《安全系统工程》课程综合复习资料一、简答题1.解释下列基本概念：安全评价、安全标准、权重答案：安全评价就是对系统存在的安全因素进行定性和定量分析，通过与评价标准的比较得出系统的危险程度，提出改进措施。安全标准通常是保障企业安全生产的重要技术规范，通常由法律法规、国家、行业或企业技术标准等组成的企业安全生产、管理的基本规范性要求 。权重是表征子准则或因素对总准则或总目标影响或作用大小的量化值。2.英国帝国化学公司的蒙特(Mond)法与美国道化学公司的火灾爆炸指数法相比，做了哪些扩充？Mond 法的评价步骤是什么？答案：在美国道化学公司安全评价法的基础上，提出了一个更加全面、更加系统的安全评价法，称为 ICI Mond 法。主要有以下扩充：①增加了毒性的概念和计算；②发展了某些补偿系数；③增加了几个特殊工程类型的危险性；④能对较广范围内的工程及储存设备进行研究。Mond 法的评价步骤是：①确定需要评价的单元；②计算道式综合指数 D；③计算危险性指数 R；④采取安全措施后对危险性重新进行评价。3.为什么说美国导弹技术的开发不是安全系统工程诞生的唯一策源地？答案：美国导弹技术的开发促使安全系统工程的诞生，但它不是安全系统工程产生的惟一策源地。美国导弹技术的开发深入地研究了系统的安全性和控制系统安全性的手段与方法，从而出现了空军标准“系统安全程序”和“系统安全程序要求”。同时也必须看到，在同一时安全系统工程 第 1 页 共 12 页 答案：⑴系统简化的事件树见下图。⑵ 系统成功概率P(S )=P ( EP)P (D )P (P1) P(P2)= 0 . 994=0 . 960596系统部分成功概率P( P)=P (EP )P( D )P( P1)F(P2)+P(EP)P( D) F( P1) P( P2)¿2×0 . 993×0 . 01=0 . 019406系统失败概率P(F)=1−P(S )−P (P )= 1−0 .960596− 0 . 019406=0. 0199988.设某事故树有三个最小割集：E1={X1, X4}，E2={X3, X5}，E3={X1, X2, X3}；且已知：q1=0 . 01 , q2=0 . 02, q3=0 .03 , q4=0 . 04 , q5=0. 05。试求基本事件X3的割集重要度系数、结构重要度系数、概率重要度系数以及关键重要度系数。答案：⑴先求Ik(3 )。根据题意k =3，m1=m2=2，m3=3；E2, E3中均包含X3，因此：Ik(3 )=1k(1m2+1m3)=13(12+13)=518安全系统工程 第 10 页 共 12 页 ⑵ 求Ig(3 )、Iφ(3)。由最小割集法，知P(T )=(q1q2q3+q1q4+q3q5)－(q1q2q3q4+q1q2q3q5+q1q3q4q5)＋q1q2q3q4q5=0.001904872Ig(3 )=∂ P (T )∂ q3=(q1q2+q5)－(q1q2q4+q1q2q5+q1q4q5)＋q1q2q4q5＝0.0501624Iφ(3)=Ig(3 )|qi=12=14+12−38+116=716，这种计算方法不用列真值表，是计算结构重要度系数的简便方法。⑶ 求Igc(3 )。Igc(3 )=q3P(T )⋅Ig(3 )=0 . 030 . 001904872×0. 0501624=0 . 7900129.设由n个元件构成的串联系统，元件的失效率为常数λi(i=1,2,⋯, n)，且均服从指数分布，求系统的失效率λs及平均寿命ms。答案：⑴根据串联系统的特点，系统可靠度为Rs(t )=R1(t )R2(t )⋯Rn(t )=∏i=1nRi(t )⑵ 根据题意，元件的可靠度为：Ri(t )=e−λit，那么Rs(t )=∏i =1ne−λit=exp(−∑i=1nλit)=exp(−λst)λs=∑i=1nλi，ms=1λs=1∑i=1nλi10.目前在大学校园，大学生因压力太大与缺乏心理疏导，从高楼跳下而造成死亡的事故时有发生，请大家针对“跳楼自杀”这一事件，运用事故树分析的方法查找原因。要求建立不安全系统工程 第 11 页 共 12 页n21 少于四层（顶事件不算一层）的事故树，并结合实际提出预防措施。答案：无标准答案。但事故树编制要点如下：⑴顶事件为“跳楼自杀”；⑵第一层一般为大学生压力太大并缺乏心理疏导，原因事件要围绕内外因、人机环等因素来展开；⑶事件符号要规范，逻辑门符号要合情合理；⑷顶事件不算一层，事故树某一分支不少于 4 层；⑸预防措施要对应事故树图并结合实际，且不少于 4 条。安全系统工程 第 12 页 共 12 页 期，还有核电站的概率风险评价技术，化工企业的火灾爆炸指数安全评价法，以及涉及产品安全的系统安全分析技术，如 FTA、ETA、HAZOP 等，这些行业的安全系统工程都是在 20世纪 60 年代短短几年后产生的。4.5W1H 启发性分析方法要领是什么？答案：5W1H 启发性分析方法要领，就是指 Who，When，Where，What，Why，How的总称。① Why：为什么要有这个元件？为什么这个元件会发生故障？为什么不加保护装置？② What：功能是什么？工作条件是什么？在什么条件下发生故障？将会发生什么样的故障？③ Who：谁操作？故障一旦发生谁是受害者？谁来组织安全措施？④ When：何时发生故障？何时检测安全装置？⑤ Where：在什么部位发生故障？检测装置装在什么地方最好？⑥ How：发生故障的后果如何？影响程度如何？如何改进设计？5.简述最小割集和最小径集在事故树分析中的作用？答案：最小割集在事故树分析中起着非常重要的作用，包括：①表示系统的危险性；②表示顶事件发生的原因组合；③为降低系统的危险性提出控制方向和预防措施；④可以方便地计算顶事件发生的概率。最小径集在事故树分析中也起着同样重要的作用，包括：①表示系统的安全性；②选取确保系统安全的最佳方案；③同样可以方便地计算顶事件发生的概率，在“或”门多的时候更方便。安全系统工程 第 2 页 共 12 页 6.模糊数学中“灰”的主要含义是什么？举出三个灰现象的例子。答案：“灰”则指信息部分已知、部分未知，即信息不完全，这是“灰”的基本含义；除信息不完全外，非惟一性也是“灰”的主要含义。比如，预测结果的灰色区间，决策中的灰靶思想，计划方面的可调性、可塑性等。7.FMEA 与 HAZOP 的适用场合有何区别？为什么要进行危险度分析(CA)？答案：FMEA 主要适用于机电、电器等产品的故障类型和影响分析；HAZOP 主要适用于化学反应过程的安全分析。危险度分析的目的在于评价每种故障类型的危险程度，给出一定的量化指标。8.什么叫人的失误概率？失误概率公式q=k (1−R )中，各符号代表什么含义？答案：人的失误概率通常是指作业者在一定的条件下和规定的时间内完成某项规定功能时出现偏差或失误的概率。式中，k—修正系数，R—人的可靠度。9.HAZOP 主要适用于什么场合？表格中主要包括哪几个方面的内容？答案：HAZOP 代表危险性和可操作性研究，主要适用于化学反应过程的系统安全分析。表格中的主要内容为：①引导词，②偏离，③可能原因，④后果，⑤措施。10.计算火灾爆炸指数时，需要确定哪三个系数？答案：计算火灾、爆炸指数时，需要确定危险单元的物质系数、一般工艺危险系数、特殊工艺危险系数。11.安全的动力学特征是何含义？答案：安全系统是物质系统，也是非线性系统。熵是研究安全过程发展趋势的重要概念和方法，熵越大，不肯定性越大，即H=−∑i=1nPilog2Pi式中，H—熵；i－事故致因要素；Pi—发生概率。安全系统工程 第 3 页 共 12 页 12.预先危险性分析（PHA）应注意什么问题？答案：PHA 应注意的问题包括：①应采取设计人员、操作人员和安全干部三结合的形式来进行；②应将系统进行分解，按系统、子系统、系统元一步一步地进行；③对复杂结构的危险性分析，应采取迭代或抽象的对策；④在可能条件下，最好事先准备一个检查表，指出查找危险性的范围。13.如何计算危险度指标？答案：危险度指标的计算式为C=∑i=1n(αβ k1k2λt)i式中，C—系统的危险度；n—导致系统重大故障或事故的故障类型数目；α—致命性故障所占的比例；β—致命性故障发生并产生影响的条件概率；k1, k2—测定值与实际条件的强度修正系数和环境修正系数；λ—元素的基本故障率；t—元素的运行时间。14.应用道化学第七版进行定量评价时，如何计算火灾爆炸后的直接损失和间接损失大小？答案：1）计算最大可能财产损失(基本 MPPD):基本 MPPD=暴露区域的更换价值*危害系数；2）确定实际最大可能财产损失:实际 MPPD=基本 MPPD*C，C 为安全措施补偿系数；3）最大可能工作日损失(MPDO)：根据实际 MPPD，由相应的图查出；4）停产损失(BI):安全系统工程 第 4 页 共 12 页 估算式为BI =MPDO30×VPM ×0 . 7式中，VPM—月产值；0.7—固定成本和利润。15.结合风险的定义，谈一谈如何减少轮滑过程中的风险大小？如何理解轮滑安全的相对性？参考答案：轮滑过程中确实存在一定的风险。根据风险的定义，我们可以从减少轮滑摔倒的概率和严重程度两个方面来降低风险的大小，如教练指导、掌握正确的姿势、循序渐进等，并佩戴护膝、手套和头盔。有的人艺高胆大，他愿意接收这个风险，所以他认为轮滑是安全的；但有的人不太会轮滑，又比较谨慎，他不愿意接收这个风险，所以他认为轮滑并不安全。因此安全即是风险可接收，安全是相对的。二、综合题1.某事故树有以下最小割集：{X1, X2};{X2, X3, X4};{X4, X5};{X3, X5, X6}。设各基本事件的发 生 概 率 为 ：q1=0 . 01；q2=0 . 02；q3=0. 03；q4=0 . 04；q5=0. 05；q6=0. 06，试用平均近似法计算顶事件的发生概率。答案：⑴F1=∑r=1k∏Xi⊂ Erqi=q1q2+q2q3q4+q4q5+q3q5q6=0 . 01×0 . 02+0 . 02×0 . 03×0. 04+0 .04×0. 05+0 . 03×0 .05× 0 . 06=2. 314×10−3F2=∑r< s∏Xi∈ Er∪ Esqi=q1q2q3q4+q1q2q4q5+q1q2q3q5q6+q2q3q4q5+q2q3q4q5q6+q3q4q5q6=2 . 6×10−7+4×10−7+0. 18×10−7+12×10−7+0. 72×10−7+36×10−7= 5 . 55×10−6安全系统工程 第 5 页 共 12 页 ⑵ 平均近似法：P(T )=F1−12F2=2. 314×10−3−12×5. 55×10−6¿2. 311×10−32.一仓库设有火灾检测系统和喷淋系统组成的自动灭火系统。设火灾检测系统可靠度和喷淋系统可靠度皆为 0.99，应用事件树分析计算一旦失火时自动灭火失败的概率。若灭火失败所造成的事故损失为 95 万元，计算其风险率。答案：设火灾检测系统为事件 A，喷淋系统为事件 B。自动灭火成功概率为P(S )=P ( A ) P(B )=0. 99×0 . 99=0 . 9801；失败的概率P( F )=1−P( S )=1−0 .9801=0 .0199。 系统 P(A) P(B) 成功 P(A)P(B) 失火 F(B) 失败 P(A)F(B)F(A) 失败 F(A)根据题意，严重度S=95万元；因此风险率为：R=S⋅P=95×0 . 0199=1 .8905万元。3.已知某事故树的结构函数为T =X1X2(X3+X4)，基本事件的发生概率为q1=0 . 01，q2=0 . 02，q3=0. 03，q4=0 . 04。试对基本事件X1进行重要度分析，包括：（1）画出X1状态变化的真值表，求结构重要度系数IΦ(1)；（2）根据最小割集，求割集重要安全系统工程 第 6 页 共 12 页 度系数Ik(1)；（3）给出顶事件概率计算的表达式，求概率重要度系数Ig(1 )；（4）计算关键重要度系数Igc(1 )答案：X1X2X3X4Φ0X1X2X3X4Φ10 0 0 0 0 1 0 0 0 00 0 0 1 0 1 0 0 1 00 0 1 0 0 1 0 1 0 00 1 0 0 0 1 1 0 0 00 0 1 1 0 1 0 1 1 00 1 0 1 0 1 1 0 1 10 1 1 0 0 1 1 1 0 10 1 1 1 0 1 1 1 1 1危险割集数：nΦ(1 )=3，IΦ(1)=nΦ(1)24−1=38。(2)根据最小割集，求割集重要度系数Ik(1)。布尔表达式为：T =X1A=X1(X2B)= X1X2( X3+ X4)= X1X2X3+X1X2X4最小割集为：E1={X1, X2, X3}，E2={X1, X2, X4}因此：m1=m2=3，k =2，Ik(1)=1k(1m1+1m2)=13(3)给出顶事件概率计算的表达式，求概率重要度Ig(1 )。P(T )=q1q2(1−q3)q4+q1q2q3(1−q4)+q1q2q3q4=q1q2q4+q1q2q3−q1q2q3q4Ig(1 )=∂ P(T )∂q1=q2q4+q2q3−q2q3q4=1 . 376× 10−3(4)计算关键重要度Igc(1 )。Igc(1)=q1P(T )Ig(1)=1.安全系统工程 第 7 页 共 12 页 4.若某一稀少事件服从二项分布，试导出其风险度的近似公式：R≈1√nP。式中n为试验次数，P为事故发生的概率。答案：对于二项分布，在n次试验中，有m次发生的概率为P( X=m)=CnmPm(1−P )n−m(m=0,1 ,⋯, n ）其均值E( X )=nP，方差D( X )=nP(1−P )风险度R=√D( X )E( X )=√nP(1−P )nP≈1√nP（对稀少事件，P<< 1）5.设由n个元件构成的可靠性并联系统，元件的失效率为常数λi(i=1,2,⋯, n)，且均服从指数分布，求系统在时间t时的可靠度Rs(t )。若系统失败造成的损失为S，试给出其风险值的表达式。答案：⑴根据并联系统的特点，系统在时间t时的可靠度为Rs(t )=1−∏i=1n[1−Ri(t )]根据题意，元件i的可靠度为：Ri(t )=e−λit，那么：Rs(t )=1−∏i=1n[1−e−λit]⑵ 系统的失效概率为：Ps(t )=1−Rs(t )=∏i=1n[1−e−λit]，因此系统的风险值为R=S⋅P=S∏i=1n[1−e−λit]6. 某 事 故 树 的 结 构 函 数 为 ：T =( X1+X2+ X3)( X3X4+X5)， 已 知 ：q1=0 . 01，q2=0 . 02，q3=0. 03，q4=0 . 04，q5=0. 05。要求做如下分析，包括：⑴求该事故树的最小割集；⑵用平均近似法计算顶事件的发生概率；⑶计算基本事件X1的割集重要度系数、概率重要度系数和关键重要度系数（后两种系数可根据第 2 步得到的顶事件近似概率表达式求解）。答案：⑴求该事故树的最小割集安全系统工程 第 8 页 共 12 页 T =( X1+X2+ X3)( X3X4+X5)＝X1X3X4+X2X3X4+X3X3X4+X1X5+X2X5+X3X5=X3X4+X1X5+X2X5+X3X5最小割集为：E1={X3, X4}，E2={X1, X5}，E3={X2, X5}，E4={X3, X5}⑵ 用平均近似法计算顶事件的发生概率F1=q3q4+q1q5+q2q5+q3q5=0. 03×0 . 04+(0. 01+0 . 02+0 . 03)×0. 05=4 . 2×10−3F2=q1q3q4q5+q2q3q4q5+q3q4q5+q1q2q5+q1q3q5+q2q3q5¿(0 .01×0 .03+0 .02×0 .03+0 .03 )×0 . 04×0 . 05+(0 .01×0 . 02+0. 01×0. 03+0. 02×0. 03 )×0 . 05=1 . 168×10−4P(T )=F1−12F2=4 . 2×10−3−0. 5×1. 168×10−4=4 .1416×10−3⑶ 计算基本事件X1的各重要度系数共有 4 个最小割集，即k=4，Ik(1)=14×12=0 . 125Ig(1 )=∂ P(T )∂q1=q5−12(q3q4q5+q2q5+q3q5)=4 . 872×10−2Igc(1)=q1P(T )Ig(1)=0 . 014 .1416×10−3×4 . 872×10−2=0 .11767.如图是反应炉夹套的冷却系统。当正常冷却水突然断水（如管道损坏）而造成系统失水，这时失水信号检测器D探得失水信号，将启动备用水泵P1, P2。如果两台备用泵均启动成功，则系统成功（S）；若只有一台泵启动成功，则系统部分成功（P）；若两台泵均停则系统失败（F）。各元件的可靠度为P( P1)=P( P2)=P( D)=P( EP)=0.99，EP 为检测器D的电源，试建造事件树，并计算系统输出事件的发生概率。安全系统工程 第 9 页 共 12 页