安全系统工程_第四章可靠性分析汇总
第4章 系统安全定性分析(有动画)
系统安全分析概述
日常 运行 √
改建 扩建 √ √
事故 调查
拆除 √
√ √ √ √ √ √
√ √ √ √ √ √
√ √ √ √ √
河南工程学院 安全工程系 李凤琴
目录
第二节
系统安全定性分析
一、安全检查表
SCL
Safety Check List
河南工程学院 安全工程系 李凤琴
目录
第二节
系统安全定性分析
目录
第二节
系统安全定性分析
1.危险性等级
在进行预先危险性分析时，为衡量危险性的大小及其对系统破坏性
的影响程度，可以将各类危险划分为4个等级，如下表所示。
危险性等级划分表
级别 Ⅰ 危险程度 安全的 可能导致的后果 不会造成人员伤亡和财产损失。
Ⅱ
临界的
有导致事故的可能性（处于临界状态），暂时还不至于造成 人员的伤亡和财产的损失，应该采取措施予以控制。
目录
第二节
系统安全定性分析
4.预先危险性分析优点
1）分析工作做在行动之前，可及早采取措施排除，降
低或控制危害，避免由于考虑不周造成损失。 2）对系统开发、初步设计、制造、安装、检修等作的分析结果， 可以提供应遵循的注意事项和指导方针。 3）分析结果可以为制定标准、规范和技术 文献提供必要的资料。 4）根据分析结果可编制安全检查表以保证实施安全， 并可作为安全教育的材料。
河南工程学院 安全工程系 李凤琴
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第二节
系统安全定性分析
2）编制安全检查表步骤
确定检查对象 剖切系统
分析可能的危险性 确定检查要点
河南工程学院 安全工程系 李凤琴
目录
第二节
系统工程中的可靠性与安全性研究
系统工程中的可靠性与安全性研究一、引言随着信息技术的快速发展，系统工程的可靠性和安全性越来越成为人们关注的焦点。
在复杂的工业和商业环境中，系统出现故障和安全问题的风险也越来越大，导致了严重的损失和影响。
因此，研究系统工程领域的可靠性和安全性问题变得越来越重要。
本文将会从可靠性和安全性两个方面来进行探究。
二、可靠性研究可靠性指系统在一定时间内，保持所需输出性能的能力。
在系统设计和运行中，可靠性是一个非常重要的因素。
可靠性主要分为以下几个方面：1. 可靠性分析可靠性分析是评估系统设计和运行过程中出现故障及其影响的方法。
通过精细、系统地分析可能的故障来源，将系统的故障概率降至最低。
2. 可靠性设计可靠性设计是保证系统在设计和实施的过程中达到所需可靠水平的方法。
在设计过程中，可靠性设计应该被纳入考虑的范畴。
3. 可靠性验证可靠性验证是通过测试等手段来验证系统的可靠性和可用性。
例如，通过模拟系统的运行环境和模拟器，并测量各种参数，来验证系统在不同的条件下的可靠性。
4. 可靠性改进可靠性改进是根据分析、设计、验证结果，发现并纠正系统中的缺陷或故障，使系统达到更高的可靠性水平。
总之，可靠性研究是始终贯穿于系统工程设计和运行的全过程中，它能够减少故障发生的可能，做到系统的稳定、可靠、高效，提升企业和社会的发展动力。
三、安全性研究安全性是指系统在面临恶意攻击时，能够及时发现，防止并减小攻击的能力。
在当前互联网时代，安全问题已经成为了不可避免的问题。
安全性研究需要考虑以下几点：1. 安全设计安全设计是在产品、系统或者服务设计的过程中考虑到系统的安全问题。
例如，通过防止漏洞和非法入侵，限制访问，以及加密和验证等手段，来保证系统的安全性。
2. 安全测试安全测试是通过深入分析系统中存在的安全漏洞，以及模拟现实世界中的恶意攻击来评估系统的安全性。
通过测试，能够找到不安全的点，防止安全事故的发生。
3. 安全改进安全改进是针对测试结果，寻找并修复系统中存在的漏洞和不安全点，以提升安全性水平。
系统工程之系统可靠性理论与工程实践讲义
系统工程之系统可靠性理论与工程实践讲义系统可靠性是系统工程中非常重要的一个领域，它一方面涉及到理论研究、模型建立等基础工作，另一方面也需要结合实际工程实践来验证和改进。
本讲义将介绍系统可靠性的基本理论与工程实践，并探讨如何提高系统的可靠性。
一、系统可靠性的定义与重要性1.1 系统可靠性的定义系统可靠性是指系统在给定的条件下在一段时间内满足特定要求的能力。
这个特定要求可以是正常工作的概率、失效的概率、失效后的恢复能力等。
1.2 系统可靠性的重要性系统可靠性直接影响到系统的稳定性、安全性和可用性。
一个可靠的系统能够正常工作并且能够应对可能出现的各种故障和异常情况，从而保证工程项目的顺利进行和安全性。
二、系统可靠性的理论基础2.1 可靠性的概率理论可靠性的概率理论是系统可靠性研究的基础，它将系统的可靠性问题转化为概率分布和统计计算问题。
常用的理论方法有可靠性函数、失效率函数、故障模式与失效分析等。
2.2 系统结构与可靠性分析系统结构与可靠性分析是指通过对系统结构与组成部分进行分析，计算系统的可靠性。
常用的方法有事件树分析、故障树分析、Markov模型等。
2.3 可靠性增长理论可靠性增长理论是指通过对系统进行可靠性试验和监控，根据得到的失效数据对系统进行可靠性增长预测和改进。
常用的方法有可靠性增长图、可靠性增长模型等。
三、系统可靠性的工程实践3.1 可靠性设计可靠性设计是指在系统设计阶段，通过选择可靠性较高的组件和结构，提高系统的可靠性。
常用的方法有设计可靠性评估、冗余设计、容错设计等。
3.2 可靠性测试可靠性测试是指对系统进行工作负载、压力、故障等方面的测试，以评估系统的可靠性。
常用的方法有端到端测试、负载测试、异常情况测试等。
3.3 可靠性维护与改进可靠性维护与改进是指在系统投入使用后，对系统进行设备维护、故障排除、性能改进等工作，以保持系统的可靠性和稳定性。
四、提高系统可靠性的工程实践4.1 设定合理的要求和指标在系统设计之初，需要设定合理的可靠性要求和指标。
安全系统工程 第四章 系统安全预测技术
一、经验推断预测法
利用直观材料，靠人的经验知识和综合 分析能力，对客观事物的未来状态做出 估计和设想。
特尔斐预测法
它是第二次世界大战后发展起来的一种直观预测法，是 美国兰德公司于20世纪40年代发明并首先用于技术预测 的。
对第一轮答复进行汇总整理
同意
考虑是否同意参加预测， 若同意则答复并提出建议
了解背景资料， 答复第一轮问题
同意
第二轮征询表 第一轮答复的分布 第二轮征询问题 请求陈述理由的问题
反馈
考察对第二轮答复的变化与收敛
了解反馈信息和问题， 答复第二轮征询表
第三轮征询表： 第二轮答复的分布和变化 补充材料和专家提供的理由 第三轮征询的问题
滑动平均法
一般情况下，未来的状况与较近时期的状况有关， 可采用与预测期相邻的几个数据的平均值，随着预 测期向前滑动，相邻的几个数据的平均值也向前滑 动作为滑动预测值。
x t1
1 t
t 1 i 1
xt i
三、计量模型预测法
由描述预测对象与其主要影响因素有关的一 个方程式或是方程组构成。然后利用这一系 列方程式的计算，根据主要影响因素的变化 趋势，对预测对象的未来状况进行推测。
对第三轮答复作出汇总 考察答复的变化与收敛
了解反馈信息和问题， 答复第三轮征询表
反馈
整理预测结果写出预测报告书 输出
了解预测结果
二、 时间序列预测法
是指利用观察或记录的一组按时间顺序排列起来的 数据序列，分析它们变化的方向和程度，从而对下 一时期或以后若干时期可能达到的水平进行推测。
基本思想是把时间序列作为一个随机应变量序列的 一个样本，用概率统计方法尽可能减少偶然因素的 影响，或消除季节性、周期性变动的影响通过分析 时间序列的趋势进行预测。
第4章-安全系统工程--事故树定量分析
《安全系统工程》
一般情况下，单元故障率为：
λ=Kλ0
式中：K—综合考虑温度、湿度、振动及其他条件影 响的修正系数，一般K=1~10； λ0—单元故障率的实验值，一般可根据实验或统计求 得，等于元件平均故障间隔期的倒数，即：
1 0 MTBF
式中：MTBF——为平均故障间隔期，是指相邻两次 故障间隔期内正常工作的平均时间。
《安全系统工程》
k=a· b· c· d· e；
a—作业时间系数； b—操作频率系数； c—危险状况系数；
d—心理、生理条件系数；
e—环境条件系数。
《安全系统工程》
顶上事件发生的概率
1．直接计算法 直接分步算法适于事故树规模不大，而且事故 树中无重复事件时使用。它是从底部的门事件 算起，逐次向上推移，直算到顶上事件为止。 当事故树规模不大，无需布尔代数化简时可直 接计算法求顶上事件发生概率
《安全系统工程》
3.最小割集法
若事故树中各割集中有重复基本事件时将上式展 开，用布尔代数消除每个概率积中的重复事件。 例如：某事故树共有3个最小割集合：试用最 小割集合法计算顶事件的发生的概率。 E1=｛X1，X2， X3 ｝， E2=｛X1，X4 ｝ E3=｛X3，X5｝ 已知各基本事件发生的概率为： q1=0.01； q2=0.02； q3=0.03； q4=0.04； q5=0.05 求顶上事件发生概率？
事件。
《安全系统工程》
3.最小割集法
最小割集合中有重复事件时，顶上事件的发生概率为：
P(T ) qi
r 1 xi Er k 1 r s k xi Er
qi (1)
k 1 r 1 xi E1
Es
安全系统工程_第四章可靠性分析
《安全系统工程》
2. 3 不同故障发生的原因及防止对策
故障类型
现象
原因
对策
备注
初期故障 随机故障
新产品投产初期 的故障； 闲置一段时间后 故障减少； 小毛病往往引起 重大事故
多元素组成系统 的典型故障； 许多电子元件的 故障
设计错误； 制造不良； 使用方法错误； （制造责任的可能性 特别大）
《安全系统工程》
可靠度：系统或元素在规定的条件下和规定的 时间内，完成规定的功能的概率
t
R(t) e0(t)dt
寿命
故障率 维修率 可用度……
1.4 可靠性的意义
是产品质量的保证 是安全生产的保证 提高经济效益 影响国家的安全和声誉
《安全系统工程》
《安全系统工程》
tf (t)dt
R(t)dt
etdt 1
0
0
0
平均故障时间
1
3 常用故《障安时全间系分统布工函程数》
3.1 指数分布
平均故障时间MTTF(Mean Time To Failure，针对不 可修复系统而言)
平均故障间隔时间MTBF（ Mean Time Between Failure，针对可修复系统而言）
早期故障阶段 随机故障阶段 磨损故障阶段
浴盆曲线(Bathtub curve)
3 常用故《障安时全间系分统布工函程数》
3.1 指数分布
随机故障的场合故障率为常数
(t)
故障时间分布变为指数分布：
F(t) 1 et
f (t) et
表示单位时间内发生故障的次数
安全系统工程中的系统集成与可靠性分析
安全系统工程中的系统集成与可靠性分析系统集成是指将多个独立的部分组合在一起以形成一个整体，以达到更高级别的功能。
在安全系统工程中，系统集成是保障整个系统顺利运行的关键步骤。
而可靠性分析则是评估系统在正常运行条件下的可靠性，以确保系统能够在各种环境和情况下正常工作，并能抵御各种安全威胁。
首先，在系统集成中，必须考虑各个组件之间的相互关系和依赖性。
不同组件的交互可能涉及数据的传递、接口的连接以及消息的转发等。
要确保这些组件能够有效地进行集成，需要进行充分的测试和验证。
这可以包括单元测试、功能测试和集成测试等。
通过这些测试，可以发现潜在的问题和错误，并及时修复，以确保组件的兼容性和稳定性。
在系统集成的过程中，还需要关注各个组件的编程和接口标准。
统一的编程和接口标准可以提高系统的可维护性和可扩展性，同时也降低了系统在集成过程中出现问题的可能性。
在选择和设计组件时，应该优先选择符合这些标准的组件，并确保它们能够与其他组件进行良好的集成。
另外，对于安全系统工程，系统集成更关注的是整个系统的安全性。
在集成过程中，需要评估各个组件的安全性，以确保它们不会引入任何漏洞或安全风险。
这可以通过对组件进行审计和安全测试来完成。
同时，组件的访问控制和权限管理必须严格控制，以确保系统只能被授权访问。
在可靠性分析方面，首先要明确系统的设计目标和需求。
通过详细的需求分析和系统建模，可以明确系统应具备的功能和性能要求。
然后，可以使用各种可靠性分析方法，如故障模式与影响分析（FMEA）和故障树分析（FTA），来评估系统的可靠性。
FMEA是一种系统化的评估方法，用于识别和评估系统中可能出现的故障模式及其对系统的影响。
通过对各个组件和子系统进行FMEA分析，可以找出潜在的故障模式，并制定相应的控制措施以降低故障的可能性。
FTA则是一种基于树形结构的故障分析方法，用于分析系统故障发生的逻辑关系和可能的原因。
通过构建故障树，可以直观地展示系统故障的因果关系，并通过计算得到系统的可靠性指标，如失效概率和可用性。
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安全系统工程复习资料第一章绪论安全系统工程的含义安全系统工程，是以系统工程的方法研究、解决生产过程中的安全问题，预防伤亡事故和经济损失发生的一门新技术学科，是随着生产的发展而发展起来的。
对付事故的办法有两种：其一是事故发生后吸取经验，进行预防的方法，也叫做“问题出发型”方法。
是我们所说的传统安全工作方法；其二是用系统工程控制事故的方法，也叫做“问题发现型”方法。
这就是近20年来发展起来的安全系统工程方法。
第一节安全系统工程基础一、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称为系统，而且这个“系统”本身又是它所从属的一个更大系统的组成部分。
一般来讲，系统应具有如下4个属性：(1)整体性：(2)相关性：(3)目的性：(4)环境适应性：系统是相互作用的多个要素的整体整体性：大于要素之和的性质也就是1+1>2整体性就是子系统层次上没有的性质在系统层次上的突现,也就是某种新的奇迹的创生（二）系统的整体性及其种种表现1，多个要素的搭配组合可以创生出新的整体系统。
结构是多个联系的形式。
总体来看，系统内部的基本联系可以分为两种基本类型：一类是由“单向作用”联系形成的简单系统，一类是由“相互作用”联系形成的复杂系统。
（二）相互作用由单向作用构成的系统其行为表现出机械性（简单性、被动性和线性作用）。
由相互作用构成的系统其行为表现出有机性和自组织性（复杂性、非线性作用、自动性、自调节、自复制、自创生）。
恩格斯曾经指出：“相互作用是我们从现今自然科学的观点出发在整体上考察运动着的物质时首先遇到的东西,我们看到一系列的运动形式，……都是相互转化、互相制约的，在这里是原因，在那里就是结果，……因此，自然科学证实了黑格尔曾经说过的话：相互作用是事物的真正的终极原因。
我们不能比对这种相互作用的认识追溯得更远了。
”二、系统工程系统工程是以系统为研究对象，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。
安全系统工程的可信度验证与可靠性分析
安全系统工程的可信度验证与可靠性分析安全系统工程在现代社会中扮演着至关重要的角色，它们被用于保护个人、组织以及国家的机密信息和财产免受威胁。
然而，随着信息技术的不断发展和安全攻击的日益复杂化，确保安全系统的可信度和可靠性变得愈发困难。
本文将重点关注安全系统工程的可信度验证和可靠性分析，以帮助读者更好地理解和应对相关挑战。
首先，我们将探讨安全系统工程的可信度验证。
可信度验证是确保安全系统按照设计要求进行操作的过程。
它包括以下几个方面：1. 安全需求分析：在进行可信度验证之前，首先需要进行安全需求分析。
通过与利益相关方的沟通和合作，确定系统对安全性的要求和限制。
这些需求可以涵盖保密性、完整性、可用性等方面。
2. 可信计算基础：可信计算基础是实现可信度验证的核心技术。
它包括安全协议、加密算法、访问控制机制等。
可信计算基础的设计和实现要遵循国际认可的标准和最佳实践，以确保可靠性和安全性。
3. 安全验证和评估：安全验证和评估是可信度验证的关键步骤。
通过对系统进行安全测试、漏洞分析和信息泄露检测等活动，可以评估系统的可信度。
此外，还可以进行渗透测试、安全建模和威胁建模等，以更全面地评估系统的安全性。
接下来，我们将讨论安全系统工程的可靠性分析。
可靠性分析是评估系统在给定条件下能否正常运行的重要过程。
它包括以下几个方面：1. 故障模式与影响分析（FMEA）：FMEA是一种常用的可靠性分析方法，用于识别系统故障的模式和可能产生的影响。
通过分析故障的发生概率、严重性和可检测性等指标，可以确定系统中最脆弱的部分，并采取相应的措施来提高系统的可靠性。
2. 可用性分析：可用性分析旨在评估系统在给定条件下能够提供预期服务的能力。
它包括对系统中断的频率、恢复时间等指标的分析。
通过识别和解决导致系统中断的关键问题，可以提高系统的可靠性和可用性。
3. 容错和冗余设计：容错和冗余设计是提高系统可靠性的主要策略之一。
通过使用冗余元件和备份系统，可以实现持续可靠的系统操作。
系统工程之系统可靠性理论与工程实践讲义
系统工程之系统可靠性理论与工程实践讲义系统可靠性是系统工程中的重要概念，它是指系统在特定条件下保持正常运行的能力。
在实际工程中，系统可靠性的理论和工程实践是不可或缺的。
本讲义将介绍系统可靠性的基本理论和实践方法，并结合实例介绍如何应用于实际工程中。
一、系统可靠性的基本理论1. 可靠性概念可靠性是指系统在规定时间和规定使用条件下能够完成规定功能的概率。
可靠性可以用失效概率（failure probability）来度量，即系统在规定时间内失效的概率。
2. 失效模式与失效率失效模式是指系统失效的原因和方式，常见的失效模式有硬件失效、软件失效和人为失误等。
失效率是系统失效的频率，可以用失效率函数（failure rate function）表示，常用的失效率函数有指数分布、伽马分布和韦伯分布等。
3. 可靠性评估指标评估系统可靠性常用的指标有可用性和维护性。
可用性是指系统在规定时间内处于正常工作状态的时间比例。
维护性是指系统出现故障后恢复正常工作所需的时间。
4. 可靠性增长和可靠性增长率可靠性增长是指系统在运行一段时间后逐渐提高其可靠性。
可靠性增长可以通过故障数据进行可靠性增长率的计算，可靠性增长率是指单位时间内系统可靠性增加的速率。
二、系统可靠性的工程实践方法1. 可靠性要求的确定在系统设计初期，需要明确系统的可靠性要求。
可靠性要求的确定需要考虑系统的功能、使用条件和用户要求等因素，并依据相关标准和规范进行确定。
2. 可靠性设计的考虑在系统设计过程中，需要考虑如何增强系统的可靠性。
可靠性设计的主要方法有冗余设计、容错设计和检测与诊断设计。
冗余设计是指在系统中增加冗余部件来增加系统的可靠性。
容错设计是指设计系统能够自动检测和纠正错误的能力。
检测与诊断设计是指设计系统能够及时检测故障并对故障进行诊断。
3. 可靠性测试与验证在系统开发过程中，需要进行可靠性测试与验证。
可靠性测试是指通过实际测试来验证系统的可靠性，并对系统进行改进。
安全系统工程_第四章可靠性分析汇总
(t )
随时间单调增加，对应于磨损故障。
3 常用的故障时间分布函数
《安全系统工程》
3.2 威布尔分布
可靠度函数为： R (t ) e
( t t0 ) m
故障时间分布函数为： F (t ) 1 e tm m m 1 故障时间密度函数为： f (t ) (t - t 0 ) e
初期故障
随机故障
系统受随机应力的 作用
预防性维修保养 无效； 故障时间呈指数 分布
磨损故障
机械零部件磨损 、疲劳造成的故障
材料、部件的机械 磨损、疲劳、老化
预防性维修保养 有效； 预防性维修保养 冗余有效但不经 济
《安全系统工程》
2.4 故障时间分布函数与可靠度
设系统、设备、元件等在 t=0 时刻投入运行， 到 t 时刻发生故障的概率（又称故障时间分 布函数）记为 F (t )
n k
到t时刻发生不超过 n 次故障的概率
讨论：
为了保证设备正常工作，需要配备适量的维修工人，现 有同类型设备300台，各台工作是相互独立的，发生故 障的概率都是0.01，在通常情况下，一台设备的故障 可由一个人来处理。试问至少要配备多少工人，才能保 证设备发生故障而不能及时维修的概率小于0.01？ 令X表示同一时刻发生故障的设备台数，则X~B(300,0.01) 解：
0
t 0
R(t ) e
( t ) dt
0
t
F (t ) 1 R(t ) 1 e
( t ) dt
0
t
《安全系统工程》
小结-故障时间分布
可靠度
故障发生概率
R(t ) e
第4章典型系统的可靠性分析
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。
系统工程(第四章)
2 优化变量
• 对于过程系统参数优化 过程系统参数优化问题，优化变量向量就 过程系统参数优化 是过程变量向量。过程变量向量包括决策变量 决策变量 和状态变量 状态变量 • 决策变量等于系统的自由度，它们是系统变量 中可以独立变化以改变系统行为的变量； • 状态变量是决策变量的函数，它们是不能独立 变化的变量，服从于描述系统行为的模型方程
过程系统优化问题可表示为
Min
f (w, x, z) = 0
c(w, x, z) = 0
F(w, x)
h(w, x) = 0
g(w, x) ≥ 0
w－决策变量向量（w1，…，wr）; x－状态变量向量（x1，…，xm） z－过程单元内部变量向量（z1，…，zs） F－目标函数 f－m维流程描述方程组（状态方程） c－s维尺寸成本方程组 h－l维等式设计约束方程 g－不等式设计约束方程
4.2.3 化工过程系统最优化方法的分类
• • • • • 无约束最优化与有约束最优化 线性规划与非线性规划 单维最优化和多维最优化 解析法与数值法 可行路径法和不可行路径法
（1） 无约束最优化与有约束最优化
• 在寻求最优决策时，如果对于决策变量及状态变 量无任何附加限制，则称为无约束最优化 无约束最优化 • 问题的最优解就是目标函数的极值。这类问题比 较简单，求解方法是最优化技术的基础 • 在建立最优化模型方程时，若直接或间接的对决 策变量施以某种限制，则称为有约束最优化 有约束最优化。又 有约束最优化 等式约束最优化和 可分为等式约束最优化和不等式约束最优化 等式约束最优化 不等式约束最优化。 • 求解方法是通过把有约束最优化问题转化成无约 束最优化模型进行求解
• 实际生产操作必须根据环境和条件的变化来 调节决策变量（即操作变量），从而使整个 过程系统处于最佳状态，也就是目标函数达 到最优。这就是操作参数优化问题 操作参数优化问题
安全系统工程复习要点
安全系统⼯程复习要点安全系统⼯程考点第⼀章安全系统⼯程概述1.系统：系统是由相互作⽤，相互依赖的若⼲组成部分结合⽽成的具有特殊功能的有机整体。
四部分内容：系统元素；元素间的关系；边界条件；输⼊及输出的能量、物料、信息等。
系统的特点：⽬的性、整体性、分解性、相关性、系统的功能结构2.系统⼯程：系统⼯程就是从系统的观点出发，跨学科地思考问题，运⽤⼯程的⽅法去研究和解决各种系统问题。
3.安全：从本质上讲，安全就是预知⼈们活动的各个领域⾥存在的固有危险和潜在危险，并且为消除这些危险的存在和状态⽽采取的各种⽅法、⼿段和⾏动。
4.危害：危害是造成事故的⼀种潜在危险，它是超出⼈的直接控制之处的某种潜在的环境条件。
危险：是⼀种状态，它可以引起⼈⾝伤亡，设备破坏或降低完成预定功能的能⼒。
危险性：表⽰危险的相对暴露程度。
5.系统安全：系统安全就是系统在⼀定的功能，时间和费⽤的约束条件下，使系统中⼈员和设备遭受的伤害和损失为最少。
6.安全系统⼯程：应⽤系统⼯程的原理和⽅法，识别、分析、评价、排除和控制系统中的各种危险，对⼯艺过程、设备、⽣产周期和资⾦等因素进⾏分析评价和综合处理，使系统可能发⽣的事故得到控制，并使系统安全性达到最佳状态。
7.安全系统⼯程的基本任务：预测、评价和控制危险。
系统安全分析的⽬的：是实现系统安全的重要⼿段，⽬的在于通过分析使⼈们识别系统中存在的危险性和损失率，并预测其可能性。
8.安全系统⼯程的优点：（论述）（1）预测和预防事故的发⽣，是现代安全管理的中⼼任务，运⽤系统安全分析⽅法，可以识别系统中存在的薄弱环节和可能导致事故发⽣的条件，⽽且通过定量分析，预测事故发⽣的可能性和事故后果的严重性，从⽽可以采取相应的措施，预防事故发⽣。
（2）现代⼯业的特点是⼤规模化、连续化和⾃动化，其⽣产关系⽇趋复杂，各个环节和⼯序之间相互联系，相互制约，安全系统⼯程是通过系统分析，全⾯地、系统地、彼此联系地以及预防性地处理⽣产系统中的安全性，⽽不是孤⽴地，就事论事地解决⽣产系统中安全性问题。
第二章 第三节 系统的可靠性分析
R(t ) R1 (t ) R 2 (t ) F3 (t ) R1 (t ) F2 (t ) R3 (t ) (3-1-16) F1 (t ) R 2 (t ) R3 (t ) R1 (t ) R 2 (t ) R3 (t )
如单元的寿命服从指数分布，即
有
Ri (t ) e i t
Ri (t ) P( X i t ) , i 1,2 ,n ,
且它们相互独立。由定义知系统寿命X等于各单元寿命
X max( X 1 , X 2 , , X n ) 。 Xi中的最大者，即 所以并联系统的可靠度函数为 (3-1-8)
R(t ) P( X t ) P[max( X 1 , X 2 , , X n ) t ] 1 P[max( X 1 , X 2 , , X n ) t ] 1 P( X 1 t , X 2 t , , X n t ) 1 II[1 t ) 2R0 (t )
1 1 1 1 1 2 2 3 1 3 1 2 3
(3-1-19)
特别，当各单元失效率都为时，有 3t 2 t
F (t ) 1 2e
3e
(3-1-20)
4.1 系统可靠性框图的建立
在分析系统可告靠性时，常常要将系统的工程
结构图转换成系统的可靠性框图，再根据可靠 性框图以及组成系统各单元所具有的可靠性特 征量，计算出所设计系统的可靠性特征量。 系统的工程结构图是表示组成系统的单元之间 的物理关系和工作关系，而可靠性框图则是表示 系统的功能与组成系统的单元之间的可靠性功 能关系。可靠性框图与工程结构图并不完全等 价。
第四章 系统的可靠性分析
第四节 系统可靠性分析2
四、 FMEA的目的和要求
搞清楚系统或产品的所有故障模式及其对系统或产品功能 以及对人、环境的影响；
对有可能发生的故障模式，提出可行的控制方法和手段； 在系统或产品设计审查时，找出系统或产品的薄弱环节和
潜在缺陷，并提出改进设计意见。或定出应加强研究的项 目，以提高设计质量，降低失效率，或减少损失； 必要时对产品供应列入特殊要求，包括设计、性能、可靠 性、安全性或质量保证的要求； 明确提出在何处应制定特殊的规程和安全措施，或设置保 护性设备、监测装置或报警系统； 为系统分析、预防维修提供有用是资料。
主控缸
A3
液压管路
手控杆
B1
B2
B:手闸系统
机械联 动装置
C:液压系统
C1
左前轮
C2
左后轮
D1
D2
右前轮
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。
设系统各个单元的可靠
性是相互独立的，各单元
的不可靠度分别为F1、
F2、F3、……、Fn，根
A
据概率乘法定理可得系统
不可靠度: n
Fs Fi
i 1 系统可靠度：
n
Rs 1 (1 Ri ) i 1
1 2 3
B
n
热贮备系统
冗余系统设计时需注意的问题
❖ 冗余度的选择； ❖ 冗余级别的选择
2）冷贮备系统
❖ 专家的经验判断。
安全系统工程张景林第三版课后习题解答
安全系统工程张景林第三版课后习题解答第一章习题解答1.1 什么是安全系统工程？安全系统工程是指将系统工程原理与安全原理相结合，通过设计、构建、操作和维护安全系统，以保障系统的安全性和可靠性。
1.2 安全系统工程的基本原理是什么？安全系统工程的基本原理包括系统思维、综合设计、建立安全管理体系和持续改进。
1.3 安全系统工程的核心任务是什么？安全系统工程的核心任务是设计、实施和维护安全管理体系，以保证系统的安全性。
1.4 安全系统工程的关键要素有哪些？安全系统工程的关键要素包括安全需求分析、系统安全设计、安全实施、安全评估和安全管理。
1.5 安全系统工程的典型应用领域有哪些？安全系统工程的典型应用领域包括航空航天、能源、交通、金融、通信、信息技术等。
第二章习题解答2.1 安全工程中，为什么要进行安全需求分析？在安全工程中，进行安全需求分析是为了明确系统的安全需求和约束条件，为系统的设计和实施提供依据。
2.2 安全需求分析的主要任务是什么？安全需求分析的主要任务是识别系统的安全需求、定义系统的安全性能指标和安全管理要求。
2.3 安全需求分析的基本方法有哪些？安全需求分析的基本方法包括需求收集、需求分析、需求建模和需求验证。
2.4 安全需求分析的输入是什么？安全需求分析的输入包括系统的功能需求、非功能需求、上下文信息、安全政策和标准等。
2.5 安全需求分析的输出是什么？安全需求分析的输出包括安全需求规格说明书、安全性能指标和安全设计约束。
第三章习题解答3.1 安全系统设计的主要任务是什么？安全系统设计的主要任务是将安全需求转化为具体的系统设计方案，包括安全功能设计、安全机制设计和安全管理设计。
3.2 安全系统设计的基本原则是什么？安全系统设计的基本原则包括完整性、可用性、保密性、可审计性和容忍性。
3.3 安全系统设计的基本方法有哪些？安全系统设计的基本方法包括面向对象方法、系统仿真方法、形式化方法和故障树分析方法。
安全系统工程中的可靠性分析与可用性研究
安全系统工程中的可靠性分析与可用性研究随着信息技术的飞速发展和应用，安全系统工程的重要性日益凸显。
保障系统的可靠性和可用性成为了一项紧迫的任务。
本文将探讨在安全系统工程中，如何进行可靠性分析和可用性研究，以确保系统的稳定性和可用性。
一、可靠性分析可靠性是指系统在规定时间内完成预定功能并不出现失效的能力。
而在安全系统工程中，可靠性更是必不可少的要求。
以下是进行可靠性分析的几个重要步骤：1. 确定系统的功能和性能指标：首先，需要明确系统的功能，也就是它需要实现的任务和目标。
同时，还需确定系统的性能指标，例如响应时间、吞吐量等。
2. 识别潜在的故障模式：在安全系统中，识别潜在的故障模式是非常关键的一步。
通过对系统进行全面的分析和测试，可以辨别出可能导致系统失效的原因和故障模式，如硬件故障、软件错误等。
3. 定量分析和评估：确定了故障模式后，需要进行定量分析和评估。
一种常用的方法是故障模式影响与严重性分析(Failure Mode, Effects, and Criticality Analysis, FMECA)，它可以帮助评估每个故障模式的潜在严重影响，并制定相应的解决方案。
4. 系统设计和优化：在完成可靠性分析后，可以根据所得结果对系统进行设计和优化。
采用冗余设计、故障恢复机制、备份策略等方法可以提高系统的可靠性。
5. 可靠性测试和验证：最后，需要对系统进行可靠性测试和验证，以验证系统是否能够在实际使用中满足安全和可靠性要求。
通过模拟真实环境下的故障和应急情况，可以评估系统的可靠性，并及时修复和改进。
二、可用性研究可用性指的是系统对用户需求的满足程度，并包括易学性、易用性、效率性等方面。
在安全系统工程中，可用性的研究同样至关重要。
以下是进行可用性研究的几个关键步骤：1. 用户需求分析：首先，需要对用户需求进行深入的分析和了解。
通过对用户的调研和访谈，可以明确用户的期望、需求和使用场景，为后续的可用性设计提供基础。
故障预防和可靠性分析在安全系统工程中的应用
故障预防和可靠性分析在安全系统工程中的应用安全系统工程是一项旨在保护人们、环境和财产免受潜在危险和灾难的领域。
在这个领域中，故障预防和可靠性分析是非常重要的工具和方法。
故障预防是指通过探测和纠正系统中的潜在错误和缺陷来防止系统故障和事故的发生。
而可靠性分析则是指通过评估系统在特定条件下的可靠性水平，以确定系统的可用性和性能指标。
故障预防在安全系统工程中的应用主要包括以下方面：1. 设计阶段：在设计安全系统时，通过故障预防可以发现潜在的设计缺陷和错误。
通过使用可靠性工具和方法，例如故障模式与影响分析（FMEA）和故障树分析（FTA），可以识别系统中可能导致故障和事故发生的因素，并采取相应的措施来降低这些风险。
2. 生产阶段：在安全系统的生产过程中，故障预防也是非常重要的。
通过对生产线进行故障模式和影响分析，可以发现潜在的制造缺陷和工艺问题，并采取相应的措施来预防故障的发生。
例如，通过对关键零部件进行质量控制和严格的测试，可以降低安全系统在生产过程中的故障率。
3. 检测和纠正阶段：在安全系统的运行过程中，故障预防可以通过检测和纠正系统中的潜在错误和故障来保证系统的正常运行。
通过使用故障诊断工具和技术，例如故障诊断树和故障模式识别，可以及时发现系统中的故障和异常情况，并采取相应的纠正措施来修复问题，以确保系统的可用性和安全性。
可靠性分析在安全系统工程中的应用主要包括以下方面：1. 可靠性评估：通过对安全系统进行可靠性分析，可以评估系统在特定条件下的可靠性水平。
通过收集系统的故障数据和运行数据，可以计算系统的可用性、失效率等可靠性指标，以评估系统的性能和可靠性水平。
这可以帮助工程师和决策者了解系统的性能和潜在的风险，并采取相应的措施来改进系统的可靠性。
2. 可靠性改进：通过可靠性分析，可以识别导致系统失效和故障的主要因素和模式。
通过对这些因素和模式的研究，可以采取相应的改进措施来提高系统的可靠性。
例如，通过改进系统的设计和制造过程，优化系统的维护和保养策略，以及加强系统的监控和检测，可以减少系统的故障率和提高系统的可靠性水平。
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早期故障阶段 随机故障阶段 磨损故障阶段
浴盆曲线(Bathtub curve)
3 常用故障时间分布函数
1.5可靠性与安全
不可靠是不安全的原因。
系统本身不可靠导致事故 危险源控制系统不可靠导致事故。
系统安全分析的基础是可靠性分析
《安全系统工程》
2. 故障的基本概念
2.1故障的定义
故障（Failure）：系统、设备、元件等在运行过 程中因为性能低下而不能实现预定的功能的现象。
F (t ) 1 R(t )
狭义可靠性：狭义的“可靠性”是产品在使用期间没
有发生故障的性质。例如一次性注射器，在使用的时间 内没有发生故障，就认为是可靠的；再如某些一旦发生 故障就不能再次使用的产品，日光灯管就是这类型的产 品，一般损坏了只能更换新的。
广义可靠性=狭义可靠性+维修性
《安全系统工程》
1.3可靠性指标体系
《安全系统工程》
系统可靠性分析
西安建筑科技大学安全工程教研室
《安全系统工程》
问题的提出
如何定义可靠性？ 什么叫系统的可靠性？系统的可靠性和系统组 成元素的可靠性有什么关系？ 系统可靠性与安全的关系？ 人的可靠性？ 如何提高系统的可靠性？
《安全系统工程》
1. 可靠性
1.1可靠性的定义
F (t ) Pr T t
F (0) 0 可靠度 R(t) 为
R (t ) 1 F (t ) R ( 0) 1 R ( ) 0
故障时间密度函数 f (t)
当故障时间分布函数可微分时，则故障概率 密度函数或故障时间密度函数为：
dF (t ) f (t ) dt
0
t 0
R(t ) e
( t ) dt
0
ห้องสมุดไป่ตู้
t
F (t ) 1 R(t ) 1 e
( t ) dt
0
t
《安全系统工程》
小结-故障时间分布
可靠度
故障发生概率
R(t ) e
( t ) dt
0
t
F (t ) 1 R(t ) 1 e
失效（Fault）：无实现预定功能的能力。 故障（Failure）是失效（Fault）的原因 本课将二者统称为故障（Failure）
《安全系统工程》
2. 2 故障类型
按故障影响的大小： 灾难性故障 危险故障 被检测的危险故障 未被检测的危险故障 重大故障 安全故障（轻微故障） 其他： 硬件随机故障 系统性故障 共因故障 按故障时系统或元素功能低下程度： 部分故障 完全故障 按故障发生原因： 原生故障 次生故障 指令故障 按故障发生阶段： 初期故障 随机故障 磨损故障
《安全系统工程》
浴盆曲线
故障率：正常工作到某时点的客体，在此后单位时间里发 生故障的比率。 故障率随运行时间而变化。按故障率随时间变化的趋势随 时间变化的趋势有减少、一定和增加三种情况。
故障分为初期故障、随机故障和磨损故障。
《安全系统工程》
2. 3 不同故障发生的原因及防止对策
故障类型 现象 新产品投产初期 的故障； 闲置一段时间后 故障减少； 小毛病往往引起 重大事故 多元素组成系统 的典型故障； 许多电子元件的 故障 原因 设计错误； 制造不良； 使用方法错误； （制造责任的可能性 特别大） 对策 设计审查， FMEA，FTA； 通过老化筛选等 方法排除； 明确使用基准并 告诉用户 采用冗余设计； 增加投资； 采用高可靠度元 件、材料； 正当使用 备注 预防性维修保养 无效； 检修不彻底也会 发生这种现象
可靠度：系统或元素在规定的条件下和规定的 时间内，完成规定的功能的概率
R(t ) e 0
寿命
( t ) dt
t
故障率
维修率 可用度……
《安全系统工程》
1.4 可靠性的意义
是产品质量的保证
是安全生产的保证 提高经济效益 影响国家的安全和声誉
《安全系统工程》
可靠性(Reliability) ：
系统或系统元素在规定的条件下和规定的时间内，完 成规定的功能的能力。 系统或系统元素
规定的条件： 规定的时间： 规定的功能：
《安全系统工程》
1.2可靠性分类
广义可靠性：在规定的条件下和规定的时间内，元器
件（产品）、设备或者系统稳定完成功能的程度或性质。 例如，汽车在使用过程中，当某个零件发生了故障，经 过修理后仍然能够继续驾驶。
( t ) dt
0
t
故障时间密度函数 f (t ) dF (t ) dt 故障率函数
f (t ) (t ) R(t )
《安全系统工程》
3.常用故障时间分布函数
实践证明，大多数设备的故障率在产品从投入到报废为 止的整个寿命期间中的变化是时间的函数，典型故障曲 线称之为浴盆曲线。
t
dF (t ) d 1 R(t ) dR(t ) (t ) dt R(t ) dt R(t ) R(t )dt
ln R(t ) ln R(0) ln R(t )
故障率描述系统、设备、元件发生故障的难易
(t )dt ln R(t )
F (t ) f (t )dt
0 t
f(t)dt表示在时间间隔 （t,t+dt)内发生故障的 概率
100万人口的死亡率曲线
故障率
故障率函数λ(t) ：正常运行到某时刻t 的客体在此后（t,t+dt)的单位时间里发 dF (t ) 生故障的比率 f (t ) dt
f (t ) (t ) R(t )
初期故障
随机故障
系统受随机应力的 作用
预防性维修保养 无效； 故障时间呈指数 分布
磨损故障
机械零部件磨损 、疲劳造成的故障
材料、部件的机械 磨损、疲劳、老化
预防性维修保养 有效； 预防性维修保养 冗余有效但不经 济
《安全系统工程》
2.4 故障时间分布函数与可靠度
设系统、设备、元件等在 t=0 时刻投入运行， 到 t 时刻发生故障的概率（又称故障时间分 布函数）记为 F (t )