第4章 系统可靠性分析=系统安全工程=东北大学汇总

系统的可靠性分析方法系统的可靠性分析是指对系统的性能和功能进行定量分析，以评估系统在特定条件下正确运行的概率。

可靠性分析是系统工程中的重要环节，对于确保系统的可靠性和稳定性非常关键。

本文将介绍可靠性分析的方法和步骤，并从定性和定量两个层面进行阐述。

首先，可靠性分析的方法主要分为定性和定量两个层面。

定性方法是通过对系统进行全面的分析和评估，以识别系统的潜在故障模式和机制。

定性方法一般包括故障树分析（FTA）和事件树分析（ETA）等。

故障树分析通过将系统的故障事件和故障模式构建成故障树，采用逻辑门的方式进行事件关系的推演，找出导致系统故障的主要因素和路径。

事件树分析则是通过对系统事件和故障模式进行分析，识别出导致系统失效的主要事件和概率。

定性方法的主要目的是识别系统的潜在风险和故障点，为后续的定量分析提供基础。

定量方法是在定性分析的基础上，通过数学模型和统计分析来评估系统的可靠性。

定量方法可以采用可靠性模型和可靠性评估技术。

可靠性模型是通过数学建模来描述系统的可靠性和失效行为，常用的模型包括可靠性估计模型、Markov模型和Monte Carlo模拟模型等。

可靠性评估技术则是通过统计方法和可靠性理论，对系统的故障和失效数据进行分析和处理，得出系统的可靠性参数和性能指标。

常用的可靠性评估技术包括可靠性增长试验、可靠性预测和可靠度增长模型等。

定量方法的主要目的是对系统的可靠性进行定量评估，为系统设计和改进提供依据。

接下来，我们将以一个例子来说明可靠性分析的步骤和方法。

假设我们要分析一个银行的自助提款机（ATM）的可靠性。

首先，我们可以采用故障树分析的方法来识别ATM系统的故障模式和机制。

我们可以将ATM系统的故障事件和故障模式构建成故障树，例如ATM设备故障、软件故障、网络故障和黑客攻击等。

然后通过逻辑门的方式进行事件关系的推演，找出导致系统故障的主要因素和路径。

其次，我们可以采用可靠性模型和可靠性评估技术来定量评估ATM系统的可靠性。

第四章典型系统的可靠性分析4.1 系统及系统可靠性框图4.1.1概述所谓系统是指为了完成某一特定功能，由若干个彼此有联系的而且又能相互协调工作的单元组成的综合体。

在可靠性研究中，按系统是否可以维修可以将系统分为不可修复系统和可修复系统。

不可修复系统是指系统一但失效，不进行任何维修或更换的系统，例如日光灯管、导弹以及卫星推进器等一次性使用的系统。

不可修复是指技术上不能修复、经济上不值得修复，或者一次性使用不必要再修复。

可修复系统是指通过修复而恢复功能的系统。

机械电子产品大多数都是可修复系统，但不可修复系统相对可修复系统来说简单得多，而且对不可修复系统的研究方法与结论也适用于可修复系统，同时是研究可修复系统的基础。

4.1.2系统可靠性框图系统是由若干个彼此有联系的而且又能相互协调工作的单元组成的综合体，因此各个单元之间必然存在一定的关系，为了分析系统的可靠性，就必须分析系统各单元之间的关系，首先要将所要分析的系统简化为合理的物理模型，然后在由物理模型进一步得到参数和设计变量的数学模型。

对于复杂产品，用方框表示的各组成部分的故障或它们的组合如何导致产品故障的逻辑图，称为可靠性框图。

可靠性框图可以用来评价产品或系统的设计布置以及确定子系统或元件的可靠性水平；可靠性框图和数学模型是可靠性预测和可靠性分配的基础。

下面通过实例来说明如何建立可靠性框图。

例4.1 如图4.1所示是一个流体系统工程图，表示控制管中的流体的两个阀门通过管道串联而成。

试确定系统类型。

图4.1两阀门串联流体系统示意图解要确定系统类型，要从分析系统的功能及其失效模式入手。

1.如果其功能是为了使液体通过，那么系统失效就是液体不能流过，也就是阀门不能打开。

若阀门1和阀门2这两个单元是相互独立的，只有这两个单元都打开，系统才能完成功能，因此，该系统的可靠性框图如图3.2a)所示。

2.如果该系统的功能是截流，那么系统失效就是不能截流，也就是阀门泄漏。

安全工程领域设计的危险：主要是指人们在生产活动和生活活动中意外发生的各种事故造成的人员伤亡，财产损失和环境污染的危险安全工作的根本目的：防止事故的发生，并且在事故发生后，尽量减少事故所造成的人员伤亡，财产损失和环境污染系统：系统是由相互作用，相互依存的若干元素组成的具有特定功能的有机整体系统安全：是人们为解决复杂系统的安全性问题而开发的、研究出来的安全理论、原则、方法体系。

所谓系统安全，是在系统寿命期间内应用系统安全工程和管理方法，辨识系统中的危险源，并采取控制措施使其危险性最小，从而使系统在规定的性能、时间和成本范围内达到最佳的安全程度。

系统安全工程：运用科学和工程技术手段辨识、消除或控制系统中的危险源，实现系统安全。

包括系统危险源辨识、危险性评价、危险源控制等基本内容。

危险源辨识：发现、识别系统中危险源的工作危险性评价：对危险源的危险性的评价，其目的在于判断是否需要进一步采取控制措施危险源控制：利用工程技术和管理手段消除、控制危险源，防止危险源导致事故、造成人员伤害和财物损失的工作系统安全分析：从安全角度进行的系统分析，通过揭示系统中可能导致系统故障或事故的各种因素及其相互关联来辨识系统中的危险源事故：是一种不正常的或不希望的能量释放。

危险源：可能导致事故的潜在的不安全因素第一类危险源：系统中存在的、可能发生意外释放的能量或危险物质。

实际上，把具有、产生、储存、转换能量或危险物质的装置、设备、场所等作为第一类危险源第二类危险源：导致约束、限制能量措施失效或破坏的各种不安全因素。

可靠性：是判断、评价系统性能的一个重要指标，表明系统在规定的条件下，在规定的时间内完成规定的功能的性能。

故障：系统由于性能低下而不能完成规定的功能的现象安全性：表明系统在规定的条件下，在规定的时间内不发生事故，不造成人员伤害或财产损失的情况下，完成规定功能的性能。

事故：是在人们生产、生活活动中突然发生的、违反人们意志的、迫使活动暂时或永久停止，可能造成人员伤害、财产损失或环境污染的意外事件。

2013年硕士研究生统一入学考试《系统安全工程》第一部分考试说明一、考试性质系统安全工程是东北大学资源与土木工程学院安全工程专业硕士生入学选考的专业基础课之一。

考试对象为参加东北大学资源与土木工程学院安全工程专业2013年全国硕士研究生入学考试的准考考生。

二、考试形式与试卷结构（一）答卷方式：闭卷，笔试（二）答题时间：180分钟（三）考试题型及比例术语解释20%计算题 50%问答题30%（四）参考书目《系统安全评价与预测》（第二版），陈宝智，冶金工业出版社， 2011第二部分考查要点（一）基本概念和术语事故、伤亡事故概率分布、可靠性、故障、冗余系统、浴盆曲线、伤亡事故统计指标、系统安全分析、危险性与可操作性研究、社会允许危险、安全生产方针、概率危险性评价、人失误、不交化方法、道化学火灾爆炸指数法等概念。

（二）事故统计分析1．事故统计分布2．伤亡事故统计图表（三）第一类危险源的辨识、评价和控制1. 第一类危险源辨识与控制2. 第一类危险源评价3. 重大危险源辨识、控制与评价（四）系统可靠性分析1. 简单系统可靠性2. 相关结构理论：概率分解法计算系统可靠度，最小径集合，最小割集合。

（五）事件树分析1．事件树的定性分析2．事件树的定量分析3．事件树分析应用（六）故障树分析1．最小径集合与最小割集合2．基本事件结构重要度3. 顶事件发生概率计算方法4. 基本事件概率重要度和临界重要度5. 故障树编制（七）系统安全评价1．生产作业条件危险性评价2．火灾爆炸指数法3．概率危险性评价。

2.1 概述2.1.1 安全性和可靠性概念[10]安全性是指不发生事故的能力，是判断、评价系统性能的一个重要指标。

它表明系统在规定的条件下，在规定的时间内不发生事故的情况下，完成规定功能的性能。

其中事故指的是使一项正常进行的活动中断，并造成人员伤亡、职业病、财产损失或损害环境的意外事件。

可靠性是指无故障工作的能力，也是判断、评价系统性能的一个重要指标。

它表明系统在规定的条件下，在规定的时间内完成规定功能的性能。

系统或系统中的一部分不能完成预定功能的事件或状态称为故障或失效。

系统的可靠性越高，发生故障的可能性越小，完成规定功能的可能性越大。

当系统很容易发生故障时，则系统很不可靠。

2.1.2 安全性和可靠性的联系与区别[10]在许多情况下，系统不可靠会导致系统不安全。

当系统发生故障时，不仅影响系统功能的实现，而且有时会导致事故，造成人员伤亡或财产损失。

例如，飞机的发动机发生故障时，不仅影响飞机正常飞行，而且可能使飞机失去动力而坠落，造成机毁人亡的后果。

故障是可靠性和安全性的联结点，在防止故障发生这一点上，可靠性和安全性是一致的。

因此，采取提高系统可靠性的措施，既可以保证实现系统的功能，又可以提高系统的安全性。

但是，可靠性还不完全等同于安全性。

它们的着眼点不同：可靠性着眼于维持系统功能的发挥，实现系统目标；安全性着眼于防止事故发生，避免人员伤亡和财产损失。

可靠性研究故障发生以前直到故障发生为止的系统状态；安全性则侧重于故障发生后故障对系统的影响。

由于系统可靠性与系统安全性之间有着密切的关联，所以在系统安全性研究中广泛利用、借鉴了可靠性研究中的一些理论和方法。

系统安全性分析就是以系统可靠性分析为基础的。

2.1.3 系统安全性评估系统安全性评估是一种从系统研制初期的论证阶段开始进行，并贯穿工程研制、生产阶段的系统性检查、研究和分析危险的技术方法。

它用于检查系统或设备在每种使用模式中的工作状态，确定潜在的危险，预计这些危险对人员伤害或对设备损坏的可能性，并确定消除或减少危险的方法，以便能够在事故发生之前消除或尽量减少事故发生的可能性或降低事故有害影响的程度[11]。

仅供参考[整理] 安全管理文书安全系统工程知识点总结日期：__________________单位：__________________第1 页共46 页安全系统工程知识点总结一、系统:由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成的具有特定功能的有机整体。

系统的5个属性：整体性,相互性，目的性，有序性，环境适应性二、系统工程:以系统为研究对象,以达到总体最佳效果为目标,为达到这一目标而采取组织,管理,技术等多方面的最新科学成就和知识的一门综合性的科学技术.三、用系统工程的方法解决安全问题的理由，为何能够防患于未然？1、使用系统工程方法，可以识别出存在于系统各个要素本身、各要素之间的危险性。

2、使用系统工程方法，可以了解各要素之间的相互关系，消除各要素由于相互依存、相互制约而产生的危险性；3、系统工程采用的一些方法手段都能用于解决安全问题；四、系统工程在解决安全问题中常采用以下方法：工程逻辑，工程分析，概率论与统计理论，运筹学，现代管理学理论与原则五、安全系统工程:1、定义：采用系统工程的基本原理和方法，预先识别、分析系统中的危险因素，评价并控制系统风险，使系统安全性达到预期目标的工程技术。

2、安全系统工程的研究对象：人子系统、机器子系统、环境子系统；安全系统工程的目标：控制危险、消除事故对环境子系统主要考虑：环境的理化因素和社会因素3、研究内容或主要技术手段：系统安全分析、系统安全评价、安第 2 页共 46 页全决策与事故控制。

系统安全评价的任务：以系统安全分析为基础，了解系统存在的危险因素，评价系统的事故风险大小，与安全指标比较，如果超出指标，则应对系统的主要危险因素采取控制措施，使其降至安全指标以下。

4、安全系统工程的研究方法：①从系统整体出发的研究方法；②本质安全方法；③人—机匹配法；④安全经济方法；⑤系统安全管理方法；5、安全系统工程的优点：①通过分析可以了解系统的薄弱环节所在及危险性可能导致事故的条件；②通过评价和优化技术，可以找出最适当的方法使各分系统之间达到最佳配合，用最少的投资达到最佳的安全效果，大幅度地减少伤亡事故；③安全系统工程的方法，不仅适用于工程，而且适用于管理，现已形成安全系统工程和安全系统管理两个分支。

系统可靠性设计分析Reliability Design and Analysis2009-9-15Conception of the Reliability1引言现代质量观和系统专门特性– 现代质量观 • 系统效能 • 寿命周期费用 – 系统专门特性的重要性现代系统设计思想的转变 可靠性设计分析方法在型号各研制阶段的适用性2009-9-15Conception of the Reliability2现代质量观2009-9-15Conception of the Reliability3现代质量观质量包含了系统的性能特性、专门特性、经济性、时间性、适应性 等方面，它是系统满足使用要求的特性总和。

系统的性能特性：用性能指标来描述 系统的专门特性：描述了系统保持规定性能指标的能力，具有统 计特性– – – – – 可靠性 维修性 保障性 安全性 测试性经济性：系统的寿命周期费用，指在系统的整个寿命期内，为获 取并维持系统的运营所花费的总费用； 时间性：系统的按期交付，影响系统的寿命周期费用； 适应性：系统满足用户需求、符合市场需要的能力。

2009-9-15Conception of the Reliability4可靠性可靠性定义产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。

产品可 靠性定义的要素是三个“规定”(“规定条件”、“规定时间”、“规定 功能”） – 规定条件：包括使用时的环境条件和工作条件。

• 如温度、湿度、振动、冲击、辐射等环境条件，使用时的 应力条件，维护方法，贮存时的贮存条件，使用时对操作 人员的技术等级要求等。

– 规定时间：指产品规定了的任务时间。

• 随着产品任务时间的增加，产品出现故障的概率将增加， 产品的可靠性是下降的 。

– 规定功能：指产品规定了的必须具备的功能及其技术指标。

• 所要求的功能的多少和其技术指标的高低，直接影响到产 品可靠性指标的高低。

2009-9-15Conception of the Reliability5安全性安全性 （safety）定义系统在规定条件下和规定时间内，以可接受的风险执行规定功能 的能力。

系统可靠性分析引言在如今高度依赖技术的社会中，系统的可靠性显得尤为重要。

无论是在医疗设备、交通系统还是金融领域，系统的可靠性都直接关系到人们的生活安全和经济稳定。

因此，对系统的可靠性进行分析和评估就显得尤为重要。

本文将介绍系统可靠性分析的概念、重要性以及常用的分析方法和工具。

系统可靠性的概念系统可靠性是指系统在特定环境下保持正常运行的能力。

一个可靠的系统可以在面对各种障碍和故障时，保持稳定运行，并不会对其性能和功能产生负面影响。

对于不同类型的系统，其可靠性的要求可能有所不同。

例如，对于航空航天系统来说，其可靠性要求极高，甚至可以说是生死攸关；而对于一般的软件系统来说，其可靠性也是保障用户体验的关键。

系统可靠性的重要性系统可靠性对于广大用户来说具有重要意义。

首先，一个可靠的系统可以提高用户的满意度和信任感。

如果一个系统经常出现故障和问题，用户会失去对其的信任，并对其品质产生质疑，进一步影响用户体验和使用意愿。

其次，系统可靠性直接关系到用户的生活安全和财产安全。

例如，在医疗行业中，如果一个医疗设备出现故障，可能会对患者的生命造成威胁。

而在金融领域，如果一个支付系统出现问题，可能会导致资金损失和交易风险。

因此，保障系统的可靠性对于保护用户的利益和安全具有至关重要的意义。

系统可靠性分析的方法1. 故障树分析（Fault Tree Analysis）故障树分析是一种常用的系统可靠性分析方法，其基本原理是通过将系统的故障事件用树状图表示，找出系统故障的根本原因。

这种分析方法可以帮助评估故障发生的概率以及识别和排除潜在的系统故障点。

故障树分析的基本过程包括确定系统的故障事件、建立故障树、计算故障概率和评估系统可靠性。

2. 失效模式与影响分析（Failure Mode and Effects Analysis）失效模式与影响分析是一种通过对系统的失效模式进行识别和评估，来分析系统可靠性的方法。

它可以帮助识别系统中不同组成部分的故障模式以及故障对系统性能和功能的影响。

系统可靠性分析课程总结一可靠性的定义，故障的定义，基本可靠性，任务可靠性及二者的区别，寿命剖面，任务剖面的定义。

可靠性是只产片在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。

故障时产片或产品的一部分不能或将不能完成预定功能的实践或状态。

基本可靠性：级产品在规定的条件下，无故障持续时间或概率。

任务可靠性：产品在规定的任务剖面中完成规定功能的能力，二者的区别：前者应统计产品的所有寿命单位和所有的故障。

二后者仅考虑吧在任务期间那些影响任务完成的故障。

寿命剖面：产品从制造到寿命终结或退出使用这段时间所经历的全部事件和环境的时序描述。

任务剖面：产品在完成规定任务这段时间内所经历的事件和环境的时序描述。

二可靠度的概念，故障率，浴盆曲线，并计算可靠度可靠度：产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率。

故障率：工作到某时刻尚未发生故障的产品，在该时刻后单位时间内发生故障的概率。

浴盆曲线：大多数产品的故障率岁时间的变化曲线形似浴盆。

三掌握书上给出的几种典型可靠性模型，并计算可靠度。

考察并联模型。

四掌握书中给出的几种可靠度的分配方法考察可靠度的再分配法。

五掌握书上给出的不可修系统的可靠性预计方法。

单位可靠性预计方法的相似产品法以及评分预计法是考察重点。

六什么是FMECAFMECA即故障模式影响及危害性分析考察题目为第六章课后题3七什么是故障树？重要度分析故障树是指用来表明产品哪些组成部分的故障或外界事件或它们的组合将导致产品发生给定故障的逻辑图。

考察题型件例7—10 习题15八事件数与故障树的区别，含建故障树，计算后果事件发生的概率。

讲述例题以及习题1 2九什么是潜在通道分析，潜在通道产生的原因及主要表现形式。

潜在通路分析的目的是在嘉定组成系统的所有元部件均正常工作的情况下，分析并找出哪些能引起系统功能异常或抑制正常功能实现的潜在通路。

潜在通路是在系统所处的特定条件下，出现的未预期的通路。

例7—5十机械产品可靠性与电子产品相比具有的特点。

系统安全工程98——100一、解释名词术语（30%）1、安全生产方针2、伤亡事故概率分布3、可靠性4、危险源5、伤亡事故统计指标6、事件树分析7、作业条件危险性评价8、系统危险性评价9、人失误10、社会允许危险二、（10%）某单位5年来每年发生伤亡事故次数分别为16,12,10,13,9次。

设单位时间内伤亡事故发生次数服从泊松分布，求一个月内伤亡事故发生2次的概率。

三、（20%）一故障树其结构函数为：T=X 4+XXX+X+XX1、求出最小割集合和最小径集合，各基本事件的结构重要度顺序；五、（20%）回答下面问题1、在按致伤原因划分的20类事故中，分别列举出冶金工程和化工企业中常见的两类事故，并解释为什么在这些事故最容易发生？2、在系统安全中怎样确定作为危险评价目标值的死亡事故率？实际运用中会有什么问题？3、在故障树分析中，求出最小割集合和最小径集合有什么意义？99——100的一、解释名词术语（30%）1、安全生产方针2、伤亡事故发生次数分布3、可靠性4、浴盆曲线5、伤亡事故统计指标6、系统安全分析7、安全检查表8、概率危险性评价9、人失误10、社会允许危险二、计算下列各题（30%）1、某单位平均每年发生伤亡事故15次，求一月内伤亡事故次数超过2次的概率。

2、一设备运转7000小时共发生10次故障。

若故障时间间隔服从指数分布，计算该设备平均寿命和开机运转1000小时后的可靠度。

3、一仓库装备有有活在监测系统和淋喷系统组成的自动灭火系统。

若火灾监测系统可靠度和喷淋系统可靠度皆为0.99，运用事件树分析方法计算一旦失火时自动灭火失败的概率。

三、一故障树如下图1、求出最小割集合和最小径集合，各基本事件的结构重要度顺序。

（10%）2、设个基本事件发生的概率皆为0.01，求顶事件发生概率。

（10%）四、确定概率危险性评价死亡事故目标值的方法有哪些？你认为应该如何确定为好？（10%）五、化工主要伤亡事故类别有哪些？如何评价化工生产危险性？（10%）01——100一、解释概念、术语（30%）1、安全生产方针2、系统安全分析3、危险源辨识4、能量意外释放论5、可靠性试验6、浴盆曲线7、伤亡事故发生次数指标8、维修度9、道化学火灾爆炸指数法10、不交化方法二、（10%）某单位5年来每年发生伤亡事故次数分别为16,12,10,13,9次。