事故树定性定量分析.ppt

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1、第三部分 事故树的定性分析,一、事故树的数学描述,事故树的结构函数,结构函数描述系统状态的函数。,X=(x1,x2,xn),事件状态函数,顶事件状态,y=(X)或 y=(x1,x2,xn),(X)系统的结构函数,顶事件的状态取决于各基本事件,则,(X)=T=M1+M2=x1M3+x2M4=,T=x1(x3+x4 x5)+x2(x4+x3 x5),练习1：写出如下事故树的结构函数,T=(x1+x2 x3)(x3+x4),T,.,M1,M2,M3,.,+,+,X1,X4,X5,X2,X3,练习2：写出如下事故树的结构函数,T=(x1+x2)(x3+x4)+x5 x6 x7,二、利用布尔代数化简事故

2、树,布尔代数,布尔代数也叫逻辑代数，是一种逻辑运算方法。其变量中有1和0两种取值，表示某个事件存在与否或真与假的一种状态。,结合律（AB）CA（BC）（A B）CA（B C）交换律 ABBA A BB A 分配律 A（BC）（A B）（A C）A（B C）（AB）（AC）,1、布尔代数的运算规则,等幂律 AAA A AA 吸收律 AA BA A（AB）A 互补律 AA A A 对合律（A）A 德莫根律（AB）A B（A B）AB,2、化简事故树,T=(x1+x2)(x1 x3),T=(x1+x2)(x1 x3)=x1 x1 x3+x1 x2 x3,T=(x1+x2)(x1 x3)=x1 x1

3、x3+x1 x2 x3=x1x3,等效事故树,练习1：化简该事故树，并做出等效图,T=x1 M x2=x1(x1+x3)x2=x1 x1 x2+x1 x3 x2=x1x2,等效事故树,练习2：化简该事故树，并做出等效图,T=x1 x2+x2 x3 x4+x1 x4,等效事故树,三、最小割集,1、割集和最小割集,割集：事故树中某些基本事件的集合，当这些基本事件都发生时，顶事件必然发生。如果在某个割集中任意除去一个基本事件就不再是割集了，这样的割集就称为最小割集。也就是导致顶事件发生的最低限度的基本事件组合。也可以说，最小割集是引起顶事件发生的充分必要条件。,2、最小割集的求法,布尔代数化简法 行

4、列法,布尔代数化简法 事故树经过布尔代数化简，得到若干交集的并集，每个交集实际就是一个最小割集。,2、最小割集的求法,布尔代数化简法 行列法,行列法 行列法是1972年由富赛尔(Fussel)提出的，所以又称富塞尔法。从顶事件开始，按逻辑门顺序用下面的输入事件代替上面的输出事件，把与门连接的事件横向列出，把或门连接的事件纵向排开。这样逐层代替，直到各基本事件，列出若干行，最后再用布尔代数化简，其结果即最小割集,用布尔代数化简法和行列法求最小割集,T=x1+x2+x3+x4 x7+x5 x7+x6+x8,x1;x2;x3;x4,x7;x5,x7;x6;x8,T=x1+x2+x3+x4 x7+x5

5、 x7+x6+x8,x1;x2;x3;x4,x7;x5,x7;x6;x8,等效事故树,练习：用布尔代数化简法和行列法求该事故树的最小割集,T=x1 x3+x1x4+x2x3+x2 x4+x5 x6 x7,径集：事故树中某些基本事件的集合，当这些基本事件都不发生时，顶事件必然不发生。如果在某个径集中任意除去一个基本事件就不再是径集了，这样的径集就称为最小径集。也就是不能导致顶事件发生的最低限度的基本事件组合。也可以说，最小径集是保证顶事件不发生的充分必要条件。,1、径集和最小径集,四、最小径集,2、最小径集的求法 最小径集的求法是将事故树转化为对偶的成功树，求成功树的最小割集即事故树的最小径集。

6、,画出成功树，求原树的最小径集,1、画成功树2、求成功树的最 小割集3、原事故树的最 小径集,成功树,T=x1x2x3x4x5x6x8+x1x2x3x6x7x8,T=（x1+x2+x3+x4+x5+x6+x8）（x1+x2+x3+x6+x7+x8）,x1,x2,x3,x4,x5,x6,x8;x1,x2,x3,x6,x7,x8,练习：,1、求其最小割集2、画成功树3、求成功树的最 小割集4、原事故树的最 小径集5、画出以最小割 集表示的事故 树的等效图6、画出以最小径 集表示的事故 树的等效图,T=x1x5+x1x6+x1x7+x2x5+x2x6+x2x7+x3x4 x5+x3x4x6+x3x4

7、x7,成功树,T=(x1+x2+x3)(x1+x2+x4)(x5+x6+x7),五、最小割集和最小径集的在事故树分析中的作用,1、最小割集在事故树分析中的作用,（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）利用最小割集可以判定事故树中的基本事件的结构重要度和方便地计算顶事件发生的概率,2、最小径集在事故树分析中的作用,（1）表示系统的安全性（2）依据最小径集可选取确保系统安全的最佳方案。（3）利用最小径集可以判定事故树中的基本事件的结构重要度和计算顶事件发生的概率,六、结构重要度分析,1、结构重要度分析概念,结构重要度分析，是从事故树结

8、构上分析各基本事件的重要程度，即在不考虑各基本事件的发生概率，或者说假定各基本事件的发生概率都相等的情况下，分析各基本事件的发生对顶事件发生所产生的影响程度，一般用 表示。基本事件结构重要度越大，它对顶事件的影响程度就越大；反之亦然。,2、结构重要度分析方法,（2）利用最小割集或最小径集判断结构重要度,（1）计算基本事件结构重要度系数,（1）基本事件的结构重要度系数,其他基本事件状态一定,若：,则：,1）2）3）,个基本事件的可能状态组合有：,定义：结构重要度系数,练习1 图2-13,（2）利用最小割集或最小径集进行结构重要度排序,1）单个事件构成最小割(径)集，则该基本事件结构重要度最大,2

9、）在同一最小割(径集)中出现，且不在其他集中出现的基本事件，结构重要度相同,3）若最小割(径)集中包含的基本事件数目相等，则累计出现次数多的基本事件结构重要度大，出现次数相等的结构重要度相等,4）若几个基本事件在不同最小割(径)集中重复出现的次数相等，则在少事件的割径集中出现的事件结构重要度大,练习2,某事故树的最小割集为K1=x1,x5,x7,x8；K2=x1,x6,x7,x8；K3=x2,x6,x7,x8。求各基本事件的结构重要度排序,练习3,某事故树的最小割集为K1=x5，x6,x7,x8；K2=x3,x4；K3=x1；K4=x2。求各基本事件的结构重要度排序,（3）简易算法,给每一个最

10、小割集赋分1，由最小割集中包含的基本事件平分，计算累积分数，按分数高低排序。,练习4,某事故树的最小割集为K1=x1，x3,x5,x6；K2=x3,x4；K3=x1；K4=x2。求各基本事件的结构重要度排序,（4）利用最小割集确定结构重要度系数的近似计算公式,1）,2）,3）,某事故树的最小割集为K1=x1，x2，x3；K2=x1，x2，x4；K3=x5，x6。试利用上述3个近似公式计算各基本事件的结构重要度系数,练习5,1),2),3),作 业,最小割集和最小径集在事故树分析中的作用？,第四部分 事故树的定量分析,顶事件的发生概率,概率重要度,临界重要度,（一）顶事件的发生概率,一、基本计算

11、公式,1、逻辑加（或门连接的事件）的概率计算公式,2、逻辑乘（与门连接的事件）的概率计算公式,各基本事件均为独立事件,二、直接分步算法,各基本事件的概率分别为：q1=q2=0.01q3=q4=0.02q5=q6=0.03q7=q8=0.04求顶事件T发生的概率,三、利用最小割集计算,例：设某事故树有3个最小割集：x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7。各基本事件发生概率分别为：q1，q2，q7，求顶事件发生概率。,等效事故树,该方法适用于各个最小割集中彼此没有重复的基本事件,例：设某事故树有3个最小割集：x1,x2,x2,x3,x4,x2,x5。各基本事件发生概率分别为：q1，q2，q5，求

12、顶上事件发生概率。,四、利用最小径集计算,例：设某事故树有3个最小径集：x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7。各基本事件发生概率分别为：q1，q2，q7，求顶事件发生概率。,画出等效事故树,用分步计算法计算顶事件的发生概率,等效事故树,该方法适用于各个最小径集中彼此没有重复的基本事件,例：设某事故树有3个最小径集：P1=x1,x2,P2=x2,x3,P3=x2,x4。各基本事件发生概率分别为：q1，q2，q4，求顶上事件发生概率。,列出顶事件发生概率的表达式,用布尔代数等幂律化简，消除每个概率积中的重复事件,计算顶事件的发生概率,五、近似计算方法,首项近似法,求近似区间,独立近似法,（二）

13、概率重要度,概率重要度定义,顶事件发生概率对该基本事件发生概率的变化率,求出各基本事件的概率重要度后，就可知道，降低哪个基本事件的发生概率，可以迅速有效地降低顶事件的发生概率。,基本事件的概率重要度与该基本事件的发生概率无关,（三）临界重要度,临界重要度定义,基本事件发生概率的相对变化率与顶事件发生概率的相对变化率之比,例：设某事故树最小径集为P1=x1，P2=x2，x3，x4，P3=x5，x6。若各基本事件的发生概率分别为：q1=0.9，q2=0.001，q3=0.001，q4=0.001，q5=0.8，q6=0.3。试求：（1）顶事件的发生概率。（2）各基本事件的概率重要度系数。（3）各基本事件的临界重要度系数。,作 业,计算结构重要度系数和顶事件发生概率的方法有哪些？,