安全系統(tǒng)工程_第四章可靠性分析

1、系統(tǒng)可靠性分析 西安建筑科技大學(xué)安全工程教研室西安建筑科技大學(xué)安全工程教研室 問題的提出問題的提出 o 如何定義可靠性？如何定義可靠性？ o 什么叫系統(tǒng)的可靠性？系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)組什么叫系統(tǒng)的可靠性？系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)組 成元素的可靠性有什么關(guān)系？成元素的可靠性有什么關(guān)系？ o 系統(tǒng)可靠性與安全的關(guān)系？系統(tǒng)可靠性與安全的關(guān)系？ o 人的可靠性？人的可靠性？ o 如何提高系統(tǒng)的可靠性？如何提高系統(tǒng)的可靠性？ 1.1可靠性的定義 o 可靠性可靠性(Reliability) ： 系統(tǒng)或系統(tǒng)元素在系統(tǒng)或系統(tǒng)元素在規(guī)定的條件下規(guī)定的條件下和和規(guī)定的時間內(nèi)規(guī)定的時間內(nèi)，完，完 成成規(guī)定的功能規(guī)定的功能的

2、能力。的能力。 n 系統(tǒng)系統(tǒng)或系統(tǒng)元素或系統(tǒng)元素 n 規(guī)定的條件規(guī)定的條件： n 規(guī)定的時間規(guī)定的時間： n 規(guī)定的功能：規(guī)定的功能： 1. 可靠性可靠性 o 1.2可靠性分類 廣義可靠性：在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，元器件 （產(chǎn)品）、設(shè)備或者系統(tǒng)穩(wěn)定完成功能的程度或性質(zhì)。例如， 汽車在使用過程中，當(dāng)某個零件發(fā)生了故障，經(jīng)過修理后仍 然能夠繼續(xù)駕駛。 狹義可靠性：狹義的“可靠性”是產(chǎn)品在使用期間沒有發(fā) 生故障的性質(zhì)。例如一次性注射器，在使用的時間內(nèi)沒有發(fā) 生故障，就認(rèn)為是可靠的；再如某些一旦發(fā)生故障就不能再 次使用的產(chǎn)品，日光燈管就是這類型的產(chǎn)品，一般損壞了只 能更換新的。 廣義可靠性=狹義

3、可靠性+維修性 1.3可靠性指標(biāo)體系 o 可靠度：系統(tǒng)或元素在規(guī)定的條件下和規(guī)定的可靠度：系統(tǒng)或元素在規(guī)定的條件下和規(guī)定的 時間內(nèi)，完成規(guī)定的功能的概率時間內(nèi)，完成規(guī)定的功能的概率 t dtt etR 0 )( )( o 壽命壽命 o 故障率故障率 o 維修率維修率 o 可用度可用度 1.4 1.4 可靠性的意義可靠性的意義 o 是產(chǎn)品質(zhì)量的保證 o 是安全生產(chǎn)的保證 o 提高經(jīng)濟(jì)效益 o 影響國家的安全和聲譽(yù) 1.5可靠性與安全 o 不可靠是不安全的原因。不可靠是不安全的原因。 n 系統(tǒng)本身不可靠導(dǎo)致事故系統(tǒng)本身不可靠導(dǎo)致事故 n 危險源控制系統(tǒng)不可靠導(dǎo)致事故。危險源控制系統(tǒng)不可靠導(dǎo)致事故。

4、 o 系統(tǒng)安全分析的基礎(chǔ)是可靠性分析系統(tǒng)安全分析的基礎(chǔ)是可靠性分析 o2.1故障的定義故障的定義 故障（故障（Failure）：系統(tǒng)、設(shè)備、元件等在運(yùn)行過程中：系統(tǒng)、設(shè)備、元件等在運(yùn)行過程中 因?yàn)樾阅艿拖露荒軐?shí)現(xiàn)預(yù)定的功能的現(xiàn)象。因?yàn)樾阅艿拖露荒軐?shí)現(xiàn)預(yù)定的功能的現(xiàn)象。 )(1)(tRtF o 失效（失效（Fault）：無實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能的能力。）：無實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能的能力。 o 本課將二者統(tǒng)稱為故障（本課將二者統(tǒng)稱為故障（Failure） o 故障（故障（Failure）是失效（）是失效（Fault）的原因）的原因 2. 故障的基本概念故障的基本概念 2. 2 故障類型故障類型 按故障影響的大小：

5、按故障影響的大?。?o災(zāi)難性故障災(zāi)難性故障 o危險故障危險故障 n被檢測的危險故障被檢測的危險故障 n未被檢測的危險故障未被檢測的危險故障 o重大故障重大故障 o安全故障（輕微故障）安全故障（輕微故障） 按故障發(fā)生階段：按故障發(fā)生階段： p初期故障初期故障 p隨機(jī)故障隨機(jī)故障 p磨損故障磨損故障 其他：其他： o硬件隨機(jī)故障硬件隨機(jī)故障 o系統(tǒng)性故障系統(tǒng)性故障 o共因故障共因故障 按故障時系統(tǒng)或元素功能低下程度：按故障時系統(tǒng)或元素功能低下程度： p部分故障部分故障 p完全故障完全故障 按故障發(fā)生原因：按故障發(fā)生原因： p原生故障原生故障 p次生故障次生故障 p指令故障指令故障 浴盆曲線浴盆曲線

6、 故障率隨運(yùn)行時間而變化。按故障率隨時間變化的趨勢隨故障率隨運(yùn)行時間而變化。按故障率隨時間變化的趨勢隨 時間變化的趨勢有減少、一定和增加三種情況。時間變化的趨勢有減少、一定和增加三種情況。 故障分為故障分為初期故障初期故障、隨機(jī)故障隨機(jī)故障和和磨損故障磨損故障。 故障率：故障率：正常工作到某時點(diǎn)的客體，在此后單位時間里發(fā)生正常工作到某時點(diǎn)的客體，在此后單位時間里發(fā)生 故障的比率。故障的比率。 2. 3 不同故障發(fā)生的原因及防止對策不同故障發(fā)生的原因及防止對策 故障類型現(xiàn)象原因?qū)Σ邆渥?初期故障 o新產(chǎn)品投產(chǎn)初期 的故障； o閑置一段時間后 故障減少； o小毛病往往引起 重大事故 o設(shè)計(jì)錯誤；

7、o制造不良； o使用方法錯誤； （制造責(zé)任的可能性 特別大） o設(shè)計(jì)審查， FMEA，F(xiàn)TA； o通過老化篩選等 方法排除； o明確使用基準(zhǔn)并 告訴用戶 o預(yù)防性維修保養(yǎng) 無效； o檢修不徹底也會 發(fā)生這種現(xiàn)象 隨機(jī)故障 o多元素組成系統(tǒng) 的典型故障； o許多電子元件的 故障 o系統(tǒng)受隨機(jī)應(yīng)力的 作用 o采用冗余設(shè)計(jì)； o增加投資； o采用高可靠度元 件、材料； o正當(dāng)使用 o預(yù)防性維修保養(yǎng) 無效； o故障時間呈指數(shù) 分布 磨損故障 o機(jī)械零部件磨損、 疲勞造成的故障 o材料、部件的機(jī)械 磨損、疲勞、老化 o預(yù)防性維修保養(yǎng) o預(yù)防性維修保養(yǎng) 有效； o冗余有效但不經(jīng) 濟(jì) 2.4 故障時間分布函

8、數(shù)與可靠度故障時間分布函數(shù)與可靠度 o 設(shè)系統(tǒng)、設(shè)備、元件等在設(shè)系統(tǒng)、設(shè)備、元件等在 t=0 時刻投入運(yùn)行，時刻投入運(yùn)行， 到到 t 時刻發(fā)生故障的概率（又稱故障時間分時刻發(fā)生故障的概率（又稱故障時間分 布函數(shù)）記為布函數(shù)）記為 0)0( )( F tTPtF r 0)( 1)0( )(1)( R R tFtR )(tF o 可靠度可靠度 R(t) 為為 故障時間密度函數(shù)故障時間密度函數(shù) F (T) o 當(dāng)故障時間分布函數(shù)可微分時，則故障概率當(dāng)故障時間分布函數(shù)可微分時，則故障概率 密度函數(shù)或故障時間密度函數(shù)為：密度函數(shù)或故障時間密度函數(shù)為： dt tdF tf )( )( t dttftF 0

9、 )()( 100萬人口的死亡率曲線萬人口的死亡率曲線 o f(t)dt表示在時間間隔表示在時間間隔 （t,t+dt)內(nèi)發(fā)生故障的內(nèi)發(fā)生故障的 概率概率 故障率故障率 o 故障率函數(shù)故障率函數(shù)(t) ：正常運(yùn)行到某時刻正常運(yùn)行到某時刻t t 的客體在此后（的客體在此后（t t, ,t t+ +dtdt) )的單位時間里發(fā)的單位時間里發(fā) 生故障的比率生故障的比率 )( )( )( tR tf t dttR tdR tRdt tRd tRdt tdF t )( )( )( )(1 )( )( )( )(ln)0(ln)(ln)(ln)( 0 0 tRRtRtRdtt t t t dtt etR 0

10、 )( )( t dtt etRtF 0 )( 1)(1)( o 故障率描述系統(tǒng)、設(shè)備、元件發(fā)生故障的難易故障率描述系統(tǒng)、設(shè)備、元件發(fā)生故障的難易 dt tdF tf )( )( 小結(jié)小結(jié)- -故障時間分布故障時間分布 o 可靠度可靠度 o 故障發(fā)生概率故障發(fā)生概率 o 故障時間密度函數(shù)故障時間密度函數(shù) o 故障率函數(shù)故障率函數(shù) )( )( )( tR tf t dt tdF tf )( )( t dtt etR 0 )( )( t dtt etRtF 0 )( 1)(1)( 3.常用故障時間分布函數(shù)常用故障時間分布函數(shù) 實(shí)踐證明，大多數(shù)設(shè)備的故障率在產(chǎn)品從投入到報廢為實(shí)踐證明，大多數(shù)設(shè)備的故

11、障率在產(chǎn)品從投入到報廢為 止的整個壽命期間中的變化是時間的函數(shù)，典型故障曲止的整個壽命期間中的變化是時間的函數(shù)，典型故障曲 線稱之為線稱之為浴盆曲線浴盆曲線。 p早期故障階段早期故障階段 p隨機(jī)故障階段隨機(jī)故障階段 p磨損故障階段磨損故障階段 浴盆曲線浴盆曲線(Bathtub curve) 3 常用故障時間分布函數(shù)常用故障時間分布函數(shù) 3.1 指數(shù)分布指數(shù)分布 )(t t etf )( 1 t et 1)(F n 平均故障時間平均故障時間 隨機(jī)故障的場合隨機(jī)故障的場合故障率為常數(shù)故障率為常數(shù) 故障時間分布變?yōu)橹笖?shù)分布：故障時間分布變?yōu)橹笖?shù)分布： 障的次數(shù)表示單位時間內(nèi)發(fā)生故 1 )()()(

12、000 dtedttRdtttfxE t 3 常用故障時間分布函數(shù)常用故障時間分布函數(shù) 3.1 指數(shù)分布指數(shù)分布 1 n 平均壽命平均壽命 633. 0e11)(F -1 e n 平均故障時間平均故障時間MTTF(Mean Time To Failure，針對不，針對不 可修復(fù)系統(tǒng)而言可修復(fù)系統(tǒng)而言) n 平均故障間隔時間平均故障間隔時間MTBF（ Mean Time Between Failure，針對可修復(fù)系統(tǒng)而言），針對可修復(fù)系統(tǒng)而言） 概率障時間時，發(fā)生故障的時，即時間為平均無故當(dāng)t p例題1： 1.某設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)7000h,共發(fā)生了10次故障。若故障間隔時 間服從指數(shù)分布，試計(jì)算該設(shè)備的

13、平均故障間隔時間以及 從開機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)到工作1000h后的可靠度。 解：平均故障間隔時間為： )(700 10 7000 h 2.3.1 指數(shù)指數(shù)分布分布 239. 0)1000( 429. 1 700 1000 eeR 工作1000h后的可靠度為： p例題2： 2.某種元件的平均故障時間為5000h，試求使用 125h后的可靠度。 解： ttttetR t t -1)( ! 3 1 -)( ! 2 1 1)( 1025. 0 5000 125 32 計(jì)算：，利用級數(shù)展開式進(jìn)行因 2.3.1 指數(shù)指數(shù)分布分布 975. 0)125(R 作業(yè)： o 1.某設(shè)備故障率為10-4/h，求可靠度分別為 0.

14、90和0.95時的工作時間。 o 2.某電子設(shè)備由故障率為3.210-7/h的元 件32支和故障率為5.410-8/h的元件62 件組成，試計(jì)算該設(shè)備的平均故障時間，工 作到1000h和10000h的可靠度。 3 常用的故障時間分布函數(shù)常用的故障時間分布函數(shù) o m1時，時， 隨時間單調(diào)增加，對應(yīng)于磨損故障。隨時間單調(diào)增加，對應(yīng)于磨損故障。 )(t ( ) t ( ) t 1m 0 )t -(t m )( t 3.2 威布爾分布威布爾分布 =1；t0=0 n m形狀參數(shù)；形狀參數(shù)；尺度參數(shù)；尺度參數(shù)；t0位置參數(shù)位置參數(shù) m t etF 1)(故障時間分布函數(shù)為： m t 1m 0 e)t -

15、(t m )( tf故障時間密度函數(shù)為： m tt etR )( 0 )( 可靠度函數(shù)為： 3.2 威布爾分布威布爾分布 3 常用的故障時間分布函數(shù)常用的故障時間分布函數(shù) =1；t0=0 =1；t0=0 3.3 故障時間分布函數(shù)的性質(zhì)故障時間分布函數(shù)的性質(zhì) )()(lim )()(, 1)( 0)( )( 0 2121 xFxF xFxFxx F F xxF 則若 分布函數(shù) 3 常用的故障時間分布函數(shù)常用的故障時間分布函數(shù) o 3.4 故障次數(shù)分布故障次數(shù)分布 當(dāng)故障時間分布服從指數(shù)分布，即故障率為常數(shù)， 一定時間間隔內(nèi)故障發(fā)生次數(shù)N(t)服從泊松 Poisson分布 自時刻自時刻t=0到到t

16、時刻發(fā)生時刻發(fā)生n次故障的概率次故障的概率 到到t時刻發(fā)生不超過時刻發(fā)生不超過 n 次故障的概率次故障的概率 t r n! )( )()( e t ntNPtP n n n k t k r e k t ntNP 0 ! )( )( np o 討論：討論： 為了保證設(shè)備正常工作，需要配備適量的維修工人，現(xiàn)有 同類型設(shè)備300臺，各臺工作是相互獨(dú)立的，發(fā)生故障的 概率都是0.01，在通常情況下，一臺設(shè)備的故障可由一個 人來處理。試問至少要配備多少工人，才能保證設(shè)備發(fā)生 故障而不能及時維修的概率小于0.01？ 3 np o令X表示同一時刻發(fā)生故障的設(shè)備臺數(shù)，則XB(300,0.01) o設(shè)需要配備N

17、個維修工人才能滿足題意要求，所要解決的問題是確 定N，使得 oP(XN)0.01 o由泊松分布可知 01. 0 ! 3 ! 3 1)1 (1 11 3 01 3 0 300 300 e k e k ppC kXPNXPNXP n kNk kk N k kkK 解得，最小的N=8 解：解： 4.簡單系統(tǒng)的可靠性 o 4.1簡單系統(tǒng)和復(fù)雜系統(tǒng) o 根據(jù)元素之間功能關(guān)系的復(fù)雜程度，可以把系統(tǒng)劃根據(jù)元素之間功能關(guān)系的復(fù)雜程度，可以把系統(tǒng)劃 分為分為簡單系統(tǒng)簡單系統(tǒng)和和復(fù)雜系統(tǒng)復(fù)雜系統(tǒng)。 o 究竟是簡單系統(tǒng)還是復(fù)雜系統(tǒng)主要取決于元素之間究竟是簡單系統(tǒng)還是復(fù)雜系統(tǒng)主要取決于元素之間 的功能關(guān)系。的功能關(guān)系

18、。 o 按元素故障與系統(tǒng)故障之間的關(guān)系，可以把系統(tǒng)按元素故障與系統(tǒng)故障之間的關(guān)系，可以把系統(tǒng) 劃分成劃分成基本系統(tǒng)基本系統(tǒng)和和冗余系統(tǒng)冗余系統(tǒng)。 o 基本系統(tǒng)基本系統(tǒng)（串聯(lián)系統(tǒng)）是系統(tǒng)中任何一個元素故障是系統(tǒng)中任何一個元素故障 都會導(dǎo)致系統(tǒng)故障的系統(tǒng)。都會導(dǎo)致系統(tǒng)故障的系統(tǒng)。 o 冗余系統(tǒng)冗余系統(tǒng)是某元素或某些元素的故障不一定能夠造是某元素或某些元素的故障不一定能夠造 成系統(tǒng)故障的系統(tǒng)。成系統(tǒng)故障的系統(tǒng)。 可靠性框圖 簡單系統(tǒng)和復(fù)雜系統(tǒng) o 冗余冗余（Redundancy）是把若干元素或手段付是把若干元素或手段付 加于系統(tǒng)的元素或組成部分上，從而使得即使系加于系統(tǒng)的元素或組成部分上，從而使得即

19、使系 統(tǒng)元素或組成部分發(fā)生故障也不至造成系統(tǒng)故障統(tǒng)元素或組成部分發(fā)生故障也不至造成系統(tǒng)故障 的方法。的方法。 o 并聯(lián)冗余方式并聯(lián)冗余方式 : :附加的元素與原來的元素同時工附加的元素與原來的元素同時工 作作 o 備用冗余方式備用冗余方式 ：只有當(dāng)原來的元素發(fā)生故障時處：只有當(dāng)原來的元素發(fā)生故障時處 于備用狀態(tài)的元素才投入工作于備用狀態(tài)的元素才投入工作 冷備用、熱備用、溫備用冷備用、熱備用、溫備用 o 表決冗余方式表決冗余方式（n n個元素中至少個元素中至少k k個正常就能保證個正常就能保證 系統(tǒng)正常，換句話說，只有系統(tǒng)正常，換句話說，只有n n- -k k+1+1或更多元素故障或更多元素故障

20、 時系統(tǒng)才故障）時系統(tǒng)才故障）又稱為又稱為n n中取中取k k冗余方式。冗余方式。 o 元素冗余比系統(tǒng)冗余效果更好。元素冗余比系統(tǒng)冗余效果更好。 串聯(lián)系統(tǒng)可靠性 o 只要一個元素發(fā)生了故障系統(tǒng)就故障的系統(tǒng)只要一個元素發(fā)生了故障系統(tǒng)就故障的系統(tǒng) o 可靠性最差的單元對串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性影響最大可靠性最差的單元對串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性影響最大 o 系統(tǒng)故障時間等于最先發(fā)生故障的元素的故障時間。系統(tǒng)故障時間等于最先發(fā)生故障的元素的故障時間。 o 串聯(lián)系統(tǒng)的平均故障時間小于其中任一元素的平均故障時間串聯(lián)系統(tǒng)的平均故障時間小于其中任一元素的平均故障時間 o 串聯(lián)系統(tǒng)中包含的元素越多，越易發(fā)生故障串聯(lián)系統(tǒng)中包含的

21、元素越多，越易發(fā)生故障 n i innis RRRRRRR 1 121 F tF t si i n ( )( ) 11 1 si i n tt( )( ) 1 s n ii n 1 111 1 1 121 () 并聯(lián)系統(tǒng)可靠性 p 并聯(lián)元素與原元素同時工作，只要一個元素不發(fā)并聯(lián)元素與原元素同時工作，只要一個元素不發(fā) 生故障系統(tǒng)就正常運(yùn)行。生故障系統(tǒng)就正常運(yùn)行。 p 系統(tǒng)故障時間等于最后發(fā)生故障的元素的故障時系統(tǒng)故障時間等于最后發(fā)生故障的元素的故障時 間。間。 n i iss RFR 1 )1 (11 F tF t si i n ( )( ) 1 s ttt ttt t eee eee ( )

22、() () () 1212 1212 1212 ) n 1 2 1 1 ( ,min) t (lim ,max) t ( 0s 21s t 21s 21 相同元素組成，一般地，并聯(lián)系統(tǒng)均有 組成時，時，即系統(tǒng)有不同元素當(dāng) 表決系統(tǒng)可靠性 o 表決系統(tǒng)：n個元素中個元素中k個元素正常系統(tǒng)就正常運(yùn)個元素正常系統(tǒng)就正常運(yùn) 行行 o 3中取中取2系統(tǒng)的可靠度為：系統(tǒng)的可靠度為： tt s ee RRtR 00 32 3 0 2 0 23 23)( s t t t e e ( ) () 61 32 0 0 0 s 5 6 0 k/n表決系統(tǒng) o 特例：1/n串聯(lián)系統(tǒng) o n/n并聯(lián)系統(tǒng) o 系統(tǒng)可靠度：

23、 5. 維修的基本概念 o 維修維修：系統(tǒng)發(fā)生故障后，尋找故障的部位并進(jìn)：系統(tǒng)發(fā)生故障后，尋找故障的部位并進(jìn) 行修理，直到最后驗(yàn)證系統(tǒng)確實(shí)已經(jīng)恢復(fù)到了行修理，直到最后驗(yàn)證系統(tǒng)確實(shí)已經(jīng)恢復(fù)到了 正常狀態(tài)等一系列工作。正常狀態(tài)等一系列工作。 o 系統(tǒng)維修性系統(tǒng)維修性：在規(guī)定的條件下，規(guī)定的時間在規(guī)定的條件下，規(guī)定的時間 內(nèi)，按規(guī)定的方式和方法維修時使系統(tǒng)恢復(fù)到內(nèi)，按規(guī)定的方式和方法維修時使系統(tǒng)恢復(fù)到 正常狀態(tài)的可能性。正常狀態(tài)的可能性。 o 維修度：維修度：可維修系統(tǒng)在規(guī)定的條件下維修時，可維修系統(tǒng)在規(guī)定的條件下維修時， 在規(guī)定的時間內(nèi)完成維修的概率在規(guī)定的時間內(nèi)完成維修的概率 M te t dt

24、 t ( ) ( ) 1 0 維修的基本概念 o 維修率維修率：維修進(jìn)行到某一時刻上尚未完成維修，在此后單位：維修進(jìn)行到某一時刻上尚未完成維修，在此后單位 時間里完成維修的比率時間里完成維修的比率 o維修率為常量，維修率為常量， o 平均維修時間平均維修時間：系統(tǒng)維修率為常數(shù)、維修度函數(shù)服從指數(shù)系統(tǒng)維修率為常數(shù)、維修度函數(shù)服從指數(shù) 分布時，維修率的倒數(shù)為平均維修時間（分布時，維修率的倒數(shù)為平均維修時間（MTTR，Mean Time to Repair） MTTR 1 ( ) t M te t ( ) 1 維修的基本概念 o可用度可用度（Availability)是一個衡量系統(tǒng)被利是一個衡量系統(tǒng)

25、被利 用情況的指標(biāo)。用情況的指標(biāo)。 o 可用度是系統(tǒng)在特定的瞬間能維持其功能的可用度是系統(tǒng)在特定的瞬間能維持其功能的 概率概率 。 A t e t ( ) () A MTBF MTBFMTTR ( ) 維修方式：事后維修和預(yù)防維修 o 事后維修的三個典型 步驟： a)問題診斷； b)故障零件的更換或修 理； c)維修確認(rèn)。 o 預(yù)防維修活動包括設(shè) 備檢查，局部或全面 定期檢修，換油等。 o 預(yù)防維修可以提高系 統(tǒng)的可靠性、減少停 機(jī)時間和更換費(fèi)用、 優(yōu)化備用件庫存。 6.提高系統(tǒng)可靠性 o 系統(tǒng)、設(shè)備、元件故障的發(fā)生，既有其自 身的原因，也有其外部原因。 o 前者來自設(shè)計(jì)、制造、安裝等方面的問

26、題； 后者包括工作條件方面的問題和時間因素。 o 因此，應(yīng)該從這些方面入手采取措施提高 系統(tǒng)、設(shè)備、元素的可靠性。 可靠性設(shè)計(jì) o安全系數(shù) o降低額定值 o冗余設(shè)計(jì) o故障安全設(shè)計(jì) o耐故障設(shè)計(jì) o選用高質(zhì)量的材料、元件、部件 安全系數(shù) o 在設(shè)計(jì)中采用安全系數(shù)是最早采用的防止結(jié)在設(shè)計(jì)中采用安全系數(shù)是最早采用的防止結(jié) 構(gòu)（機(jī)械零部件、建筑結(jié)構(gòu)、巖土工程結(jié)構(gòu)構(gòu)（機(jī)械零部件、建筑結(jié)構(gòu)、巖土工程結(jié)構(gòu) 等）故障的方法。等）故障的方法。 o 采用安全系數(shù)的基本思想是，把結(jié)構(gòu)、部件采用安全系數(shù)的基本思想是，把結(jié)構(gòu)、部件 的強(qiáng)度設(shè)計(jì)得超出其可能承受的應(yīng)力的若干的強(qiáng)度設(shè)計(jì)得超出其可能承受的應(yīng)力的若干 倍，這樣

27、就可以減少因設(shè)計(jì)計(jì)算誤差、制造倍，這樣就可以減少因設(shè)計(jì)計(jì)算誤差、制造 缺陷、老化及未知因素等造成的破壞或故障。缺陷、老化及未知因素等造成的破壞或故障。 降低額定值 o 與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用安全系數(shù)的思想類似，在與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用安全系數(shù)的思想類似，在 電氣、電子設(shè)備或元件的設(shè)計(jì)中采用降低許電氣、電子設(shè)備或元件的設(shè)計(jì)中采用降低許 用值（用值（Derating）的方法，防止故障發(fā)生。）的方法，防止故障發(fā)生。 o 具體作法是，選用其功率較要求的功率大得具體作法是，選用其功率較要求的功率大得 多的設(shè)備或元件，或者采取冷卻措施提高設(shè)多的設(shè)備或元件，或者采取冷卻措施提高設(shè) 備或元件的承載能力。備或元件的承載能力

28、。 冗余設(shè)計(jì) o 在各種冗余方式中，并聯(lián)冗余和備用冗余最常用。 o 并聯(lián)冗余時，冗余元素與原有元素同時工作， 冗余元素越多則可靠性越高。但是，并聯(lián)元素越 多，最后并聯(lián)上去的元素所起的作用越小。再考 慮到體積和成本問題，實(shí)際設(shè)計(jì)中只將有限的元 素并聯(lián)起來構(gòu)成并聯(lián)冗余系統(tǒng)。 o 備用冗余時，工作元素故障時把備用元素投入 工作，減少系統(tǒng)故障率。在設(shè)計(jì)備用冗余時應(yīng)該 考慮把備用元素投入工作的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的可靠性問 題。 故障安全設(shè)計(jì) o 故障安全（故障安全（Fail-safe）設(shè)計(jì)，是在系統(tǒng)、）設(shè)計(jì)，是在系統(tǒng)、 設(shè)備、結(jié)構(gòu)的一部分發(fā)生故障或破壞的情況設(shè)備、結(jié)構(gòu)的一部分發(fā)生故障或破壞的情況 下，在一定時間內(nèi)

29、也能保證安全的設(shè)計(jì)。下，在一定時間內(nèi)也能保證安全的設(shè)計(jì)。 o 故障正常方案。故障正常方案。 o 故障消極方案。故障消極方案。 o 故障積極方案。故障積極方案。 耐故障設(shè)計(jì) o 耐故障（耐故障（Fault tolerance）設(shè)計(jì)又稱容錯設(shè)）設(shè)計(jì)又稱容錯設(shè) 計(jì)，是在系統(tǒng)、設(shè)備、結(jié)構(gòu)的一部分發(fā)生故計(jì)，是在系統(tǒng)、設(shè)備、結(jié)構(gòu)的一部分發(fā)生故 障或破壞的情況下，仍能維持其功能的設(shè)計(jì)。障或破壞的情況下，仍能維持其功能的設(shè)計(jì)。 o 可以認(rèn)為耐故障設(shè)計(jì)是故障安全設(shè)計(jì)的一可以認(rèn)為耐故障設(shè)計(jì)是故障安全設(shè)計(jì)的一 種。種。 安全監(jiān)控系統(tǒng) o 監(jiān)測與安全有關(guān)的狀態(tài)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)故障、異監(jiān)測與安全有關(guān)的狀態(tài)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)故障、異 常，及時采取措施控制這些參數(shù)不達(dá)到危險常，及時采取措施控制這些參數(shù)不達(dá)到危險 水平，消除故障、異常以防止事故發(fā)生。水平，消除故障、異常以防止事故發(fā)生。 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 生產(chǎn)裝置生產(chǎn)裝置 驅(qū)動部分驅(qū)動部分 判斷部分判斷部分 檢知部分檢知部分 安全監(jiān)控系統(tǒng) o 檢測儀表。只有檢知部分由儀器、設(shè)備承擔(dān)。檢測 的參數(shù)值由人員與規(guī)定的參數(shù)值比較，判斷。如果 需要處理時，由人員采取措施。 o 監(jiān)測報警系統(tǒng)。安全監(jiān)控系統(tǒng)的檢知部分和判斷部 分由儀器、設(shè)備承擔(dān)，驅(qū)動部分的功能由人員實(shí)現(xiàn)。 往往把作為判定正?；虍惓?biāo)準(zhǔn)的規(guī)定