系統(tǒng)可靠性和安全性區(qū)別和計(jì)算公式.doc

2.1 概述2.1.1 安全性和可靠性概念10安全性是指不發(fā)生事故的能力，是判斷、評(píng)價(jià)系統(tǒng)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。它表明系統(tǒng)在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)不發(fā)生事故的情況下，完成規(guī)定功能的性能。其中事故指的是使一項(xiàng)正常進(jìn)行的活動(dòng)中斷，并造成人員傷亡、職業(yè)病、財(cái)產(chǎn)損失或損害環(huán)境的意外事件?？煽啃允侵笩o(wú)故障工作的能力，也是判斷、評(píng)價(jià)系統(tǒng)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。它表明系統(tǒng)在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的性能。系統(tǒng)或系統(tǒng)中的一部分不能完成預(yù)定功能的事件或狀態(tài)稱(chēng)為故障或失效。系統(tǒng)的可靠性越高，發(fā)生故障的可能性越小，完成規(guī)定功能的可能性越大。當(dāng)系統(tǒng)很容易發(fā)生故障時(shí)，則系統(tǒng)很不可靠。2.1.2 安全性和可靠性的聯(lián)系與區(qū)別10在許多情況下，系統(tǒng)不可靠會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不安全。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，不僅影響系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，而且有時(shí)會(huì)導(dǎo)致事故，造成人員傷亡或財(cái)產(chǎn)損失。例如，飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)，不僅影響飛機(jī)正常飛行，而且可能使飛機(jī)失去動(dòng)力而墜落，造成機(jī)毀人亡的后果。故障是可靠性和安全性的聯(lián)結(jié)點(diǎn)，在防止故障發(fā)生這一點(diǎn)上，可靠性和安全性是一致的。因此，采取提高系統(tǒng)可靠性的措施，既可以保證實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能，又可以提高系統(tǒng)的安全性。但是，可靠性還不完全等同于安全性。它們的著眼點(diǎn)不同：可靠性著眼于維持系統(tǒng)功能的發(fā)揮，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)目標(biāo)；安全性著眼于防止事故發(fā)生，避免人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。可靠性研究故障發(fā)生以前直到故障發(fā)生為止的系統(tǒng)狀態(tài)；安全性則側(cè)重于故障發(fā)生后故障對(duì)系統(tǒng)的影響。由于系統(tǒng)可靠性與系統(tǒng)安全性之間有著密切的關(guān)聯(lián)，所以在系統(tǒng)安全性研究中廣泛利用、借鑒了可靠性研究中的一些理論和方法。系統(tǒng)安全性分析就是以系統(tǒng)可靠性分析為基礎(chǔ)的。2.1.3 系統(tǒng)安全性評(píng)估系統(tǒng)安全性評(píng)估是一種從系統(tǒng)研制初期的論證階段開(kāi)始進(jìn)行，并貫穿工程研制、生產(chǎn)階段的系統(tǒng)性檢查、研究和分析危險(xiǎn)的技術(shù)方法。它用于檢查系統(tǒng)或設(shè)備在每種使用模式中的工作狀態(tài)，確定潛在的危險(xiǎn)，預(yù)計(jì)這些危險(xiǎn)對(duì)人員傷害或?qū)υO(shè)備損壞的可能性，并確定消除或減少危險(xiǎn)的方法，以便能夠在事故發(fā)生之前消除或盡量減少事故發(fā)生的可能性或降低事故有害影響的程度11。系統(tǒng)安全性評(píng)估主要是分析危險(xiǎn)、識(shí)別危險(xiǎn)，以便在壽命周期的所有階段中能夠消除、控制或減少這些危險(xiǎn)。它還可以提供用其它方法所不能獲得的有關(guān)系統(tǒng)或設(shè)備的設(shè)計(jì)、使用和維修規(guī)程的信息，確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不安全狀態(tài)，以及糾正這些不安全狀態(tài)的7方法。如果危險(xiǎn)消除不了，系統(tǒng)安全性評(píng)估可以指出控制危險(xiǎn)的最佳方法和減輕未能控制的危險(xiǎn)所產(chǎn)生的有害影響的方法。此外，系統(tǒng)安全性評(píng)估還可以用來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否符合規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)或其他文件規(guī)定的要求，驗(yàn)證系統(tǒng)是否重復(fù)以前的系統(tǒng)中存在的缺陷，確定與危險(xiǎn)有關(guān)的系統(tǒng)接口。從廣義上說(shuō)，系統(tǒng)安全性評(píng)估解決下列問(wèn)題：1、什么功能出現(xiàn)錯(cuò)誤？2、它潛在的危害是什么？3、允許它發(fā)生的頻數(shù)為多少？4、如何設(shè)計(jì)才能使它的實(shí)際發(fā)生頻數(shù)低于允許的最大頻數(shù)？5、如何判定該設(shè)計(jì)能保證滿(mǎn)足上述要求？從故障領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)安全性評(píng)估解決下列問(wèn)題：1、如何設(shè)計(jì)才能使系統(tǒng)準(zhǔn)確地完成其既定的功能？2、如果系統(tǒng)功能已經(jīng)出現(xiàn)異?；蚴В绾文軐⑵湓斐傻奈：档阶畹?？因此，系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)是在系統(tǒng)安全性評(píng)估的基礎(chǔ)上通過(guò)各種設(shè)計(jì)活動(dòng)消除或控制危險(xiǎn)，防止所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在研制、生產(chǎn)、使用和保障過(guò)程中發(fā)生導(dǎo)致人員傷亡和設(shè)備損壞的各種意外事故。設(shè)計(jì)需要依據(jù)相關(guān)安全性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和要求來(lái)進(jìn)行，這是安全性設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。對(duì)于民機(jī)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，相關(guān)適航標(biāo)準(zhǔn)就是其安全性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，而具體的安全性要求則需要結(jié)合設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行的系統(tǒng)安全性評(píng)估逐步確定。另外，如上文所述，系統(tǒng)安全性評(píng)估研究的是如何保證系統(tǒng)在預(yù)期的使用環(huán)境和使用限制下準(zhǔn)確地完成既定功能從而減少因系統(tǒng)功能異常或喪失導(dǎo)致不安全的事情發(fā)生。因此，系統(tǒng)安全性評(píng)估的研究對(duì)象不包括：1、環(huán)境或毒性材料的安全性；2、工作場(chǎng)地的安全性；3、承受靜載荷或動(dòng)載荷的結(jié)構(gòu)安全性；4、性能標(biāo)準(zhǔn)或細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)的安全性。2.1.4 系統(tǒng)安全性指標(biāo)長(zhǎng)期以來(lái)，人們一直把安全和危險(xiǎn)視為截然不同的、相互對(duì)立的事情，只是定性地認(rèn)為某一事物要么安全要么不安全，對(duì)安全性沒(méi)有定量的描述。許多詞典把安全一詞解釋為“沒(méi)有危險(xiǎn)的狀態(tài)”，在日常安全工作中把安全理解為“不會(huì)發(fā)生事故，不會(huì)導(dǎo)致人員傷害或財(cái)務(wù)損失的狀態(tài)”。系統(tǒng)安全與以往的安全觀念不同，認(rèn)為世界上沒(méi)有絕對(duì)安全的事物，任何事物中都包含不安全的因素，具有一定的危險(xiǎn)性，安全只是一個(gè)相對(duì)的概念。既然沒(méi)有絕對(duì)的安全，系統(tǒng)安全所追求的目標(biāo)也就不是“事故為零”那樣的極端理想的情況，而是達(dá)到“最佳的安全程度”，一種實(shí)際可能的、相對(duì)的安全目標(biāo)。系統(tǒng)安全性利用危險(xiǎn)嚴(yán)重性等級(jí)、危險(xiǎn)可能性等級(jí)、危險(xiǎn)事件發(fā)生概率以及人因可靠性指標(biāo)來(lái)定量評(píng)價(jià)安全的程度，使預(yù)防事故的措施有了客觀的度量。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性是制從它開(kāi)始運(yùn)行（t=0)到某時(shí)刻t這段時(shí)間內(nèi)能正常運(yùn)行的概率，用R(t)表示 所謂失效率是指單位時(shí)間內(nèi)失效的元件數(shù)與元件總數(shù)的比例，以表示，當(dāng)為常數(shù)時(shí)，可靠性與 失效率的關(guān)系為： （）=e-u(u為次方） 兩次故障之間系統(tǒng)能夠正常工作的時(shí)間的平均值稱(chēng)為平均為故障時(shí)間(MTBF) 如：同一型號(hào)的1000臺(tái)計(jì)算機(jī)，在規(guī)定的條件下工作1000小時(shí)，其中有10臺(tái)出現(xiàn)故障 ，計(jì)算機(jī)失效率：=10/(1000*1000)=1*10-5(5為次方） 千小時(shí)的可靠性：R(t)=e-t=e(-10-5*103(3次方）0.99 平均故障間隔時(shí)間MTBF=1/=1/10-5=10-5小時(shí)1）表決系統(tǒng)可靠性 表決系統(tǒng)可靠性：表決系統(tǒng)是組成系統(tǒng)的n個(gè)單元中，不失效的單元不少于k（k介于1和n之間），系統(tǒng)就不會(huì)失效的系統(tǒng)，又稱(chēng)為k/n系統(tǒng)。圖12.8-1為表決系統(tǒng)的可靠性框圖。通常n個(gè)單元的可靠度相同，均為R，則可靠性數(shù)學(xué)模形為： 這是一個(gè)更一般的可靠性模型，如果k=1，即為n個(gè)相同單元的并聯(lián)系統(tǒng)，如果k=n，即為n個(gè)相同單元的串聯(lián)系統(tǒng)。2）冷儲(chǔ)備系統(tǒng)可靠性 冷儲(chǔ)備系統(tǒng)可靠性(相同部件情況)：n個(gè)完全相同部件的冷貯備系統(tǒng),(待機(jī)貯備系統(tǒng)),轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)s為理想開(kāi)關(guān)Rs=1,只要一個(gè)部件正常,則系統(tǒng)正常。所以系統(tǒng)的可靠度： 圖12.8.2 待機(jī)貯備系統(tǒng)3）串聯(lián)系統(tǒng)可靠性 串聯(lián)系統(tǒng)可靠性：串聯(lián)系統(tǒng)是組成系統(tǒng)的所有單元中任一單元失效就會(huì)導(dǎo)致整流器個(gè)系統(tǒng)失效的系統(tǒng)。下圖為串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性框圖。假定各單元是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的，則其可靠性數(shù)學(xué)模型為 式中，Ra系統(tǒng)可靠度；Ri第i單元可靠度 多數(shù)機(jī)械系統(tǒng)都是串聯(lián)系統(tǒng)。串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度隨著單元可靠度的減小及單元數(shù)的增多而迅速下降。圖12.8.4表示各單元可靠度相同時(shí)Ri和nRs的關(guān)系。顯然，Rsmin(Ri),因此為提高串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性,單元數(shù)宜少,而且應(yīng)重視串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性,單元數(shù)宜少,而且應(yīng)重視改善最薄弱的單元的可靠性。 4）并聯(lián)系統(tǒng)可靠性 并聯(lián)系統(tǒng)可靠性：并聯(lián)系統(tǒng)是組成系統(tǒng)的所有單元都失效時(shí)才失效的失效的系統(tǒng)。圖12.8.5為并聯(lián)軸系統(tǒng)的可靠性框圖。假定各單元是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的，則其可靠性數(shù)學(xué)模型為 式中 Ra系統(tǒng)可靠度 Fi第i單元不可靠度 Ri第i單元可靠度 并聯(lián)系統(tǒng)對(duì)提高系統(tǒng)的可靠度有顯著的效果，圖12.8.6表示各單元可靠度相同時(shí)Ri和n與Rs的關(guān)系，機(jī)械系統(tǒng)采用并聯(lián)時(shí)，尺寸、重量、價(jià)格都隨并聯(lián)數(shù)n成倍地增加，因此不如電子、電訊設(shè)備中用得廣泛。采用時(shí)并聯(lián)數(shù)也不多。例如在動(dòng)力裝置、安全裝置、制動(dòng)裝置采用并聯(lián)時(shí)，常取n=23。 5）混聯(lián)系統(tǒng)可靠性 混聯(lián)系統(tǒng)可靠性：混聯(lián)系統(tǒng)是由串聯(lián)和并聯(lián)混合組成的系統(tǒng)。圖12.8.7a為混聯(lián)系統(tǒng)的可靠性框圖，其數(shù)學(xué)模型可運(yùn)用串聯(lián)和并聯(lián)兩種基本模型將系統(tǒng)中一些串聯(lián)及半聯(lián)部分簡(jiǎn)化為等效單元。例如圖12.8.7的