采用改进FRAM模型方法的管道爆裂事故分析

近年来,主蒸汽管道爆管事故频发,为了找出管道爆裂事故的致因路径,有效预防和控制此类事故发生,以某重大蒸汽管道裂爆事故为例,采用时间和事件序列图(Sequentially Timed Events Plotting,STEP)技术和蒙特卡罗模拟方法对功能共振分析法(Functional Resonance Analysis Method,FRAM)进行改进,进行事故致因分析并建立屏障措施。结果表明,改进后的FRAM模型可以全面识别功能信息并且定量确定FRAM模型中各功能的变化及耦合关系,减少功能性能变化及潜在耦合变化分析的主观性,找出系统发生共振的功能及失效连接。最后,根据失效连接制定相应屏障措施来预防此类事故的发生。

基于C-FRAM的油气藏型地下储气库设计期关键风险因素辨识方法

油气藏型地下储气库设计工作围绕运营阶段的功能实现与建设阶段的相应改增建任务开展,前期的储气库设计偏差可能会对储气库建设乃至投产运营产生深远的影响。功能共振分析方法(FRAM)主要用于分析扰动在系统中的传播路径。由于储气库设计期需要综合的信息繁多、跨度广泛,为考虑在复杂网络中各功能模块的影响力,首先针对储气库设计期功能的特点提出一种考虑功能模块中心性的系统功能共振分析方法(C-FRAM),然后以重庆相国寺储气库为例开展案例分析,最后提出对设计期储气库的规模部署与下游供应调峰需求、地质实施方案、老井利用等方面的建议。结果表明:引入功能模块系统中心性有助于修正储气库设计期关键风险因素排序。

基于改进ISM-FRAM-AHP的有限空间作业过程风险防控

为解决有限空间作业过程多层次、多环节、多功能交互关系模糊和不良耦合影响的问题,引入功能共振分析模型(FRAM),结合解释结构模型(ISM)和层次分析法(AHP)优化改进层次结构和判断方式,通过划分风险层次结构,将系统功能耦合变异性的影响进行定量化,并计算功能单元和层级结构的重要度,通过功能可变性和耦合损失度结果,确定上下游功能变化输入输出表型,理清系统功能要素间耦合作用影响机制。结果表明:应用基于改进ISM-FRAM-AHP的有限空间作业过程风险防控模型,能够得到23个功能单元和10层风险层级功能网络;功能可变性数值和耦合损失度最大值为4.36(外部环境F_(23))和0.8084(制定作业方案F_(2)),作业安全风险程度较高,功能变化主要表现为顺序、目标和控制,针对8条失效链路设置物理、象征、功能、隐形4种有效屏障措施。

基于N-K-FRAM的空中交通运行安全风险耦合机制

为探究空中交通运行安全风险耦合演化特征,厘清基于N-K模型与功能共振分析方法(FRAM)相结合的空中交通运行系统耦合变异形成机制,首先,收集不安全事件文本数据,归纳事件中的风险因素并归类,得到其历史发生频率以及风险因素之间的耦合关系;其次,利用N-K模型求解运行风险因素间的耦合度值;然后,结合输出时间与精度,定量评估FRAM功能模块的可变性,分析空中交通运行安全风险耦合机制;最后,分别以区域导航(RNAV)进近不安全事件与偏离航路不安全事件为例,分析其安全风险。结果表明:基于N-K-FRAM的风险耦合机制能够合理有效地定量计算功能模块间的变异性,弱化了传统分析方法对主观意识的依赖性,分析结果更为客观科学。

基于CN-FRAM的公共交通设备设施系统运营安全韧性度量

设备设施故障是公共交通系统运营安全事故发生的主要原因,为更好地度量和增强系统的安全韧性,提出融合复杂网络(CN)与功能共振分析方法(FRAM)的CN-FRAM运营安全韧性度量模型,并将系统韧性定义为扰动下系统性能损失与性能基线之比。首先,根据设备设施系统构成和节点功能,建立CN;其次,将FRAM模型嵌入到CN中,以扩展节点和连接,构建CN-FRAM模型;然后,基于CN-FRAM韧性度量模型分析系统组件之间功能变化的聚合,并在量化系统韧性时综合考虑网络整体效益和组件之间的耦合程度;最后,以南京市地铁信号系统为例,验证方法的可行性和有效性。结果表明:该模型可以量化系统破坏-恢复全过程的韧性,计算故障对系统的影响程度,并以韧性值最大化为目标,展现不同修复策略下的韧性表现,从而为确定最佳恢复顺序提供依据。对比现有方法,该方法所确定的最优恢复策略能显著减少系统因故障造成的整体性能损失,从而提高系统的韧性。

基于FRAM的煤矿生产系统应用

针对煤矿生产系统中因人、组织和技术交互影响所造成的系统复杂性增加,导致传统线性分析方法难以解决复杂系统问题,提出一种定量化的功能共振分析方法(FRAM)。首先改进FRAM方法,通过事故调查报告数据统计结果确定功能可变性概率,采用Apriori算法挖掘数据间的潜在关系,以此达到量化系统可变性的目的;然后以煤矿生产系统为研究背景,通过分析96起重、特大煤矿事故的调查报告和煤矿生产特点,建立具有14个功能的煤矿生产FRAM模型;最后采用改进的FRAM方法,找出煤矿生产系统功能模块间的非线性耦合共振链条及其事故演化路径。研究结果表明:企业生产前的安全检查落实不到位对系统造成恶劣影响;场景性能条件越差,越易造成更多的关键耦合,导致共振现象产生。

基于FRAM的动土作业坍塌事故案例分析

为了解动土作业事故发生的根原因,有效降低事故发生率,采用功能共振分析法(FRAM)研究动土作业中的坍塌事故演化机制,并以长沙某公司天然气管道施工项目“11.11”一般坍塌事故为例,对动土作业的功能耦合过程进行定性分析,确定影响作业的主要失效链接。结果显示:培训教育落实不力是引起功能改变的主要来源之一;人员防护、施工检查、技术交底等功能的不正常震荡及非线性的耦合共振,影响多项失效功能链接。FRAM可为动土作业过程中的事故致因分析提供技术支持,未来可进一步研究定量分析。

基于FRAM的有限空间作业安全职责半定量分析

为解决作业相关人员安全职责边界模糊以及履责过程中多岗位、多环节安全职责交互关系不清晰的问题,引入功能共振分析方法(FRAM),构建有限空间作业安全职责系统半定量分析模型,展现多岗位间安全职责交互和协同配合关系,通过定量化系统功能单元的上下游耦合变异性,理清系统各功能要素间耦合作用影响机制。结果表明:基于FRAM的有限空间作业6方人员安全职责全局系统变异性数值为1.99×1010,下游功能单元F5(作业人员)和F6(应急救援人员)的输入可变性影响数值分别为171.5和250,受上游功能单元的耦合变异影响较大,易产生不良事故后果,结合有限空间作业8类关键影响因素分析功能共振结果,针对2个上游功能单元和6条失效链路提出加强作业安全投入等有效屏障措施。

基于FRAM-蒙特卡洛模拟的危化类实验安全分析和屏障管理

为有效提升实验室安全管理水平,并应对高风险危化类实验的安全隐患,该文结合功能共振分析法(functional resonance analysis method,FRAM)和蒙特卡洛模拟,对危化类实验开展安全分析和屏障管理。首先,使用FRAM方法识别完成任务所需的功能和耦合,形成FRAM模型;然后,采用蒙特卡洛模拟分析FRAM模型中功能和耦合的变化性,并识别关键耦合;最后,制定相应的屏障管理措施。结果显示,该研究能充分捕捉危化类实验中的薄弱环节,以及各环节间的联系,同时也验证了FRAM-蒙特卡洛方法在危化类实验中的可行性和有效性。

基于FRAM的铁路危险品运输事故演化机制研究

为预防铁路危险品运输事故,基于功能共振分析法(FRAM)分析铁路危险品运输系统风险-事故演化机制,进而研究对应控制方法。在建立铁路危险品运输系统风险-事故演化层级网络的基础上,将影响FRAM中输入、前提等属性的风险因素分为人、设施设备、货物、环境和管理5大类;以华东某站氰化钠泄漏事故为例进行研究,结果表明:匿报危险品种类、违规包装和检查人员失职3个功能模块导致各自功能模块内部变化,并引起功能模块的不正常振荡,通过非线性、动态性耦合作用和功能连接传递,使功能模块间发生非线性耦合共振,导致运输危险品与卸载危险品2个模块之间的连接断裂并超越系统风险-事故临界阈值,宏观层级结构发生阶跃式突变,最终导致事故。

基于改进功能共振分析法的SPO风险演化

为充分识别单一飞行员运行(SPO)模式下各子系统要素间的交互关系和耦合作用,梳理风险演化机制,使用改进功能共振分析法(FRAM)构建定量分析模型。采用模糊综合评判法评估系统功能模块的功能可变性;引入结构重要性概念,分析计算系统功能模块的上下游耦合变异性,厘清系统各功能要素间耦合作用影响机制;针对SPO特定场景案例,应用蒙特卡罗模拟法计算功能共振风险指数,分析潜在功能共振情况,并设置有效功能屏障。结果表明:改进的FRAM法可以解释SPO的非线性耦合情况,空中交通管制服务、飞行员认知状态、机长操纵等模块的功能可变性耦合变化指数较大,均超过2.5;进近着陆场景中机组技术培训、重要气象信息、空中交通管制服务、地面信息保障等8个功能容易出现功能共振情况;结合功能共振结果,设置物理、象征、功能、隐形种功能安全屏障措施,并以此得出针对性运行保障建议。

基于FRAM-AHP法的公务航空飞行事故分析

为了有效分析公务航空飞行事故的主要原因,利用改进后的功能共振事故模型(FRAM)对公务航空飞行事故进行系统和量化分析。建立了功能共振事故模型,通过层次分析法(AHP)对功能模块上游功能输出和下游功能输入端的表型进行量化分析,根据权重来识别上下游主要的表型,从而找到功能模块间的失效连接,确定事故主要原因。利用该模型对某公务航空飞行事故进行分析,确定了导致事故的主要原因为公务机场保障能力不足、机组疏忽大意、飞行部教学训练大纲缺失、飞行部QAR译码能力不足、机务航前检查不足、机组起飞决策不当等。研究表明,FRAM-AHP法可以为公务航空飞行事故进一步分析提供技术支持。

Tropos-FRAM法在道路客运事故分析中的应用

为深入探究道路旅客运输事故致因,预防事故发生,运用功能共振分析法(FRAM)中的功能模块替换Tropos目标风险框架中的任务节点,提出Tropos-FRAM事故分析方法;采用该方法构建Tropos-FRAM失效功能—事件网络,并分析事故,根据分析结果建立Tropos处理层;以"8·10"特别重大道路交通事故实例验证该方法。结果表明:Tropos-FRAM能弥补原有FRAM模型的不足,从源头深入探究参与者功能模块失效、功能连接失效原因,从而提出更有效的事故预防方法。

基于改进ISM-FRAM铁路运输事故致因分析

为提高功能共振(FRAM)在铁路运输系统事故致因分析方面清晰度和完整性,提出新增环境模块的改进FRAM模型,刻画环境功能模块与其它功能模块交互耦合作用;通过引入解释结构模型(ISM),划分事故致因分析网络结构层次,分别计算分析网络层级重要度和功能模块结构重要度,并采用改进区间值犹豫模糊熵定量计算功能可变性和耦合损失度。结果表明:新增环境功能模块能有效分析与其它功能模块交互耦合作用,保证FRAM分析完整性;ISM-FRAM模型建立清晰事故层次结构,有助于理清事故致因;功能可变性和耦合损失度弥补FRAM风险评估定量分析不足,为功能屏障设置提供依据。

基于模糊推理的FRAM事故定量分析方法研究

为有效克服FRAM事故分析中无法进行定量分析的缺陷,提出结合模糊推理技术的Fuzzy-FRAM模型。此改进模型基于FRAM识别系统运行状态;依据功能输出要素的时间/精度属性利用Matlab构建2阶模糊推理系统量化功能输出质量;根据通用性能条件(CPC)及功能输入耦合端口构建功能评价体系,针对评价体系中存在的不确定性信息融合及建模问题,采用模糊证据推理技术,通过模糊信度结构建立、数据处理、信息融合测度后获得功能的风险指数;以既有铁路危险品运输事故为例,验证方法的可行性。结果表明:Fuzzy-FRAM模型的评估结果较为精确,是FRAM分析方法的有效补充。

基于FRAM的轨道交通系统调度岗位安全职责分析

岗位角色不清是导致事故的一个重要原因,为明确轨道交通关键岗位角色的安全职责分布,本文以系统调度岗位为研究对象,基于法律法规及企业规章,通过访谈及现场调研手段,应用功能共振分析方法(FRAM)构建系统调度岗位角色安全职责功能分布网络图,呈现出系统调度岗位内多角色间的安全职责联系,结果表明:辨识出系统内10项失效功能连接;值班经理未接受岗前培训、系统调度应急处置教材中危险场景辨识部分内容不足、同值系统调度员未了解监督时的注意事项以及调度通讯设备运营异常等4个失效功能连接的耦合结果易导致轨道交通运营异常。企业应就这4方面提升和优化关键岗位角色安全职责分布。

复杂性系统视角下船员不安全行为功能共振分析模型

为分析船员不安全行为的形成,提出了基于功能共振分析方法(Functional Resonance Analysis Method, FRAM)和集对分析的不安全行为分析模型。通过辨识船员不安全行为形成因素,构建13个不安全行为影响因素的功能共振分析模型;引入区间值犹豫模糊熵和集对分析方法量化功能模块变异程度与表型,确定功能链接的耦合变异系数;结合船舶事故案例数据,得出不安全行为形成过程中导致不安全行为形成的主要路径。结果表明:船员不安全的关键指标涉及性格、工作强度等;船员不安全行为受到内外部因子影响,涉及12条不安全行为形成路径;船员不安全行为主要表现为自身特质、管理、专业素质易产生变异从而影响其他功能模块;信息传达、判断决策、动作、动作后确认易受到其他功能模块的影响,尤其是判断决策、动作等行为表现易受到影响形成不安全行为。

基于改进FRAM的民机系统安全性分析

民机安全性分析的重要内容之一是系统运行过程分析,现有的运营安全性分析模型大多没有综合考虑人、飞机、运行环境等各类影响安全性的因素。本文综合考虑系统安全性分析功能间的时间、控制、资源、前提等影响,更加细致地分析影响系统安全运行的因素,建立了全面且规范化定量化安全性分析模型。运用功能可变性描述规则(RFV)、层次分析法(AHP)对功能共振分析法(FRAM)进行改进,建立民机系统安全性综合分析模型。使用模型还原143号班机安全运行所需条件,分析得出应重点防范的耦合变异与功能失效,且扩展了原事故调查报告结论,表明了该模型的可行性,提出的理论模型可为航空公司在运营系统安全性方面提供理论参考和技术支持。

基于FRAM的化工装置事故情景推演研究

由于过程风险态势高、安全管控难度大,化工装置易发生非计划停车停产、有毒有害物质泄漏以及火灾爆炸等事故,给社会、经济和环境造成了巨大的负面影响。事故致因模型是解决事故情景构建与推演问题的重要工具,但传统模型无法全面捕捉系统要素间的非线性交互关系或者拘泥于系统要素错误的原因分析及其消除措施的有效制定。因此,本工作引入功能共振分析方法(FRAM),从整体系统的功能特征角度对化工装置事故情景开展推演研究。FRAM通过识别和描述基本功能、评估各功能的性能变化、确定功能共振的可能性以及制定性能变化的响应措施等步骤,能够深入回溯事故发生过程和演化情景,从而揭示化工装置事故的致因机理、挖掘化工装置的薄弱环节。以BP德克萨斯炼油厂爆炸事故为例,研究结果表明,该事故的主要原因是液位计B2、高液位报警器B3、加热炉S2和换热器S3产生了功能共振,从而引发了8种共振影响因素,并导致了12种功能失效连接。与时间与事件序列图(STEP)、事故地图(AcciMap)的分析结果进行了对比,验证了FRAM用于化工装置事故情景推演的可行性、有效性和合理性。