學(xué)習(xí)目標(biāo)：本章介紹設(shè)備故障診斷的邏輯方法。了解故障樹分析與診斷方法；理解故障模式、影響和致命度分析方法；了解其它邏輯方法。第十章設(shè)備故障診斷的邏輯方法第一節(jié)故障樹分析與診斷

故障樹分析（FTA，F(xiàn)aultTreeAnalysis）是可靠性設(shè)計(jì)的一種有效方法，也可以成為故障診斷技術(shù)中的一種有效方法。故障樹分析是一種針對(duì)某個(gè)特定的不希望事件的演繹推理分析，是一種將系統(tǒng)故障形成的原因進(jìn)行由總體至部件按樹枝狀逐級(jí)細(xì)化的分析方法。故障樹提出的背景基于故障的層次特性，其故障成因和后果的關(guān)系往往具有很多層次并形成一連串的因果鏈，加之一因多果或一果多因的情況就構(gòu)成了“樹”或“網(wǎng)”。在整個(gè)因果鏈或其中一段中，凡屬“由因求果”就是正問題，是尋求可能發(fā)生什么樣的系統(tǒng)狀態(tài)（通常是找系統(tǒng)故障狀態(tài)）的過程，如事件樹分析就是解決這類問題的一種方法；而“由果求因”就是逆問題，是尋求怎樣才能發(fā)生某個(gè)特定的系統(tǒng)狀態(tài)（通常是找部件故障模式）的過程。故障樹分析法就是一種由果到因的演繹分析方法。

故障樹分析在工程上的應(yīng)用主要是：在設(shè)計(jì)中，應(yīng)用FTA可以幫助設(shè)計(jì)者弄清系統(tǒng)的故障模式和成功模式；預(yù)測系統(tǒng)的安全性和可靠性，評(píng)價(jià)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)；衡量元、部件對(duì)系統(tǒng)的危害度和重要度，找出系統(tǒng)或設(shè)備的薄弱環(huán)節(jié)，以便在設(shè)計(jì)中采取相應(yīng)的改進(jìn)措施；通過故障樹模擬分析，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化。在管理和維修中可進(jìn)行事故分析和系統(tǒng)故障分析；制定故障診斷和檢修流程，尋找故障檢測最佳部位和分析故障原因；完善使用方法，制定維修決策，以便采取有效的維修措施，切實(shí)預(yù)防故障的發(fā)生。第一節(jié)故障樹分析與診斷

在故障樹分析中，一般是把所研究系統(tǒng)最不希望發(fā)生的故障狀態(tài)作為辨識(shí)和估計(jì)的目標(biāo)，這個(gè)最不希望發(fā)生的系統(tǒng)故障事件稱為頂事件（也稱終端事件）；

然后在一定的環(huán)境與工作條件下，首先找出導(dǎo)致頂事件發(fā)生的必要和/或充分的直接原因，這些原因可能是部件中硬件失效、人為差錯(cuò)、環(huán)境因素以及其它有關(guān)事件等因素，把它們作為第二級(jí)。

依次再找出導(dǎo)致第二級(jí)故障事件發(fā)生的直接因素作為第三級(jí)，如此逐級(jí)展開，一直追溯到那些不能再展開或毋需再深究的最基本的故障事件為止。

這些不能再展開或毋需再深究的最基本的故障事件稱為底事件（也稱初始事件）；

而介于頂事件和底事件之間的其它故障事件稱為中間事件。

把頂事件、中間事件和底事件用適當(dāng)?shù)倪壿嬮T自上而下逐級(jí)連結(jié)起來所構(gòu)成的邏輯結(jié)構(gòu)圖就是故障樹。下面較低一級(jí)的事件是門的輸入，上面較高一級(jí)的事件是門的輸出。通常把僅含故障事件以及與門、或門的故障樹叫做正規(guī)故障樹。第一節(jié)故障樹分析與診斷序號(hào)名稱說明1基本門與門僅當(dāng)所有輸入事件都發(fā)生時(shí)，輸出事件才發(fā)生。與門表示了輸入與輸出之間的一種因果關(guān)系。2或門至少一個(gè)輸入事件發(fā)生時(shí)，輸出事件才發(fā)生?；蜷T并不傳遞輸入與輸出的因果關(guān)系，輸入故障不是輸出故障的確切原因，只表示輸入故障來源的信息。3非門輸出事件是輸入事件的對(duì)立關(guān)系。4修正門順序與門僅當(dāng)輸入事件按規(guī)定的順序依次發(fā)生時(shí)，輸出事件才發(fā)生。5持續(xù)時(shí)間與門僅當(dāng)輸入事件發(fā)生并持續(xù)一定時(shí)間時(shí)，才導(dǎo)致輸出事件發(fā)生。6表決門僅當(dāng)n個(gè)輸入事件中有r個(gè)或r個(gè)以上的事件發(fā)生時(shí)，輸出事件才發(fā)生。7異或門（互斥或門）在或門諸輸入事件中，僅當(dāng)單個(gè)事件發(fā)生時(shí)，輸出事件才發(fā)生。8特殊門禁門僅當(dāng)條件事件發(fā)生時(shí)，單個(gè)輸入事件的發(fā)生才導(dǎo)致輸出事件的發(fā)生。9其它的特殊門，如真值門、累加門、矩陣門等等，在此不一一贅述。表10-1邏輯門故障樹分析法的特點(diǎn)是：直觀、形象靈活、方便通用、可算故障樹分析有定性分析和定量分析對(duì)故障樹進(jìn)行定性分析的主要目的是為了找出導(dǎo)致頂事件發(fā)生的所有可能的故障模式，也即弄清系統(tǒng)（或設(shè)備）出現(xiàn)某種最不希望的故障事件有多少種可能性。對(duì)故障樹進(jìn)行定量分析的主要目的是求頂事件發(fā)生的特征量（如可靠度、重要度、故障率、累積故障概率、首次故障時(shí)間等）和底事件的重要度。第一節(jié)故障樹分析與診斷第二節(jié)故障模式、影響和致命度分析一、概述故障模式及影響分析（FMEA，F(xiàn)aultModeandEffectAnalysis）和上一節(jié)所介紹的故障樹分析（FTA）都是從體系上分析系統(tǒng)故障的方法，但兩者層次分析的方向、特點(diǎn)和手段是不同的。FMEA是利用表格逐一分析系統(tǒng)中每個(gè)可能發(fā)生的故障模式（原因）對(duì)系統(tǒng)所產(chǎn)生的影響（后果），并把每個(gè)可能發(fā)生的故障模式按其嚴(yán)重程度予以分級(jí)評(píng)價(jià)的一種分析方法。這種方法本質(zhì)上是一種定性的歸納邏輯推理，它是研究零件、部件等下一級(jí)故障對(duì)上一級(jí)子系統(tǒng)和系統(tǒng)影響的、自下而上的正向分析方法，以便對(duì)系統(tǒng)不同結(jié)構(gòu)層次的故障模式進(jìn)行預(yù)測模擬。為了能將FMEA用于定量分析，在其基礎(chǔ)上增加了致命度分析（CA，CriticalityAnalysis）的內(nèi)容，發(fā)展成為故障模式、影響和致命度分析（FMECA）。FMECA基本上包括以下內(nèi)容：故障模式分析；故障影響分析；預(yù)防故障的措施和補(bǔ)償控制；故障致命度分析。對(duì)于FMEA只包括前三項(xiàng)。第二節(jié)故障模式、影響和致命度分析FMEA與FMECA的特點(diǎn)是：⑴利用邏輯表格系統(tǒng)地列舉構(gòu)成系統(tǒng)零、部件的所有故障模式，然后進(jìn)行單一的故障模式輸入，逐一探討故障模式對(duì)各層次、乃至最終系統(tǒng)的影響，是從可靠性角度對(duì)部件和系統(tǒng)故障進(jìn)行的歸納性概念分析。⑵該方法主要用于設(shè)計(jì)階段，是在新系統(tǒng)的設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)中應(yīng)用已有的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)來預(yù)測故障的后果。⑶該方法以硬件為中心，原則上用于硬件故障模式的模擬和分析，對(duì)潛在的故障按其影響程度確定等級(jí)，提出系統(tǒng)的改進(jìn)措施，為系統(tǒng)或設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)和維修規(guī)劃提供有效數(shù)據(jù)。第二節(jié)故障模式、影響和致命度分析二、致命度分析如前所述，致命度分析（CA）是在FMEA的基礎(chǔ)上擴(kuò)展成的定量分析，是根據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范對(duì)故障后果的危害程度進(jìn)行的綜合評(píng)定和分級(jí)，可以獲得影響系統(tǒng)功能的關(guān)鍵故障模式，故總稱為故障模式、影響和致命度分析（FMECA，F(xiàn)ailureMode，EffectandCriticalityAnalysis）。針對(duì)關(guān)鍵故障模式進(jìn)行故障機(jī)理分析并采取預(yù)防措施，不僅可減少故障機(jī)理分析的工作量，而且可大大提高系統(tǒng)的可靠性。1．故障程度的分類為對(duì)故障后果進(jìn)行綜合評(píng)定，不同的國家及公司采用了不同的標(biāo)準(zhǔn)、等級(jí)和分類方法。應(yīng)考慮以下諸因素：第二節(jié)故障模式、影響和致命度分析⑴故障發(fā)生頻率系統(tǒng)在執(zhí)行一次任務(wù)期間，某個(gè)故障模式發(fā)生的次數(shù)與系統(tǒng)總故障次數(shù)之比，稱這對(duì)應(yīng)于該故障模式的故障發(fā)生頻率，其極限意義即為故障發(fā)生概率。故障發(fā)生頻率可根據(jù)試驗(yàn)和現(xiàn)場數(shù)據(jù)推斷，當(dāng)不能準(zhǔn)確求出故障頻率值時(shí)，可采用表10-2所示的評(píng)分法。等級(jí)程度發(fā)生頻率評(píng)分1很高：非常頻繁發(fā)生≥0.24－52高：經(jīng)常發(fā)生0.1－0.23－43中：偶爾發(fā)生0.01－0.124低：很少發(fā)生0.001－0.0115極低：幾乎不可能發(fā)生≤0.0010表10-2故障發(fā)生頻率分類

第二節(jié)故障模式、影響和致命度分析⑵故障嚴(yán)重度故障嚴(yán)重度亦稱故障等級(jí)，是故障模式對(duì)系統(tǒng)級(jí)層次影響的嚴(yán)重程度?？刹捎帽?0-3所示的分類方法，以及半定量化的評(píng)分?jǐn)?shù)值。等級(jí)名稱程度評(píng)分修復(fù)情況1致命系統(tǒng)、環(huán)境和人員損失重大，可能導(dǎo)致人員傷亡。7-10一般不可修復(fù)，經(jīng)濟(jì)上不合算。2嚴(yán)重

系統(tǒng)功能明顯惡化，組成層次嚴(yán)重故障，系統(tǒng)和環(huán)境損失較大，可能導(dǎo)致人員重傷。4-7不能立即修復(fù)，修復(fù)時(shí)間較長。3一般

系統(tǒng)功能下降，組成層次惡化，系統(tǒng)和環(huán)境損失較小，對(duì)人員無明顯傷害。2-4采取事后維修，可立即修復(fù)。4輕微系統(tǒng)功能正常，組成層次異常<2采取“調(diào)整型”維修后，即能修復(fù)。表10-3故障嚴(yán)重度分類第二節(jié)故障模式、影響和致命度分析⑶故障可檢測的難易程度故障模式的可測試性和可診斷性是系統(tǒng)診斷能力的固有屬性。其主要衡量指標(biāo)是故障檢出率、故障隔離率、誤診率、故障誤隔離率和分辨率等。為了評(píng)定故障模式可檢測的難易程度，可按表10-4所列的方法分類評(píng)分。等級(jí)程度評(píng)分1需用專門測試儀器進(jìn)行精密診斷3-52需用通用設(shè)備進(jìn)行簡易診斷23由人的感官感知

1表10-4故障可檢測程度的分類第二節(jié)故障模式、影響和致命度分析2．致命度的定量分析將上述故障模式發(fā)生頻率、嚴(yán)重度和可檢測難易程度的評(píng)分值相乘，便得到故障后果綜合的評(píng)分值，將不同故障模式的綜合評(píng)分值按由大到小的順序排列，就得到FMECA的定時(shí)數(shù)值，即危險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)。對(duì)那些危險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)大的故障模式必須重點(diǎn)分析故障機(jī)理，尋找故障原因，研究故障監(jiān)控與診斷以及預(yù)防的方法和技術(shù)，對(duì)于那些嚴(yán)重度高的故障模式，凡屬于安全法規(guī)規(guī)定的項(xiàng)目都是安全保證的內(nèi)容；對(duì)于那些發(fā)生頻率高的故障模式，應(yīng)進(jìn)行以排除故障產(chǎn)生根源為重點(diǎn)，在設(shè)計(jì)方面實(shí)施改進(jìn)措施，采取在硬件方面防止故障再發(fā)生的對(duì)策；對(duì)那些未檢出率高的故障模式，也應(yīng)消除故障原因，如果不能充分做到這一點(diǎn)，則應(yīng)以檢測故障為重點(diǎn)，在改進(jìn)檢測質(zhì)量和診斷技術(shù)上下功夫。第二節(jié)故障模式、影響和致命度分析第三節(jié)其它邏輯方法一、工程邏輯法工程邏輯方法包括歸納與演繹、綜合與分析、比較與分類等等。其基本步驟為：1．用假設(shè)驗(yàn)證法分析故障；2．列出故障成因關(guān)系并提出處理意見。其過程如下：階段A

問題A

假設(shè)1、2、……

驗(yàn)證1、2、……

結(jié)論A階段B

問題B

假設(shè)1、2、……

驗(yàn)證1、2、……

結(jié)論B……分析完畢后將分析過程作出總結(jié)，列出其相互關(guān)系并提出處理意見。二、框圖法將產(chǎn)生故障的各種原因根據(jù)它們的前后關(guān)系，以簡單的框圖形式排列出來，再據(jù)此逐一排除非故障原因，找出真正的故障原因。三、魚刺圖法魚刺圖法類似于框圖法。事實(shí)上，以上三種方法不僅用于設(shè)備故障診斷領(lǐng)域，它們?cè)诠こ?、管理等眾多領(lǐng)域中都有應(yīng)用。第三節(jié)其它邏輯方法小結(jié)故障樹分析是一種針對(duì)某個(gè)特定的不希望事件的演繹推理分析，是一種將系統(tǒng)故障形成的原因進(jìn)行由總體至部件按樹枝狀逐級(jí)細(xì)化的分析方法。其特點(diǎn)是：直觀、形象；靈活、方便；通用、可算。FMECA包括：故障模式分析；故障影響分析；預(yù)防故障的措施和補(bǔ)償控制；故障致命度分析。FMEA僅包括前三項(xiàng)，是定性分析。CA指最后一項(xiàng)，是在FMEA的基礎(chǔ)上擴(kuò)展成的定量分析。其它邏輯方法包括工程邏輯法、框圖法、魚刺圖法等。問題與回答互動(dòng)時(shí)間一、單項(xiàng)選擇題（在備選答案中選出一個(gè)正確答案，并將其號(hào)碼填在題干中的橫線上）1．在故障樹分析中，最不希望發(fā)生的系統(tǒng)故障事件稱為

。

A、頂事件B、中間事件C、底事件2．故障模式、影響和致命度分析中，應(yīng)將故障發(fā)生頻率、故障嚴(yán)重度、故障可檢測的難易程度評(píng)分值

，便得到故障后果綜合的評(píng)分值。

A、相加B、取平均值C、相乘D、取加權(quán)平均二、判斷題（在括號(hào)內(nèi)選擇打“√”或“×”）

1．故障樹分析法就是一種“由因求果”的演繹分析方法。（）2．把頂事件、中間事件和底事件用適當(dāng)?shù)倪壿嬮T自上