1、1,FMECA與FTA技術(shù),2,FMECA: Fault Mode，Effects and Criticality Analysis 故障（失效）模式、影響（后果）及危害性（嚴(yán)重度）分析 FTA： Fault Tree Analysis 故障樹分析,3,FMECA 歷史,二十世紀(jì)五十年代初，美國格魯門飛機(jī)公司在研制飛機(jī) 主操作系統(tǒng)時(shí)首次采用FMEA。 二十世紀(jì)六十年代，Apollo項(xiàng)目，美國航天。 1974年，MIL-STD-1629誕生，美國海軍。 1976年，美國國防部確定FMEA所有武器采購的必要活動(dòng)。 七十年代后期，美國汽車工業(yè)采用FMEA作為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工具。 八十年代中期，美國汽車工業(yè)

2、采用過程FMEA。 1991年，ISO9000 推薦。 1994年，QS9000 強(qiáng)制。,4,FMECA 依據(jù),GB 7826-87 失效模式和效應(yīng)分析（FMEA）程序 GJB 450A-2004 裝備可靠性工作通用要求 GJB 1391-92 故障模式、影響及危害性分析程序 國家軍用標(biāo)準(zhǔn)故障模式、影響及危害性分析程 序和故障分析實(shí)施指南，1994,5,第一章 故障模式、影響及危害性分析,主要內(nèi)容,第一節(jié) 概述 第二節(jié) 故障模式影響分析 第三節(jié) 危害性分析 第四節(jié) 確定重要件和關(guān)鍵件 第五節(jié) 進(jìn)行FMEA FMECA應(yīng)注意的問題 第六節(jié) 應(yīng)用實(shí)例,7,第一節(jié) 概述,FMECA是一種系統(tǒng)化的可靠

3、性分析程序，用來保障系統(tǒng)完成給定任務(wù)的可靠性。 故障：產(chǎn)品喪失規(guī)定的功能或危害安全的現(xiàn)象。是產(chǎn)品或產(chǎn)品的一部分不能或?qū)⒉荒芡瓿深A(yù)定功能的事件或狀態(tài)。 故障模式：故障或失效的形式。 故障影響：一個(gè)部件故障時(shí)對(duì)整機(jī)所產(chǎn)生的影響。 故障危害性：故障影響的嚴(yán)重程度。分為四級(jí),8,第一節(jié) 概述,四級(jí)故障影響的危害程度： -災(zāi)難性的，可能造成人身傷亡或全系統(tǒng)損壞。 -嚴(yán)重的，可能造成嚴(yán)重?fù)p害，全系統(tǒng)故障。 -一般的，可能造成一般損害，使系統(tǒng)性能下降。 -次要的，不致對(duì)系統(tǒng)造成損害，但可能需要進(jìn)行計(jì)劃外的維修。,9,第一節(jié) 概述,故障分析：對(duì)發(fā)生或可能發(fā)生的故障的系統(tǒng)及其組成單元進(jìn)行分析，鑒別其故障模式、故

4、障原因（即故障機(jī)理），估計(jì)該故障模式對(duì)系統(tǒng)可能產(chǎn)生何種影響，以及分析這種影響是否是致命的（即影響和后果分析），以便采取措施，提高系統(tǒng)的可靠性。,10,第一節(jié) 概述,是一種系統(tǒng)化的可靠性分析，是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，按照一定的格式有步驟地對(duì)產(chǎn)品各組成部件潛在的各種故障模式及其故障機(jī)理,以及對(duì)產(chǎn)品功能的影響進(jìn)行分析，并把每一個(gè)潛在故障模式按它的嚴(yán)重程度予以分類，判斷這種故障模式影響的致命程度有多大，并提出可以采取的預(yù)防改進(jìn)措施，以提高產(chǎn)品可靠性的一種設(shè)計(jì)分析方法。,FMECA的定義,11,第一節(jié) 概述,FMECA特點(diǎn)及其重要性： FMECA應(yīng)該有統(tǒng)一的格式； 內(nèi)容與形式需要有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)； FMECA是

5、設(shè)計(jì)決策時(shí)的一種依據(jù)； 設(shè)計(jì)更改愈晚愈被動(dòng)， FMECA應(yīng)在設(shè)計(jì)初期盡早開始。,12,第一節(jié) 概述,以往，人們是依靠自己的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)來判斷部件故障對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，這種判斷依賴于人的知識(shí)水平和工作經(jīng)驗(yàn)。為了擺脫對(duì)人為因素的過分依賴，需要找到一種系統(tǒng)的、全面的、標(biāo)準(zhǔn)的分析方法來正確作出判斷，力圖將導(dǎo)致嚴(yán)重影響的單點(diǎn)故障模式消滅在設(shè)計(jì)階段。,FMECA技術(shù)的形成,13,第一節(jié) 概述,是一種定性分析方法，不需要高深的數(shù)學(xué)理論，易于掌握，很有工程應(yīng)用價(jià)值，受到工程部門的普遍重視。,FMEA技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),FMECA技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),是一種定量分析方法，需要高深的數(shù)學(xué)理論，很有工程應(yīng)用價(jià)值，越來越受到工程部門的普

6、遍重視。特別是在軍工產(chǎn)品方面。,14,第一節(jié) 概述,（a）能幫助設(shè)計(jì)者和決策者從各種方案中選擇滿足可靠性要求的最佳方案； （b）保證所有元器件的各種故障模式及影響都經(jīng)過周密考慮； （c）能找出對(duì)系統(tǒng)故障有重大影響的元器件和故障模式并分析其影響程度； （d）有助于在設(shè)計(jì)審議中對(duì)有關(guān)措施（如冗余措施）、檢測(cè)設(shè)備等作出客觀的評(píng)價(jià)； （e）能為進(jìn)一步定量分析提供基礎(chǔ)； （f）能為進(jìn)一步更改產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供資料。,FMECA達(dá)到的目的,15,第一節(jié) 概述,16,第二節(jié) 故障模式與影響分析（FMEA）,故障模式與影響分析,簡記為FMEA,17,2.1 概述,分析系統(tǒng)中每一產(chǎn)品所有可能產(chǎn)生的故障模式及其對(duì)系統(tǒng)造

7、成的所有可能的影響，并按每一個(gè)故障模式的嚴(yán)重程度、發(fā)生頻度以及檢測(cè)難易程度予以分類的一種歸納分析方法。 FMEA是低一層的故障模式，在高一層系統(tǒng)中去確定每一種故障模式對(duì)系統(tǒng)的影響（效應(yīng)）。,FMEA定義,18,2.1 概述,什么是FMEA？,用兩句話概括FMEA的精髓！,“早知道 就不會(huì)”,“我先 所以沒有”,19,什么是FMEA？,早知道 作好防震設(shè)計(jì) 就不會(huì) 造成大樓倒塌 早知道 不濫砍濫伐 就不會(huì) 造成泥石流 早知道 作好橋梁維護(hù) 就不會(huì) 造成高架橋倒塌,“早知道 就不會(huì)”,有些早知道是必需的!有些就不會(huì)是不允許發(fā)生的！,20,我先 看了氣象預(yù)報(bào) 所以沒有 淋成落湯雞 我先 評(píng)估金融大廈

8、高度 所以沒有 影響飛行安全 我先 安裝電腦防火墻 所以沒有 被黑,“我先 所以沒有”,有些我先是必需的!有些所以沒有是預(yù)期可避免的。,什么是FMEA？,21,為什么要實(shí)施FMEA？,FMEA 分析的是潛在故障 (Potential Fault)，是可能發(fā)生但是現(xiàn)在還沒有發(fā)生的故障； 它是 “事前預(yù)防”，而不是“事后追悔”； 事先花時(shí)間對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，事先低成本進(jìn)行改進(jìn)； 減少未來更大損失的發(fā)生；,22,2.2 基本概念,故障原因分析：找出每一個(gè)故障模式產(chǎn)生的獨(dú)立原因。,故障模式分析：找出系統(tǒng)中每一產(chǎn)品所有可能出現(xiàn)的 故障模式。,故障原因：故障發(fā)生的根本原因。一種故障可能有不止 一種原因。,約

9、定層次：根據(jù)分析的需要，按產(chǎn)品的相對(duì)復(fù)雜程度或功能關(guān)系所劃分的產(chǎn)品層次。這些層次從比較復(fù)雜的(系統(tǒng))到比較簡單的(零件)進(jìn)行劃分。初始約定層、約定層、最低約定層。,23,某型飛機(jī)約定層次的劃分,24,制定編碼體系 編碼體系應(yīng)滿足： （a）符合產(chǎn)品功能和結(jié)構(gòu)層次的上、下級(jí)關(guān)系； （b）能體現(xiàn)約定層次的上、下級(jí)關(guān)系，并與產(chǎn)品的功能框圖和可靠性框圖相一致； （c）符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或文件規(guī)定的要求； （d）對(duì)產(chǎn)品各組成部分應(yīng)具有唯一、適用、簡明和可追溯等特性；,25,2.2 基本概念,故障模式影響：每種故障模式對(duì)產(chǎn)品使用、功能或狀態(tài)所導(dǎo)致的影響,26,故障影響分析：找出系統(tǒng)中每一產(chǎn)品每一種可能出現(xiàn)的故障模

10、式所產(chǎn)生的影響，并按這些影響的嚴(yán)重程度進(jìn)行分類。,2.2 基本概念,檢測(cè)：分析每一個(gè)故障模式的檢測(cè)方法，以便為系統(tǒng)的維修性、 測(cè)試性設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)的維修工作提供依據(jù)。,27,補(bǔ)償措施：指在設(shè)計(jì)中能夠防止故障原因發(fā)生的方法。,2.2 基本概念,補(bǔ)償措施分析：分析人員應(yīng)提出并評(píng)價(jià)那些能夠用來消除或 減輕故障影響的補(bǔ)償措施。,補(bǔ)償措施分為設(shè)計(jì)上的補(bǔ)償措施和操作上的應(yīng)急補(bǔ)償措施。,28,2.3 FMEA方法、資料及程序,1、FMEA方法 FMEA功能法：設(shè)計(jì)初期，硬件方案尚不具體；復(fù)雜系統(tǒng)。 FMEA硬件法：從原理圖、圖樣或其它設(shè)計(jì)文件等已經(jīng)能了解到硬件單元的細(xì)節(jié)。 FMEA功能和硬件綜合法 各級(jí)FME

11、A合起來就成為了像樹一樣的一棵FMEA“樹”,29,2.3 FMEA方法、資料及程序,2、FMEA必須掌握的資料 技術(shù)規(guī)范與研制方案：技術(shù)規(guī)范和研制方案通常闡明了各種系統(tǒng)故障的判據(jù)，并規(guī)定了系統(tǒng)的任務(wù)剖面以及對(duì)系統(tǒng)適用、可靠性和維修性方面的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)要求。 設(shè)計(jì)方案論證報(bào)告：設(shè)計(jì)方案論證報(bào)告通常說明了各種設(shè)計(jì)方案的比較及與之相應(yīng)的工作限制，它們有助于確定可能的故障模式及其原因。,30,2.3 FMEA方法、資料及程序,設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和圖紙：設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和圖紙通常確定了執(zhí)行各種系統(tǒng)功能的每項(xiàng)產(chǎn)品及其結(jié)構(gòu)，通常從系統(tǒng)級(jí)開始直至系統(tǒng)的最低一級(jí)產(chǎn)品對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部和接口功能進(jìn)行詳細(xì)描述。 可靠性數(shù)據(jù)：為了確定可能的故

12、障模式，就需要對(duì)系統(tǒng)及產(chǎn)品的可靠性數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。一般說來，最好利用可靠性試驗(yàn)所得到的數(shù)據(jù)。,31,2、 FMEA程序 以設(shè)計(jì)文件為根據(jù)，從功能、環(huán)境條件、工作時(shí)間、故障定義等各方面全面確定設(shè)計(jì)對(duì)象的定義，按遞減的重要度分別考慮每一種工作模式； 針對(duì)每一種工作模式分別繪制系統(tǒng)功能框圖和可靠性框圖； 確定每一部件與接口應(yīng)有的工作參數(shù)或功能； 查明一切部件與接口可能的故障模式、發(fā)生的原因與影響；,2.3 FMEA方法、資料及程序,32,按可能的最壞影響評(píng)定每一故障模式的故障性級(jí)別； 確定每一故障模式的檢測(cè)方法與補(bǔ)救措施或預(yù)防措施； 提出修改設(shè)計(jì)或采取其它措施的建議，同時(shí)指出設(shè)計(jì)更改或其他措施對(duì)各方面

13、的影響； 寫出分析報(bào)告，總結(jié)設(shè)計(jì)上無法改正的問題，并說明預(yù)防故障或控制故障危險(xiǎn)性的必要措施。,2.3 FMEA方法、資料及程序,33,3、 FMEA的實(shí)施,當(dāng)前是怎么設(shè)計(jì)的 ？,可能會(huì)發(fā)生哪些問題 ？,導(dǎo)致什么影響 ？嚴(yán)重?幾率?,當(dāng)前采用什么辦法控制 ？,效果如何 ？,還需要做什么 ？,實(shí)際上 影響是FMEA ！,34,FMEA程序,使用系統(tǒng)定義分析,使故障模式分析析,使故障原因分析析,使故障影響分析析,危害性類別分析,故障檢測(cè)方法分析,設(shè)計(jì)改進(jìn)措施分析,使用補(bǔ)償措施分析,使用分析結(jié)果分析,35,4、 系統(tǒng)功能框圖與可靠性框圖,36,4 系統(tǒng)功能框圖與可靠性框圖,37,GJB1391FMEA

14、 的分析表格,38,飛機(jī),液壓系統(tǒng) 45100,其他系統(tǒng),主供壓分系統(tǒng) 45110,助力供壓分系統(tǒng) 45120,緩沖瓶 451110,油箱 451120,液壓柱塞泵ZB-34 451130,泵軸 451131,軸承組件 451132,柱塞 451133,某型飛機(jī)約定層次的劃分,39,設(shè)備級(jí),飛機(jī),液壓柱塞泵ZB-34,451131,451132,451133,泵軸,軸承組件,柱塞,40,分系統(tǒng)級(jí),*飛機(jī),主供壓分系統(tǒng),451110,451120,451130,緩沖瓶,液壓柱故障ZB-34,油箱,41,系統(tǒng)級(jí),*飛機(jī),液壓系統(tǒng),45110,45120,主供壓分系統(tǒng),助力供壓分系統(tǒng),42,43,第

15、三節(jié)危害性分析,目的是按每一故障模式的嚴(yán)重程度及該故障模式發(fā)生的概率所產(chǎn)生的綜合影響對(duì)系統(tǒng)中的產(chǎn)品劃等分類，以便全面評(píng)價(jià)系統(tǒng)中各種可能出現(xiàn)的產(chǎn)品故障的影響。,目的,方法,風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)法(RPN) 危害性矩陣法,44,3.1 風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)法,某一產(chǎn)品的故障模式的風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)RPN由故障模式發(fā)生概率等級(jí)(OPR）和影響嚴(yán)酷度等級(jí)（ESR）的乘積計(jì)算得出，即 RPN=OPR*ESR 故障模式的RPN數(shù)越高，則越重要。,45,故障模式發(fā)生概率評(píng)分準(zhǔn)則,46,嚴(yán)酷度等級(jí)的評(píng)分準(zhǔn)則,47,當(dāng)需要進(jìn)行工藝的FMEA時(shí)，還應(yīng)增加一個(gè)評(píng)定因素：檢測(cè)難度等級(jí)（DDR）。,3.1 風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)法,48,檢驗(yàn)難度評(píng)分細(xì)則,4

16、9,當(dāng)增加了檢測(cè)難度等級(jí)后,RPN的表達(dá)式為: 它是三個(gè)定量的數(shù)率的乘積，分別相對(duì)于影響，要因和控制。,3.1風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)法,要因,影響,控制,RPN=OPR* ESR* DDR,50,RPN例子,故障影響（最終） 危害性7(高） 故障原因 發(fā)生度8（高） 檢測(cè)度5（中等） RPN785280,51,3.2 危害性矩陣法,分類,定性分析法 定量分析法,52,定性分析方法,在GJB1391中給出的一種故障概率等級(jí)定義為：,3.2 危害性矩陣法,將每一個(gè)故障模式的發(fā)生可能性分成離散的級(jí)別，按所定義的等級(jí)對(duì)每個(gè)故障模式進(jìn)行評(píng)定，之后再應(yīng)用危害性矩陣對(duì)每個(gè)故障模式進(jìn)行危害性分析。,53,故障概率等級(jí)定義

17、,54,主要計(jì)算故障模式的危害度Cm和產(chǎn)品的危害度Cr，應(yīng)用危害性矩陣對(duì)每個(gè)故障模式的Cm、產(chǎn)品的Cr進(jìn)行危害性分析。,3.2 危害性矩陣法,定量分析方法,55,故障影響概率,指假定某故障模式已發(fā)生時(shí)，導(dǎo)致系統(tǒng)故障的條件概率。,產(chǎn)品故障表現(xiàn)為確定的故障模式的比率。,3.2 危害性矩陣法,基本定義,故障模式頻數(shù)比,56,若要評(píng)價(jià)某一故故障式的危害性，應(yīng)計(jì)算每一故障模影響危害度Cmi（j）： Cmi（j）= （j)*(j)* p * t， j=, Cmi（j）代表了產(chǎn)品在工作時(shí)間t內(nèi)以第i種故障模式發(fā)生第j類嚴(yán)酷度類別的危害度.,3.2 危害性矩陣法,故障模式危害度計(jì)算,p ：被分析產(chǎn)品在其階段內(nèi)

18、的故障率；,57,該產(chǎn)品的危害度Cr: Cr（j）=Cm1（j）+ Cm2（j）+ + Cmn（j）故障中n為該產(chǎn)品在第j類嚴(yán)酷度類別下的故障模式總數(shù)。 j=， Cr（j）代表了產(chǎn)品在工作時(shí)間t內(nèi)產(chǎn)生的第j類嚴(yán)酷度類別的危害度.,3.2 危害性矩陣法,產(chǎn)品危害度計(jì)算,58,例：,59,60,繪制的目的故障較每個(gè)故障模式的危害程度，進(jìn)而為確定改進(jìn)措施的先后順序提供依據(jù)。 危害性矩陣圖的做法是:橫坐標(biāo)一般按等距離表示嚴(yán)酷度類別(，)；縱坐標(biāo)為產(chǎn)品危害度Cr(j)或故障模式危害度Cmi（j）或故障概率等級(jí)(當(dāng)采用定性分析方法時(shí)).,3.2 危害性矩陣圖,危害性矩陣圖,61, ,故障模式危害度Cmi(

19、j) 故障概率等級(jí),嚴(yán)酷度等級(jí),危害性增加,M1,M2,危害性矩陣,產(chǎn)品危害度Cr,62,其做法是：首先按Cmi（j）或概率等級(jí)在縱坐標(biāo)上查到對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，再在橫坐標(biāo)上選取代表其嚴(yán)酷度類別的直線，并在直線上標(biāo)注產(chǎn)品或故障模式的位置(利用產(chǎn)品過故障模式代碼標(biāo)注)，從而構(gòu)成產(chǎn)品或故障模式的危害性矩陣圖。在這張圖上，可得到各故障模式危害性的分布情況。 從圖中所標(biāo)記的故障模式分布點(diǎn)向?qū)蔷€(圖中虛線)作垂線，以該垂線與對(duì)角線的交點(diǎn)到原點(diǎn)的距離作為度量故障模式危害性的依據(jù)，距離越長，其危害性越大，越需盡快采取改進(jìn)措施。,3.3 危害性矩陣圖,63,GJB1391CA 的分析表格,第四節(jié) FMECA的實(shí)施,使

20、用系統(tǒng)定義分析,使故障模式分析析,使故障原因分析析,使故障影響分析析,嚴(yán)酷度類別分析析,故障檢測(cè)方法分析,設(shè)計(jì)改進(jìn)措施分析,使用補(bǔ)償措施分析,危 害 性 分 析 CA,故障模式影響分析（FMEA）,65,第五節(jié) 注意問題,FMECA工作應(yīng)與產(chǎn)品的設(shè)計(jì)同步進(jìn)行；,對(duì)產(chǎn)品研制的不同階段，應(yīng)進(jìn)行不同程度、不同層次的FMECA。,FMECA工作應(yīng)由產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員完成；,FMECA應(yīng)加強(qiáng)規(guī)范化工作，以保證產(chǎn)品FMECA的分析結(jié)果具 有可比性。,應(yīng)對(duì)FMECA的結(jié)果進(jìn)行跟蹤與分析。,66,第二章 故障樹,67,主要內(nèi)容,第一節(jié) 概述 第二節(jié) 故障樹的定性分析 第三節(jié) 故障樹的定量分析 第四節(jié) 重要度分析,6

21、8,故障樹分析法簡稱FTA,是與可靠性框圖法等價(jià)的系統(tǒng)可靠性分析方法，用于大型復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性、安全性分析。,第一節(jié)概述,FTA的歷史及發(fā)展,69,1961年,美國貝爾實(shí)驗(yàn)室首先提出，并用于“民兵”導(dǎo)彈的發(fā)射系統(tǒng)的控制，取得了良好的效果; 1965年,在波音公司安全年會(huì)上公開發(fā)表，引起學(xué)術(shù)界的重視。 1974年,美國原子能管理委員會(huì)的主要采用故障樹分析商用原子反應(yīng)堆安全性報(bào)告發(fā)表，進(jìn)一步推動(dòng)了對(duì)故障分析法的研究與運(yùn)用。 目前，F(xiàn)TA是公認(rèn)的對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行安全性、可靠性分析的一種好方法，并逐步形成了一套完整的理論、方法和應(yīng)用分析程序。,FTA的歷史及發(fā)展,70,故障樹定義,根據(jù)確定產(chǎn)品故障原因的

22、各種組合和（或）其發(fā)生的概率。,故障樹,故障樹用來表明產(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。,故障樹分析,故障樹分析分為定性分析和定量分析。,71,FTA的作用,FTA可以讓人們知道哪些事件的組合可以導(dǎo)致危機(jī)系統(tǒng)按全的故障，并計(jì)算它們發(fā)生的概率，然后通過設(shè)計(jì)改進(jìn)和有效地故障監(jiān)測(cè)、維修等措施，設(shè)法減少它們的發(fā)生概率。FTA還可以讓分析者對(duì)系統(tǒng)有更深入的認(rèn)識(shí)，對(duì)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)、功能、故障及維修保障的知識(shí)更加系統(tǒng)化，從而使設(shè)計(jì)、制造和操作過程中的可靠性改進(jìn)更富有成效。,72,靈活性；,FTA的特點(diǎn),FTA法是一種圖形演繹方法，是故障事件在一定條件下的邏輯推理方法；

23、,進(jìn)行FTA的過程，也是一個(gè)對(duì)系統(tǒng)更深入的過程；,通過故障樹可以定量地計(jì)算復(fù)雜系統(tǒng)的故障概率及其他可靠性參數(shù)，為改善系統(tǒng)可靠性提供定量依據(jù)；,73,FTA法在系統(tǒng)壽命周期的任何階段都可采用。然而，在下面兩個(gè)階段采用時(shí)最為有效：,FTA使用范圍,設(shè)計(jì)早期,+,詳細(xì)設(shè)計(jì)和樣機(jī)生產(chǎn)后、批生產(chǎn)前,階段,74,FTA名詞術(shù)語和符號(hào),Top,E1,X1,E2,X2,E3,S,S,75,事件及符號(hào) 故障樹分析中各種故障狀態(tài)和不正常情況皆稱故障事件，各種完好狀態(tài)或正常情況皆稱為成功事件，兩者均簡稱事件 底事件 基本事件 未探明事件 結(jié)果事件 頂事件 中間事件 特殊事件 開關(guān)事件 條件事件,名詞術(shù)語和符號(hào),76

24、,名詞術(shù)語和符號(hào),底事件 僅僅導(dǎo)致其他事件的原因事件，因此底事件位于所討論的故障樹底端總是某個(gè)邏輯門的輸入事件，而不是輸出事件。,基本事件 在特定的故障樹分析中無需探明其發(fā)生原因的底事件，符號(hào)表示見右圖,未探明事件 原則上應(yīng)進(jìn)一步探明其原因但暫時(shí)不必或暫時(shí)不能探明其原因的事件，符號(hào)表示見右圖,輸出,77,名詞術(shù)語和符號(hào),結(jié)果事件 由其他事件或事件組合導(dǎo)致的事件。,頂事件 在故障樹分析中所關(guān)心的結(jié)果事件，它位于故障樹的頂端。符號(hào)表示見右圖,中間事件 位于底事件和頂事件之間的結(jié)果事件。符號(hào)表示見右圖,輸出,輸入,78,名詞術(shù)語和符號(hào),特殊事件 在故障樹分析中需用特殊符號(hào)表明其特殊性或引起注意的事件

25、。,開關(guān)事件 是一種特殊事件，在正常情況下必然發(fā)生或者不發(fā)生，符號(hào)表示見右圖,條件事件 是一種特殊事件，它規(guī)定了邏輯門起作用的條件，符號(hào)表示見右圖,79,與門 或門 非門,基本門,AND gate,OR gate,NOT gate,輸出,輸入,邏輯門及其符號(hào) 在故障樹分析中用邏輯門描述事件間的邏輯關(guān)系。,名詞術(shù)語和符號(hào),A=B1B2Bn,A=B1B2Bn,80,名詞術(shù)語和符號(hào),順序門 表決門 異或門 禁門,順序條件,r/n,不同時(shí)發(fā)生,特殊門,禁門打開條件,上為輸出 下為輸入,Sequential AND gate,Voting gate,Exclusive OR gate,Inhibit g

26、ate,81,名詞術(shù)語和符號(hào),轉(zhuǎn)移符號(hào) 為了避免畫圖時(shí)重復(fù)和使圖簡明而設(shè)置的符號(hào)。,轉(zhuǎn)移符號(hào) 符號(hào)表示見右圖,A,A,（a)從某處轉(zhuǎn)入,(b)從某處轉(zhuǎn)出,82,建立故障樹的基本思想,給定系統(tǒng)的故障作為頂事件，逐級(jí)分析：首先分析人員應(yīng)該提出并回答“哪些直接因素能造成頂事件的出現(xiàn)“，并羅列出來A、B、C等，其次針對(duì)羅列出來的因素A、B、C等，再找出它們中每一個(gè)發(fā)生的下一級(jí)因素是那些，按照這個(gè)線索步步深入下去，一直追溯到系統(tǒng)的最基本事件為止。,83,建立故障樹的注意事項(xiàng),明確建樹的邊界條件，確定簡化系統(tǒng)樹；,故障事件應(yīng)嚴(yán)格定義；,應(yīng)從上向下逐級(jí)建樹；,建樹時(shí)不允許門-門直接相連；,用直接事件逐步取代

27、間接事件；,84,故障樹例子,圖1所示輸電網(wǎng)絡(luò)，有3個(gè)變電站，由A站向B、C兩站供電， 共有5條線路，只有線路故障才能引起電網(wǎng)故障。 電網(wǎng)故障的判據(jù)是： 1 B和C中任何一站無輸入； 2 B或C站由單線供電。 試?yán)L制電網(wǎng)系統(tǒng)故障的 故障樹圖。,85,解：（1）選取頂事件 根據(jù)要求選定電影響統(tǒng)故障為頂事件。 （2）從頂事件開始確定各事件之間的邏輯關(guān)系 因?yàn)轭}中規(guī)定，頂事件（電網(wǎng)故障）包括以下3個(gè)次級(jí)事件；B站無輸入（P）；C站無輸入（Q）；B或C站由單線供電（R）。所故障判定頂事件與P、Q和R三事件的邏輯關(guān)系是“或門”關(guān)系。 根據(jù)圖1尋找產(chǎn)生P、Q和R事件的原因，一直找到基本事件。例如，分析事件

28、P：B站無輸入是因?yàn)橥瑫r(shí)出現(xiàn)輸電線1故障（即基本事件1）、輸電線2故障（即基本事件2） 、C站不向B站供電（S）事件，故此P與1、2 和S三個(gè)事件的邏輯關(guān)系為“與門”。再分析中間事件S：C站故障B站供電可能因?yàn)檩旊娋€3故障（即基本事件3），使C站無電，也可能是C、B開路（Z），故此S與3、Z事件的邏輯關(guān)系為“或門”故障于中間事件Z，即C、B開路（Z）故障能是輸電線4和5（即基本事件4和5）同時(shí)故障，因此事件Z和4、5事件的邏輯關(guān)系為“與門”。 依照上述對(duì)P事件的分析故障依次完成對(duì)Q、R事件的分析，并確定有關(guān)事件的邏輯關(guān)系。 （3）繪制電網(wǎng)系統(tǒng)的故障樹圖 按以上分析結(jié)果，繪制電網(wǎng)系統(tǒng)的故障樹圖，

29、如圖2所示。,86,圖2 圖1所示系統(tǒng)的故障樹,87,FTA的步驟,選擇頂事件,建造故障樹,定性分析識(shí)別系統(tǒng)故障模式,定量分析,鑒別薄弱環(huán)節(jié),采取改進(jìn)措施,88,目的在于尋找導(dǎo)致頂事件發(fā)生的原因事件及原因事件的組合，即識(shí)別導(dǎo)致頂事件發(fā)生的所有故障模式集合；幫助分析人員發(fā)現(xiàn)潛在的故障，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的薄弱環(huán)節(jié)，以便進(jìn)行改進(jìn)；還可用于指導(dǎo)故障診斷，改進(jìn)使用和維修方案。,第二節(jié) 故障樹的定性分析,89,割集 故障樹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)就不成為割集了，這樣的割集就是最小割集。 路集 故障樹中一些底事件的集合。當(dāng)這些底事件不

30、發(fā)生時(shí)，頂事件必然不發(fā)生。 最小路集 若將路集中所含的底事件任意去掉一個(gè)就不成為路集了，這樣的路集就是最小路集。,90,網(wǎng)絡(luò)可靠性,示例1,示例2,91,頂事件T,中間事件M,故障樹示例,92,1 找出最小割集對(duì)降低復(fù)雜系統(tǒng)潛在事故的風(fēng)險(xiǎn)具有重大意義。,第二節(jié) 故障樹的定性分析,最小割集的意義,2 消除可靠性關(guān)鍵系統(tǒng)中的一階最小割集。,3 最小割集可以指導(dǎo)系統(tǒng)的故障診斷和維修。,93,1 下行法（Fussell-Vesely) 根據(jù)故障樹的實(shí)際結(jié)構(gòu)，從頂事件開始，逐層向下尋查，找出割集。規(guī)則就是遇到“與門”增加割集階數(shù)（割集所含底事件數(shù)目），遇到“或門”增加割集個(gè)數(shù)。具體做法就是把從頂事件開始

31、逐層向下尋查的過程橫向列表，遇到“與門”就將其輸入事件取代輸出事件排在表格的同一行下一列中，遇到“或門”就將其輸入事件在下一列縱向依次展開，直到故障樹的最底層。,最小割集求法,94,頂事件T,M1,X2,M2,M3,M4,M5,M6,故障樹示例,95,用下行法求圖所示故障樹的割集與最小割集 下行法的過程列成下表。表故障步驟1到2，因M1下面是“或門”，所以在步驟2中M1的位置換之以M2，M3，且豎向串列。從步驟2到3，因M2下面是“與門”，所以在下一列同一行內(nèi)用M4，M5代替M2橫向排列，由此下去直到第6步，共得九個(gè)割集： X1，X4，X6，X4，X7，X5，X6，X5，X7，X3，X6，X8

32、，X2 可得最小割集為 X1，X2 ，X3， X6，X9， X4，X7， X5，X7,96,下行法的過程,97,2 上行法 從故障樹的底事件開始，自下而上逐層地進(jìn)行集合運(yùn)算，將“或”門輸出事件用輸入事件的并（布爾和）代替，將“與門”輸出事件用輸入事件的交（布爾積）代替。在逐層代入過程中，按照布爾代數(shù)吸收律和等冪律來化簡 ，最后將頂事件表示底事件積之和的最簡式。,最小割集求法,98,故障樹的最下一層為： M4=X4 X5，M5=X6 X7，M6=X6 X8 往上一層為： M2=M4M5= （X4 X5） （X6 X7） M3=X3 M6= X3X6 X8 再往上一層為： M1=M2 M3= （X

33、4 X5） （X6 X7） X3X6 X8 =（X4 X7） （X5 X7） X3X6 X8,99,再往上一層為： T=X1 X2 M1 = X1 X2 X3X6 X8 （X4 X7） （X5 X7） 上式共有7個(gè)積項(xiàng)，因此得到7個(gè)最小割集： X1， X2， X3， X6，X8，X4，X7， X5，X7 結(jié)果與下行法相同。,100,（1）階數(shù)越小的最小割集越重要； （2）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。 （3）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。,最小割集的定性分析,101,故障樹的數(shù)學(xué)描述 研究一個(gè)由n個(gè)底事件構(gòu)成的故障樹

34、，作如下假設(shè)： （1）底事件之間相互獨(dú)立 （2）底事件和頂事件只考慮兩種狀態(tài)：發(fā)生或不發(fā)生,第三節(jié) 故障樹的定量分析,1 頂事件發(fā)生概率的計(jì)算,102,設(shè)Xi表示底事件的狀態(tài)變量，根據(jù)以上假設(shè)，Xi僅取0或1兩種狀態(tài)；表示頂事件的狀態(tài)變量， 也僅取0或1兩種狀態(tài)，有如下定義： 1 ，底事件Xi在t時(shí)刻發(fā)生（即元、部件故障） 0 ，底事件Xi在t時(shí)刻不發(fā)生（即元、部件正常） 1 ，頂事件在t時(shí)刻發(fā)生（即系統(tǒng)故障） 0 ，頂事件在t時(shí)刻不發(fā)生（即系統(tǒng)正常）,第三節(jié)故障樹的定量分析,Xi(t)=,(t) =,103,因?yàn)轫斒录顟B(tài)完全由故障樹中底事件狀態(tài)所決定，即 = （X） 式中 X=（X1 X2

35、 X3 Xn） 稱= （X）為故障樹的結(jié)構(gòu)函數(shù)，是表示系統(tǒng)狀態(tài)的一種布爾代數(shù)，其自變量為該系統(tǒng)組成單元的狀態(tài)。,故障樹的定量分析,104,如果由n個(gè)事件組成的故障樹，那么頂事件發(fā)生的概率FS(t)為 P（頂事件發(fā)生）= FS(t)=E (X)=gF（t) 式子中：F(t)=(F1(t),F2(t),.,Fn(t),故障樹的定量分析,計(jì)算事件i發(fā)生的概率 PXi(t)=1= EXi(t)=Fi(t),105,頂事件T,M,問題：請(qǐng)計(jì)算該簡單結(jié)構(gòu)的故障樹頂事件發(fā)生的故障率？,答案,(X)=1-(1-X1)(1-X2X3) FS(t)=1-1-F1(t)1-F2(t)F3(t),106,通過最小割集

36、求頂事件發(fā)生的概率 下面按最小割集之間不交與相交兩種情況處理。 最小割集之間不相交的情況 已知故障樹的全部最小割集為 并且假定在一個(gè)很短的時(shí)間間隔內(nèi)同時(shí)發(fā)生兩個(gè)或兩個(gè)以上最小割集的概率為零，且各最小割集中沒有重復(fù)出現(xiàn)的底事件，也就是假定最小割集之間是不相交的，則有,107,式中：,在時(shí)刻t第j個(gè)最小割集發(fā)生的概率。,在時(shí)刻t第j個(gè)最小割集中第i個(gè)部件的故障的概率。,最小割集數(shù)。,108,最小割集之間相交的情況 精確計(jì)算頂事件發(fā)生概率的方法 在大多數(shù)情況下，底事件可能在幾個(gè)最小割集中重復(fù)出現(xiàn)，也就是說最小割集之間是相交的。,式中：,第i，j，k個(gè)最小割集,最小割集數(shù),109,由上式可以看出它共有 項(xiàng)。當(dāng)最小割集數(shù) 足夠大時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生“組合爆炸”問題。解決的辦法是先化相交和為不交和，然后再