《系統(tǒng)可靠性分析》PPT課件.ppt

第四節(jié)系統(tǒng)可靠性分析,可靠性技術(shù)原本是為了分析由于機(jī)械零部件的故障，或人的差錯而使設(shè)備或系統(tǒng)喪失原有功能或功能下降的原因而產(chǎn)生的學(xué)科?？煽啃苑治鲈诎踩到y(tǒng)工程中占有很重要的位置。,一、基本概念,1.可靠性、可靠度:R(t)可靠性是指系統(tǒng)、設(shè)備或元件等在規(guī)定的時間內(nèi)和規(guī)定的條件下，完成其特定功能的能力；可靠度是指系統(tǒng)、設(shè)備或元件等在預(yù)期的使用周期（規(guī)定的時間）內(nèi)和規(guī)定的條件下，完成其特定功能的概率；2.維修度:M()是指系統(tǒng)發(fā)生故障后在維修容許時間內(nèi)完成維修的概率3.有效度:A(t,)是指對于可修復(fù)系統(tǒng)在規(guī)定的使用條件和時間內(nèi)能夠保持正常使用狀態(tài)的概率。,提高可靠度的途徑：提高系統(tǒng)的可靠度；提高系統(tǒng)的維修度,二、可靠度、維修度、有效度的常用度量指標(biāo),1.平均無故障時間（MTTF）是指系統(tǒng)由開始工作到發(fā)生故障前連續(xù)正常工作的平均時間度量不可修復(fù)系統(tǒng)的可靠度；2.平均故障間隔時間（MTBF）是指可修復(fù)系統(tǒng)發(fā)生了故障后經(jīng)修理后仍能正常工作，其在兩次相鄰故障間的平均工作時間；3.平均故障修復(fù)時間（MTTR）是指可修復(fù)系統(tǒng)出現(xiàn)故障到恢復(fù)正常工作平均所需的時間。,三、可靠度函數(shù)與故障率,在一定的使用條件下，可靠度是時間的函數(shù)；設(shè)可靠度為R(t)，不可靠度為F(t)，則：R(t)+F(t)=1故障概率密度函數(shù)：f(t)=dF(t)/dt故障率,元件壽命周期的故障率，與該元件所處的壽命階段密切相關(guān)。如圖所示，由于曲線形似浴盆，故俗稱浴盆曲線。該曲線表明，在元件或系統(tǒng)的壽命周期初期，因系統(tǒng)需磨合，因此故障率較高；壽命周期的后期，則因系統(tǒng)部分元件的磨損使故障率也明顯提高；而中期階段則故障率較為穩(wěn)定。,四、系統(tǒng)可靠度計(jì)算,系統(tǒng)的可靠度一方面取決于各子系統(tǒng)本身的可靠度，同時還取決于各子系統(tǒng)間的作用關(guān)系。1.串聯(lián)系統(tǒng)是指系統(tǒng)中任何一個子系統(tǒng)發(fā)生故障，都會導(dǎo)致整個系統(tǒng)發(fā)生故障的系統(tǒng)。提高串聯(lián)系統(tǒng)可靠度的途徑1）提高各子系統(tǒng)的可靠度；2）減少串聯(lián)級數(shù)；3）縮短任務(wù)時間。,為了提高系統(tǒng)的可靠性，通常需要使系統(tǒng)的部分子系統(tǒng)乃至全部子系統(tǒng)有一定數(shù)量貯備，利用貯備提高系統(tǒng)可靠性最常用的辦法就是采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。2.并聯(lián)系統(tǒng)1）熱貯備系統(tǒng)（冗余系統(tǒng)）是指貯備的單元也參與工作，即參與工作的數(shù)量大于實(shí)際所必須的數(shù)量，這種系統(tǒng)又稱冗余系統(tǒng)。冗余技術(shù)一般是采用降額等其他方法不能滿意地解決系統(tǒng)安全問題，或當(dāng)改進(jìn)產(chǎn)品所需的費(fèi)用比采用冗余單元更多時采用的方法。采用冗余設(shè)計(jì)是以增加費(fèi)用為代價(jià)來提高系統(tǒng)的安全性和可靠性的。,設(shè)系統(tǒng)各個單元的可靠性是相互獨(dú)立的，各單元的不可靠度分別為F1、F2、F3、Fn，根據(jù)概率乘法定理可得系統(tǒng)不可靠度:,系統(tǒng)可靠度：,熱貯備系統(tǒng),冗余系統(tǒng)設(shè)計(jì)時需注意的問題,冗余度的選擇；冗余級別的選擇,2）冷貯備系統(tǒng)是指貯備的單元不參加工作，并且假定在貯備中不會出現(xiàn)失效，貯備時間的長短不影響以后使用的壽命。若所有部件的故障率均相等且為則系統(tǒng)的可靠度為:,系統(tǒng)的平均壽命:,冷貯備系統(tǒng),冷儲備系統(tǒng)的平均壽命是各單元平均壽命的總和。,3.復(fù)雜系統(tǒng)有一汽車的制動系統(tǒng)可靠性聯(lián)接關(guān)系如圖；組成系統(tǒng)各單元的可靠度分別為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；求系統(tǒng)的可靠度。,汽車制動系統(tǒng)可靠性聯(lián)結(jié)框圖,五、人的工作可靠度預(yù)測,1.人在工作中的差錯很多，歸納起來不外乎以下五類：未履行職能；錯誤地履行職能；執(zhí)行未賦予的分外職能；按錯誤程序執(zhí)行職能；執(zhí)行職能時間不對。2.人的差錯概率人的工作可靠度與人的工作差錯概率是互逆的，所以人的工作可靠度可用人的工作差錯概率來計(jì)算：,e、E獲得途徑：收集緊急狀態(tài)時的全部運(yùn)轉(zhuǎn)記錄；收集全部正常業(yè)務(wù)、保養(yǎng)、校正、定期檢驗(yàn)、啟動停止時人的差錯記錄；引起差錯的具體條件；收集模擬的正常業(yè)務(wù)非正常業(yè)務(wù)方面的人的差錯的潛在來源；專家的經(jīng)驗(yàn)判斷。3.計(jì)算人的工作可靠度的差錯概率法概率樹圖程序：明確系統(tǒng)故障的判定標(biāo)準(zhǔn)；進(jìn)行作業(yè)分析，評價(jià)基本動作間的相互關(guān)系；估計(jì)人的差錯概率；求系統(tǒng)故障率，評價(jià)人的差錯對系統(tǒng)故障的影響；重復(fù)以上步驟改進(jìn)人機(jī)系統(tǒng)的特征值，直到達(dá)到可允許的范圍。,第五節(jié)、預(yù)先危險(xiǎn)性分析（PHA）,預(yù)先危險(xiǎn)性分析是指在一個系統(tǒng)或子系統(tǒng)（包括設(shè)計(jì)、施工、生產(chǎn)）運(yùn)轉(zhuǎn)活動之前，對系統(tǒng)存在的危險(xiǎn)類別、出現(xiàn)條件及可能造成的結(jié)果，進(jìn)行宏觀概略分析的一種方法。預(yù)先危險(xiǎn)性分析的重點(diǎn)應(yīng)放在系統(tǒng)的主要危險(xiǎn)源上，并提出控制這些危險(xiǎn)源的措施。預(yù)先危險(xiǎn)性分析的結(jié)果，可作為對新系統(tǒng)綜合評價(jià)的依據(jù)，還可作為系統(tǒng)安全要求、操作規(guī)程和設(shè)計(jì)說明書的主要內(nèi)容，同時預(yù)先危險(xiǎn)性分析為以后要進(jìn)行的其他危險(xiǎn)分析打下基礎(chǔ)。,1.預(yù)先危險(xiǎn)性分析的內(nèi)容（1）識別危險(xiǎn)的設(shè)備、零部件，并分析其發(fā)生的可能性條件；（2）分析系統(tǒng)中各子系統(tǒng)、各元件的交接面及其相互關(guān)系與影響；（3）分析原材料、產(chǎn)品、特別是有害物質(zhì)的性能及貯運(yùn)；（4）分析工藝過程及其工藝參數(shù)或狀態(tài)參數(shù)；（5）人、機(jī)關(guān)系（操作、維修等）；（6）環(huán)境條件；（7）用于保證安全的設(shè)備、防護(hù)裝置等。,2.預(yù)先危險(xiǎn)性分析的步驟（1）調(diào)查、了解和收集過去的經(jīng)驗(yàn)和同類生產(chǎn)中發(fā)生的事故情況。（2）確定危險(xiǎn)源，并分類制成表格。危險(xiǎn)源的確定可通過經(jīng)驗(yàn)判斷、技術(shù)判斷或安全檢查表等方法進(jìn)行。（3）識別危險(xiǎn)轉(zhuǎn)化技術(shù)條件。研究危險(xiǎn)因素轉(zhuǎn)化為事故狀態(tài)的觸發(fā)條件。（4）進(jìn)行危險(xiǎn)分級。目的是確定危險(xiǎn)程度，提出應(yīng)重點(diǎn)控制的危險(xiǎn)源。（5）制定危險(xiǎn)預(yù)防措施。,預(yù)先危險(xiǎn)分析程序,熟悉系統(tǒng),調(diào)查收集資料,系統(tǒng)功能分解,分析辨識危險(xiǎn)源,確定危險(xiǎn)等級,制定措施,措施落施,分析觸發(fā)事件,危險(xiǎn)等級參考,3.危險(xiǎn)性控制危險(xiǎn)性識別和等級劃分后，就可采取相應(yīng)的預(yù)防措施，避免它發(fā)展成為事故。采取預(yù)防措施的原則：先采取直接措施，即從危險(xiǎn)源（起因）著手。其次是間接措施，如隔離、個人防護(hù)等。事故一旦發(fā)生，應(yīng)馬上采取措施，抑制事態(tài)發(fā)展，減輕危害的嚴(yán)重性。防止人的失誤。,4.危險(xiǎn)性預(yù)先分析的特點(diǎn)：1）分析工作在活動之前，避免由于考慮不周造成的損失。2）對系統(tǒng)開發(fā)、初步設(shè)計(jì)、制造、安裝、檢修等做的分析步驟，可以提供注意事項(xiàng)及指導(dǎo)方針。3）分析結(jié)果可為制定標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和技術(shù)文獻(xiàn)提供必要的資料。4）根據(jù)分析結(jié)果可以編制安全檢查表以保證實(shí)施安全、并可作為安全教育的材料。,第六節(jié)故障類型影響分析（FMEA）,FMEA、FMECA分析都是重要的系統(tǒng)安全分析方法。是通過識別產(chǎn)品、設(shè)備或生產(chǎn)過程中潛在的故障模式，分析故障模式對系統(tǒng)的影響，并將故障模式按其影響的嚴(yán)重程度進(jìn)行分級?；舅悸肥遣扇∠到y(tǒng)分割的概念，根據(jù)實(shí)際需要、分析的水平，把系統(tǒng)分割成子系統(tǒng)或進(jìn)一步分割成元件。然后逐個分析元件可能的故障和故障呈現(xiàn)的狀態(tài)（即故障類型），進(jìn)一步分析故障類型對子系統(tǒng)的影響，最后采取措施解決。,第六節(jié)故障類型影響分析（FMEA）,FMEA是定性分析可對故障嚴(yán)重度進(jìn)行分級；FMECA是在FMEA的基礎(chǔ)上，將識別出的故障模式按照其影響的嚴(yán)重程度和發(fā)生概率進(jìn)行綜合分析。這種方法既可用于定性分析，又可以用于定量分析。FMECA具有風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的功能。,一、基本原理,與FMEA有關(guān)的基本概念故障：元件、子系統(tǒng)或系統(tǒng)在規(guī)定期限內(nèi)和運(yùn)行條件下未按設(shè)計(jì)要求完成規(guī)定的功能或功能下降。故障類型：是故障的表現(xiàn)形態(tài)，表述為故障出現(xiàn)的形式或?qū)Σ僮鞯挠绊?。故障原因：?dǎo)致系統(tǒng)、產(chǎn)品故障的原因既有內(nèi)在因素也有外在因素；故障嚴(yán)重度：考慮故障所能導(dǎo)致的最嚴(yán)重的潛在后果，并以傷害程度、財(cái)產(chǎn)損失或系統(tǒng)永久破壞加以度量。嚴(yán)重度分級：按故障可能導(dǎo)致的最嚴(yán)重的潛在后果，分為四級。是衡量對系統(tǒng)任務(wù)、人員安全造成影響的尺度。,一、基本原理,FMEA嚴(yán)重度分級表,一、基本原理,系統(tǒng)或元件發(fā)生故障的機(jī)理十分復(fù)雜，故障類型是由不同故障機(jī)理顯現(xiàn)出來的各種故障現(xiàn)象的表現(xiàn)形式。一個系統(tǒng)或一個元件往往有多種故障類型。對產(chǎn)品、設(shè)備、元件的故障類型、產(chǎn)生原因及其影響及時了解和掌握，才能正確地采取相應(yīng)措施。掌握產(chǎn)品、設(shè)備、元件的故障類型需要積累大量的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，特別是通過FMEA來積累經(jīng)驗(yàn)。,二、故障類型影響分析程序,1.掌握和了解對象系統(tǒng)：分析之前必須掌握被分析對象的有關(guān)資料，以確定分析的詳細(xì)程度，確定對象系統(tǒng)的邊界條件；了解作為分析對象的系統(tǒng)、裝置或設(shè)備；確定分析系統(tǒng)的物理邊界；確定系統(tǒng)分析的邊界；收集元素的最新資料。2.對系統(tǒng)元素的故障類型進(jìn)行分析找出所有的故障類型，盡可能找出每種故障類型的所有原因，然后確定系統(tǒng)元素的故障類型。,若分析對象是已有元素，則可以根據(jù)以往運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)或試驗(yàn)情況確定元素的故障類型；若分析對象是設(shè)計(jì)中的新元素，則可以參考其它類似元素的故障類型，或者對元素進(jìn)行可靠性分析來確定元素的故障類型。一個元素至少有4種可能的故障類型意外運(yùn)行；運(yùn)行不準(zhǔn)時；停止不及時；運(yùn)行期間故障。根據(jù)故障原因分析，最后確定元素的故障類型。,確定元素故障類型程序框圖,3.故障類型的影響故障類型的影響分析是指在系統(tǒng)正常運(yùn)行的狀態(tài)下，詳細(xì)地分析一個元素各種故障類型對系統(tǒng)的影響。分析故障類型的影響，通過研究系統(tǒng)主要的參數(shù)及其變化、故障后果的物理模型或經(jīng)驗(yàn)來確定故障類型對系統(tǒng)功能的影響。故障類型的影響可以從下面3種情況來分析：1)元件故障類型對相鄰元素的影響。該元素可能是其他元素故障的原因；2)元素故障類型對整個系統(tǒng)的影響。該元素可能是導(dǎo)致或事故的原因；3)元素故障類型對子系統(tǒng)及周圍環(huán)境的影響。4.列出故障類型影響分析表根據(jù)故障類型和影響分析表，系統(tǒng)、全面和有序地進(jìn)行分析。,三、應(yīng)用實(shí)例：,四、FMEA分析方法的特點(diǎn)：,（1）通過原因來分析系統(tǒng)的故障（結(jié)果），即用系統(tǒng)工程的方法，從元件的故障開始，從下向上逐次分析其可能的問題，預(yù)測整個系統(tǒng)的故障，利用表格形式，找出不希望發(fā)生的初始原因事件。（2）以功能為中心，以邏輯推理為重點(diǎn)，側(cè)重于建立上級與下級的邏輯關(guān)系的分析方法。（3）該方法適用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、裝備設(shè)計(jì)和預(yù)防等環(huán)節(jié)。,五、FMEA的目的和要求,搞清楚系統(tǒng)或產(chǎn)品的所有故障模式及其對系統(tǒng)或產(chǎn)品功能以及對人、環(huán)境的影響；對有可能發(fā)生的故障模式，提出可行的控制方法和手段；在系統(tǒng)或產(chǎn)品設(shè)計(jì)審查時，找出系統(tǒng)或產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)和潛在缺陷，并提出改進(jìn)設(shè)計(jì)意見。或定出應(yīng)加強(qiáng)研究的項(xiàng)目，以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低失效率，或減少損失；必要時對產(chǎn)品供應(yīng)列入特殊要求，包括設(shè)計(jì)、性能、可靠性、安全性或質(zhì)量保證的要求；明確提出在何處應(yīng)制定特殊的規(guī)程和安全措施，或設(shè)置保護(hù)性設(shè)備、監(jiān)測裝置或報(bào)警系統(tǒng)；為系統(tǒng)分析、預(yù)防維修提供有用是資料。,六、致命度分析,1.定義：對系統(tǒng)進(jìn)行初步分析后，其中后果特別嚴(yán)重，甚至造成死亡或重大財(cái)物損失的故障類型可以單獨(dú)拿出來進(jìn)行詳細(xì)分析，這種分析的方法叫做致命度分析。2.目的：盡量消除致命度高的故障模式；當(dāng)無法消除時，應(yīng)盡量從設(shè)計(jì)、制造、使用和維修方面降低其致命度的減少其發(fā)生的概率；根據(jù)故障模式不同的致命度，對其零部件或產(chǎn)品提出不同度量要求，以提高其可靠性和安全性。根據(jù)不同情況可采取對產(chǎn)品或部件的有關(guān)部位增設(shè)保護(hù)裝置、監(jiān)測預(yù)報(bào)系統(tǒng)等措施。,致命度等級與內(nèi)容,致命度分析的正確性取決于：分析者的水平可利用的信息,七、其它分析法,（1）因果分析（Cause-ConsequenceAnalysis）（2）危險(xiǎn)性和可操作性研究（HazardandOperabilityAnalysis）（3）管理疏忽和風(fēng)險(xiǎn)樹（MORT）（4）共同原因故障分析（CCFA）（5）重大事故后果分析,因果分析法：把系統(tǒng)中產(chǎn)生事故的原因及造成的結(jié)果所構(gòu)成錯綜復(fù)雜的因果關(guān)系，采用簡明的線條加以全面表示的方法。因果（魚刺）圖是由原因和后果兩部分組成。一般情況下，可從人的不安全行為和物質(zhì)條件構(gòu)成的不安全狀態(tài)兩大因素中從小到大，從粗到細(xì)，由表及里，一層一層深入分析。因果分析圖的繪制方法,因果分析法,確定要分析的某個特定問題或事故，寫在圖的右邊，畫出主干，箭頭指向右端；確定造成事故的因素分類項(xiàng)目，如安全管理、操作者、材料、方法、環(huán)境等并畫出大枝；將上述項(xiàng)目深入發(fā)展，中枝表示對應(yīng)的項(xiàng)目造成事故的原因，一個原因畫出一枝，文字記在中枝線的上下；將上述原因?qū)訉诱归_，一直到不能再分為止；定因果魚刺圖中的主要原因，并標(biāo)上符號，作為重點(diǎn)控制對象；注明魚刺圖的名稱。針對結(jié)果，分析原因；先主后次，層層深入,原因后果分析,危險(xiǎn)性和可操作性研究,研究工藝狀態(tài)參數(shù)的變動、以及操作控制中偏差的影響及其發(fā)生的原因。特點(diǎn)是由中間的狀態(tài)參數(shù)的偏差開始，分別向下找原因，向上判明其后果，是故障模式及影響分析和事故樹方法的引伸。適用于連續(xù)性生產(chǎn)系統(tǒng)的安全分析與控制，流體或能量的流動情況分析，尤其是大型化工企業(yè)。,