北航可靠性-事件樹分析

事件樹分析EventTreeAnalysis北京航空航天大學(xué)工程系統(tǒng)工程系2020/5/31

1內(nèi)

容

提

要□

事

件

樹

分

析

的

基

本

概

念□

事

件

樹的

建

造□

事件樹的定量分析ETA與

FTA的綜合應(yīng)用2020/5/312事

件

樹

分

析

基

本

概

念

□初因

事

件

—

—

可能引

發(fā)

系

統(tǒng)

安

全

性

后

果的

系統(tǒng)內(nèi)

部的

故

障

或

外

部

的

事

件

?！?/p>

后續(xù)事件——在初因事件發(fā)生后，可能相

繼發(fā)

生的

其

他

事

件，

這

些

事

件

可

能

是

系

統(tǒng)

功能

設(shè)

計(jì)中

所決

定

的

某

些

備

用

設(shè)

施

或

安

全

保證設(shè)施的啟用，也可能是系統(tǒng)外部正常

或

非

正

常

事

件的

發(fā)

生

。■后續(xù)事件一般是按一定順序發(fā)生的?！鹾蠊?/p>

事

件

—

—由

初因

事

件

和

后

續(xù)

事

件的

發(fā)

生或不發(fā)生所構(gòu)成的不同的結(jié)果。2020/5/31

3系統(tǒng)1正常S1系統(tǒng)2正常S2YNNN事

件

樹

的

基

本

概

念□

事件樹的分支事件序列IS1S2IS1F2

IF1S2IF1F22020/5/31

4初因事件IY事

件

樹

的

基

本

概

念

□

確定初因事件：確定和分析可能導(dǎo)致系統(tǒng)安全性后果的初因事件并進(jìn)行分類，對那些可能導(dǎo)致相同事件樹的初因事件劃分為一類。建造事件樹：確定和分析初因事件發(fā)生后，可能相繼發(fā)生的后續(xù)事件，并進(jìn)一步確定這些事件發(fā)生的先后順序，按后續(xù)事件發(fā)生或不發(fā)生(二態(tài))分析各種可能的結(jié)果，找出后果事件?！?/p>

事件樹的建造過程也是對系統(tǒng)的一個(gè)再認(rèn)識過程

。 事件樹的定量分析：對所建完的事件樹，收集、分析各事件的發(fā)生概率及其相互間的依賴關(guān)系，定量計(jì)算各后果事件的的發(fā)生概率，并進(jìn)一步分

析評估其風(fēng)險(xiǎn)。2020/5/31

5事件樹建造□

連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)部件組成系統(tǒng)的事件樹□

有備用或安全裝置的系統(tǒng)事件樹□

考慮人為因素的事件樹2020/5/31

62020/5/31

7YNYNY

NYNYNYNY

N

Y

N(b)橋

網(wǎng)

絡(luò)

系

統(tǒng)

事

件

樹AEB11—S-S

22:-S-S

3:-≤-S

44-S-S55-S-S

66:-S-S

7—F-F

S8—F-F

9:-≤-S

O——S

1—-S

2-

—S

.3一-S4-

—F

5-

-F

.6——F

7一-S

.8——S

9-

-S

20——F

21—-S22-—S

23--F

24一—F

25--F

26——F

27——F

28-—F

29--F

0——F

1—-F

32-—FA正

常B正

常C正

常D正

常E正

常YNYNYNYNYNYNXYY

NY

NY

N

YNY

NY

N￥YNYNYYN一一一一一一一一一一二一一一一一一一………CD1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

2

3

2

2

2

2

2

3

2

2

3

3

3(a)NCED(a)橋網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)簡化事件樹C正常YNYNYN(b)2020/5/31

8B正常YNYND正常NYNYNYN1-S

2-S

3-F

4-S5-S

6-F

7-F

8-S

9-S

10-F

11-S12-F

13-FA正常YABE正常NP1T?化學(xué)反應(yīng)器(RE)P2時(shí)

間t(a)

(b)有備用或安全裝置的系統(tǒng)事件樹2020/5/31

9m------2MC冷卻水冷卻水溫度T冷卻水3后

果C1:化學(xué)反應(yīng)器爆炸

C2:化學(xué)反應(yīng)器爆炸

C3:

化學(xué)反應(yīng)器爆炸C4:

產(chǎn)品報(bào)廢C5:化學(xué)反應(yīng)器爆炸

C6:

化學(xué)反應(yīng)器爆炸C7:

產(chǎn)品報(bào)廢C8:化學(xué)反應(yīng)器爆炸

C9:化學(xué)反應(yīng)器爆炸C10:

產(chǎn)品報(bào)廢C11:

產(chǎn)品報(bào)廢C12:產(chǎn)品報(bào)廢C13:應(yīng)急冷卻系統(tǒng)正常后果事件C1:

化學(xué)反應(yīng)器爆炸C2:

化學(xué)反應(yīng)器爆炸C3:

產(chǎn)品報(bào)廢C4:

產(chǎn)品報(bào)廢C5:

應(yīng)急冷卻系統(tǒng)正常2020/5/31

10化

學(xué)

反

應(yīng)

器

事

件

樹閥V2

故障NNYNN泵P2

故障NYNYNYN支

路

2

故障YN閥V1

故障YNYN泵P1

故障YNCC故障

YNYN(b)支

路

1

故障(a)MC故障CC故障MC故障NYYNY人員傷亡(L5)C1:

人員傷亡C2:財(cái)產(chǎn)損失-C3:部分財(cái)產(chǎn)損失

-C4:人員傷亡一

C5:

財(cái)產(chǎn)損失=C6:部分財(cái)產(chǎn)損失

C7:

安全隱患C8:

安全隱患可燃物泄漏

(IE)Y警報(bào)器故障

(L3)YN倉庫起火

(L2)YN未能滅火(L4)YNYN考

慮

人

為

因

素

的

事

件

樹2020/5/31

11產(chǎn)生火花(L1)YN后果N事

件

樹

化

簡

口

當(dāng)某一非正常事件的發(fā)生概率極低時(shí)可以不列入后續(xù)事件中；口

當(dāng)某一后續(xù)事件發(fā)生后，其后的其他事件

。緩

該

事

件

鏈

的

后

果該事件鏈即已結(jié)束發(fā)

生

與否

均

不

能

減時(shí)無2020/5/31

12事件樹定量分析口

確定初因事件的概率□確定后續(xù)事件及各后果事件的發(fā)生概率□

評估各后果事件的風(fēng)險(xiǎn)2020/5/31

13P(IS?S?)=P(I)·P(S?)·P(S?)≈P(I)□

P(IS?F?)=P(I)·P(S?)·P(F?)≈P(I)·P(F?)P(IF?S?)=P(I)·P(F?)·P(S?)≈P(I)·P(F?)P(IF?F?)=P(I)·P(F?)·P(F?)簡

化

計(jì)

算

后

果

事

件

的

概

率事件序列IS1S2IS1F2IF1S2IF1F2初因事件I系統(tǒng)1正常S1

系統(tǒng)2正常S2NNYN2020/5/31Y14若假定系統(tǒng)中的各部件的故障是獨(dú)立的，則可計(jì)算出橋網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠度為：P—

是后果事件為系統(tǒng)成功的事件鏈的發(fā)生概率，i=1,2,3,4,5,6,9,10,11,12,13,17,18,19,21,22。各

事

件

鏈

的

發(fā)

生

概

率

可由

各

部

件

的

可

靠

度R,和

不

可

靠

度F;(j=A,B,C,D,E)求出，即：P?=R?Rg·RcR?·REP?=R?·Rg·RcRo·FE若

各

部件

的

可

靠

度R?=Rg=Rc=R=R=0.9

9,則

系

統(tǒng)

的

可

靠

度R?=0.999798。橋網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)后果事件概率計(jì)算2020/5/31

15當(dāng)事件樹中的各事件的發(fā)生不是相互獨(dú)立時(shí)，進(jìn)行事件樹

中后果事件發(fā)生概率的計(jì)算將更為復(fù)雜，此時(shí)必須考慮

各事件

發(fā)

生的

條

件

概

率。仍以圖1中的事件樹為例，

后

果事件IF?F?的發(fā)生概率為：P(IF?F?)=P(I)·P(F?/I)·P(F?/F?,I)P(F?/I)

表示在初因事件I發(fā)生的條件下，系統(tǒng)1失效事件(F?)發(fā)生的概率。而P(F?/F?,I)表示在初因事件I發(fā)生、系統(tǒng)1失效事件(F?)也發(fā)生的條件下，系統(tǒng)2失效事件(F?)

發(fā)生的概率

。精

確

計(jì)

算

后

果

事

件

的

概

率2020/5/31

16事

件的

風(fēng)險(xiǎn)定

義

為

事

件的

發(fā)

生

概

率

與

其

損

失

值的乘

積

：R=P×CR—后果事件的風(fēng)險(xiǎn)值P—

單位時(shí)間內(nèi)后果事件的發(fā)生概率C—后果事件的的損失值后

果

事

件

的

風(fēng)

險(xiǎn)

評

估2020/5/31

17R2R10(b)R?R10(a)(3CR3C2020/5/31

18法

默

曲

線□如果事件樹中的初因事件與后續(xù)事件是系統(tǒng)中的非正常事

件

(

如

某

部

件

的

故

障

)

,

則

可

以

這

些

事

件

為頂事件建立故障樹，如果事件樹中的初因事件與后續(xù)事件是系統(tǒng)中的正常事件，則可以其為頂事件建立成功樹。以事件樹中的

后

果事件

為

頂

事件

，

按

照

一

定

的邏輯關(guān)系(一般情況下為邏輯與的關(guān)系)將與該后果事件相關(guān)的初因事件和后續(xù)事件連接成故障樹。

對事件樹分析中找

出

的

后

果

事

件

相

同

的

分

支

，

再

以該事件為頂事件按照一定的邏輯關(guān)系(一般情況下為邏輯或的關(guān)系)建造一棵更大的故障樹。

通過故障樹的定性定量分析求出系統(tǒng)中各類事件的發(fā)生概率。2020/5/31事

件

樹

與

故

障

樹

的

綜

合

分

析192020/5/31

20電

機(jī)

發(fā)

熱

事

件

樹電機(jī)發(fā)熱引起的后果事件值15000元的事件代號事件描述時(shí)，并損壞價(jià)值1000元的設(shè)

停

產(chǎn)

2

小,

并損壞

停產(chǎn)24價(jià)C?小時(shí)無限期停產(chǎn)，損失價(jià)值107元的財(cái)產(chǎn)，恤

金

3×1

0

2

元并支

付

人員

傷亡的

撫

價(jià),

并

損

失10°元的財(cái)產(chǎn)無產(chǎn)并,停限

期設(shè)備備C??月

C?C?值2020/5/31

22滅火器控制故障D1火災(zāi)警報(bào)器未響T3滅火器硬件故障D2廠消防隊(duì)未能滅火T2操作人員未能滅火Tl手動(dòng)滅火器故障B2火警控制故障El滅警硬件故障E2操作人員失誤B1熔斷器故障消防隊(duì)員失誤DO電機(jī)過熱IE熔斷器未斷路電機(jī)過電流電路過電流接線故障電機(jī)故障電源故障口

有一泵和兩個(gè)串聯(lián)閥門組成的物料輸送系統(tǒng)(如本頁圖

所示)。物料沿箭頭方向順序經(jīng)過泵A、

閥門B和閥門C,

泵啟動(dòng)后的物料輸送系統(tǒng)的事件樹如下頁圖所示。設(shè)泵

A、閥門B

和閥門C

的可靠度分別為0.95、0.9、0.9,則系統(tǒng)成功的概率為0.7695,系統(tǒng)失敗的概率為0.2305。2020/5/31

23閥門c閥門

BB?

=0.9泵AA?

=0.95啟動(dòng)Az=0.05成功失敗0.23051x8;xC1207695C?

=0.9C2=0.12020/5/31B2=0.124口有一泵和兩個(gè)并聯(lián)閥門組成的物料輸送系統(tǒng)，圖中A代表泵，閥門C

是閥門B的備用閥，只有當(dāng)閥門B

失敗時(shí)，

C才開始工作。同上例一樣，假設(shè)泵A、

閥門B和閥門C的可靠度分別為0.95、0.9、0.9,

則

按

照

它

的

事件

樹(下頁圖),可得知這個(gè)系統(tǒng)成功的概率為0.9405,

系統(tǒng)失敗的概率為0.0595

。2020/5/31

25從以上兩例可以看出，閥門并聯(lián)物料系統(tǒng)的可靠度比閥門

串聯(lián)

時(shí)

要

大

得

多

。A?×B1+A1×Bz×C?=0.855+0.0855=0.9405成功2020/5/31