第五章故障树概念.ppt

第一节 概述 可 靠 性 设 计 故障树分析 第 五 章 1992年3月22日发射美制澳大利亚通讯卫星的长征二号捆绑火箭点火后出现故障，火箭实施自动紧急自动关机，未能发射成功。 故障原因： 助推器发动机点火后，一、三级助推器发动机氧化剂副系统电爆管误爆，使一、三级助推器发动机关机。误爆是由于点火控制电路中的程序配电器第四、五接触点之间有微量铝质多余物，接点闭合后产生高温引起爆燃，使上述电爆管误爆，这个事件纯属极小概率事件。 ?能否在设计阶段查找可能使系统产生故障的原因并及时改进？ ?在制造、试验、使用、维修过程中如何查找故障原因？ 采用故障树分析法(FTA) 数以万计的元件，怎么找？ 60年代发展起来的用于大型复杂系统可靠性、安全性分析和风险评价的一种方法。1962年用于导弹发射控制系统的可靠性分析。 一、FTA的含义 FTA：是一种系统化的演绎方法，它以系统不希望发生的一个事件（顶事件）作为分析的目标。 第一步去寻找所有引起顶事件的直接原因（中间事件）； 第二步再分别找上述每个直接原因的所有直接原因，依次进行，直至最基础的直接原因（底事件）。 用一定符号建树，表达上面的关系，用以找出系统内可能存在的元件失效、环境影响、软件缺陷和人为失误等各种因素（底事件）和系统失效（顶事件）之间的逻辑关系。 可以定量地研究“底事件”对“顶事件”的影响的一种分析方法。俗称“打破砂锅问到底”的方法。 二、基本特点 1、针对系统的不希望事件（顶事件），即某种特定的故障形式进行分析，而非一般性分析。 2、FTA 是一种由上而下（由系统到元件）的系统完整的失效因果关系的分析程序。旨在不漏过一个基本故障模式。 3、FTA对系统可靠性可以定性分析、也可以定量分析，它使用树形图来进行分析，便于采用计算机辅助建树和编程计算。 符号： T ?中间事件：位于顶事件和底事件之间。 ?底事件：位于故障树底部的事件，在已建成的故障树中，不必再要求分解了。 符号： 符号： X E X 基本事件 未探明事件 三、故障树分析的术语与符号 ?顶事件：是指被分析的系统不希望发生的事件， 它位于故障树的顶端。 符号： ?或门：表示至少一个输入事件发生时，输出事件才发生。 符号： ● ＋ 例： ?与门：表示事件关系的一种逻辑门，只有当输入与门的所有输入事件同时发生时，门的输出事件才 发生。 2、选择顶事件（结果，不希望事件） 顶事件应是致命度高的。 妨碍完成任务、对安全构成威胁、严重影响经济效益 如：电视机无图像、无伴音；无人控制的人造卫星的通讯中断等。 一个系统可以选不同的顶事件，建几个故障树。 3、建立故障树 从上而下逐级建树，顶事件写在最上方框内，引起顶事件的全部直接原因事件写在第二排，顶事件与这些原因事件用逻辑门相联接。这样一级一排，逐级分析下去，直到最底层不再分解的原因事件（底事件）为止。 如图是一个供水系统，E为水箱，此系统的规定功能是向B侧供水。 例5-1： 四、实施步骤 1、熟悉分析对象 熟悉产品任务书、原理图、操作规程、维修规程等。 了解产品与零件间的功能关系、使用环境、人员有关情况，使用维修情况。 确定故障判据。 故障树： B侧无水 ＋ 泵系统故障 ＋ 支路1故障 E ● L1 故障 F 支路2故障 L2 故障 S1 故障 ＋ S2 故障 水泵1 水泵2 E B F L1 L2 S1 S2 四、可靠性框图与故障树的关系 串联可靠性框图： 1 2 … n T ＋ X1 Xn … 故障树： 并联可靠性框图： 1 2 … n T ● X1 Xn … 建造故障树的根本目的是定量分析系统失效情况。前面已讲过用系统的可靠性框图定量地计算系统的可靠度问题，现用系统的故障树定量地计算系统的失效概率。 按此系统框图画出等价故障树。 A B C E F D 使用故障树是为了对被研究复杂系统产生的故障进行定量分析。 但有时由于： (1)底事件失效概率不全； (2)不具备分析软件等原因不能进行定量分析。 因此，也应会用其故障树对系统失效的情况进行定性分析。 第二节 故障树的定性分析 一、结构函数理论 设T 为故障树的顶事件， 为故障树的n 个互相独立的底事件的集合。 令： 底事件i发生（单元i故障） 底事件i不发生（单元i正常） 顶事件i发生（系统故障） 顶事件i不发生（系统正常） 底事件i的状态变量 顶事件的状态变量 顶事件的出现与否取决于各底事件的状态，故T的取值取决于Xi 的取值，则有： 此为故障树的结构函数。 1、与门故障树结构函数 T ● X1 Xn … 当所有底事件都出现时，顶事件才会出现。 2、或门故障树结构函数 ＋ T X1 Xn … 只要有一个底事件出现，顶事件就出