基于故障的系统安全风险分析与评估方法研究

论文摘要

随着科学技术的发展,系统结构越来越复杂,功能越来越强大,性能不断提升,同时对其安全性的要求也越来越高。然而,传统的安全风险评估方法并不能准确全面地评估出现代系统的安全风险,掌握风险状况,指导人们找出系统的薄弱环节,提出科学的控制措施,安全风险评估的理论与方法亟待完善。为此,论文提出了一套系统安全风险分析与评估方法,研究了系统风险的概念与度量方法,讨论了系统安全风险状态评估技术,分析了部件失效对系统安全风险的影响,给出了安全风险的不确定性评估方法。主要内容包括:(1)系统风险的概念与度量方法评估系统安全风险的首要任务是掌握系统风险的概念与度量方法,该部分研究了部件失效与安全风险的关系,始于部件失效的风险传播,静态与动态的风险度量方法,最后在上述研究的基础上提出了系统风险评估的框架及内容。(2)系统安全风险状态的评估方法该部分从系统状态的描述出发,首先给出了系统风险状态的划分,针对系统的不同特征,详细讨论了二态、多态和过程控制系统风险状态的划分。其次,给出了系统风险概率、置信区间和高风险状态不可接受概率的计算方法。随后,就系统到达高风险状态的时间展开了探索研究,建立了高风险状态到达时间的评估方法,通过该法能估算出高风险状态到达不可接受程度的时间和系统转移到高风险状态的时间。(3)部件失效对系统安全风险影响的分析方法研究部件对系统安全风险的影响可以指导识别薄弱环节,控制系统风险,是安全风险评估的重要工作。该部分内容主要包含部件风险重要度的分析、风险临界状态及关键部件识别、诊断分析,针对这些问题分别讨论了二态、多态和过程控制系统中部件失效对系统安全风险的影响。(4)安全风险的不确定性评估方法考虑到系统的高安全性要求及不确定性的影响,研究了不确定性的概率量化方法,并将影响系统安全风险评估结果的不确定性分为认知不确定性和随机不确定性,讨论了包含不确定性时的安全风险裕度,结合系统处于高风险状态概率和系统受到随机冲击的风险评估例子,应用QMU方法,得到了系统安全风险评估的不确定结果,可用以辅助风险决策。应用论文提出的系统安全风险分析与评估方法,针对不同特征系统,既可得到更加准确全面的系统风险状态信息,又可从安全风险的角度获取部件失效对系统的影响,还能充分考虑评估结果的不确定性,用以支持风险决策和控制,具有较高的理论参考和推广应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 系统安全风险状态评估研究现状
• 1.2.2 基于部件失效影响的安全风险分析研究现状
• 1.2.3 安全风险评估中不确定性分析的研究现状
• 1.3 问题的提出和研究思路
• 1.3.1 问题的提出
• 1.3.2 研究思路
• 1.4 论文的主要内容和创新点
• 1.4.1 论文的主要内容
• 1.4.2 论文的主要创新点
• 第二章 系统安全风险概念与度量
• 2.1 部件失效与安全风险
• 2.1.1 部件独立失效与安全风险
• 2.1.2 部件相关失效与安全风险
• 2.2 风险的度量
• 2.3 风险评估的框架及内容
• 2.4 小结
• 第三章 系统安全风险状态分析方法
• 3.1 系统风险划分
• 3.1.1 系统状态
• 3.1.2 系统风险状态划分
• 3.1.3 示例
• 3.1.3.1 基于ET模型的二态系统风险状态划分
• 3.1.3.2 基于ET模型的多态系统风险状态划分
• 3.1.3.3 基于DET模型的过程控制系统风险状态划分
• 3.2 系统风险状态概率计算方法
• 3.2.1 系统风险概率
• 3.2.2 风险概率的置信区间
• 3.2.3 高风险不可接受概率
• 3.2.4 示例
• 3.2.4.1 FTA/ETA中故障树间独立时概率计算
• 3.2.4.2 FTA/ETA中故障树间相关时概率计算
• 3.2.4.3 DET中概率计算
• 3.3 系统高风险状态的到达时间估计
• 3.3.1 高风险状态到达不可接受概率的时间估计
• 3.3.2 到达高风险状态的时间估计
• 3.3.3 示例
• 3.3.3.1 二态/多态系统高风险状态的到达时间估计
• 3.3.3.2 过程控制系统高风险状态的到达时间估计
• 3.4 小结
• 第四章 基于部件失效影响的系统安全风险分析方法
• 4.1 风险重要度分析
• 4.1.1 二态系统的风险重要度
• 4.1.2 多态系统的风险重要度
• 4.1.3 过程控制系统的风险重要度
• 4.2 风险临界状态及关键部件获取
• 4.2.1 二态系统的风险临界状态及关键部件
• 4.2.2 多态系统的风险临界状态及关键部件
• 4.2.3 过程控制系统的风险临界状态及关键部件
• 4.3 风险状态诊断
• 4.3.1 二态系统的诊断分析
• 4.3.1.1 安全风险灰关联分析
• 4.3.1.2 高风险状态诊断树的生成
• 4.3.2 多态系统的诊断分析
• 4.3.3 过程控制系统的诊断分析
• 4.4 小结
• 第五章 基于QMU的安全风险评估方法
• 5.1 安全风险不确定性的概率量化
• 5.2 安全风险评估中不确定性的示例
• 5.2.1 认知不确定性的示例
• 5.2.2 随机不确定性与认知不确定性的综合示例
• 5.3 考虑认知不确定性的安全风险QMU评估
• 5.3.1 指定界限的安全风险QMU评估
• 5.3.2 指定界限区间的安全风险QMU评估
• 5.3.3 指定界限和时间区间的安全风险QMU评估
• 5.3.4 不确定界限的安全风险QMU评估
• 5.4 综合考虑随机不确定性与认知不确定性的安全风险QMU评估
• 5.4.1 累积概率函数的补函数的安全风险QMU评估
• 5.4.2 期望值的安全风险QMU评估
• 5.5 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文的主要贡献
• 6.2 进一步研究的展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 附录A 缩略语与符号表
• A.1 缩略语表
• A.2 符号表