Basic Guide to System Safety pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Vincoli, Jeffrey W.

出品人:

页数:224

译者:

出版时间:2006-3

价格:651.00元

装帧:HRD

isbn号码:9780471722410

丛书系列:

图书标签:

• System Safety
• Engineering Safety
• Risk Assessment
• Hazard Analysis
• Reliability
• Safety Engineering
• Accident Prevention
• Human Factors
• Industrial Safety
• Process Safety

提升系统可靠性的实战手册：现代工程安全原理与应用 本书聚焦于现代工程实践中，如何构建、分析和维护高可靠性、低风险的复杂系统。它深入探讨了从概念设计到退役维护的全生命周期安全管理框架，旨在为工程师、项目经理和安全专业人员提供一套系统化、可操作的工具和方法论。 --- 第一部分：安全工程的基础范式与思维转型 第1章：从“事故调查”到“前瞻性风险管理” 本章首先剖析了传统安全理念的局限性，即侧重于事后归因和惩罚，而非事前预防。我们确立了现代安全工程的核心哲学：系统安全是一个主动设计的结果，而非偶然的幸运。 1.1 系统的复杂性与涌现性风险： 探讨了多学科交叉系统（如航空航天、核能、先进制造）中，由于子系统间非线性交互而产生的“涌现性故障”的本质。解释了为何简单的组件级安全检查不足以保障整体系统的稳健性。 1.2 安全文化的基石： 深入分析了组织文化对安全绩效的决定性影响。区分了“有责文化”（Blame Culture）、“报告文化”（Reporting Culture）和我们倡导的“学习文化”（Learning Culture）之间的差异。提供了建立透明、鼓励报告和持续改进的安全治理结构的实践指南。 1.3 风险与危害的精确界定： 建立了严格的术语定义，区分了“危害”（Hazard，潜在的伤害源）、“风险”（Risk，发生概率与严重度的组合）和“不安全状态”（Unsafe Condition）。强调了准确的风险语言是有效沟通和决策的前提。 第2章：安全生命周期模型与集成化方法 本章介绍了一个贯穿项目始终的、迭代的安全工程流程框架，强调安全活动必须在需求的源头就被嵌入，而非作为后期修补的附加项。 2.1 需求驱动的安全设计（Safety-Driven Requirements）： 阐述了如何将法规要求、操作环境限制和历史经验转化为具体的、可验证的安全需求。重点讨论了定性需求（如“系统不得发生爆炸”）到定量需求（如“平均故障间隔时间大于 $10^5$ 小时”）的转化过程。 2.2 V 型模型的安全集成： 将安全分析活动（如故障模式与影响分析、故障树分析）精确映射到系统开发 V 型模型的不同阶段——从需求分析到集成测试和验证。强调了设计级安全评审（Design Reviews）的重要性。 2.3 适度性原则（Tailoring）： 讨论了如何根据项目的规模、复杂性和内在风险等级，灵活地调整安全工程活动的深度和广度，避免过度工程化（Over-engineering）和安全投入不足（Under-engineering）的极端情况。 --- 第二部分：核心风险分析技术与量化评估 第3章：定性分析技术——识别潜在的失败路径 本章详细介绍了几种最常用、最基础的定性安全分析技术，它们是理解系统弱点的首要工具。 3.1 故障模式与影响分析（FMEA/FMECA）： 提供了创建详尽的故障模式表格、定义严重度（Severity）、发生率（Occurrence）和探测度（Detection）等级的标准操作程序（SOP）。特别关注了 FMECA 中对“控制措施”有效性的批判性评估。 3.2 故障树分析（FTA）： 教授如何从顶层事件（如“系统失效”）出发，逻辑严谨地构建自上而下的事件树，识别所有可能导致该事件的组合。重点讲解了布尔逻辑门（AND/OR 门）的应用，以及如何使用专业软件工具辅助构建大型故障树。 3.3 危险与可操作性分析（HAZOP）： 针对流程工业和连续操作系统，深入讲解了 HAZOP 的“导向词”（Guide Words）方法论。通过系统地偏离工艺参数（如“无流量”、“反向压力”），引导团队发现潜在的工艺偏差和操作风险。 第4章：定量风险评估（QRA）与可靠性建模 本章将分析的深度推进到数学和概率层面，用数据驱动决策，评估系统在特定时间段内发生特定事故的概率。 4.1 概率建模与数据来源： 探讨了如何从行业数据库（如 OREDA, NPRD）和历史运行数据中提取组件的失效率（Failure Rate）和修复率（Repair Rate）。讨论了不确定性量化（Uncertainty Quantification）在定量分析中的作用。 4.2 依赖性分析与通用原因失效（CCF）： 这是一个关键的章节。解释了在系统中，多个看似独立的组件可能因共同的原因（如同一批次的材料缺陷、相同的软件缺陷或共同的环境应力）而同时失效。介绍了 CCF 模型（如 $eta$ 因子法）在避免风险低估中的应用。 4.3 风险可接受性准则： 介绍了不同行业中常用的风险矩阵（如 5x5 风险矩阵）和基于概率的风险判据（如 FN 曲线）。讨论了 ALARP（合理可行可行，As Low As Reasonably Practicable）原则的实际工程应用边界，以及如何证明某个剩余风险已达到可接受水平。 --- 第三部分：安全机制的设计与验证 第5章：功能安全与系统架构 本章聚焦于设计阶段如何通过架构选择和冗余机制来主动消除或控制风险。 5.1 故障容错设计（Fault Tolerance）： 详细区分了保护性冗余（如双通道系统）、恢复性冗余（如热备份）和多样性冗余（Diversity）。分析了不同冗余配置在应对随机硬件失效和系统化软件失效时的优缺点。 5.2 安全完整性等级（SIL/ASIL）的应用： 针对受控系统（如 DCS/PLC），系统地解释了 IEC 61508/61511 和 ISO 26262 标准中对安全仪表系统的 SIL（Safety Integrity Level）或 ASIL（Automotive Safety Integrity Level）的划分流程。重点在于如何通过架构设计（如 1oo2D、2oo3 结构）达到目标 SIL 等级。 5.3 软件安全工程： 探讨了软件作为关键故障源的特殊性。内容涵盖软件需求规范中的安全约束、模块化设计原则（高内聚、低耦合）、避免常见软件错误（如缓冲区溢出、竞态条件）的设计模式，以及软件架构的静态分析与动态测试策略。 第6章：人为因素与操作安全 认识到人为失误是许多重大事故的直接或间接原因，本章将分析与设计相结合，以减少操作过程中的认知负荷和错误可能性。 6.1 人机界面（HMI）的安全设计： 强调 HMI 不仅仅是信息展示的窗口，更是操作人员干预系统的最后防线。探讨了如何根据操作人员的生理和认知限制（如反应时间、工作记忆容量），设计清晰的报警系统和直观的控制逻辑。 6.2 程序化控制与限制： 介绍了“硬逻辑”控制（如物理联锁、安全仪表系统）与“软逻辑”控制（如标准操作程序 SOPs）的界限。论述了如何设计程序，使安全操作成为最自然、最容易执行的路径，而危险操作则需要多重授权和主动干预才能实现。 6.3 维护和变更管理中的安全风险： 讨论了系统安全最薄弱的环节——维护和变更。建立了严格的“锁定/挂牌”（LOTO）程序、测试前安全检查清单（Pre-job Safety Analysis, PJSA）以及变更控制流程（Management of Change, MOC），确保在系统停机或修改期间不会引入新的、未被分析的风险。 --- 第四部分：验证、确认与持续改进 第7章：安全验证（Verification）与确认（Validation） 安全工程的闭环需要严谨的测试来证明设计的有效性，并确认最终产品满足了最初的安全目标。 7.1 验证活动的规划： 区分了“验证”（Are we building the system right?）和“确认”（Are we building the right system?）。详细阐述了基于安全需求的测试用例生成方法，包括边界值测试和应力测试。 7.2 故障注入测试（Fault Injection Testing）： 作为高级验证技术，本章详细介绍了如何在硬件和软件层面主动注入故障（如模拟传感器信号丢失、电源瞬变），以量化系统对实际故障的反应时间、恢复机制的有效性以及是否触发了预期的故障安全状态（Fail-Safe State）。 7.3 安全确认与审计： 描述了“安全案例”（Safety Case）的构建过程——一个结构化的论证集合，用证据证明系统在特定操作包络内是安全的。解释了独立安全评估师（ISA）在确认阶段的作用和所需文档包。 第8章：后运行期安全管理与经验反馈 安全工作不是项目结束，而是系统投入运行后的持续管理。 8.1 运行期风险再评估： 解释了随着运行时间推移、环境磨损、操作人员更替，初始风险评估的有效性会降低。介绍了定期的“安全状态审查”（Safety Status Review）和“剩余风险接受”的审批流程。 8.2 事故调查与根本原因分析（RCA）： 采用了系统安全视角下的 RCA 方法（如 SHELL 模型或 TRIPOD-Beta），超越了对个人失误的简单指责，专注于暴露系统设计、管理和流程中的深层缺陷。 8.3 知识管理与持续改进： 强调了将运行中收集到的失效数据、未遂事件（Near Misses）和安全建议，系统地反馈到下一代系统需求定义中的闭环机制。确保组织的安全知识库不断积累和深化。 --- 本书的特点： 本书摒弃了纯理论的罗列，而是通过大量的案例分析（涵盖流程工业、交通运输和信息系统安全），将抽象的理论转化为工程师可以直接应用的工作流程图、检查清单和决策树。它不仅是理论参考，更是工程实践中的一本“操作手册”。通过本书的学习，读者将能够构建一个健壮的安全框架，确保技术创新在可控的风险范围内稳健推进。

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