故障樹(shù)分析法簡(jiǎn)介及其應(yīng)用過(guò)程綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u278591.1故障樹(shù)分析法 1102831.2故障樹(shù)術(shù)語(yǔ)符號(hào) 238131.3故障樹(shù)的構(gòu)建步驟 3269791.3.1建樹(shù)的基本規(guī)則 3253661.3.2建樹(shù)的基本步驟 4314631.4故障樹(shù)的分析過(guò)程 48761.5故障樹(shù)的規(guī)范化與簡(jiǎn)化 676501.5.1故障樹(shù)規(guī)范化 616911.5.2故障樹(shù)的簡(jiǎn)化 61.1故障樹(shù)分析法故障樹(shù)分析法：汽車(chē)是由多個(gè)不同功能的子系統(tǒng)構(gòu)成的復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)，所以它的產(chǎn)生緣由往往更加復(fù)雜，運(yùn)用故障樹(shù)分析法進(jìn)行汽車(chē)故障原因診斷，效果較好。故障樹(shù)的基本概念：是一種將系統(tǒng)故障形成的原因由整體到部分按樹(shù)枝狀逐漸戲畫(huà)的邏輯細(xì)分方法，目的是確定故障的原因、影響因素和發(fā)生概率。故障樹(shù)分析法不僅可以定性分析故障發(fā)生的機(jī)理，還能定量預(yù)測(cè)故障發(fā)生的概率。故障樹(shù)分析法簡(jiǎn)便、直觀，可以一目了然的看出故障原因與形成過(guò)程，能發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題有利于防患于未來(lái)和預(yù)報(bào)故障。故障樹(shù)分析方法基于故障模式影響和后果分析方法，這是一種以樹(shù)狀方式從整體到局部逐步分析系統(tǒng)故障原因的方法。故障樹(shù)分析方法通過(guò)分析系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，完成系統(tǒng)的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)備故障的預(yù)測(cè)和診斷。它是一種安全性和可靠性分析技術(shù)，可以預(yù)測(cè)，預(yù)防，并明顯地分析和控制系統(tǒng)故障?；诠收蠘?shù)分析的故障診斷技術(shù)在實(shí)際系統(tǒng)故障診斷中有著廣泛的應(yīng)用。故障樹(shù)分析方法現(xiàn)在被認(rèn)為是一種簡(jiǎn)單，可靠，有效的系統(tǒng)故障診斷方法?；诠收蠘?shù)分析的故障診斷方法在實(shí)際故障診斷中有著廣泛的應(yīng)用。尤其是近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的逐漸成熟和計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序的普及，直觀的Windows圖形界面使故障樹(shù)分析方法變得更加廣泛，基于故障樹(shù)分析的故障診斷理論研究已經(jīng)逐漸成熟，而且在未來(lái)?yè)碛休^大的市場(chǎng)空間。故障樹(shù)分析，故障模式和影響臨界分析等各種可靠性軟件已經(jīng)開(kāi)始從實(shí)驗(yàn)室出來(lái)，并且從單功能軟件到網(wǎng)絡(luò)。智能和專(zhuān)家系統(tǒng)以及人工智能的發(fā)展正朝著傻瓜和傻瓜發(fā)展。商業(yè)化。目前，故障樹(shù)分析方法已廣泛應(yīng)用于航空航天，航空，核能，電子，化工，機(jī)械等行業(yè)，具有廣闊的發(fā)展前景。1.2故障樹(shù)術(shù)語(yǔ)符號(hào)故障樹(shù)分析是一種圖形演繹的故障分析方法，所以在故障樹(shù)圖中，常使用一些符號(hào)或表示事件與原因之間的因果、邏輯關(guān)系。將系統(tǒng)故障形成的原因進(jìn)行分析，畫(huà)出邏輯關(guān)系圖（即故障樹(shù)），確定系統(tǒng)故障的原因和發(fā)生概率。其常用的符號(hào)可分為兩類(lèi)：代表故障事件的符號(hào)，以及聯(lián)系事件之間的邏輯門(mén)符號(hào)。故障樹(shù)分析法的常用符號(hào)及其含義見(jiàn)下表2-2故障樹(shù)分析法常用符號(hào)及含義。表2-1故障樹(shù)分析法常用符號(hào)及含義符號(hào)名稱(chēng)含義矩形符號(hào)故障事件表示底事件之外的所有中間事件和頂事件圓形符號(hào)基本事件表示初始事件，是不能再分解的事件。是故障發(fā)生的基本原因。屋形符號(hào)非故障性事件表示偶然發(fā)生的非故障事件菱形符號(hào)省略事件表示暫時(shí)不分析或發(fā)生概率小的事件與門(mén)符號(hào)(AND)與邏輯關(guān)系事件、……同時(shí)發(fā)生，事件A才會(huì)發(fā)生或門(mén)符號(hào)（OR）或邏輯關(guān)系事件、……有一個(gè)發(fā)生，事件A就會(huì)發(fā)生1.3故障樹(shù)的構(gòu)建步驟1.3.1建樹(shù)的基本規(guī)則FTA將系統(tǒng)的故障事件（故障狀態(tài)）作為故障樹(shù)的頂級(jí)事件（由指定的邏輯符號(hào)表示），并找出導(dǎo)致該不良事件的所有可能的直接因素和原因。它們從處于過(guò)渡狀態(tài)的中間事件開(kāi)始，然后逐步進(jìn)行深入分析。直到找到事故的根本原因，即故障樹(shù)的底部事件，這些底部事件也稱(chēng)為基本事件。他們的數(shù)據(jù)是已知的。還是有統(tǒng)計(jì)或?qū)嶒?yàn)結(jié)果。FTA通?？煞譃橐韵聨讉€(gè)階段：選擇合理的最高事件以及系統(tǒng)的分析邊界和定義范圍，并確定成功和失敗的標(biāo)準(zhǔn)；通過(guò)收集技術(shù)數(shù)據(jù)，在設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)經(jīng)理的幫助下，建立故障樹(shù)，這是FTA的核心部分之一；簡(jiǎn)化或模塊化故障樹(shù)；定性分析并找到故障樹(shù)的所有最小割集。如果剪切集的數(shù)量太大，則可以通過(guò)程序“概率截?cái)唷被颉案罴財(cái)唷眮?lái)進(jìn)行；在定量分析中，現(xiàn)階段還有很多任務(wù)，除了重要度分析和敏感性分析之外，還包括計(jì)算發(fā)生頂部事件的概率，即系統(tǒng)的點(diǎn)，無(wú)效性和區(qū)間無(wú)效性。故障樹(shù)的構(gòu)建是FTA方法的關(guān)鍵。故障樹(shù)構(gòu)造的完整性將直接影響其定性分析和定量計(jì)算的準(zhǔn)確性。實(shí)際上，構(gòu)建樹(shù)的過(guò)程通常是一個(gè)迭代過(guò)程，并且應(yīng)該廣泛地學(xué)習(xí)和掌握設(shè)計(jì)，使用等。憑借該領(lǐng)域的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仔細(xì)而透徹的分析，反復(fù)討論和修改，將使故障樹(shù)的構(gòu)建更加完善。目前尚無(wú)有效的統(tǒng)一建立方法，但通常采用演繹法。此方法首先選擇系統(tǒng)中不希望出現(xiàn)的故障事件作為最高事件，然后第一步是直接查找最高事件。各種可能的因素或發(fā)生的因素組合，例如硬件故障，軟件故障，環(huán)境因素，人為因素第二步是在第一步中找出導(dǎo)致這些因素的直接原因。按照此方法逐步推導(dǎo)，并追溯到導(dǎo)致系統(tǒng)故障的所有原因，即分析到不需要繼續(xù)分析原因的最底層事件。然后，將所有級(jí)別的事件與具有適合它們之間的邏輯關(guān)系的相應(yīng)符號(hào)和邏輯門(mén)的最高事件相連，并構(gòu)建以最高事件為根，中間事件為節(jié)點(diǎn)，最低事件為葉的樹(shù)，具有若干節(jié)的倒置故障樹(shù)。1.3.2建樹(shù)的基本步驟首先，分析系統(tǒng)的各個(gè)組成部分的功能，結(jié)構(gòu)，原理，故障狀態(tài)，故障因素和影響，并進(jìn)行深入而透徹的了解，以確定不希望的最高事件。從這一點(diǎn)開(kāi)始，找出所有級(jí)別的事件。所有可能的直接原因，并使用故障樹(shù)的符號(hào)指示各種事件和邏輯關(guān)系，直到分析了所有類(lèi)型的底部事件為止。通常，請(qǐng)按照以下步驟構(gòu)建樹(shù)：熟悉系統(tǒng)：對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行故障樹(shù)分析之前，創(chuàng)建者應(yīng)首先對(duì)系統(tǒng)的功能，結(jié)構(gòu)，原理，故障狀態(tài)，故障因素及其影響等有深刻而透徹的了解，并收集技術(shù)信息關(guān)于系統(tǒng)。這是機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)工作。確定頂事件：可以根據(jù)我們的研究對(duì)象選擇最高事件，通常最高事件是指系統(tǒng)不希望發(fā)生的故障事件。為了能夠進(jìn)行分析，最重要的事件必須有一個(gè)清晰的定義，可以進(jìn)行定量評(píng)估，并且可以進(jìn)一步分解其發(fā)生的原因。一個(gè)系統(tǒng)可能有多個(gè)意外事件。因此，可以建立多個(gè)故障樹(shù)。但是，只能從一個(gè)不希望的事件中分析故障樹(shù)。這就需要選擇最相關(guān)的事件進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析。建立的開(kāi)始事件是最高事件。構(gòu)造和發(fā)展故障樹(shù)：從頂部事件開(kāi)始，逐步找出所有級(jí)別的事件的所有可能直接原因，并使用故障樹(shù)的符號(hào)指示各種事件及其與邏輯事件的關(guān)系，直到發(fā)生底部事件為止，整個(gè)故障問(wèn)題被分析。顯然，為復(fù)雜的系統(tǒng)構(gòu)造故障樹(shù)需要大量的工作。建立方法一般分為兩類(lèi)：第一類(lèi)是人工建立，基礎(chǔ)是演繹方法，即系統(tǒng)各個(gè)層次故障事件的邏輯推理。第二類(lèi)是計(jì)算機(jī)輔助構(gòu)造，這是一個(gè)非常困難的研究主題。簡(jiǎn)化故障樹(shù)：構(gòu)建故障樹(shù)時(shí)，有必要從故障樹(shù)的最低層開(kāi)始，逐層寫(xiě)出上層事件與下層事件之間的邏輯關(guān)系，直至頂事件的發(fā)生，并結(jié)合邏輯運(yùn)算方法進(jìn)行進(jìn)一步的分析和計(jì)算，刪除冗余事件。1.4故障樹(shù)的分析過(guò)程應(yīng)用故障樹(shù)分析故障時(shí)，過(guò)程如下：設(shè)定系統(tǒng)一個(gè)清晰的定義，選擇可能發(fā)生的故障事件作為頂?shù)氖录?；定義系統(tǒng)故障，分析各種故障原因；制作故障樹(shù)邏輯圖；對(duì)故障樹(shù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行定性分析；對(duì)故障樹(shù)進(jìn)行定性分析對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量分析。對(duì)故障樹(shù)進(jìn)行定性分析的目的是找出導(dǎo)致頂事件發(fā)生的所有可能的故障模式，即找出在系統(tǒng)中發(fā)生多少最不希望的事件的可能組合，以進(jìn)行故障診斷，找到系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié)。這可以通過(guò)分析故障樹(shù)并確定系統(tǒng)的最小割集來(lái)解決。在定性分析中，階級(jí)越小的割集越重要。在低階最小割集中出現(xiàn)的底事件比高階最小割集中的底事件重要。在最小割集階數(shù)相同的情況下，在不同最小割集中重復(fù)次數(shù)的次數(shù)越多的底事件越重要。如果故障樹(shù)中同時(shí)存在幾個(gè)罕見(jiàn)事件，則將導(dǎo)致發(fā)生頂事件（系統(tǒng)故障）。這些底部事件的集合稱(chēng)為割集。也就是說(shuō)，割集代表發(fā)生系統(tǒng)故障的可能性，并且當(dāng)故障樹(shù)的某些底部事件未發(fā)生時(shí)，它可以保證不會(huì)發(fā)生頂事件，則此集是叫做路集。道路設(shè)置代表系統(tǒng)的正常狀態(tài)模式，在故障樹(shù)的割集中，如果任意刪除了一個(gè)底部事件，則不再是割集，則將該割集稱(chēng)為最小割集；換句話說(shuō)，最小割集指的是最低事件的最小數(shù)目，而最必要的割集是指底部事件。因?yàn)榘l(fā)生了最小割集的設(shè)定，所以必須發(fā)生最頂事件。故障樹(shù)的所有割集的完整集合表示發(fā)生頂事件的所有可能性。即給定系統(tǒng)的所有故障原因的組合。因此，最小割集的意義在于描述對(duì)于處于故障狀態(tài)的系統(tǒng)必須修復(fù)的底事件，并指出系統(tǒng)的最薄弱環(huán)節(jié)。對(duì)故障樹(shù)進(jìn)行定性分析的主要任務(wù)是根據(jù)構(gòu)建的故障樹(shù)找到其最小割集。定量分析是分析系統(tǒng)故障的可靠性方法，它能計(jì)算故障事件（頂事件）的概率，以評(píng)估系統(tǒng)可靠性。定量分析的主要目的是計(jì)算頂事件的發(fā)生概率、確定底事件的重要度。汽車(chē)系統(tǒng)的故障是隨機(jī)的和偶然的，發(fā)生故障的概率可以通過(guò)發(fā)生的概率來(lái)測(cè)量。因此，根據(jù)系統(tǒng)中每個(gè)基本事件的概率，可以根據(jù)故障樹(shù)的邏輯結(jié)構(gòu)逐步應(yīng)用邏輯“與”門(mén)，“或”門(mén)和其他概率計(jì)算公式，直到出現(xiàn)概率為止，來(lái)獲取故障事件（最高事件）的值。若輸入事件、……之間相互獨(dú)立，并已知發(fā)生的概率為P（），則輸出事件X發(fā)生的概率可按照下列公式計(jì)算。當(dāng)邏輯關(guān)系為與聯(lián)接時(shí)，事件X=、……的發(fā)生概率為當(dāng)邏輯關(guān)系為或聯(lián)接時(shí)，事件X=++…+的發(fā)生概率為若故障樹(shù)的全部最小割集為……（個(gè)數(shù)為），用容斥定理計(jì)算頂事件概率。頂事件發(fā)生概率：采用一階近似法計(jì)算頂事件概率。運(yùn)用二階近似法計(jì)算頂事件概率。若為第i個(gè)底事件的概率重要度，為第i個(gè)底事件的發(fā)生概率，為頂事件的故障概率。那么可以得到求得底事件概率重要度的公式那么對(duì)底事件相對(duì)概率重要度進(jìn)行分析，可以得到相關(guān)公式1.5故障樹(shù)的規(guī)范化與簡(jiǎn)化1.5.1故障樹(shù)規(guī)范化故障樹(shù)規(guī)范化的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)部分：需要將未探明事件或當(dāng)做基本事件或刪去，目的是為了簡(jiǎn)化故障樹(shù)中的冗余部分，將這些不關(guān)鍵事件刪除不影響整體故障樹(shù)圖。規(guī)范