第四节 系统可靠性分析2

3.计算人的工作可靠度的差错概率法—概率树图



第五节、预先危险性分析（PHA）
预先危险性分析是指在一个系统或子系统（包括 设计、施工、生产）运转活动之前，对系统存在 的危险类别、出现条件及可能造成的结果，进行 宏观概略分析的一种方法。 预先危险性分析的重点应放在系统的主要危险源 上，并提出控制这些危险源的措施。预先危险性 分析的结果，可作为对新系统综合评价的依据， 还可作为系统安全要求、操作规程和设计说明书 的主要内容，同时预先危险性分析为以后要进行 的其他危险分析打下基础。
预先危险分析程序
调 查 收 集 资 料 系 统 功 能 分 解 分 析 触 发 事 件
熟 悉 系 统
分 析 辨 识 危 险 源
确 定 危 险 等 级
制 定 措 施
措 施 落 施
危险等级参考
等级 1 2 3 4 等级 说明 安全的 不会造成人员伤亡或系统破坏。 处于事故的边缘状态，暂时还不至于 临界的 造成人员伤亡、系统破坏或降低系统 性能，但应予以排除或采取控制措施。 会造成人员伤亡或系统破坏，要立即 危险的 采取防范对策措施。 造成人员重大伤亡及系统严重破坏的 灾难性 灾难性事故，必须予以果断排除并进 的 行重点防范。
工作经验，特别是通过FMEA来积累经验。
二、故障类型影响分析程序
1. 掌握和了解对象系统：
分析之前必须掌握被分析对象的有关资料，以确定分析的
详细程度，确定对象系统的边界条件；

了解作为分析对象的系统、装置或设备；


确定分析系统的物理边界；
确定系统分析的边界； 收集元素的最新资料。 找出所有的故障类型，尽可能找出每种故障类型的所有原 因，然后确定系统元素的故障类型。
A:液压系统 A1
脚踏装置
C:液压系统 A3
液压管路
A2
主控缸
C1
左前轮
C2
左后轮
B1
手控杆
B2 B:手闸系统
D1
机械联 动装置 右前轮
D2
右后轮
D:液压系统
汽车制动系统可靠性联结框图
五、人的工作可靠度预测
1.人在工作中的差错很多，归纳起来不外乎以下五类： 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。
第六节
故障类型影响分析 （FMEA）
FMEA、FMECA分析都是重要的系统安全分析方 法。是通过识别产品、设备或生产过程中潜在的 故障模式，分析故障模式对系统的影响，并将故 障模式按其影响的严重程度进行分级。 基本思路是采取系统分割的概念，根据实际需要、 分析的水平，把系统分割成子系统或进一步分割 成元件。然后逐个分析元件可能的故障和故障呈 现的状态（即故障类型），进一步分析故障类型 对子系统的影响，最后采取措施解决。

元素功能、丧失功能
外部原因 把元素按组成分解 内部原因 各部分故障类型 元素的一部分 元素故障类型
确定元素故障类型程序框图
3. 故障类型的影响



故障类型的影响分析是指在系统正常运行的状态下，详细 地分析一个元素各种故障类型对系统的影响。 分析故障类型的影响，通过研究系统主要的参数及其变化、 故障后果的物理模型或经验来确定故障类型对系统功能的 影响。 故障类型的影响可以从下面3种情况来分析：
调整期
退役期
早期失效期
随机失效期
损耗失效期
四、系统可靠度计算

系统的可靠度一方面取决于各子系统本身的可靠 度，同时还取决于各子系统间的作用关系。 是指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。 提高串联系统可靠度的途径 1）提高各子系统的可靠度； n 2）减少串联级数； Rs Ri 3）缩短任务时间。
1)元件故障类型对相邻元素的影响。该元素可能是其他元素故障的原因； 2)元素故障类型对整个系统的影响。该元素可能是导致或事故的原因； 3)元素故障类型对子系统及周围环境的影响。
4. 列出故障类型影响分析表

根据故障类型和影响分析表，系统、全面和有序地进 行分析。
三、应用实例：
单元 故障类型
接点不闭合
冗余度的选择； 冗余级别的选择

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。 若所有部件的故障率均相等且为λ则系统的可 1 靠度为: N ( t ) i Rs e t 2 i! i 0 3 系统的平均寿命: B A N 1 Q
第六节
故障类型影响分析 （FMEA）
FMEA是定性分析可对故障严重度进行 分级； FMECA是在FMEA的基础上，将识别出 的故障模式按照其影响的严重程度和发 生概率进行综合分析。这种方法既可用 于定性分析，又可以用于定量分析。 FMECA具有风险评价的功能。
一、基本原理
与FMEA有关的基本概念
dR (t )
t
R (t ) exp[ (t ) dt ] e
元件寿命周期的 故障率，与该元件所 处的寿命阶段密切相 关。如图所示，由于 曲线形似浴盆，故俗 称浴盆曲线。该曲线 表明，在元件或系统 的寿命周期初期，因 系统需磨合，因此故 障率较高；寿命周期 的后期，则因系统部 分元件的磨损使故障 率也明显提高；而中 期阶段则故障率较为 稳定。

3.平均故障修复时间（MTTR）

三、可靠度函数与故障率


在一定的使用条件下，可靠度是时间的函数；设可 靠度为R(t)，不可靠度为F(t)，则：R(t)+F(t)=1 故障概率密度函数：f(t)=dF(t)/dt



0
f (t ) dt 1
1 R (t )
t 0
故障率
(t ) dt
Ⅰ
可忽略的
一、基本原理
系统或元件发生故障的机理十分复杂，故障类型是由不 同故障机理显现出来的各种故障现象的表现形式。一个 系统或一个元件往往有多种故障类型。 对产品、设备、元件的故障类型、产生原因及其影响及
时了解和掌握，才能正确地采取相应措施。
掌握产品、设备、元件的故障类型需要积累大量的实际
故障：元件、子系统或系统在规定期限内和运行条件下未按 设计要求完成规定的功能或功能下降。
故障类型：是故障的表现形态，表述为故障出现的形式或对
操作的影响。 故障原因：导致系统、产品故障的原因既有内在因素也有外
在因素；
故障严重度：考虑故障所能导致的最严重的潜在后果，并以 伤害程度、财产损失或系统永久破坏加以度量。
故障原因
机械故障 操作人员未按按钮 机械故障 操作人员未放按钮 机械故障 按钮接点未闭合
（7）用于保证安全的设备、防护装置等。
2. 预先危险性分析的步骤
（1）调查、了解和收集过去的经验和同类生产中 发生的事故情况。
（2）确定危险源，并分类制成表格。危险源的确 定可通过经验判断、技术判断或安全检查表等方法 进行。
（3）识别危险转化技术条件。研究危险因素转化 为事故状态的触发条件。
（4）进行危险分级。目的是确定危险程度，提出 应重点控制的危险源。 （5）制定危险预防措施。
1. 预先危险性分析的内容
（1）识别危险的设备、零部件，并分析其发生的 可能性条件；
（2）分析系统中各子系统、各元件的交接面及其 相互关系与影响； （3）分析原材料、产品、特别是有害物质的性能 及贮运； （4）分析工艺过程及其工艺参数或状态参数； （5）人、机关系（操作、维修等）；
（6）环境条件；
2.人的差错概率

人的工作可靠度与人的工作差错概率是互逆的，所以 人的工作可靠度可用人的工作差错概率来计算：
HEP
e
E
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。 程序： 明确系统故障的判定标准； 进行作业分析，评价基本动作间的相互关系； 估计人的差错概率； 求系统故障率，评价人的差错对系统故障的影响； 重复以上步骤改进人机系统的特征值，直到达到可允许 的范围。


冷储备系统的平均寿命是 各单元平均寿命的总和。
N+1 冷贮备系统
3.复杂系统

有一汽车的制动系统可靠性联接关系如图；组成系统各 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。
1. 串联系统



i 1

为了提高系统的可靠性，通常需要使系统的部分 子系统乃至全部子系统有一定数量贮备，利用贮 备提高系统可靠性最常用的办法就是采用并联结 构的系统。 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。
严重度分级：按故障可能导致的最严重的潜在后果，分为四
级。是衡量对系统任务、人员安全造成影响的尺度。
一、基本原理
FMEA严重度分级表
严重度等级
Ⅳ Ⅲ Ⅱ
影响程度
致命性的 严重的 临界的
可能造成的危害或损失
可能造成死亡或系统损失 可能造成严重伤害、严重职业 病或主要系统损坏 可能造成轻伤、职业病或次要 系统损坏 不会造成伤害和职业病，系统 也不会受损