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1 概述1

1.1引言1

1.2 E/E/PE安全相关系统2

1.2.1 E/E/PE安全相关系统及其构成2

1.2.2 E/E/PE安全相关系统与EUC控制系统3

1.3功能安全4

1.3.1主要概念和参数4

1.3.2国内外功能安全的发展现状7

1.3.3功能安全评估与安全评估和可靠性计算的关系10

2 系统风险分析与评估11

2.1系统风险11

2.1.1风险定义及其内涵11

2.1.2定性与定量风险评估12

2.2事故后果分析与评估13

2.2.1定性方法13

2.2.2半定量方法23

2.2.3重大事故后果分析与定量预测28

2.3事故发生的可能性分析与评估34

2.3.1统计分析法34

2.3.2故障传播模型法35

2.4保护层分析45

2.4.1保护层分析概述45

2.4.2独立保护层47

2.4.3减缓因子51

2.4.4 LOPA的量化53

2.4.5多重初始事件导致的场景后果频率56

2.4.6多个场景的后果频率58

3 安全要求分配及安全完整性等级确定60

3.1确定安全功能60

3.1.1根据风险分析报告确定SF60

3.1.2根据工程文件确定SF61

3.1.3根据经验确定SF61

3.2风险降低与SIL分配61

3.3安全要求分配62

3.3.1分配目的62

3.3.2分配过程要求62

3.4安全完整性等级选择64

3.4.1安全完整性等级确定原则64

3.4.2安全完整性等级确定原理66

3.4.3安全完整性等级选择方法66

3.5安全完整性等级确定方法比较与应用示例71

3.5.1 SIL确定方法比较71

3.5.2不同SIL确定方法的应用示例72

4 安全要求规范74

4.1制定意义和目的74

4.2 SIS安全技术规格书74

4.3 SRCF要求规范77

4.4软件安全要求规范78

4.4.1 SIS软件安全要求规范78

4.4.2 SRECS软件安全要求规范79

5 可靠性分析基础与建模80

5.1失效模式80

5.1.1早期失效、随机失效和老化失效80

5.1.2危险失效、安全失效和无影响失效82

5.1.3随机硬件失效、系统性失效和共因失效82

5.1.4通报失效、检测到和未检测到的失效84

5.1.5独立失效和相关失效84

5.2冗余表决结构85

5.2.1 1001结构85

5.2.2 1002结构85

5.2.3 2002结构85

5.2.4 1003结构86

5.2.5 2003结构86

5.2.6 1002D结构87

5.3共因失效88

5.3.1产生原因88

5.3.2影响共因失效的因素88

5.3.3估算方法89

5.3.4共因失效综合评估模型91

5.4诊断覆盖率99

5.4.1安全失效与危险失效的诊断覆盖率99

5.4.2独立失效和相关失效的诊断覆盖率99

5.4.3自诊断测试覆盖率99

5.5检验测试101

5.5.1检验测试的必要性及其覆盖率101

5.5.2基于不同危险失效率的系统安全失效概率分析102

5.5.3检验测试期间的系统安全功能失效103

5.6硬件故障裕度与结构约束104

5.6.1硬件故障裕度104

5.6.2结构约束104

5.6.3安全失效分数105

5.7可靠性试验106

5.7.1可靠性试验简介106

5.7.2可靠性试验设计内容106

5.7.3可靠性测定试验107

5.7.4可靠性试验数据的统计分析108

5.8可靠性建模111

5.8.1可靠性框图112

5.8.2故障树112

5.8.3马尔可夫模型113

5.8.4其他方法113

5.9可靠性数据114

5.9.1工业失效数据库114

5.9.2具体设备的失效数据115

5.9.3失效模式和诊断覆盖率数据115

5.10环境适应性116

6 安全完整性等级验证118

6.1 SIF的SIL验证118

6.1.1系统要求时危险失效平均概率PFDavg119

6.1.2检验测试不完善导致的系统安全功能失效概率PTIF123

6.1.3修复和测试期间的系统安全功能失效概率DTU126

6.1.4系统安全功能失效综合评估模型134

6.1.5结构约束的SIL等级验证135

6.1.6储罐压力保护系统的SIL验证135

6.2 SRCF的SIL验证146

6.2.1机械安全控制系统功能安全评估的相关标准146

6.2.2危险随机硬件失效的SIL验证147

6.2.3结构约束的SIL验证150

6.2.4系统性失效的SIL验证151

6.2.5诊断测试功能的失效概率152

7 系统安全失效概率及误动作率153

7.1安全失效影响因素分析153

7.2系统安全失效概率的定量评估155

7.2.1常用表决结构安全失效概率计算模型155

7.2.2系统安全失效概率的综合评估模型157

7.2.3应用示例157

7.3误动作率（安全失效率）定量评估158

7.3.1误动作率（安全失效率）计算模型158

7.3.2应用示例159

8 软件的功能安全161

8.1软件安全生命周期161

8.2软件安全要求规范162

8.3软件失效及其影响分析163

8.3.1软件失效分析163

8.3.2软件失效机理和过程164

8.3.3缺陷失效率的计算165

8.4软件可靠性评估166

8.4.1软件可靠性评估过程166

8.4.2软件可靠性测试过程167

8.4.3软件可靠性模型及其选择168

8.5软件的功能安全评估175

8.5.1软件功能安全对编程语言的要求176

8.5.2编程语言实现软件功能安全的方法179

9 特殊结构与危险场所用E/E/PE安全相关系统的可靠性181

9.1特殊结构安全仪表系统的可靠性计算181

9.1.1异型设备构成的冗余结构181

9.1.2多重表决结构183

9.1.3实例验证186

9.2危险场所用安全相关系统的功能安全187

9.2.1防爆电气设备用安全装置的功能安全评估187

9.2.2可燃/有毒气体检测报警系统的功能安全评估189

10 E/E/PE安全相关系统功能安全评估实例201

10.1燃气压力安全仪表系统的功能安全评估201

10.1.1 EUC风险评估201

10.1.2燃气压力安全仪表功能的SIL选择204

10.1.3燃气压力安全仪表功能的SIL验证204

10.2机床安全相关电气控制系统的功能安全评估207

10.2.1机床风险评估及SRCF的SIL选择207

10.2.2机床SRECS安全要求规范209

10.2.3机床SRECS设计209

10.2.4 SRECS实现与SIL验证210

10.3功能安全评估软件简介213

10.3.1 exSILentia Version 3213

10.3.2 Exida功能安全评估软件的应用214

附录1 泄漏量的计算215

附录2 典型火灾事故后果模型218

附录3 典型爆炸事故模型225

附录4 毒物泄漏扩散中毒模型234

附录5 可靠性数据示例240

附录6 电气/电子设备失效模式及其失效占比243

附录7 主要符号对照表246

参考文献248