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故障树分析Fault Tree Analysis 内容提要 概述 故障树的基本概念 定义 目的、特点 FTA工作要求 常用事件、逻辑门符号 故障树分析 定性分析 定量分析 重要度分析 故障树的简化 概述 切尔诺贝利核泄露事故、美国的挑战者号升空后爆炸和印度的博帕尔化学物质泄露。 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。 泰坦尼克海难 电机故障树 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 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 故障树示例 故障树分析 建树步骤 广泛收集并分析系统及其故障的有关资料； 选择顶事件； 建造故障树； 简化故障树。 分析步骤 建立故障树； 故障树定性分析 故障树定量分析 重要度分析 分析结论：薄弱环节 确定改进措施 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)，则顶事件就恒不发生(发生概率极低) ，系统潜在事故的发生概率降至最低 消除可靠性关键系统中的一阶最小割集，可消除单点故障 可靠性关键系统不允许有单点故障，方法之一就是设计时进行故障树分析，找出一阶最小割集，在其所在的层次或更高的层次增加“与门”，并使“与门”尽可能接近顶事件。 最小割集的意义 最小割集可以指导系统的故障诊断和维修 如果系统某一故障模式发生了，则一定是该系统中与其对应的某一个最小割集中的全部底事件全部发生了。进行维修时，如果只修复某个故障部件，虽然能够使系统恢复功能，但其可靠性水平还远未恢复。根据最小割集的概念，只有修复同一最小割集中的所有部件故障，才能恢复系统可靠性、安全性设计水平。 故障树定性分析 示例 根据与、或门的性质和割集的定义，可方便找出该故障树的割集是： {X1},{X2,X3},{X1,X2,X3},{X2,X1}，{X1,X3} 根据与、或门的性质和割集的定义，可方便找出该故障树的最小割集是： {X1},{X2,X3} 最小割集求解方法 常用的有下行法与上行法两种 下行法求解最小割集 最小割集比较 根据最小割集含底事件数目(阶数)排序，在各个底事件发生概率比较小，且相互差别不大的条件下，