系统安全分析 主讲：施鹏飞

第一节 系统安全分析概述 第二节 安全检查表 第三节 预先危险性分析 第四节 故障类型、影响和危险度分析 第五节 危险和可操作性研究 第六节 事件树分析 第七节 事故树分析 第八节 系统可靠性分析 第九节 原因-后果分析

系统可靠性分析（System reliability Analysis, SRA) 是对由于机械零部件的故障，或人的差错而使设备或 系统丧失原有功能或功能下降的原因的分析技术。 可靠性分析的内容主要有：可靠性设计、可靠性 计算及预测、可靠性评估及管理。 系统失效的原因主要有：系统设计上的缺陷、系 统运行维护时的不当、系统的自然损耗和老化。

系统的失效规律 早期失效期：系统早期失效的可能性较高，其特点是失效率较高，但失效率迅速下降； 偶然失效期：中期失效的可能性较小，其特点是失效率低、稳定且几乎与时间无关； 耗损失效期：后期失效的可能性又增高，其特点是失效率随时间的增加而增加。 调整期 退役期 系统失效曲线

一、基本概念 1. 可靠性 可靠性是指系统、设备或元件等在规定的时间内和规定的条件下，完成规定任务的能力。 说明： 规定条件包括使用条件、维护条件、操作条件和环境条件等。条件不同的同—系统会表现出不同的可靠性。 规定时间通常用平均无故障时间（MTTF）来表示。MTTF是指系统由开始工作到发生故障前连续正常工作的平均时间，通常用来度量不可修复系统的可靠度。 完成规定任务指系统能正常发挥其各项功能。

一、基本概念 2. 可靠度R(t) 与不可靠度F(t) 系统到时刻t时无故障的概率称为系统的可靠度，记为R(t)。反之，系统从开始工作到t时刻内发生故障的概率称为系统的不可靠度，记为F(t)，且有F(t) = 1- R(t)。 说明：可靠度R(t)是t的非增函数，t = 0时R(t) = l；t 时R(t) =0； 不可靠度F(t)是t的非减函数，t = 0时F(t) = 0；t 时F(t) = 1。 例1 有N0个同类产品，在t = 0时刻开始使用，设到t时刻仍正常工作的产品数量为Ns (t)，试求该产品的可靠度和不可靠度 解：R(t) = Ns (t)/N0； F(t) = [N0 - Ns (t)] / N0 可靠度函数R(t) 不可靠度函数F(t)

一、基本概念 3. 系统的修复和维修度M(τ) 4. 有效度:A(t,τ) 提高有效度的途径：提高系统的可靠度；提高系统的维修度 注意：本章中未加特别说明的系统均指不可修复系统。 4. 有效度:A(t,τ) 是指对于可修复系统在规定的使用条件和时间内能够保持正常使用状态的概率。 提高有效度的途径：提高系统的可靠度；提高系统的维修度

二、常用度量指标 1. 故障概率密度函数f(t) 如果用随机变量t表示系统从开始工作到发生故障的连续正常工作时间，则可定义故障概率密度函数为f(t) = dF(t)/dt 。 产品的寿命 故障前平均时间MTTF (mean time to failure):发生故障的时间为t，故障概率密度为f(t)，则有： 平均无故障时间MTBF (mean time between failure): 对可修复系统，若Ti（工作时间）和τi（维修时间）相互独立且修复后性能如新，则MTBF = MTTF 平均故障修复时间MTTR (mean time to restoration):可修复系统出现故障到恢复正常工作平均所需的时间。

三、故障率与系统平均寿命 3. 故障率λ(t)：已经正常工作到t时刻没有发生故障的系统，在接下来的单位时间内发生故障的概率。 P61 公式2-40 4. 系统的平均寿命Q： 公式2-41 注意： 对可修复系统：故障率的倒数实际就是MTTF， Q=MTTF 对不可修复系统：平均故障前时间就是平均寿命，即Q=MTTF

四、系统可靠度计算 串联系统 系统中任何一个子系统发生故障，都会导致整个系统发生故障的系统称为串联系统。 提高串联系统可靠度的途径 1）提高各子系统的可靠度； 2）减少串联级数； 3）缩短任务时间。 电机系统的可靠性模型

四、系统可靠度计算 2. 并联系统：只要有一个子系统能正常工作，就能正常工作的系统。 1）热贮备系统（冗余系统） 2. 并联系统：只要有一个子系统能正常工作，就能正常工作的系统。 1）热贮备系统（冗余系统） 是指贮备的单元也参与工作，即参与工作的数量大于实际所必须的数量，这种系统又称冗余系统。 冗余设计法：以两个或两个以上的同功能的重复单元并行工作构成热储备提高系统的可靠度的方法。 可靠度的并联就是不可靠度的串联 1 2 3 n B A

四、系统可靠度计算 2. 并联系统：只要有一个子系统能正常工作，就能正常工作的系统。 1）热贮备系统（冗余系统） 注意：P64-65 2. 并联系统：只要有一个子系统能正常工作，就能正常工作的系统。 1）热贮备系统（冗余系统） 注意：P64-65 冗余技术一般是采用降额等其他方法不能满意地解决系统安全问题，或当改进产品所需的费用比采用冗余单元更多时采用的方法。采用冗余设计是以增加费用为代价来提高系统的安全性和可靠性的。 冗余度的选择问题：系统总可靠度随着冗余度的提高而提高，但提高的效率越来越低。用低可靠度的单元构成冗余系统可靠性提高的效率比用高可靠度单元构成的系统效率高。P64,例 冗余级别的选择问题：部件级冗余比系统级冗余的效率高。P65,图2-17

四、系统可靠度计算 2. 并联系统：只要有一个子系统能正常工作，就能正常工作的系统。 2）冷贮备系统 1 2 3 N+1 B A 2. 并联系统：只要有一个子系统能正常工作，就能正常工作的系统。 2）冷贮备系统 是指贮备的单元不参加工作，并且假定在贮备中不会出现失效，贮备时间的长短不影响以后使用的寿命。 冷储备系统的平均寿命是各单元平均寿命的总和。 P65, 公式2-48 若所有部件λ相等， 则系统的可靠度: 系统的平均寿命：

四、系统可靠度计算 复杂系统：串、并联的组合系统（甚至更复杂）例如汽车制动系统。 已知组成汽车制动系统各单元的可靠度分别为R(A1)=0.995；R(A2)=0.975；R(A3)=0.972；R(B1)=0.990；R(B2)=0.980；R(C1)=R(C2)=R(D1)=R(D2)=0.980；求系统的可靠度。 D2 C2 D1 C1 A1 B1 A3 A2 B2 A:脚刹系统 D:后轮系统 C:前轮系统 B:手刹系统 手控杆 机械联动装置 脚踏板 液压系统 制动盘 左前轮 右前轮 左后轮 右后轮 汽车制动系统可靠性联结框图

五、人的工作可靠度预测 人的工作差错类型:未履行职能、错误地履行职能、执行未赋予的分外职能、按错误程序执行职能、执行职能时间不对。 2. 人的差错概率： P68,式2-51 E为某项工作中可能发生差错的机会数。e为实际发生差错数 e、E获得途径：收集紧急状态时的全部运转记录；收集全部正常业务、保养、校正、定期检验、启动停止时人的差错记录；引起差错的具体条件；收集模拟的正常业务非正常业务方面的人的差错的潜在来源；专家的经验判断。 3. 人的工作可靠度: P69,式2-52 4. 概率树图 (类似事件树） P71，式2-53

课堂讨论及作业： 回答P77的复习思考题17-24题。