假设某事故树有几个基本事件,每个基本事件的状态都有两种:
1 表示基本事件状态发生
X=
0 表示基本事件状态不发生
已知顶上事件是基本事件的状态函数,顶上事件的状态用表示,(X)=(X1,X2,X3,……Xn),则(X)也有两种状态:
1 表示顶上事件发生
X=
0 表示顶上事件不发生
(X)叫做事故树的结构函数。
在其他基本事件状态都不变的情况下,基本事件Xi的状态从0变到1,顶上事件的状态变化有以下三种情况:
①(0 i,X)=0 (1 i,X)=0
则 (1 i,X)-(0 i,X)=0
不管基本事件是否发生,顶上事件都不发生;
②(0 i,X)=0 (1 i,X)=1
则 (1 i,X)-(0 i,X)=1
顶上事件状态随基本事件状态的变化而变化;
③(0 i,X)=0 (1 i,X)=1
则 (1 i,X)-(0 i,X)=0
不管基本事件是否发生,顶上事件都发生。
上述三种情况,只有第二种情况是基本事件Xi不发生,顶上事件就不发生,基本事件Xi发生,顶上事件也发生。这说明Xi基本事件对事故发生起着重要作用,这种情况越多,Xi的重要性就越大。
对有n个基本事件构成的事故树,n个基本事件两种状态的组合数为2n个。把其中一个事件Xi作为变化对象(从0变到1),其他基本事件的状态保持不变的对照组共有2n-1个。在这些对照组中属于第二种情况((1 i,X)-(0 i,X)=1)所占的比例即是Xi基本事件的结构重要度系数,用I(i),可以用下式计算:
3
下面以图9所示的事故树为例,说明各基本事件结构重要度系数的求法。
图9 事故树图
此事故树有五个基本事件,按照二进制列出所有基本事件两种状态的组合数,共有25=32个,这些组合列于表2。为便于对照,将32组分成左右两部分各占16组,然后根据事故树图或最小割集确定(0 i,X)和(1i,X)的值,以0和1两种状态表示。
X1 | X2 | X3 | X4 | X5 | X1 | X2 | X3 | X14 | X5 | ||
0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 |
0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 |
0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 |
0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 |
0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 |
0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |
0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 |
0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 |
0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 |
0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 |
0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 |
0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
表2 基本事件状态值与顶上事件状态值
由表可见,1在左半部的状态值都为0,右半部都为1,右半部和左半部对应找出(1i,X)-(0 i,X)=1的组合,共有7个。因此,基本事件X1的结构重要度系数。
基本事件X2在表中左右两侧,其状态值都分成上下两部分,每部分8组,在同一侧上部分对照找出(01i,X)-(0 i,X)=1的组合,只有1个,故。
同理可得出,,。
按各基本事件I(i)值的大小排列起来,其结果为:
I(1)= I(3)>I(4)= I(5)>I(2)
用计算基本事件结构重要度系数的方法进行结构重要度分析,其结果较为精确,但很繁锁。特别当事故树比较庞大,基本事件个数比较多时,要排列2n个组合是很困难的,有时即使用计算机也难以进行。
结构重要度分析的另一种方法是用最小割集或最小径集近拟判断各基本事件的结构重要度大小。这种方法虽然精确度比求结构重要度系数法差一些,但操作简便,因此目前应用较多。用最小割集或最小径集近似判断结构重要度大小的方法也有几种,这里只介绍其中的一种,就是用四条原则来判断,这四条原则是:
① 单事件最小割(径)集中基本事件结构重要度最大。
例如,某事故树有三个最小径集:P 1={ X1},P 2={ X2,X3},P 3={ X4, X5 ,X6}。第一个最小径集只含一个基本事件X1,按此原则X1的结构重要系数最大。
I(1)>I(i) i=2,3,4,5,6。
② 仅出现在同一个最小割(径)集中的所有基本事件结构重要度相等。
例如:上述事故树X2,X3只出现在第二个最小径集,在其他最小径集中都未出现,所以I(2)= I(3);同理,I(4)= I(5)= I(6)。
③ 仅出现在基本事件个数相等的若干个最小割(径)集中的各基本事件结构重要度依出现次数而定,出现次数少,其结构重要度小;出现次数多,其结构重要度大;出现次数相等,其结构重要度相等。
例如:某事故树有三个最小割集:
K1={ X1,X2,X3}
K2={ X1,X3,X4}
K3={ X1,X4,X5}
此事故树有五个基本事件,都出现在含有三个基本事件的最小割集中。X1出现三次,X3、X4出现2次,X2、X5只出现1次,按此原则I(1)> I(3)= I(4) >I(2)= I(5)。
④ 两个基本事件出现在基本事件个数不等的若干个最小割(径)集中,其结构重要系数依下列情况而定:
·若它们在各最小割(径)集中重复出现的次数相等,则在少事件最小割(径)集中出现的基本事件结构重要度大;例如:某事故树有四个最小割集:
K1={ X1,X3}
K2={ X1,X4}
K3={ X2,X4,X5}
K4={ X2,X5,X6}