系統(tǒng)的可靠性課件合肥工業(yè)大學(xué)故障樹(shù)分析文檔ppt第一頁(yè)，共40頁(yè)。概述切爾諾貝利核泄露事故、美國(guó)的挑戰(zhàn)者號(hào)升空后爆炸和印度的波泊化學(xué)物質(zhì)泄露FMECA單因素分析法，只能分析單個(gè)故障模式對(duì)系統(tǒng)的影響FTA可分析多種故障因素（硬件、軟件、環(huán)境、人為因素等）的組合對(duì)系統(tǒng)的影響FMECA和FTA是工程中最有效的故障分析方法，F(xiàn)MECA是FTA的基礎(chǔ)；各工程領(lǐng)域廣泛應(yīng)用：核工業(yè)、航空、航天、機(jī)械、電子、兵器、船舶、化工等。第二頁(yè)，共40頁(yè)。泰坦尼克海難海難后果觀察員、駕駛員失誤，造成船體與冰山相撞船上的救生設(shè)備不足，使大多數(shù)落水者被凍死頂事件邏輯門(mén)中間事件底事件船體鋼材不適應(yīng)海水低溫環(huán)境，造成船體裂紋距其僅20海里的California號(hào)無(wú)線電通訊設(shè)備處于關(guān)閉狀態(tài)，無(wú)法收到求救信號(hào)，不能及時(shí)救援第三頁(yè)，共40頁(yè)。電機(jī)故障樹(shù)第四頁(yè)，共40頁(yè)。基本概念故障樹(shù)定義故障樹(shù)指用以表明產(chǎn)品哪些組成部分的故障或外界事件或它們的組合將導(dǎo)致產(chǎn)品發(fā)生一種給定故障的邏輯圖。故障樹(shù)是一種邏輯因果關(guān)系圖，構(gòu)圖的元素是事件和邏輯門(mén)圖中的事件用來(lái)描述系統(tǒng)和元、部件故障的狀態(tài)，邏輯門(mén)把事件聯(lián)系起來(lái)，表示事件之間的邏輯關(guān)系第五頁(yè)，共40頁(yè)。故障樹(shù)分析（FTA）通過(guò)對(duì)可能造成產(chǎn)品故障的硬件、軟件、環(huán)境、人為因素進(jìn)行分析，畫(huà)出故障樹(shù)，從而確定產(chǎn)品故障原因的各種可能組合方式和(或)其發(fā)生概率。故障樹(shù)分析分定性分析和定量分析?；靖拍畹诹?yè)，共40頁(yè)。FTA目的目的幫助判明可能發(fā)生的故障模式和原因；發(fā)現(xiàn)可靠性和安全性薄弱環(huán)節(jié)，采取改進(jìn)措施，以提高產(chǎn)品可靠性和安全性；計(jì)算故障發(fā)生概率；發(fā)生重大故障或事故后，F(xiàn)TA是故障調(diào)查的一種有效手段，可以系統(tǒng)而全面地分析事故原因，為故障“歸零”提供支持；指導(dǎo)故障診斷、改進(jìn)使用和維修方案等。第七頁(yè)，共40頁(yè)。FTA特點(diǎn)特點(diǎn)是一種自上而下的圖形演繹方法；有很大的靈活性；綜合性：硬件、軟件、環(huán)境、人素等；主要用于安全性分析第八頁(yè)，共40頁(yè)。FTA工作要求在產(chǎn)品研制早期就應(yīng)進(jìn)行FTA，以便早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行改進(jìn)。隨設(shè)計(jì)工作進(jìn)展，F(xiàn)TA應(yīng)不斷補(bǔ)充、修改、完善?！罢l(shuí)設(shè)計(jì)，誰(shuí)分析。”故障樹(shù)應(yīng)由設(shè)計(jì)人員在FMEA基礎(chǔ)上建立?？煽啃詫I(yè)人員協(xié)助、指導(dǎo)，并由有關(guān)人員審查，以保證故障樹(shù)邏輯關(guān)系的正確性。應(yīng)與FMEA工作相結(jié)合應(yīng)通過(guò)FMEA找出影響安全及任務(wù)成功的關(guān)鍵故障模式（即嚴(yán)重度的I、II類故障模式）作為頂事件，建立故障樹(shù)進(jìn)行多因素分析，找出各種故障模式組合，為改進(jìn)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。第九頁(yè)，共40頁(yè)。FTA工作要求FTA輸出的設(shè)計(jì)改進(jìn)措施，必須落實(shí)到圖紙和有關(guān)技術(shù)文件中應(yīng)采用計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行FTA由于故障樹(shù)定性、定量分析工作量十分龐大，因此建立故障樹(shù)后，應(yīng)采用計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行，以提高其分析精度、效率。第十頁(yè)，共40頁(yè)。故障樹(shù)常用事件符號(hào)符號(hào)說(shuō)明底事件元、部件在設(shè)計(jì)的運(yùn)行條件下發(fā)生的隨機(jī)故障事件，故障分布已知實(shí)線圓——硬件故障虛線圓——人為故障未探明事件表示該事件可能發(fā)生，但是概率較小，可以勿需再進(jìn)一步分析的故障事件，在故障樹(shù)定性、定量分析中一般可以忽略不計(jì)。頂事件人們不希望發(fā)生的顯著影響系統(tǒng)技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)性、可靠性和安全性的故障事件。頂事件可由FMECA分析確定中間事件包括故障樹(shù)中除底事件及頂事件之外的所有事件第十一頁(yè)，共40頁(yè)。符號(hào)說(shuō)明開(kāi)關(guān)事件：已經(jīng)發(fā)生或必將要發(fā)生的特殊事件條件事件：描述邏輯門(mén)起作用的具體限制的特殊事件入三角形：位于故障樹(shù)的底部，表示樹(shù)的A部分分支在另外地方。出三角形：位于故障樹(shù)的頂部，表示樹(shù)A是在另外部分繪制的一棵故障樹(shù)的子樹(shù)。A故障樹(shù)常用事件符號(hào)第十二頁(yè)，共40頁(yè)。符號(hào)說(shuō)明與門(mén)Bi(i=1,2,…,n)為門(mén)的輸入事件，A為門(mén)的輸出事件Bi同時(shí)發(fā)生時(shí)，A必然發(fā)生，這種邏輯關(guān)系稱為事件交用邏輯“與門(mén)”描述，邏輯表達(dá)式為或門(mén)當(dāng)輸入事件中至少有一個(gè)發(fā)生時(shí)，輸出事件A發(fā)生，稱為事件并用“或門(mén)”描述，邏輯表達(dá)式為故障樹(shù)常用事件符號(hào)第十三頁(yè)，共40頁(yè)。故障樹(shù)常用邏輯門(mén)符號(hào)符號(hào)說(shuō)明表決門(mén)：n個(gè)輸入中至少有r個(gè)發(fā)生，則輸出事件發(fā)生；否則輸出事件不發(fā)生。

異或門(mén)：輸入事件B1，B2中任何一個(gè)發(fā)生都可引起輸出事件A發(fā)生，但B1，B2不能同時(shí)發(fā)生。相應(yīng)的邏輯代數(shù)表達(dá)式為第十四頁(yè)，共40頁(yè)。符號(hào)說(shuō)明禁門(mén)：僅當(dāng)“禁門(mén)打開(kāi)條件”發(fā)生時(shí)，輸入事件B發(fā)生才導(dǎo)致輸出事件A發(fā)生；打開(kāi)條件寫(xiě)入方框內(nèi)。順序與門(mén)：僅當(dāng)輸入事件B按規(guī)定的“順序條件”發(fā)生時(shí)，輸出事件A才發(fā)生。非門(mén)： 輸出事件A是輸入事件B的逆事件。故障樹(shù)常用邏輯門(mén)符號(hào)第十五頁(yè)，共40頁(yè)。故障樹(shù)常用邏輯門(mén)符號(hào)符號(hào)說(shuō)明相同轉(zhuǎn)移符號(hào)（A是子樹(shù)代號(hào)，用字母數(shù)字表示）：（a）表示“下面轉(zhuǎn)到以字母數(shù)字為代號(hào)所指的地方去”（b）表示“由具有相同字母數(shù)字的符號(hào)處轉(zhuǎn)移到這里來(lái)”相似轉(zhuǎn)移符號(hào)（A同上）：（a）表示“下面轉(zhuǎn)到以字母數(shù)字為代號(hào)所指結(jié)構(gòu)相似而事件標(biāo)號(hào)不同的子樹(shù)去”，不同事件標(biāo)號(hào)在△旁注明（b）表示“下面轉(zhuǎn)到以字母數(shù)字為代號(hào)所指結(jié)構(gòu)相似而事件標(biāo)號(hào)不同的子樹(shù)去”，不同事件標(biāo)號(hào)在△旁注明第十六頁(yè)，共40頁(yè)。例5—2某輸電網(wǎng)絡(luò)有3個(gè)變電站，由A站向B、C兩站供電，共5條線路，只有線路失效才能引起電網(wǎng)失效。電網(wǎng)失效的判據(jù)是：①B和C中任何一站無(wú)輸入；②B和C兩站由單線供電。試?yán)L制電網(wǎng)系統(tǒng)失效的故障

樹(shù)圖。故障樹(shù)示例第十七頁(yè)，共40頁(yè)。故障樹(shù)示例第十八頁(yè)，共40頁(yè)。改進(jìn)的輸電網(wǎng)絡(luò)故障樹(shù)示例第十九頁(yè)，共40頁(yè)。改進(jìn)的輸電網(wǎng)絡(luò)故障樹(shù)故障樹(shù)示例第二十頁(yè)，共40頁(yè)。故障樹(shù)分析建樹(shù)步驟廣泛收集并分析系統(tǒng)及其故障的有關(guān)資料；選擇頂事件；建造故障樹(shù)；簡(jiǎn)化故障樹(shù)。分析步驟建立故障樹(shù)；故障樹(shù)定性分析故障樹(shù)定量分析重要度分析分析結(jié)論：薄弱環(huán)節(jié)確定改進(jìn)措施第二十一頁(yè)，共40頁(yè)。故障樹(shù)定性分析路集

系統(tǒng)中單元狀態(tài)變量的一種子集，在該子集以外所有單元均失效的情況下，子集中所有單元工作時(shí)系統(tǒng)工作。最小路集

路集的每一個(gè)單元單獨(dú)失效都會(huì)引起系統(tǒng)失效。割集

在該子集以外所有單元均工作的情況下，子集中所有單元失效時(shí)系統(tǒng)失效。最小割集

割集的每一個(gè)單元單獨(dú)工作都會(huì)引起系統(tǒng)工作。第二十二頁(yè)，共40頁(yè)。故障樹(shù)定性分析設(shè)有一個(gè)系統(tǒng)的可靠性邏輯框圖如圖所示，試找出該系統(tǒng)所有的路集、割集，最小路集和最小割集。第二十三頁(yè)，共40頁(yè)。故障樹(shù)定性分析目的尋找頂事件的原因事件及原因事件的組合（最小割集）發(fā)現(xiàn)潛在的故障發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的薄弱環(huán)節(jié)，以便改進(jìn)設(shè)計(jì)指導(dǎo)故障診斷，改進(jìn)使用和維修方案割集、最小割集概念割集：故障樹(shù)中一些底事件的集合，當(dāng)這些底事件同時(shí)發(fā)生時(shí)，頂事件必然發(fā)生；最小割集：若將割集中所含的底事件任意去掉一個(gè)就不再成為割集了，這樣的割集就是最小割集。第二十四頁(yè)，共40頁(yè)。示例：對(duì)例5－2所示的電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行故障樹(shù)定性分析，找出其中的薄弱環(huán)節(jié)，提出改進(jìn)措施，并指出改進(jìn)后電網(wǎng)系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)解：(1)建立例5—2所示電網(wǎng)系統(tǒng)的故障樹(shù)圖

(2)求出故障樹(shù)的最小割集

——常用的有下行法與上行法兩種故障樹(shù)定性分析第二十五頁(yè)，共40頁(yè)。下行法求解最小割集第二十六頁(yè)，共40頁(yè)。上行法求解最小割集第二十七頁(yè)，共40頁(yè)。（3）應(yīng)用最小割集對(duì)故障樹(shù)進(jìn)行定性評(píng)定故障樹(shù)定性分析根據(jù)最小割集含底事件數(shù)目(階數(shù))排序，在各個(gè)底事件發(fā)生概率比較小，且相互差別不大的條件下，可按以下原則對(duì)最小割集進(jìn)行比較：階數(shù)越小的最小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)相同的條件下，在不同最小割集中重復(fù)出現(xiàn)的次數(shù)越多的底事件越重要第二十八頁(yè)，共40頁(yè)。應(yīng)用最小割集對(duì)故障樹(shù)進(jìn)行定性評(píng)定表5—7：輸電線3的重要性最大，故為該電網(wǎng)系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)；輸電線l，2次之；4，5重要性最小。根據(jù)以上定性分析知：如果僅知電網(wǎng)系統(tǒng)出了故障，原因待查，那么首先應(yīng)檢查輸電線3，再檢查輸電線l和2，最后檢查4和5。第二十九頁(yè)，共40頁(yè)。(4)確定改進(jìn)措施故障樹(shù)定性分析第三十頁(yè)，共40頁(yè)。(5)建立改進(jìn)電網(wǎng)系統(tǒng)的故障樹(shù)(6)求改進(jìn)方案故障樹(shù)的最小割集（7）比較原方案與改進(jìn)方案的可靠性故障樹(shù)定性分析第三十一頁(yè)，共40頁(yè)。（8）確定改進(jìn)方案的薄弱環(huán)節(jié)注：系統(tǒng)可靠性比較：全部組成元件失效概率為常數(shù)元件重要性比較：在失效概率很小，近似相等

如果不是以上情況：故障樹(shù)定量分析故障樹(shù)定性分析第三十二頁(yè)，共40頁(yè)。主要有兩方面內(nèi)容：由輸入系統(tǒng)各單元(底事件)的失效概率求出系統(tǒng)的失效概率；求出各單元(底事件)的結(jié)構(gòu)重要度、概率重要度和關(guān)鍵重要度故障樹(shù)定量分析第三十三頁(yè)，共40頁(yè)。由各單元的