2025年大學(xué)《系統(tǒng)科學(xué)與工程》專業(yè)題庫(kù)——智能制造系統(tǒng)的可靠性與安全性評(píng)估考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)）1.在智能制造系統(tǒng)中，導(dǎo)致系統(tǒng)失效的以下因素中，屬于“硬件故障”的是（）。A.操作人員誤操作B.控制算法錯(cuò)誤C.傳感器信號(hào)干擾D.軟件邏輯缺陷2.以下哪種評(píng)估方法主要適用于分析復(fù)雜系統(tǒng)失效的因果路徑？（）A.馬爾可夫過(guò)程分析B.預(yù)風(fēng)險(xiǎn)分析（PRA）C.馬爾可夫鏈模擬D.蒙特卡洛仿真3.可用性（Availability）通常是指系統(tǒng)在需要運(yùn)行時(shí)能夠成功運(yùn)行的概率，它綜合考慮了系統(tǒng)的（）。A.可靠性和可維護(hù)性B.安全性和可靠性C.可維護(hù)性和安全性D.可靠性、可維護(hù)性和維修時(shí)間4.在進(jìn)行故障模式與影響分析（FMEA）時(shí)，通常會(huì)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)（RPN）較高的故障模式采?。ǎ┐胧?。A.增加冗余B.降低安全完整性等級(jí)C.認(rèn)可風(fēng)險(xiǎn)D.完善報(bào)警系統(tǒng)5.危險(xiǎn)與可操作性分析（HAZOP）的核心是沿著系統(tǒng)的流程圖或邏輯圖，系統(tǒng)性地研究每個(gè)節(jié)點(diǎn)上可能出現(xiàn)的（）偏差。A.可靠性參數(shù)B.安全參數(shù)C.操作條件D.人因因素6.智能制造系統(tǒng)的高度自動(dòng)化對(duì)可靠性與安全性帶來(lái)的主要挑戰(zhàn)之一是（）。A.故障診斷難度降低B.人為干預(yù)機(jī)會(huì)減少C.單點(diǎn)故障影響范圍擴(kuò)大D.系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)需求降低7.衡量系統(tǒng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)部署并保持可運(yùn)行狀態(tài)的能力，主要反映了系統(tǒng)的（）。A.可靠性B.可用性C.可維護(hù)性D.可靠度8.安全完整性等級(jí)（SIL）主要用于評(píng)估安全相關(guān)系統(tǒng)的功能安全要求，其中SIL4表示系統(tǒng)的安全功能有極高的（）。A.可靠性B.安全性C.完好性D.可用性9.對(duì)于具有高度動(dòng)態(tài)性和不確定性的智能制造環(huán)境，可靠性評(píng)估方法中，（）方法更能適應(yīng)這種復(fù)雜情況。A.確定性模型（如：可靠性框圖）B.馬爾可夫過(guò)程分析C.靜態(tài)FMEAD.預(yù)先危險(xiǎn)分析（PHA）10.系統(tǒng)的安全性不僅取決于設(shè)備本身的可靠性，還與（）密切相關(guān)。A.人員操作技能B.系統(tǒng)的冗余度C.管理制度D.以上所有二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.智能制造系統(tǒng)的可靠性評(píng)估不僅要考慮硬件的______，還要考慮軟件的______和系統(tǒng)的整體協(xié)調(diào)性。2.故障樹(shù)分析（FTA）是一種自上而下、用于分析系統(tǒng)______的邏輯演繹方法。3.在進(jìn)行HAZOP分析時(shí)，常用的引導(dǎo)詞包括：______、______、______、______、______、______、______、______。4.衡量系統(tǒng)無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間分布的常用指標(biāo)是______函數(shù)。5.提高智能制造系統(tǒng)安全性的措施可以分為：______控制、______控制、______控制。6.安全性評(píng)估不僅要識(shí)別危險(xiǎn)源，還要分析危險(xiǎn)發(fā)生的______、可能導(dǎo)致的后果以及后果的______。7.在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段進(jìn)行的可靠性設(shè)計(jì)方法包括：______、______、______。8.智能制造系統(tǒng)的安全性面臨的新挑戰(zhàn)日益突出，其中______和______是兩個(gè)主要方面。三、名詞解釋（每題4分，共20分。請(qǐng)給出簡(jiǎn)潔、準(zhǔn)確的定義）1.系統(tǒng)可靠度（Reliability）2.可用度（Availability）3.故障模式與影響及危害性分析（FMECA）4.風(fēng)險(xiǎn)（Risk）5.人因失誤（HumanError）四、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分。請(qǐng)簡(jiǎn)明扼要地回答下列問(wèn)題）1.簡(jiǎn)述智能制造系統(tǒng)與傳統(tǒng)制造系統(tǒng)在可靠性評(píng)估方面的主要區(qū)別。2.簡(jiǎn)述選擇可靠性評(píng)估方法時(shí)應(yīng)考慮的主要因素。3.簡(jiǎn)述FTA和FTA在分析目的、分析思路和適用范圍方面的主要區(qū)別。4.簡(jiǎn)述進(jìn)行智能制造系統(tǒng)安全性評(píng)估的基本步驟。5.簡(jiǎn)述提高智能制造系統(tǒng)整體可靠性與安全性的設(shè)計(jì)階段主要措施。五、計(jì)算題（每題10分，共20分。請(qǐng)寫出計(jì)算過(guò)程和結(jié)果）1.某智能制造單元由三個(gè)串聯(lián)工作的子系統(tǒng)組成，各子系統(tǒng)的可靠度分別為R1=0.95,R2=0.90,R3=0.85。假設(shè)各子系統(tǒng)相互獨(dú)立，求該智能制造單元的可靠度。2.對(duì)某關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行FMEA分析，識(shí)別出一種故障模式，其發(fā)生的可能性（S=3）、影響程度（I=4）、可探測(cè)性（D=2）。該故障模式導(dǎo)致系統(tǒng)失效的概率為0.1。求該故障模式的風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)（RPN），并說(shuō)明采取改進(jìn)措施的優(yōu)先級(jí)。六、論述題（10分）結(jié)合智能制造系統(tǒng)的特點(diǎn)，論述在進(jìn)行可靠性與安全性綜合評(píng)估時(shí)應(yīng)如何兼顧兩者，并舉例說(shuō)明在評(píng)估過(guò)程中可能遇到的挑戰(zhàn)及應(yīng)對(duì)策略。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.A4.A5.C6.C7.B8.B9.B10.D二、填空題1.故障率，容錯(cuò)性2.原因（故障）對(duì)系統(tǒng)后果（失效）的影響3.引導(dǎo)詞：偏差（Deviation）、原因（Cause）、后果（Effect）、安全（Safety）、保護(hù)（Protection）、偏差（Deviation）、交互作用（Interaction）、其他（Other）4.可靠性（Reliability）5.物理隔離，功能隔離，組織管理6.可能性，嚴(yán)重性7.幾余設(shè)計(jì)，容錯(cuò)設(shè)計(jì)，降級(jí)設(shè)計(jì)8.網(wǎng)絡(luò)安全，人因失誤三、名詞解釋1.系統(tǒng)可靠度：指系統(tǒng)在規(guī)定時(shí)間和規(guī)定條件下完成規(guī)定功能的能力。通常用概率表示。2.可用度：指系統(tǒng)在需要運(yùn)行時(shí)能夠成功運(yùn)行的概率，是可靠度與可維護(hù)度的綜合體現(xiàn)。3.故障模式與影響及危害性分析（FMECA）：一種系統(tǒng)化的、用于識(shí)別潛在的故障模式、分析其影響并確定危害性等級(jí)的歸納分析方法。4.風(fēng)險(xiǎn)：指危險(xiǎn)事件發(fā)生的可能性及其后果的嚴(yán)重程度的結(jié)合。5.人因失誤：指操作人員或維護(hù)人員由于知識(shí)、技能、態(tài)度、環(huán)境等因素導(dǎo)致的偏離預(yù)定要求的行為或決策。四、簡(jiǎn)答題1.智能制造系統(tǒng)高度自動(dòng)化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化，導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜度高、耦合性強(qiáng)、軟件成分多、網(wǎng)絡(luò)攻擊風(fēng)險(xiǎn)大，這些都使得其可靠性評(píng)估不僅要關(guān)注硬件故障，還要關(guān)注軟件錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)異常、網(wǎng)絡(luò)攻擊等。而傳統(tǒng)制造系統(tǒng)硬件為主，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，可靠性評(píng)估更側(cè)重于硬件故障率和可維護(hù)性。2.選擇可靠性評(píng)估方法時(shí)應(yīng)考慮：系統(tǒng)復(fù)雜度、可靠性要求、數(shù)據(jù)可用性、分析目的（定性或定量）、分析階段（設(shè)計(jì)、運(yùn)行等）、資源限制（時(shí)間、成本）。例如，簡(jiǎn)單系統(tǒng)可用定性FTA，復(fù)雜系統(tǒng)或需定量分析可用馬爾可夫模型或仿真。3.FTA分析目的是找出導(dǎo)致頂事件發(fā)生的所有可能的故障組合路徑，側(cè)重于分析邏輯關(guān)系和根本原因。FTA是自上而下的演繹法。FTA分析目的是評(píng)估安全功能能否在需要時(shí)可靠地動(dòng)作，防止危險(xiǎn)事件發(fā)生，側(cè)重于安全功能的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。FTA是自下而上的歸納法。FTA適用于分析安全相關(guān)系統(tǒng)的失效模式，F(xiàn)TA適用于分析系統(tǒng)的一般故障模式。4.進(jìn)行智能制造系統(tǒng)安全性評(píng)估的基本步驟：①危險(xiǎn)源識(shí)別：通過(guò)PHA、頭腦風(fēng)暴等方法識(shí)別系統(tǒng)中存在的所有潛在危險(xiǎn)源。②風(fēng)險(xiǎn)分析：對(duì)每個(gè)危險(xiǎn)源，分析其發(fā)生的可能性和可能導(dǎo)致的后果嚴(yán)重性，計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)值。常用方法有FTA、FMEA、HAZOP等。③風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)：將計(jì)算出的風(fēng)險(xiǎn)值與預(yù)先設(shè)定的可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。④風(fēng)險(xiǎn)控制：根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果，制定并實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)控制措施，如消除、替代、工程控制、管理控制、個(gè)體防護(hù)等。⑤安全驗(yàn)證與評(píng)審：檢查風(fēng)險(xiǎn)控制措施的有效性，并根據(jù)系統(tǒng)變化進(jìn)行持續(xù)評(píng)審和改進(jìn)。5.提高智能制造系統(tǒng)整體可靠性與安全性的設(shè)計(jì)階段主要措施：①可靠性設(shè)計(jì)：采用冗余設(shè)計(jì)、容錯(cuò)設(shè)計(jì)、降級(jí)設(shè)計(jì)、簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、可靠性預(yù)測(cè)與分配等。②安全性設(shè)計(jì)：進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估（PHA），采用本質(zhì)安全設(shè)計(jì)、故障安全設(shè)計(jì)、安全防護(hù)措施設(shè)計(jì)（物理、功能、組織）、報(bào)警設(shè)計(jì)、應(yīng)急設(shè)計(jì)等。③人因工程設(shè)計(jì)：優(yōu)化人機(jī)交互界面，減少人因失誤，提高系統(tǒng)易用性和安全性。五、計(jì)算題1.解：由于是串聯(lián)系統(tǒng)，系統(tǒng)可靠度等于各子系統(tǒng)可靠度的乘積。R=R1*R2*R3=0.95*0.90*0.85=0.72675答：該智能制造單元的可靠度為0.72675。2.解：風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)（RPN）=可能性（S）*影響程度（I）*可探測(cè)性（D）RPN=3*4*2=24根據(jù)RPN值，該故障模式的改進(jìn)優(yōu)先級(jí)較高（通常RPN大于某個(gè)閾值，如20或30，則需要優(yōu)先處理）。答：該故障模式的風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)（RPN）為24，應(yīng)優(yōu)先采取改進(jìn)措施。六、論述題智能制造系統(tǒng)因其高度復(fù)雜、動(dòng)態(tài)和互聯(lián)的特點(diǎn)，可靠性與安全性密不可分，綜合評(píng)估時(shí)需系統(tǒng)思維。可靠性是安全的基礎(chǔ)，無(wú)故障的系統(tǒng)才能有效執(zhí)行安全功能；安全性是可靠運(yùn)行的前提，未受威脅的系統(tǒng)才能保證持續(xù)可靠。綜合評(píng)估的挑戰(zhàn)在于：①系統(tǒng)復(fù)雜性：組件多、交互關(guān)系復(fù)雜，導(dǎo)致故障傳導(dǎo)和安全風(fēng)險(xiǎn)擴(kuò)散路徑多樣且難以預(yù)測(cè)。②數(shù)據(jù)融合：需整合來(lái)自不同傳感器、控制器、網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，數(shù)據(jù)質(zhì)量和一致性是難點(diǎn)。③動(dòng)態(tài)性：系統(tǒng)參數(shù)和運(yùn)行環(huán)境變化快，要求評(píng)估方法具有適應(yīng)性。④人因交互