安全系统工程课件安全原理(2).ppt

1、2 系统安全基本原理系统安全基本原理2.1 事故的基本概念及分类事故的基本概念及分类2.2 事故发生的原因事故发生的原因2.3 系统安全与能量系统安全与能量2.4 系统安全与可靠性系统安全与可靠性2.5 系统安全与信息处理系统安全与信息处理2.6 系统安全措施系统安全措施2.4 系统安全与可靠性系统安全与可靠性物质条件的不可靠性和不安全性是系统物质条件的不可靠性和不安全性是系统发生事故的潜在危险发生事故的潜在危险系统可靠性是系统安全的基本条件。系统可靠性是系统安全的基本条件。2.4.1 可靠性的基本概念可靠性的基本概念可靠性的定义：可靠性的定义：指系统或系统元素在规定的条指系统或系统元素在规定

2、的条件下和规定的时间内完成规定功能的性能。当件下和规定的时间内完成规定功能的性能。当系统或元素在运行过程中因为性能低下而不能系统或元素在运行过程中因为性能低下而不能实现预定的功能时，则称发生了实现预定的功能时，则称发生了故障故障故障故障。可靠性的主要指标：可靠度可靠性的主要指标：可靠度R(t)、失效率失效率(t)和和平均失效间隔时间平均失效间隔时间MTBF(可用可用 表示表示)。可靠性的概念可靠性的概念可靠度可靠度R(t)：系统或元素在规定的条件下和系统或元素在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的概率。规定的时间内完成规定功能的概率。失效率失效率(t)：表示产品工作到时刻后，单位表示产品工

3、作到时刻后，单位时间内失效的概率。换句话说，失效率等于产时间内失效的概率。换句话说，失效率等于产品在时刻品在时刻t后的单位时间后的单位时间(t,t+1)内的失效数与在内的失效数与在时刻时刻t尚在工作的产品数之比。尚在工作的产品数之比。R(t)+F(t)=1。F(t)表示不可靠度。表示不可靠度。失效密度函数失效密度函数可靠性的概念可靠性的概念(续续)产品失效过程大体分为产品失效过程大体分为三个阶段：三个阶段：（1）早期失效期。）早期失效期。随时间由高值迅速下降。随时间由高值迅速下降。（2）随机失效期。）随机失效期。趋向常数，也称偶然失效。趋向常数，也称偶然失效。（3）耗损失效期。）耗损失效期。又

4、迅速上升。又迅速上升。浴盆曲线浴盆曲线有效寿命或使用寿命有效寿命或使用寿命2.4.2 可靠性的计算可靠性的计算现推导现推导R(t)与与(t)的关系的关系。设有设有 N 个产品从个产品从 t0 时开始工作，到时刻时开始工作，到时刻 t 时的失效数为时的失效数为 n，即即 t 时残存的产品数为时残存的产品数为 N-n，所以所以如果在如果在 t 时刻后的时刻后的(t,t+t)时间内，有时间内，有n 个个产品失效，则产品失效，则可靠性的计算可靠性的计算 (续续)将上式的分子、分母同乘以将上式的分子、分母同乘以 N，则。则。若产品失效率为常数，即若产品失效率为常数，即(t)=，则，则因因 R(0)=1，

5、得得可靠性计算的结论可靠性计算的结论产品的可靠度服从指数分布，如图产品的可靠度服从指数分布，如图2-3所示。所示。当当 t=1/时，时，R(t)=0.37。这表明，对于失。这表明，对于失效率一定的一批产品而言，能够工作到平均失效效率一定的一批产品而言，能够工作到平均失效间隔时间的仅占间隔时间的仅占37左右。为了保证机械设备的左右。为了保证机械设备的可靠性，设计人员必须按照使用要求给出设备可可靠性，设计人员必须按照使用要求给出设备可靠度与连续运行时间之间的关系。靠度与连续运行时间之间的关系。可靠性计算的结论可靠性计算的结论(续续)可靠性的变化规律：可靠性的变化规律：（1）设备的可靠性是随着时间变

6、化的。开始使）设备的可靠性是随着时间变化的。开始使用时可能是可靠的，但使用一段时间后就可用时可能是可靠的，但使用一段时间后就可能是不可靠的了。能是不可靠的了。（2）要得到较高的可靠度，平均失效间隔时间）要得到较高的可靠度，平均失效间隔时间 必须是工作时间必须是工作时间t的许多倍。例如要得到的许多倍。例如要得到R(t)0.9，则则 =10t；如果如果R(t)0.99，则，则 =100=100t t。并且当并且当 大于大于t的一定倍数后，随着的一定倍数后，随着 的增加，的增加，R(t)增加的幅度会变得相当缓慢。增加的幅度会变得相当缓慢。2.4.3 系统可靠性模型系统可靠性模型1）串）串联系统联系统

7、：任一单元失效就会导致整个系任一单元失效就会导致整个系统失效。统失效。A A1 1 A A2 2 A A3 3 A An n 串联系统的可靠度随着串联单元数目的增多串联系统的可靠度随着串联单元数目的增多而降低。特别地，若而降低。特别地，若 ，则，则系统可靠性模型系统可靠性模型(续续)2）并联系统并联系统：组成系统的所有单组成系统的所有单元都失效时，系统才会失效，元都失效时，系统才会失效，即只要有一个单元不失效，整即只要有一个单元不失效，整个系统就不会失效个系统就不会失效。并联系统单元数越多，系统可靠度越大。若每并联系统单元数越多，系统可靠度越大。若每个单元的可靠度都服从指数分布且失效率个单元的

8、可靠度都服从指数分布且失效率 均均为常数，则为常数，则 系统可靠性模型系统可靠性模型(续续)3）串）串并联、并串联系统并联、并串联系统 各单元先串联后并联的系统称为串并联系统；各各单元先串联后并联的系统称为串并联系统；各单元先并联后串联的系统称为并串联系统单元先并联后串联的系统称为并串联系统。并串联系统的可靠度比串并联系统高。并串联系统的可靠度比串并联系统高。串并联系统：串并联系统：并串联系统：并串联系统：每个单元的每个单元的可靠度为可靠度为R R系统可靠性模型系统可靠性模型(续续)4）表决）表决系统系统：组成系统的组成系统的 n 个单元中，至少个单元中，至少有有 k 个单元正常工作时，系统才

9、能正常工作个单元正常工作时，系统才能正常工作。当每个单元的可靠度为当每个单元的可靠度为R(t)时，时，系统系统2、3、4、5均属于冗余系统。均属于冗余系统。5）旁联）旁联系统系统：组成系统的组成系统的 n 个单元中只有一个单元中只有一个单元工作，当工作单元失效时，通过失效个单元工作，当工作单元失效时，通过失效监测装置及转换装置接到另一个单元进行工监测装置及转换装置接到另一个单元进行工作的系统作的系统。若每个单元的可靠度都服从指数若每个单元的可靠度都服从指数分布且失效率分布且失效率 均为常数，则均为常数，则 2.4.4 如何提高的系统可靠性？如何提高的系统可靠性？（1）选用）选用可靠度高的设备元

10、可靠度高的设备元部件。部件。能否无止境地提高构成设能否无止境地提高构成设备的元部件的可靠性备的元部件的可靠性?答答:不能。因为可靠性的提不能。因为可靠性的提高不仅受到技术高不仅受到技术(水平、功水平、功能能)发展水平的限制，而且发展水平的限制，而且还受到经济因素的制约。还受到经济因素的制约。例：例：除尘器降噪、汽车尾气净化。除尘器降噪、汽车尾气净化。如何提高的系统可靠性？（2）采用冗余系统。但投资和维护）采用冗余系统。但投资和维护工作量大。工作量大。（3）改善系统的运行条件。控制温）改善系统的运行条件。控制温度、湿度、振动等。度、湿度、振动等。（4）加强检测和预防性维修保养。）加强检测和预防性

11、维修保养。2 系统安全基本原理系统安全基本原理2.1 事故的基本概念及分类事故的基本概念及分类2.2 事故发生的原因事故发生的原因2.3 系统安全与能量系统安全与能量2.4 系统安全与可靠性系统安全与可靠性2.5 系统安全与信息处理系统安全与信息处理2.6 系统安全措施系统安全措施2.5 系统安全与信息处理系统安全与信息处理2.5.1 信息的基本概念信息的基本概念系统不断和周围环境中的物质、能量、信系统不断和周围环境中的物质、能量、信息发生关系。我们经常所说的管理或控制，息发生关系。我们经常所说的管理或控制，其本质就是信息处理，信息处理系统的不其本质就是信息处理，信息处理系统的不完善，很可能成

12、为完善，很可能成为事故触发的媒介事故触发的媒介。定义定义：信息是事物间差异的一种抽象，是信息是事物间差异的一种抽象，是事物运动状态以及关于这种状态的认识。事物运动状态以及关于这种状态的认识。信息信息分类分类：自然信息，物质信息。：自然信息，物质信息。信息的基本概念信息的基本概念信息含量的多少称为信息含量的多少称为信息量信息量。信息量。信息量可用事物运动状态的可用事物运动状态的不确定性不确定性来度量。来度量。信息量的大小与事物的状态数及状态信息量的大小与事物的状态数及状态出现的概率有关。出现的概率有关。甲：硬币，甲：硬币，P(x1)=P(x2)=0.5;乙乙：骰骰子子，P(y1)=P(y2)=P

13、(y6)=1/6。则则乙乙事事物物比比甲甲事事物物的的不不确确定定性性大大，所所以以乙的信息量大。乙的信息量大。信息量的计算信息量的计算 但若但若 乙：乙：P(y1)=0.95，P(y2)=P(y6)=0.01 则则乙乙事事物物的的不不确确定定性性变变小小了了，信信息息量量也也减减小了。小了。1比特的信息量就是包含两个独立等概率比特的信息量就是包含两个独立等概率可能状态的事物具有的信息。获取信息即可能状态的事物具有的信息。获取信息即消除不确定性。消除不确定性。2.5.2 人体的信息处理系统人体的信息处理系统 在在人人机机系系统统中中，人人在在不不断断地地进进行行信信息息处处理理，例例如如人人操

14、操作作机机器器、司司机机开开车车等等。人人体体正正确确信信息息处理的本质是不产生误判断和误操作。处理的本质是不产生误判断和误操作。人体的信息处理系统模型人体的信息处理系统模型信息处理的核心在于判断，判断既是利用已有信息处理的核心在于判断，判断既是利用已有知识与经验的过程，也是积累和增加新的知识知识与经验的过程，也是积累和增加新的知识与经验的过程。与经验的过程。人体信息处理系统的信息处理能力，往往还受人体信息处理系统的信息处理能力，往往还受到人体生理和心理条件的限制和影响，存在着到人体生理和心理条件的限制和影响，存在着信息传递效率问题，通常人的信息传递效率在信息传递效率问题，通常人的信息传递效率

15、在2.77.5bit/s之间，平均为之间，平均为5.5 bit/s。通过教育和。通过教育和训练，可以适当提高人体的信息传递效率。训练，可以适当提高人体的信息传递效率。合合理设岗理设岗人体的信息处理系统模型人体的信息处理系统模型 按按照照图图中中所所示示箭箭头头方方向向循循环环一一圈圈，可可以以认认为为作作了一次信息处理。一次操作有若干圈信息处理了一次信息处理。一次操作有若干圈信息处理.大脑的意识水平大脑的意识水平 人人体体的的信信息息处处理理系系统统直直接接受受大大脑脑意意识识水平的支配。水平的支配。0：无意识失神，无注意力，睡眠、呆：无意识失神，无注意力，睡眠、呆滞；滞；：意识模糊，不注意，

16、疲劳、单调、：意识模糊，不注意，疲劳、单调、瞌睡、醉酒；瞌睡、醉酒；：常态：常态松驰，消极地思索，起居、松驰，消极地思索，起居、休息、正常作业。休息、正常作业。大脑的意识水平大脑的意识水平：常态：常态清醒，积极进取，积极活动；清醒，积极进取，积极活动；：超常态、过度紧张，集中一点，精：超常态、过度紧张，集中一点，精神兴奋、精神恐慌。神兴奋、精神恐慌。在生产现场，一般人进入车间时意识水在生产现场，一般人进入车间时意识水平属阶段平属阶段，随时间会变为，随时间会变为或或。各意。各意识水平不能自由升降，但异常欲望时可识水平不能自由升降，但异常欲望时可以。以。信息处理等级信息处理等级作业的难易程度作业的难易程度 1：反反射射。反反射射是是仅仅仅仅通通过过知知觉觉而而不不经经过过大脑的信息处理。大脑的信息处理。2：熟熟练练性性操操作作。即即使使不不注注意意也也可可以以进进行行操操作作，属属于于简简单单信信息息处处理理。例例如如，知知道道手手柄柄或或开关的位置，即使看不见也能操作开关的位置，即使看不见也能操作。3：常常规规性性操操作作。这这时时的的操操作作象象“应应按按如如下下程程序序进进行行”那那