行過程中因?yàn)樾阅艿拖露荒軐?shí)現(xiàn)預(yù)定的功能時(shí)，則稱其發(fā)生性能低下而不能實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能時(shí)，則稱其發(fā)生了故障。了故障。元件是構(gòu)成系統(tǒng)、子系統(tǒng)的單元或組合件，它分元件是構(gòu)成系統(tǒng)、子系統(tǒng)的單元或

6、組合件，它分為幾種：為幾種： （1）零件：不能進(jìn)一步分解的單個(gè)部件，具有設(shè)計(jì)）零件：不能進(jìn)一步分解的單個(gè)部件，具有設(shè)計(jì)規(guī)定的性能，如軸、螺栓、螺母。規(guī)定的性能，如軸、螺栓、螺母。（2）組件：由兩個(gè)以上零部件構(gòu)成，在子系統(tǒng)中保）組件：由兩個(gè)以上零部件構(gòu)成，在子系統(tǒng)中保持特定的性能，如軸承、螺絲接頭。持特定的性能，如軸承、螺絲接頭。（3）功能件：由一些零部件構(gòu)成，具有獨(dú)立的功能，）功能件：由一些零部件構(gòu)成，具有獨(dú)立的功能，如齒輪箱、冷卻器。如齒輪箱、冷卻器。 故障類型是故障出現(xiàn)的狀態(tài)，也是故障的故障類型是故障出現(xiàn)的狀態(tài)，也是故障的表現(xiàn)形式。表現(xiàn)形式。 元件發(fā)生故障時(shí)，其呈現(xiàn)的類型可能不止元件發(fā)生故

7、障時(shí)，其呈現(xiàn)的類型可能不止一種。例如，一個(gè)閥門發(fā)生故障，可能有一種。例如，一個(gè)閥門發(fā)生故障，可能有內(nèi)部泄漏、外部泄漏、打不開和關(guān)不緊等內(nèi)部泄漏、外部泄漏、打不開和關(guān)不緊等故障類型。一般可從五個(gè)方面考慮故障類故障類型。一般可從五個(gè)方面考慮故障類型：型： 1）運(yùn)行過程中的故障；）運(yùn)行過程中的故障；2）過早地起動(dòng)；）過早地起動(dòng)；3）規(guī)）規(guī)定的時(shí)間內(nèi)不能啟動(dòng)；定的時(shí)間內(nèi)不能啟動(dòng)；4）規(guī)定的時(shí)間內(nèi)不能停）規(guī)定的時(shí)間內(nèi)不能停車；車；5）運(yùn)行能力降低、超量或受阻。）運(yùn)行能力降低、超量或受阻。 (1) 設(shè)計(jì)上的缺點(diǎn)。指設(shè)計(jì)所采取的原則錯(cuò)誤、技設(shè)計(jì)上的缺點(diǎn)。指設(shè)計(jì)所采取的原則錯(cuò)誤、技術(shù)路線選擇不當(dāng)、圖紙不完善或

8、有錯(cuò)誤等。術(shù)路線選擇不當(dāng)、圖紙不完善或有錯(cuò)誤等。(2) 制造上的缺點(diǎn)。加工方法不當(dāng)或組裝方面的失制造上的缺點(diǎn)。加工方法不當(dāng)或組裝方面的失誤。誤。(3) 質(zhì)量管理方面的缺點(diǎn)。檢驗(yàn)不夠或失誤以及工質(zhì)量管理方面的缺點(diǎn)。檢驗(yàn)不夠或失誤以及工程管理不當(dāng)?shù)?。程管理不?dāng)?shù)?。ISO9000序列。序列。(4) 使用上的缺點(diǎn)。誤操作或未按設(shè)計(jì)規(guī)定條件操使用上的缺點(diǎn)。誤操作或未按設(shè)計(jì)規(guī)定條件操作。作。(5) 維修方面的缺點(diǎn)。維修操作失誤或檢修程序不維修方面的缺點(diǎn)。維修操作失誤或檢修程序不當(dāng)?shù)?。?dāng)?shù)取?.4.2.2 故故 障障 等等 級(jí)級(jí)故障等級(jí)是衡量故障對(duì)系統(tǒng)任務(wù)、人員和故障等級(jí)是衡量故障對(duì)系統(tǒng)任務(wù)、人員和財(cái)物安全

9、造成影響的尺度?？梢詮囊韵聨棕?cái)物安全造成影響的尺度?？梢詮囊韵聨讉€(gè)方面考慮：個(gè)方面考慮： (1) 故障影響大??；故障影響大??； (2) 對(duì)系統(tǒng)造成影響的范圍；對(duì)系統(tǒng)造成影響的范圍； (3) 故障發(fā)生的頻率；故障發(fā)生的頻率； (4) 防止故障的難易；防止故障的難易； (5) 是否重新設(shè)計(jì)。是否重新設(shè)計(jì)。1）簡(jiǎn)單劃分法）簡(jiǎn)單劃分法（1） 計(jì)算點(diǎn)數(shù)計(jì)算點(diǎn)數(shù)：在應(yīng)用時(shí)，可取在應(yīng)用時(shí)，可取 i =5 ，5個(gè)因素為故障影響大小、個(gè)因素為故障影響大小、對(duì)系統(tǒng)造成影響的范圍、故障發(fā)生的頻率、防止對(duì)系統(tǒng)造成影響的范圍、故障發(fā)生的頻率、防止故障的難易、是否重新設(shè)計(jì)。故障的難易、是否重新設(shè)計(jì)。iisCCCC21式中

10、，式中，Cs 總點(diǎn)數(shù)，總點(diǎn)數(shù)，0 Cs 10； Ci 點(diǎn)數(shù)，點(diǎn)數(shù)，0 Ci 10； i 評(píng)點(diǎn)因數(shù)。評(píng)點(diǎn)因數(shù)。l專家座談會(huì)法，即由專家座談會(huì)法，即由35位有經(jīng)驗(yàn)的專家座談位有經(jīng)驗(yàn)的專家座談?dòng)懻摚岢鲈摻o什么數(shù)值。這種方法又稱討論，提出該給什么數(shù)值。這種方法又稱BS法法(Brain Storming)，意思是集中智慧。意思是集中智慧。點(diǎn)數(shù)的確定有可兩種方法：點(diǎn)數(shù)的確定有可兩種方法：l德爾菲法德爾菲法(Delphi Technique)，即函詢調(diào)查法，將即函詢調(diào)查法，將提出的問題和必要的背景材料用通信的方式寄給有提出的問題和必要的背景材料用通信的方式寄給有經(jīng)驗(yàn)的專家，然后把他們的答案進(jìn)行綜合，再反饋

11、經(jīng)驗(yàn)的專家，然后把他們的答案進(jìn)行綜合，再反饋給他們。如此反復(fù)多次，直到認(rèn)為滿意為止。給他們。如此反復(fù)多次，直到認(rèn)為滿意為止。（2） 查表查表：54321FFFFFCs求出求出 Cs 后，可按下表確定故障等級(jí)。后，可按下表確定故障等級(jí)。 v風(fēng)險(xiǎn)率，也稱危險(xiǎn)度，是故障發(fā)生的可能性和故風(fēng)險(xiǎn)率，也稱危險(xiǎn)度，是故障發(fā)生的可能性和故障發(fā)生后果的綜合考慮。障發(fā)生后果的綜合考慮。：是指在一特定時(shí)間內(nèi)，故障類型出現(xiàn)是指在一特定時(shí)間內(nèi)，故障類型出現(xiàn)的次數(shù)。時(shí)間可規(guī)定為一年或一個(gè)月，或大修間的次數(shù)。時(shí)間可規(guī)定為一年或一個(gè)月，或大修間隔期，或完成一項(xiàng)任務(wù)的周期。隔期，或完成一項(xiàng)任務(wù)的周期。 v故障類型的概率可以使用定

12、性或定量方法確定：故障類型的概率可以使用定性或定量方法確定： （1）定性方法：）定性方法：級(jí)：故障概率很低，可以忽略。級(jí)：故障概率很低，可以忽略。 級(jí)：故障概率低，元件操作期間不易出現(xiàn)。級(jí)：故障概率低，元件操作期間不易出現(xiàn)。 級(jí)：故障概率中等，出現(xiàn)機(jī)會(huì)可達(dá)級(jí)：故障概率中等，出現(xiàn)機(jī)會(huì)可達(dá)50%。 級(jí)：故障概率高，元件操作期間易出現(xiàn)。級(jí)：故障概率高，元件操作期間易出現(xiàn)。（2）定量方法：）定量方法：級(jí)：在元件工作期間，單個(gè)故級(jí)：在元件工作期間，單個(gè)故障類型出現(xiàn)的概率小于全部故障概率的障類型出現(xiàn)的概率小于全部故障概率的0.01 。 級(jí)：故障概率大于級(jí)：故障概率大于0.01，小于，小于0.10。 級(jí)：故

13、障概率大于級(jí)：故障概率大于0.10，小于，小于0.20。 級(jí)：故障概率大于級(jí)：故障概率大于0.20。：是指故障類型對(duì)系統(tǒng)功能的影響程度。：是指故障類型對(duì)系統(tǒng)功能的影響程度。 低的：對(duì)系統(tǒng)任務(wù)無影響；低的：對(duì)系統(tǒng)任務(wù)無影響； 主要的：對(duì)系主要的：對(duì)系統(tǒng)的任務(wù)雖有影響但可忽略；統(tǒng)的任務(wù)雖有影響但可忽略； 關(guān)鍵的：系統(tǒng)關(guān)鍵的：系統(tǒng)的功能有所下降；的功能有所下降； 災(zāi)難性的：系統(tǒng)的功能嚴(yán)災(zāi)難性的：系統(tǒng)的功能嚴(yán)重下降重下降 。 (子系統(tǒng)的功能、修復(fù)的難易程度子系統(tǒng)的功能、修復(fù)的難易程度)v故障類型的實(shí)際影響由故障概率和嚴(yán)重度兩者故障類型的實(shí)際影響由故障概率和嚴(yán)重度兩者決定。有的故障類型雖有高的發(fā)生概率，

14、但造決定。有的故障類型雖有高的發(fā)生概率，但造 造成危害的嚴(yán)重度造成危害的嚴(yán)重度很低，因而風(fēng)險(xiǎn)率很低，因而風(fēng)險(xiǎn)率也低。而有的故障也低。而有的故障類型危害的嚴(yán)重度類型危害的嚴(yán)重度很大，但發(fā)生概率很大，但發(fā)生概率很低，所以風(fēng)險(xiǎn)率很低，所以風(fēng)險(xiǎn)率也不會(huì)高。也不會(huì)高。0 1 2 4 3 嚴(yán)重度嚴(yán)重度 3 1 2 4 概率概率 可靠性框圖也稱邏輯圖，它表示系統(tǒng)狀況。可可靠性框圖也稱邏輯圖，它表示系統(tǒng)狀況?？煽啃钥驁D與流程圖或設(shè)備布置圖不同，它只表靠性框圖與流程圖或設(shè)備布置圖不同，它只表示系統(tǒng)與子系統(tǒng)間功能流動(dòng)情況，而且可以根示系統(tǒng)與子系統(tǒng)間功能流動(dòng)情況，而且可以根據(jù)實(shí)際需要，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)大的子系統(tǒng)進(jìn)行深入分析，

15、據(jù)實(shí)際需要，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)大的子系統(tǒng)進(jìn)行深入分析，問題不大的則可放置一邊。問題不大的則可放置一邊。如圖所示的可靠性框圖，從中可以明確地看出如圖所示的可靠性框圖，從中可以明確地看出系統(tǒng)、子系統(tǒng)和元件之間的層次關(guān)系，系統(tǒng)以系統(tǒng)、子系統(tǒng)和元件之間的層次關(guān)系，系統(tǒng)以及子系統(tǒng)間的功能輸入及輸出，串聯(lián)和并聯(lián)方及子系統(tǒng)間的功能輸入及輸出，串聯(lián)和并聯(lián)方式。各層次要進(jìn)行編碼，和將來制表的項(xiàng)目編式。各層次要進(jìn)行編碼，和將來制表的項(xiàng)目編碼相對(duì)應(yīng)。碼相對(duì)應(yīng)。冗余系統(tǒng)冗余系統(tǒng)備件備件旁聯(lián)系統(tǒng)旁聯(lián)系統(tǒng)02組成組成（1）明確系統(tǒng)的組成和任務(wù)。）明確系統(tǒng)的組成和任務(wù)。（2）確定分析的程度和水平。對(duì)關(guān)鍵的子系統(tǒng)可以）確定分析的程度和水

16、平。對(duì)關(guān)鍵的子系統(tǒng)可以分析得深一些，不重要的分析得淺一些，甚至可分析得深一些，不重要的分析得淺一些，甚至可以不進(jìn)行分析。以不進(jìn)行分析。 （3）詳細(xì)說明分析的系統(tǒng)情況。包括系統(tǒng)說明）詳細(xì)說明分析的系統(tǒng)情況。包括系統(tǒng)說明(元件元件的數(shù)目、用途、動(dòng)作方式等的數(shù)目、用途、動(dòng)作方式等 )和可靠性框圖。和可靠性框圖。（4）列出所有故障類型并選出對(duì)系統(tǒng)有影響的故障）列出所有故障類型并選出對(duì)系統(tǒng)有影響的故障類型。類型。 （5）對(duì)故障類型進(jìn)行分析：故障的影響后果、故障）對(duì)故障類型進(jìn)行分析：故障的影響后果、故障等級(jí)、應(yīng)采取的措施和故障原因。等級(jí)、應(yīng)采取的措施和故障原因。 對(duì)危險(xiǎn)特別大的故障類型，如故障等級(jí)為對(duì)危險(xiǎn)

17、特別大的故障類型，如故障等級(jí)為級(jí)的級(jí)的故障類型，有可能導(dǎo)致人員傷亡或系統(tǒng)損壞，可故障類型，有可能導(dǎo)致人員傷亡或系統(tǒng)損壞，可采用致命度分析方法進(jìn)一步分析采用致命度分析方法進(jìn)一步分析(使用表格使用表格)。致命度分析一般都和故障類型影響分析合用，使致命度分析一般都和故障類型影響分析合用，使用下式計(jì)算出致命度指數(shù)用下式計(jì)算出致命度指數(shù)Cr，它表示元件運(yùn)行，它表示元件運(yùn)行100萬小時(shí)萬小時(shí)(次次)發(fā)生的故障次數(shù)。發(fā)生的故障次數(shù)。式中式中 n元件的致命故障類型個(gè)數(shù)；元件的致命故障類型個(gè)數(shù)； j元件的致命故障類型序數(shù)，元件的致命故障類型序數(shù)，j = 1，2，n；6121(10 )nrjjCKKt 單位時(shí)間或

18、周期故障次數(shù)，一般指元件故障率；單位時(shí)間或周期故障次數(shù)，一般指元件故障率；t完成一項(xiàng)任務(wù)，元件運(yùn)行的小時(shí)數(shù)或周期完成一項(xiàng)任務(wù)，元件運(yùn)行的小時(shí)數(shù)或周期(次次)數(shù)；數(shù)；K1元件元件 的測(cè)定值與實(shí)際運(yùn)行時(shí)的強(qiáng)度修正系數(shù)；的測(cè)定值與實(shí)際運(yùn)行時(shí)的強(qiáng)度修正系數(shù)；K2元件元件 的測(cè)定值與實(shí)際運(yùn)行時(shí)的環(huán)境條件修正的測(cè)定值與實(shí)際運(yùn)行時(shí)的環(huán)境條件修正系數(shù)；系數(shù)； 中該故障類型所占比例；中該故障類型所占比例； 發(fā)生故障時(shí)會(huì)造成致命的影響的發(fā)生概率。發(fā)生故障時(shí)會(huì)造成致命的影響的發(fā)生概率。例例1：手電筒的：手電筒的FMEA。在確定了手電筒的功能和。在確定了手電筒的功能和決定了分解的等級(jí)程度之后，就可畫出系統(tǒng)可決定了分解

19、的等級(jí)程度之后，就可畫出系統(tǒng)可靠性框圖。靠性框圖。表表3-14所示為參考同類產(chǎn)品的故障類型而選定所示為參考同類產(chǎn)品的故障類型而選定的手電筒的故障類型。對(duì)故障類型的分析可采的手電筒的故障類型。對(duì)故障類型的分析可采用表用表3-15的格式填寫，在備注一欄內(nèi)填寫前面的格式填寫，在備注一欄內(nèi)填寫前面各欄中不包括的內(nèi)容。各欄中不包括的內(nèi)容。完成表完成表3-15之后，把故障類型等級(jí)為之后，把故障類型等級(jí)為類的項(xiàng)類的項(xiàng)目，即嚴(yán)重影響系統(tǒng)功能的零件、組合件進(jìn)行目，即嚴(yán)重影響系統(tǒng)功能的零件、組合件進(jìn)行致命度分析，如表致命度分析，如表3-16所示。所示。 表表3-14 故故 障障 類類 型型 一一 覽覽 表表表表3-14 故故 障障 類類 型型 一一 覽覽 表（續(xù)）表（續(xù)）表表3-14 故故 障障 類類 型型 一一 覽覽 表（續(xù)）表（續(xù)）表表3-15 手手 電電 筒筒FMEA 一一 覽覽 表表表表3-15 手手 電電 筒筒FMEA 一一 覽覽 表（續(xù)）表（續(xù)）表表3-16