第三章 系統(tǒng)安全分析-可靠性分析、PHA、FMEA

1、第四節(jié)第四節(jié)系統(tǒng)可靠性分析朱傳杰朱傳杰E-mail：國礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)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統(tǒng)、設(shè)備或元件等在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)和規(guī)定的是指系統(tǒng)、設(shè)備或元件等在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)和規(guī)定的條件下，完成其特定功能的能力；條件下，完成其特定功能的能力； 可靠度可靠度是指系統(tǒng)、設(shè)備或元件等在預(yù)期的使用周期（規(guī)定是指系統(tǒng)、設(shè)備或元件等在預(yù)期的使用周期（規(guī)定的時(shí)間）內(nèi)和規(guī)定的條件下，完成其特定功能的概率；的時(shí)間）內(nèi)和規(guī)定的條件下，完成其特定功能的概率；2.維修度：維修度：M() 是指系統(tǒng)發(fā)生故障后在維修容許時(shí)間內(nèi)完成維修的

2、概率是指系統(tǒng)發(fā)生故障后在維修容許時(shí)間內(nèi)完成維修的概率提高可靠度的途徑：提高系統(tǒng)的可靠度；提高系統(tǒng)的維修度提高可靠度的途徑：提高系統(tǒng)的可靠度；提高系統(tǒng)的維修度)()(1 )(),(MtRtRtA二、可靠度、維修度、有效度的常用度量指標(biāo)二、可靠度、維修度、有效度的常用度量指標(biāo)t1t2t3t4tn二、可靠度、維修度、有效度的常用度量指標(biāo)二、可靠度、維修度、有效度的常用度量指標(biāo)取平均值,12345取平均值,三、可靠度函數(shù)與故障率三、可靠度函數(shù)與故障率01)( dttfttedtttRtdRtRdtt0)(exp)()()(1)(在元件或系統(tǒng)的壽命周在元件或系統(tǒng)的壽命周期期初期初期，因系統(tǒng)需，因系統(tǒng)需磨

3、合磨合，因此故障率較高；因此故障率較高；而而中期中期階段則故障率較階段則故障率較為為穩(wěn)定穩(wěn)定。壽命周期的壽命周期的后期后期，則因，則因系統(tǒng)部分元件的系統(tǒng)部分元件的磨損磨損使使故障率也明顯提高；故障率也明顯提高；早期失效期早期失效期隨機(jī)失效期隨機(jī)失效期損耗失效期損耗失效期調(diào)整期調(diào)整期退役期退役期三、可靠度函數(shù)與故障率三、可靠度函數(shù)與故障率初期故障初期故障隨機(jī)故障隨機(jī)故障磨損故障磨損故障)(t四、系統(tǒng)可靠度計(jì)算四、系統(tǒng)可靠度計(jì)算niisRR1四、系統(tǒng)可靠度計(jì)算四、系統(tǒng)可靠度計(jì)算10四、系統(tǒng)可靠度計(jì)算四、系統(tǒng)可靠度計(jì)算設(shè)系統(tǒng)各個(gè)單元的可靠性設(shè)系統(tǒng)各個(gè)單元的可靠性是是相互獨(dú)立相互獨(dú)立的，各單元的的，各

4、單元的不可靠度分別為不可靠度分別為F1F1、F2F2、F3F3、FnFn，根據(jù)概率，根據(jù)概率乘法定理可得系統(tǒng)乘法定理可得系統(tǒng)(1) (1) 不可靠度不可靠度: : niisFF1niisRR1)1 (1123nBA熱貯備系統(tǒng)熱貯備系統(tǒng)四、系統(tǒng)可靠度計(jì)算四、系統(tǒng)可靠度計(jì)算2 2）冷貯備系統(tǒng)）冷貯備系統(tǒng) 是指是指貯備的單元不參加工作貯備的單元不參加工作，并且假定在貯備中不會(huì)出，并且假定在貯備中不會(huì)出現(xiàn)失效，貯備時(shí)間的長短不影響以后使用的壽命?，F(xiàn)失效，貯備時(shí)間的長短不影響以后使用的壽命。123N+1BA四、系統(tǒng)可靠度計(jì)算四、系統(tǒng)可靠度計(jì)算13若所有部件的故障率均相等且為若所有部件的故障率均相等且為

5、, ,則系統(tǒng)的可靠度為則系統(tǒng)的可靠度為: :NiitsiteR0!)( 系統(tǒng)的平均壽命系統(tǒng)的平均壽命: :1NQ四、系統(tǒng)可靠度計(jì)算四、系統(tǒng)可靠度計(jì)算四、系統(tǒng)可靠度計(jì)算四、系統(tǒng)可靠度計(jì)算五、人的工作可靠度預(yù)測(cè)五、人的工作可靠度預(yù)測(cè) 10090807060504030201960101965197019751980198519901995事故中人因的主要原因的情況分布圖10090807060504030201960101965197019751980198519901995人因的主要原因(%)16五、人的工作可靠度預(yù)測(cè)五、人的工作可靠度預(yù)測(cè)EeHEP 五、人的工作可靠度預(yù)測(cè)五、人的工作可靠度預(yù)測(cè)e

6、 實(shí)際實(shí)際發(fā)生的差錯(cuò)數(shù)發(fā)生的差錯(cuò)數(shù)E 可能可能發(fā)生的差錯(cuò)數(shù)發(fā)生的差錯(cuò)數(shù)18五、人的工作可靠度預(yù)測(cè)五、人的工作可靠度預(yù)測(cè)193.3.計(jì)算人的工作可靠度的差錯(cuò)概率法計(jì)算人的工作可靠度的差錯(cuò)概率法概率樹圖概率樹圖程序：程序： 明確系統(tǒng)故障的判定標(biāo)準(zhǔn)；明確系統(tǒng)故障的判定標(biāo)準(zhǔn)； 進(jìn)行作業(yè)分析，評(píng)價(jià)基本動(dòng)作間的相互關(guān)系；進(jìn)行作業(yè)分析，評(píng)價(jià)基本動(dòng)作間的相互關(guān)系； 估計(jì)人的差錯(cuò)概率；估計(jì)人的差錯(cuò)概率； 求系統(tǒng)故障率，評(píng)價(jià)人的差錯(cuò)對(duì)系統(tǒng)故障的影響；求系統(tǒng)故障率，評(píng)價(jià)人的差錯(cuò)對(duì)系統(tǒng)故障的影響； 重復(fù)以上步驟改進(jìn)人機(jī)系統(tǒng)的特征值，直到達(dá)到可允許重復(fù)以上步驟改進(jìn)人機(jī)系統(tǒng)的特征值，直到達(dá)到可允許的范圍。的范圍。五、人的

7、工作可靠度預(yù)測(cè)五、人的工作可靠度預(yù)測(cè)20AaB/Ab/AB/ab/aSFFF人的可靠性分析事件樹（人的可靠性分析事件樹（HRAHRA-ET-ET）SSFF第五節(jié)、預(yù)先危險(xiǎn)性分析（第五節(jié)、預(yù)先危險(xiǎn)性分析（PHAPHA）1. 1. 預(yù)先危險(xiǎn)性分析的內(nèi)容預(yù)先危險(xiǎn)性分析的內(nèi)容（1 1）識(shí)別危險(xiǎn)的設(shè)備識(shí)別危險(xiǎn)的設(shè)備、零部件零部件，并分析其發(fā)生的可能性條，并分析其發(fā)生的可能性條件；件；（2 2）分析系統(tǒng)中各子系統(tǒng)、各元件的）分析系統(tǒng)中各子系統(tǒng)、各元件的交接面及其相互關(guān)系交接面及其相互關(guān)系與影響與影響；（3 3）分析原材料、產(chǎn)品、特別是有害物質(zhì)的）分析原材料、產(chǎn)品、特別是有害物質(zhì)的性能及貯運(yùn)性能及貯運(yùn)；（4

8、 4）分析工藝）分析工藝過程過程及其工藝及其工藝參數(shù)或狀態(tài)參數(shù)參數(shù)或狀態(tài)參數(shù)；（5 5）人、機(jī)關(guān)系人、機(jī)關(guān)系（操作、維修等）；（操作、維修等）；（6 6）環(huán)境條件環(huán)境條件；（7 7）用于保證安全的）用于保證安全的設(shè)備、防護(hù)裝置設(shè)備、防護(hù)裝置等。等。第五節(jié)、預(yù)先危險(xiǎn)性分析（第五節(jié)、預(yù)先危險(xiǎn)性分析（PHAPHA）2. 2. 預(yù)先危險(xiǎn)性分析的步驟預(yù)先危險(xiǎn)性分析的步驟（1 1）調(diào)查、了解和收集過去的經(jīng)驗(yàn)和同類生產(chǎn)中發(fā)生的事）調(diào)查、了解和收集過去的經(jīng)驗(yàn)和同類生產(chǎn)中發(fā)生的事故情況。故情況。（2 2）確定危險(xiǎn)源，并分類制成表格。危險(xiǎn)源的確定可通過）確定危險(xiǎn)源，并分類制成表格。危險(xiǎn)源的確定可通過經(jīng)驗(yàn)判斷、技術(shù)

9、判斷或安全檢查表等方法進(jìn)行。經(jīng)驗(yàn)判斷、技術(shù)判斷或安全檢查表等方法進(jìn)行。（3 3）識(shí)別危險(xiǎn)轉(zhuǎn)化技術(shù)條件。研究危險(xiǎn)因素轉(zhuǎn)化為事故狀）識(shí)別危險(xiǎn)轉(zhuǎn)化技術(shù)條件。研究危險(xiǎn)因素轉(zhuǎn)化為事故狀態(tài)的觸發(fā)條件。態(tài)的觸發(fā)條件。（4 4）進(jìn)行危險(xiǎn)分級(jí)。目的是確定危險(xiǎn)程度，提出應(yīng)重點(diǎn)控）進(jìn)行危險(xiǎn)分級(jí)。目的是確定危險(xiǎn)程度，提出應(yīng)重點(diǎn)控制的危險(xiǎn)源。制的危險(xiǎn)源。（5 5）制定危險(xiǎn)預(yù)防措施。）制定危險(xiǎn)預(yù)防措施。第五節(jié)、預(yù)先危險(xiǎn)性分析（第五節(jié)、預(yù)先危險(xiǎn)性分析（PHAPHA）預(yù)先危險(xiǎn)分析程序預(yù)先危險(xiǎn)分析程序熟熟悉悉系系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)調(diào)查查收收集集資資料料系系統(tǒng)統(tǒng)功功能能分分解解分分析析辨辨識(shí)識(shí)危危險(xiǎn)險(xiǎn)源源確確定定危危險(xiǎn)險(xiǎn)等等級(jí)級(jí)制制定定措措

10、施施措措施施落落施施分分析析觸觸發(fā)發(fā)事事件件第五節(jié)、預(yù)先危險(xiǎn)性分析（第五節(jié)、預(yù)先危險(xiǎn)性分析（PHAPHA）第五節(jié)、預(yù)先危險(xiǎn)性分析（第五節(jié)、預(yù)先危險(xiǎn)性分析（PHAPHA）第五節(jié)、預(yù)先危險(xiǎn)性分析（第五節(jié)、預(yù)先危險(xiǎn)性分析（PHAPHA）第五節(jié)、預(yù)先危險(xiǎn)性分析（第五節(jié)、預(yù)先危險(xiǎn)性分析（PHAPHA）第六節(jié)故障類型影響分析（第六節(jié)故障類型影響分析（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系統(tǒng)或元件發(fā)生故障的機(jī)理十分復(fù)雜，系統(tǒng)或元件發(fā)生故障的機(jī)理十分復(fù)雜，故障類型故障類型是由不是由不同故障機(jī)理顯現(xiàn)出來的各種故障現(xiàn)象的表現(xiàn)形式。一個(gè)同故障機(jī)理顯現(xiàn)出來的各種

11、故障現(xiàn)象的表現(xiàn)形式。一個(gè)系統(tǒng)或一個(gè)元件往往有多種故障類型。系統(tǒng)或一個(gè)元件往往有多種故障類型。p對(duì)產(chǎn)品、設(shè)備、元件的故障類型、產(chǎn)生原因及其影響及對(duì)產(chǎn)品、設(shè)備、元件的故障類型、產(chǎn)生原因及其影響及時(shí)時(shí)了解和掌握了解和掌握，才能正確地采取相應(yīng)措施。，才能正確地采取相應(yīng)措施。p掌握產(chǎn)品、設(shè)備、元件的故障類型需要積累大量的實(shí)際掌握產(chǎn)品、設(shè)備、元件的故障類型需要積累大量的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，特別是通過工作經(jīng)驗(yàn)，特別是通過FMEAFMEA來積累經(jīng)驗(yàn)。來積累經(jīng)驗(yàn)。二、故障類型影響分析程序二、故障類型影響分析程序1. 1. 掌握和了解對(duì)象系統(tǒng)：掌握和了解對(duì)象系統(tǒng)：分析之前必須掌握被分析對(duì)象的有關(guān)資料，以確定分析的分析之

12、前必須掌握被分析對(duì)象的有關(guān)資料，以確定分析的詳細(xì)程度，確定對(duì)象系統(tǒng)的邊界條件；詳細(xì)程度，確定對(duì)象系統(tǒng)的邊界條件； 了解作為分析對(duì)象的系統(tǒng)、裝置或設(shè)備；了解作為分析對(duì)象的系統(tǒng)、裝置或設(shè)備； 確定分析系統(tǒng)的物理邊界；確定分析系統(tǒng)的物理邊界； 確定系統(tǒng)分析的邊界；確定系統(tǒng)分析的邊界； 收集元素的最新資料。收集元素的最新資料。2. 2. 對(duì)系統(tǒng)元素的故障類型進(jìn)行分析對(duì)系統(tǒng)元素的故障類型進(jìn)行分析 找出所有的故障類型，盡可能找出每種故障類型的所有原找出所有的故障類型，盡可能找出每種故障類型的所有原因，然后確定系統(tǒng)元素的因，然后確定系統(tǒng)元素的故障類型故障類型。 若分析對(duì)象是已有元素，則可以根據(jù)以往運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)或

13、試驗(yàn)若分析對(duì)象是已有元素，則可以根據(jù)以往運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)或試驗(yàn)情況確定元素的故障類型；情況確定元素的故障類型； 若分析對(duì)象是設(shè)計(jì)中的新元素，則可以參考其它類似元素若分析對(duì)象是設(shè)計(jì)中的新元素，則可以參考其它類似元素的故障類型，或者對(duì)元素進(jìn)行可靠性分析來確定元素的故的故障類型，或者對(duì)元素進(jìn)行可靠性分析來確定元素的故障類型。障類型。 一個(gè)元素至少有一個(gè)元素至少有4 4種可能的故障類型種可能的故障類型 意外運(yùn)行；運(yùn)行不準(zhǔn)時(shí)；停止不及時(shí)；運(yùn)行期間故障。意外運(yùn)行；運(yùn)行不準(zhǔn)時(shí)；停止不及時(shí)；運(yùn)行期間故障。 根據(jù)故障原因分析，最后確定元素的故障類型。根據(jù)故障原因分析，最后確定元素的故障類型。3 3. . 故障類型的影響

14、故障類型的影響 故障類型的影響分析故障類型的影響分析是指在系統(tǒng)正常運(yùn)行的狀態(tài)是指在系統(tǒng)正常運(yùn)行的狀態(tài)下，詳細(xì)地分析一個(gè)元素各種故障類型對(duì)系統(tǒng)的下，詳細(xì)地分析一個(gè)元素各種故障類型對(duì)系統(tǒng)的影響。影響。 分析故障類型的影響，通過研究系統(tǒng)主要的參數(shù)分析故障類型的影響，通過研究系統(tǒng)主要的參數(shù)及其變化、故障后果的物理模型或經(jīng)驗(yàn)來確定故及其變化、故障后果的物理模型或經(jīng)驗(yàn)來確定故障類型對(duì)系統(tǒng)功能的影響。障類型對(duì)系統(tǒng)功能的影響。36故障類型的影響可以從下面故障類型的影響可以從下面3 3種情況來分析：種情況來分析：1)1)元件故障類型對(duì)相鄰元素的影響。該元素可能是其他元件故障類型對(duì)相鄰元素的影響。該元素可能是其他

15、元素故障的原因；元素故障的原因； 2) 2)元素故障類型對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響。該元素可能是導(dǎo)致元素故障類型對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響。該元素可能是導(dǎo)致或事故的原因；或事故的原因； 3)3)元素故障類型對(duì)子系統(tǒng)及周圍環(huán)境的影響。元素故障類型對(duì)子系統(tǒng)及周圍環(huán)境的影響。4. 4. 列出故障類型影響分析表列出故障類型影響分析表根據(jù)故障類型和影響分析表，系統(tǒng)、全面和有序地進(jìn)行分析。根據(jù)故障類型和影響分析表，系統(tǒng)、全面和有序地進(jìn)行分析。三、應(yīng)用實(shí)例：三、應(yīng)用實(shí)例：四、四、FMEAFMEA分析方法的特點(diǎn)：分析方法的特點(diǎn)：（1 1）通過原因來分析系統(tǒng)的故障（結(jié)果），即用）通過原因來分析系統(tǒng)的故障（結(jié)果），即用系統(tǒng)工程的方法

16、，從元件的故障開始，從下系統(tǒng)工程的方法，從元件的故障開始，從下向上逐次分析其可能的問題，預(yù)測(cè)整個(gè)系統(tǒng)向上逐次分析其可能的問題，預(yù)測(cè)整個(gè)系統(tǒng)的故障，利用表格形式，找出不希望發(fā)生的的故障，利用表格形式，找出不希望發(fā)生的初始原因事件。初始原因事件。（2 2）以功能為中心，以邏輯推理為重點(diǎn)，側(cè)重于）以功能為中心，以邏輯推理為重點(diǎn)，側(cè)重于建立上級(jí)與下級(jí)的邏輯關(guān)系的分析方法。建立上級(jí)與下級(jí)的邏輯關(guān)系的分析方法。（3 3）該方法適用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、裝備設(shè)）該方法適用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、裝備設(shè)計(jì)和預(yù)防等環(huán)節(jié)。計(jì)和預(yù)防等環(huán)節(jié)。五、五、 FMEAFMEA的目的和要求的目的和要求1.1. 搞清楚系統(tǒng)或產(chǎn)品的所有故障模式及其對(duì)系統(tǒng)或產(chǎn)品功能搞清楚系統(tǒng)或產(chǎn)品的所有故障模式及其對(duì)系統(tǒng)或產(chǎn)品功能以及對(duì)人、環(huán)境的影響；以及對(duì)人、環(huán)境的影響；2.2. 對(duì)有可能發(fā)生的故障模式，提出可行的控制方法和手段；對(duì)有可能發(fā)生的故障模式，提出可行的控制方法和手段；3.3. 在系統(tǒng)或產(chǎn)品設(shè)計(jì)審查時(shí)，找出系統(tǒng)或產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)和在系統(tǒng)或產(chǎn)品設(shè)計(jì)審查時(shí)，找出系統(tǒng)或產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)和潛在缺陷，并提出改進(jìn)設(shè)計(jì)意見?；蚨ǔ鰬?yīng)加強(qiáng)研究的項(xiàng)潛在缺陷，并提出改進(jìn)設(shè)計(jì)意見。