安全系统工程：第三章 系统安全定量分析

安全系统工程安全系统工程Safety System Engineering 5/22/20221第三章第三章系系 统统 安安 全全 定定 量量 分分 析析5/22/20222主要内容主要内容1. 1. 事件树分析事件树分析2. 2. 事故树分析事故树分析3. 3. 系统安全分析方法的选择系统安全分析方法的选择安全系统工程安全系统工程5/22/20223 重重 点点： 理解事件树分析和事故树分析的含义；理解事件树分析的原理；掌握事件树、事故树的建造方法；掌握事故树最小割集和最小径集的求解，进行事故树定性分析；掌握利用最小割集和最小径集求解顶上事件发生概率的方法，进行事故树定量分析；掌握结构重要度、概率重要度和临界重要度的计算；熟练应用事故树分析方法、事件树分析方法进行生产事故分析。安全系统工程安全系统工程5/22/20224Event Tree AnalysisETA3.1 3.1 事件树分析（决策树分析）事件树分析（决策树分析）Decision Tree AnalysisDTA5/22/202253.13.1事件树分析事件树分析3.1.13.1.1事件树分析的含义和作用事件树分析的含义和作用 事件树分析事件树分析是从给定的一个是从给定的一个初始事件初始事件的事故原因开始，按的事故原因开始，按时间进程时间进程采用追踪方法，对构成系统的各要素（事件）的状态（成功或失败）逐采用追踪方法，对构成系统的各要素（事件）的状态（成功或失败）逐项进行项进行二者择一二者择一的逻辑分析，分析初始条件的事故原因可能导致的事件的逻辑分析，分析初始条件的事故原因可能导致的事件序列的结果，将会造成什么样的状态，从而定性与定量地评价系统的安序列的结果，将会造成什么样的状态，从而定性与定量地评价系统的安全性，并由此获得正确的决策。事件树分析是一种以全性，并由此获得正确的决策。事件树分析是一种以图形图形表示的、其形表示的、其形状呈状呈树枝状树枝状的动态分析过程的动态分析过程。安全系统工程安全系统工程5/22/20226事件树分析的目的：事件树分析的目的：（1 1）能够判断出事故）能够判断出事故发生发生与与否否，以便采取直观的安全方式；，以便采取直观的安全方式；（2 2）能够指出消除事故的）能够指出消除事故的根本措施根本措施，改进系统的安全状况；，改进系统的安全状况；（3 3）从宏观角度分析系统可能发生的事故，掌握事故发生的）从宏观角度分析系统可能发生的事故，掌握事故发生的规律规律；（4 4）可以找出最严重的事故后果，为确定顶上事件提供依据。）可以找出最严重的事故后果，为确定顶上事件提供依据。5/22/202273.1.23.1.2事件树分析的基本原理事件树分析的基本原理 任何事物从初始原因到最终结果所经历的每一个中间环节都有成功任何事物从初始原因到最终结果所经历的每一个中间环节都有成功（或正常）或失败（或失效）两种可能或分支。如果将（或正常）或失败（或失效）两种可能或分支。如果将成功记为成功记为1 1，并作，并作为上分支，将为上分支，将失败记为失败记为0 0，作为下分支，然后再分别从这两个状态开始，作为下分支，然后再分别从这两个状态开始，仍按成功（记为仍按成功（记为1 1）或失败（记为）或失败（记为0 0）两种可能分析。这样一直分析下去，）两种可能分析。这样一直分析下去，直到最后结果为止，最后即形成一个水平放置的树状图。直到最后结果为止，最后即形成一个水平放置的树状图。5/22/202283.1.33.1.3事件树分析的步骤事件树分析的步骤确确定定初初始始事事件件找找出出环环节节事事件件绘绘制制事事件件树树说说明明分分析析结结果果初始事件：初始事件：事事 件件树树中在一定条中在一定条件下造成事故后果的件下造成事故后果的 最初原因最初原因事件。它可以是系事件。它可以是系统统故障、故障、设设备备失效、人失效、人员误员误操作或工操作或工艺过艺过程异常等程异常等 环节环节事件就是出事件就是出现现在初始在初始.事件后一系列可能造成事事件后一系列可能造成事故后果的其他原因事件故后果的其他原因事件 5/22/202293.1.4 3.1.4 事件树分析实例事件树分析实例 图图3-2 3-2 原料原料A A输送系统示意图输送系统示意图 图图3-3 3-3 原料原料A A输送系统事件树输送系统事件树由由图图3-3可以看出，可以看出，导导致事故的危致事故的危险险源有源有泵泵A失效、失效、阀门阀门B关关闭闭、流量、流量调节阀调节阀C不正常。不正常。 5/22/202210图图3-4 3-4 阀门串联的物料输送系统阀门串联的物料输送系统3.1.4 3.1.4 事件树分析实例事件树分析实例 图图3-5 3-5 阀门串联输送系统事件树图阀门串联输送系统事件树图 5/22/2022113.1.4 3.1.4 事件树分析实例事件树分析实例 图图3-6 3-6 阀门并联的物料输送系统阀门并联的物料输送系统 图图3-7 3-7 阀门并联输送系统事件树图阀门并联输送系统事件树图 5/22/202212说明说明：1.在工程中经常要求炮孔一次单孔起爆，为保证每个炮孔准爆，在炮孔中使用两发雷管引爆。从激发点开始激发能沿着箭头方向顺序经过传爆路线A激发、雷管1、雷管2，然后引爆炸药。假设将四个部分看作相互独立的单元，那么每一个单元可能有两种状态；正常传爆，或传爆中断。课堂练习课堂练习1构建单孔双发雷管引爆炸药事件树并计算系统可靠度构建单孔双发雷管引爆炸药事件树并计算系统可靠度 2.激发、传爆、雷管和炸药的可靠度分别为：0.9980，0.9958，0.9995，0.9864，5/22/202213 从事件树可以看出，只有当激发从事件树可以看出，只有当激发(A)(A)、传爆、传爆(B)(B)、雷管、雷管(C/D)(C/D)和炸药和炸药(E)(E)均处于正常状态下，才能保证炸药正常起爆，而其它状态组合均有可能导均处于正常状态下，才能保证炸药正常起爆，而其它状态组合均有可能导致炸药的拒爆致炸药的拒爆。单孔爆破单孔爆破A1B1C1D1E10000011111 (成功成功)11110 (失败失败)1110 x (失败失败)110 xx (失败失败)10 xxx (失败失败)0 xxxx (失败失败)5/22/202214课堂练习课堂练习22.激发、传爆、雷管和炸药的可靠度分别为：激发、传爆、雷管和炸药的可靠度分别为：0.9980，0.9958，0.9995，0.9864，5/22/202215根据概率的乘法定理，并联系统的可靠度为：根据概率的乘法定理，并联系统的可靠度为：单单 孔孔 爆爆破破A1B1C1D1E100000111x1 (成成功功)111x0 (失失败败)11011 (成成功功)1100 x (失失败败)10 xxx (失失败败)0 xxxx (失失败败)0E111010 (失失败败)5/22/2022163.23.2事故树分析（故障树分析）事故树分析（故障树分析） Fault Tree Analysis事故树分析事故树分析事故树分析事故树分析故障树分析故障树分析故障树分析故障树分析失效树分析失效树分析失效树分析失效树分析FTAFTA5/22/202217二、方法由来及特点二、方法由来及特点 美国贝尔电话实验室美国贝尔电话实验室美国贝尔电话实验室美国贝尔电话实验室维森（维森（维森（维森（H.A.WatsonH.A.Watson） 民兵式导弹发射控制系统的可靠性分析民兵式导弹发射控制系统的可靠性分析民兵式导弹发射控制系统的可靠性分析民兵式导弹发射控制系统的可靠性分析 分析事故原因和评价事故风险分析事故原因和评价事故风险分析事故原因和评价事故风险分析事故原因和评价事故风险方法特点方法特点方法特点方法特点 演绎方法演绎方法演绎方法演绎方法 全面、简洁、形象直观全面、简洁、形象直观全面、简洁、形象直观全面、简洁、形象直观 定性评价和定量评价定性评价和定量评价定性评价和定量评价定性评价和定量评价5/22/202218目的目的：找出事故发生的基本：找出事故发生的基本原因原因和基本和基本原因组合原因组合适用范围适用范围：分析分析事故或事故或设想设想事故事故使用方法使用方法：由顶上事件用逻辑推导逐步推出基本原因事件：由顶上事件用逻辑推导逐步推出基本原因事件资料准备资料准备：有关生产工艺及设备性能资料，故障率数据：有关生产工艺及设备性能资料，故障率数据人力、时间人力、时间：专业人员组成小组，一个小型单元需时一天：专业人员组成小组，一个小型单元需时一天效果效果：可定性及定量，能发现事先未估计到的原因事件：可定性及定量，能发现事先未估计到的原因事件5/22/202219三、事故树分析的程序三、事故树分析的程序 5/22/202220事故树分析的基本程序：事故树分析的基本程序：事故树分析的基本程序：事故树分析的基本程序：（1）熟熟悉悉系系统统。要要求求全全面面了了解解系系统统的的整整个个情情况况，包包括括工工作作程程序序、各各种种重重要要参数、作业情况。必要时画出工艺流程图和布置图。参数、作业情况。必要时画出工艺流程图和布置图。（2）调调查查事事故故。要要求求在在过过去去事事故故实实例例、有有关关事事故故统统计计基基础础上上，尽尽量量广广泛泛地地调调查查所所能能预预想想到到的的事事故故。包包括括分分析析系系统统已已发发生生的的事事故故，也也包包括括未未来来可可能能发发的事故，同时也要调查外单位和同类系统发生的事故。的事故，同时也要调查外单位和同类系统发生的事故。（3）确确定定顶顶上上事事件件。所所谓谓顶顶上上事事件件就就是是我我们们要要分分析析的的对对象象事事件件系系统统失失效效事事件件。对对调调查查的的事事故故，要要分分析析其其严严重重程程度度和和发发生生的的概概率率，从从中中找找出出后后果果严重且发生概率大的事件作为顶上事件严重且发生概率大的事件作为顶上事件。（4）确确定定目目标标。根根据据以以往往的的事事故故记记录录和和同同类类系系统统的的事事故故资资料料，进进行行统统计计分分析析，求求出出事事故故发发生生的的概概率率（或或频频率率），然然后后根根据据这这一一事事故故的的严严重重程程度度，确确定我们要控制的事故发生概率的目标值。定我们要控制的事故发生概率的目标值。5/22/202221事故树分析的基本程序：事故树分析的基本程序：事故树分析的基本程序：事故树分析的基本程序：（5）调调查查原原因因事事件件。调调查查与与事事故故有有关关的的所所有有原原因因事事件件和和各各种种因因素素，包包括括设设备备故故障障、机机械械故故障障、操操作作者者的的失失误误、管管理理和和指指挥挥错错误误、环环境境因因素素等等等等，尽尽量详细查清原因和影响。量详细查清原因和影响。（6）绘绘制制事事故故树树。这这是是事事故故树树分分析析的的核核心心部部分分之之一一。根根据据上上述述资资料料，从从顶顶上上事事件件开开始始，按按照照演演绎绎法法，运运用用逻逻辑辑推推理理，一一级级一一级级地地找找出出所所有有直直接接原原因因事事件件，直直到到最最基基本本的的原原因因事事件件为为止止。按按照照逻逻辑辑关关系系，用用逻逻辑辑门门连连接接输输入入输输出关系（即上下层事件），画出事故树。出关系（即上下层事件），画出事故树。（7）定定性性分分析析。根根据据事事故故树树结结构构进进行行化化简简，求求出出事事故故树树的的最最小小割割集集和和最最小小径径集集，确确定定个个基基本本事事件件的的结结构构重重要要度度大大小小。根根据据定定性性分分析析的的结结论论，按按轻轻重重缓急分别采取相应对策。缓急分别采取相应对策。（8）计计算算顶顶上上事事件件发发生生概概率率。首首先先根根据据所所调调查查的的情情况况和和资资料料，确确定定所所有有原原因因事事件件的的发发生生概概率率，并并标标在在事事故故树树上上。根根据据这这些些基基本本数数据据，求求出出顶顶上上事事件件（事故）发生概率。（事故）发生概率。5/22/202222事故树分析的基本程序：事故树分析的基本程序：事故树