第6章 故障树.ppt

可靠性与智能维护 故障树分析Failure Tree Analysis 主要内容 概述 概述 研究和寻找一种在工程上能够保障和改进系统可靠性、安全性的方法，这就是故障树分析，FTA技术。 1961年 美国贝尔实验室在民兵导弹的发射控制系统可靠性研究中首先应用FTA技术； 1974年 美国原子能委员会在核电站安全评价报告（WASH-1400）中主要使用FTA。 随着计算机技术的发展，FTA渗入到各个工程领域，并逐步形成一套完整的理论、方法和应用分析程序： 概述 FTA与FMECA的区别与联系 FMECA：单因素分析法，只能分析单个故障模式对系统的影响。 FTA可分析多种故障因素（硬件、软件、环境、人为因素等）的组合对系统的影响。 FMECA和FTA是工程中最有效的故障分析方法，FMECA是FTA的基础。 各工程领域广泛应用：核工业、航空、航天、机械、电子、兵器、船舶、化工等。 故障树的基本概念 故障树定义 故障树指用以表明产品哪些组成部分的故障或外界事件或它们的组合将导致产品发生一种给定故障的逻辑图。 故障树是一种逻辑因果关系图，构图的元素是事件和逻辑门 事件用来描述系统和元、部件故障的状态 逻辑门把事件联系起来，表示事件之间的逻辑关系 举例说明：Titanic海难事故 基本概念 故障树分析（ FTA ） 通过对可能造成产品故障的硬件、软件、环境、人为因素进行分析，画出故障树，从而确定产品故障原因的各种可能组合方式和(或)其发生概率。 定性分析 定量分析 FTA目的 目的 帮助判明可能发生的故障模式和原因； 发现可靠性和安全性薄弱环节，采取改进措施，以提高产品可靠性和安全性； 计算故障发生概率； 发生重大故障或事故后，FTA是故障调查的一种有效手段，可以系统而全面地分析事故原因，为故障“归零”提供支持； 指导故障诊断、改进使用和维修方案等。 FTA特点 特点 是一种自上而下的图形演绎方法； 有很大的灵活性； 综合性：硬件、软件、环境、人素等； 主要用于安全性分析； FTA工作要求 在产品研制早期就应进行FTA，以便早发现问题并进行改进。随设计工作进展，FTA应不断补充、修改、完善。 “谁设计，谁分析。” 故障树应由设计人员在FMEA基础上建立。可靠性专业人员协助、指导，并由有关人员审查，以保证故障树逻辑关系的正确性。 应与FMEA工作相结合 应通过FMEA找出影响安全及任务成功的关键故障模式（即I、II类严酷度的故障模式）作为顶事件，建立故障树进行多因素分析，找出各种故障模式组合，为改进设计提供依据。 FTA工作要求 FTA输出的设计改进措施，必须落实到图纸和有关技术文件中 应采用计算机辅助进行FTA 由于故障树定性、定量分析工作量十分庞大，因此建立故障树后，应采用计算机辅助进行分析，以提高其精度和效率。 故障树常用事件符号 故障树常用事件符号 故障树常用逻辑门符号 故障树常用逻辑门符号 故障树常用逻辑门符号 故障树常用逻辑门符号 故障树分析 建立故障树的步骤 广泛收集并分析系统及其故障的有关资料； 选择顶事件； 定义顶事件结构； 确定分支事件结构 简化故障树。 建立故障树步骤： 故障树分析 定义感兴趣的系统 感兴趣的功能； 物理边界； 分析边界； 初始条件； 故障树分析 举例： 故障树分析的步骤： 比较差的顶事件（缺乏主体） 不会启动 比较差的顶事件(缺乏功能性失效和条件) 电机 比较差的顶事件(非特定的功能性失效描述) 电机失效 很好的顶事件 电机启动 失败 建立故障树步骤： 故障树分析 定义顶事件结构： 逻辑结构 最直接的贡献者 故障树分析 使用“与门” 必须出现多个组成单元 多路径（水流、压力、电流等）必须所有的处于一个特定的状态（所有的打开、关闭或者某些组合） 冗余的设备项目必须失效 安全保护必须失效 故障树分析 对于一个事件的发生和环境的存在必须出现多个组成单元 故障树分析 使用“或门” 几个单元中的任意一个 任意一部分 任意一个路径（水流、压力、电流等）处于一个特定的状态（打开或者关闭） 故障树分析 举例 故障树分析的步骤： 故障树分析 在细节的连续水平上分析系统的分支 像顶事件一样，把每一个中间事件扩展到下一水平。 故障树定性分析 目的 寻找顶事件的原因事件及原因事件的组合（最小割集） 发现潜在的故障 发现设计的薄弱环节，以便改进设计 指导故障诊断，改进使用和维修方案 割集、最小割集概念 割集：故障树中一些底事件的集合，当这些底事件同时发生时，顶事件必然发生； 最小割集：若将割集中所含的底事件任意去掉一个就不再成为割集了，这样的割集就是最小割集。 最小割集的意义 最小割集对降低复杂系统潜在事故风险具有重大意义 如果能使每个最小割集中至少有一个底事件恒不发生(发生概率极低)，