故障樹分析法介紹1.故障樹分析法的產(chǎn)生與特點(diǎn)從系統(tǒng)的角度來說，故障既有因設(shè)備中具體部件〔硬件〕的缺陷和性能惡化所引起的，也有因軟件，如自控裝置中的程序錯(cuò)誤等引起的。此外，還有因?yàn)椴僮魅藛T操作不當(dāng)或不經(jīng)心而引起的損壞故障。20世紀(jì)60年代初，隨著載人宇航飛行，洲際導(dǎo)彈的發(fā)射，以及原子能、核電站的應(yīng)用等尖端和軍事科學(xué)技術(shù)的開展，都需要對(duì)一些極為復(fù)雜的系統(tǒng)，做出有效的可靠性與平安性評(píng)價(jià)；故障樹分析法就是在這種情況下產(chǎn)生的。故障樹分析法簡(jiǎn)稱FTA(FailuteTreeAnalysis)，是1961年為可靠性及平安情況，由美國(guó)貝爾研究室的華特先生首先提出的。其后，在航空和航天的設(shè)計(jì)、維修，原子反響堆、大型設(shè)備以及大型電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。目前，故障樹分析法雖還處在不斷完善的開展階段，但其應(yīng)用范圍正在不斷擴(kuò)大，是一種很有前途的故障分析法?？偟恼f來，故障樹分析法具有以下一些特點(diǎn)。它是一種從系統(tǒng)到部件，再到零件，按“下降形”分析的方法。它從系統(tǒng)開始，通過由邏輯符號(hào)繪制出的一個(gè)逐漸展開成樹狀的分枝圖，來分析故障事件〔又稱頂端事件〕發(fā)生的概率。同時(shí)也可以用來分析零件、部件或子系統(tǒng)故障對(duì)系統(tǒng)故障的影響，其中包括人為因素和環(huán)境條件等在內(nèi)。它對(duì)系統(tǒng)故障不但可以做定性的而且還可以做定量的分析；不僅可以分析由單一構(gòu)件所引起的系統(tǒng)故障，而且也可以分析多個(gè)構(gòu)件不同模式故障而產(chǎn)生的系統(tǒng)故障情況。因?yàn)楣收蠘浞治龇ㄊ褂玫氖且粋€(gè)邏輯圖，因此，不管是設(shè)計(jì)人員或是使用和維修人員都容易掌握和運(yùn)用，并且由它可派生出其他專門用途的“樹”。例如，可以繪制出專用于研究維修問題的維修樹，用于研究經(jīng)濟(jì)效益及方案比擬的決策樹等。由于故障樹是一種邏輯門所構(gòu)成的邏輯圖，因此適合于用電子計(jì)算機(jī)來計(jì)算；而且對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)的故障樹的構(gòu)成和分析，也只有在應(yīng)用計(jì)算機(jī)的條件下才能實(shí)現(xiàn)。顯然，故障樹分析法也存在一些缺點(diǎn)。其中主要是構(gòu)造故障樹的多余量相當(dāng)繁重，難度也較大，對(duì)分析人員的要求也較高，因而限制了它的推廣和普及。在構(gòu)造故障樹時(shí)要運(yùn)用邏輯運(yùn)算，在其未被一般分析人員充分掌握的情況下，很容易發(fā)生錯(cuò)誤和失察。例如，很有可能把重大影響系統(tǒng)故障的事件漏掉；同時(shí)，由于每個(gè)分析人員所取的研究范圍各有不同，其所得結(jié)論的可信性也就有所不同。2.故障樹的構(gòu)成和頂端事件的選取一個(gè)給定的系統(tǒng)，可以有各種不同的故障狀態(tài)〔情況〕。所以在應(yīng)用故障樹分析法時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)任務(wù)要求選定一個(gè)特定的故障狀態(tài)作為故障樹的頂端事件，它是所要進(jìn)行分析的對(duì)象和目的。因此，它的發(fā)生與否必須有明確定義；它應(yīng)當(dāng)可以用概率來度量；而且從它起可向下繼續(xù)分解，最后能找出造成這種故障狀態(tài)的可能原因。構(gòu)造故障樹是故障樹分析中最為關(guān)鍵的一步。通常要由設(shè)計(jì)人員、可靠性工作人員和使用維修人員共同合作，通過細(xì)致的綜合與分析，找出系統(tǒng)故障和導(dǎo)致系統(tǒng)該故障的諸因素的邏輯關(guān)系，并將這種關(guān)系用特定的圖形符號(hào)，即事件符號(hào)與邏輯符號(hào)表示出來，成為以頂端事件為“根”向下倒長(zhǎng)的一棵樹—故障樹。它的根本結(jié)構(gòu)及組成局部如圖1-1所示。

圖1-1

故障樹的根本結(jié)構(gòu)3.故障樹用的圖形符號(hào)在繪制故障樹時(shí)需應(yīng)用規(guī)定的圖形符號(hào)。它們可分為兩類，即邏輯符號(hào)和事件符號(hào)，其中常用的符號(hào)分別如圖1-2和圖1-3所示。

圖1-2

邏輯符號(hào)圖1-3

事件符號(hào)圖1-4是應(yīng)用這些圖形符號(hào)繪制的一個(gè)較為簡(jiǎn)單的故障樹形式。根據(jù)這種故障樹，就可以從選定的系統(tǒng)故障狀態(tài)，即頂端事件開始，逐級(jí)地找出其上一級(jí)與下一級(jí)的邏輯關(guān)系，直至最后追溯到那些初始的或其故障機(jī)理及故障概率為的，因而不需要繼續(xù)分析的根本領(lǐng)件時(shí)為止。這樣，就可得出這個(gè)系統(tǒng)所有根本領(lǐng)件與其頂端事件之間的邏輯關(guān)系。在大多數(shù)情況下，故障樹都是由與門及或門綜合組成。因此，在各根本領(lǐng)件均為獨(dú)立事件的條件下，即可利用事件的和、積、補(bǔ)等布爾代數(shù)的根本運(yùn)算法那么，列出這個(gè)系統(tǒng)的故障函數(shù)〔系統(tǒng)故障與根本領(lǐng)件的邏輯關(guān)系〕。隨后，就可進(jìn)一步對(duì)頂端事件做出定性的或定量的分析。下面我們以圖1-4所示的故障樹為例，試用上述方法進(jìn)行系統(tǒng)故障分析。

圖1-4

故障樹的形式

①，②，③，④--根本領(lǐng)件X1，X2，X3，X

圖1-5

一項(xiàng)軸承故障分析的典型故障樹

自或門；

不完全事件；口與門；口事件；○根本領(lǐng)件；△事件轉(zhuǎn)移【例1】試分析圖1-4所示的故障樹，并列出該系統(tǒng)的故障函數(shù)。解：由圖可知，本例為一個(gè)兩級(jí)故障樹。即系統(tǒng)故障的頂端事件F是由第一級(jí)部件A的故障事件XA和部件B的故障事件XB的或門組成〔圖中還有一個(gè)菱形事件符號(hào)，表示該事件的原因未明或者對(duì)系統(tǒng)故障影響很小，可不予考慮〕，故有：F(x)=XAUXB的邏輯關(guān)系；而第二級(jí)那么有由根本領(lǐng)件X1和X2組成的或門，還有由根本領(lǐng)件X3和X4所組成的或門。因此有：

XA=X1UX2及XB=X3∩X4；代入第一級(jí)關(guān)系式中得：F=XAUXB=(X1UX2〕U(X3∩X4〕，故系統(tǒng)失效函數(shù)可簡(jiǎn)寫為：F(x)=X1+X2+X3+X4上式表示出了頂端事件即這個(gè)系統(tǒng)的故障與其四個(gè)根本領(lǐng)