第六章失效模式、效應(yīng)及危害度分析(FMECA)和故障樹分析法(FTA)

1、第六章第六章失效模式、效應(yīng)及危害度分析失效模式、效應(yīng)及危害度分析(FMECA)和和故障樹分析法故障樹分析法(FTA)6-1 6-1 FMEA與與FTA分析方法概述分析方法概述6-2 6-2 故障模式與影響分析故障模式與影響分析(FMEA)6-3 6-3 危害性分析危害性分析(CA)6-4 6-4 對FMECA的評價6-6 6-6 故障樹的定性分析故障樹的定性分析6-7 6-7 故障樹的定量分析故障樹的定量分析6-5 6-5 故障樹的建立故障樹的建立6-1 6-1 FMECA與與FTA分析方法概述分析方法概述失效模式影響分析(Failure Mode and Effects Analysis，

2、FMEA)和故和故障樹分析障樹分析(Fault Tree Analysis，F(xiàn)TA)是可靠性工程中常用的系統(tǒng)可靠是可靠性工程中常用的系統(tǒng)可靠性分析方法。性分析方法。基本概念 1.故障模式 所謂故障模式是指元器件或產(chǎn)品能被觀察到的故障現(xiàn)象， FMEA和FMECA均需從產(chǎn)品的故障（失效）模式分析中，尋找發(fā)生故障的機(jī)理與誘因，藉此為排除故障制定相應(yīng)的對策。 序號故障模式序號故障模式序號故障模式序號故障模式12345678910結(jié)構(gòu)破損機(jī)械卡死振動不能保證指定位置不能開不能關(guān)誤開誤關(guān)內(nèi)漏111213141516171819外漏超出允差上限超出允差下限意外運(yùn)行間歇性工作漂移性工作流動不暢錯誤指示錯誤動作

3、192021222324252627不能關(guān)機(jī)不能開機(jī)不能切換提前運(yùn)行滯后運(yùn)行輸入量過大輸入量過小輸出量過大輸出量過小293031323334無輸入無輸出電短路電開路電泄漏其他202122232425262728常見故障模式一覽表FMECA0 2.故障影響和危害度 危害度等級（嚴(yán)酷度）是指某種故障模式影響的嚴(yán)酷程度 失效效應(yīng)危害度等級（嚴(yán)酷度）一覽表 危害度等級 危 害 狀 態(tài)I（災(zāi)難性）可能成為主要系統(tǒng)喪失功能，從而導(dǎo)致系統(tǒng)或其環(huán)境重大損壞的潛在原因或造成人身傷亡潛在原因的任何事件II（致命性）可能成為主要系統(tǒng)喪失功能，從而導(dǎo)致該系統(tǒng)或其環(huán)境的重大損壞的潛在原因，而又幾乎不危及人身安全的任何事

4、件III （臨界）能造成系統(tǒng)功能、性能的退化而對系統(tǒng)或人員的生命或肢體沒有可感覺的損傷的任何事件IV （輕度）可能成為系統(tǒng)功能、性能退化的原因而對系統(tǒng)或其環(huán)境幾乎無損壞，對人身安全無損害的任何事件1.1FMECA是進(jìn)行產(chǎn)品可靠性設(shè)計的重要分析方法之一，一般為定性分析，也可進(jìn)行一定的定量分析。 FMECA 是通過分析產(chǎn)品所有可能的失效模式，來確定每一種失效對產(chǎn)品的安全、性能等要求的潛在影響，并按其影響的嚴(yán)重程度及其發(fā)生的概率對失效模式加以分類，鑒別設(shè)計上的薄弱環(huán)節(jié)，以便采取適當(dāng)措施，消除或減輕這些影響。FMECA的特點(diǎn)在于，即使沒有定量的可靠性數(shù)據(jù)，也能找出產(chǎn)品的不可靠因素。 GB7826-87

5、：失效模式和效應(yīng)分析(FMEA)程序 HB6359-89：失效模式、影響及危害性分析程序1.2FMECA也可分為：FMEA側(cè)重于定性分析, CA側(cè)重于定量分析（有定性和定量兩種）。危害性分析(CA)工作的難度較大，需要有一定的基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)有說明，在條件不具備時可不作危害性分析(CA)。FMECA包括以下三個部分： FMA(Failure Mode Analysis)故障模式分析； FEA(Failure Effect Analysis)故障影響分析； CA(Criticality Analysis)危害性分析。2.1 1. 分析的基本方法： 硬件法：是列出各個產(chǎn)品，對它們可能的失效形式加以

6、分析。 功能法：是從每個產(chǎn)品可以完成許多功能，而功能是按輸出分類的觀點(diǎn)出發(fā)，將輸出一一列出，并對它們的失效模式進(jìn)行分析?！翱赡艿氖А北M可能地收集類似產(chǎn)品在相似適用條件下積累的有關(guān)信息。FMEA一般可用于產(chǎn)品的研制、生產(chǎn)和使用階段，特別應(yīng)在研制、設(shè)計的各階段中采用。FMEA應(yīng)在設(shè)計的早期階段就開始進(jìn)行，以便于對設(shè)計的評審、為安排改進(jìn)措施的先后順序提供依據(jù)。6-2 6-2 故障模式與影響分析(FMEA)2.22. 分析所需的資料：技術(shù)規(guī)范、研制方案、設(shè)計資料與圖紙、可靠性數(shù)據(jù)等。3. 分析的程序： 定義被分析的系統(tǒng)，包括范圍（內(nèi)部與接口）、任務(wù)階段、環(huán)境、功能要求等。 繪制功能或可靠性方框圖；

7、確定失效模式； 確定失效的嚴(yán)酷度、按最壞的潛在后果評定； 確定檢測方法； 確定補(bǔ)償、改進(jìn)措施； 分析總結(jié)，提出薄弱環(huán)節(jié)，說明不能通過設(shè)計計算來改善的環(huán)節(jié)。2.34. 嚴(yán)酷度分類 對失效造成的后果的嚴(yán)重程度進(jìn)行分類，是較籠統(tǒng)的、定性的分類。 類（災(zāi)難性的）會引起人員死亡或系統(tǒng)毀壞的失效（機(jī)毀人亡）。 類（致命性的）會引起人員嚴(yán)重傷亡、重大財產(chǎn)損失或?qū)е氯蝿?wù)失敗的系統(tǒng)嚴(yán)重失效。 類（臨界的）會引起人員的輕度損傷、一定人的財產(chǎn)損失或?qū)е氯蝿?wù)延誤或降級的系統(tǒng)輕度損壞。 類（輕度的）不足以導(dǎo)致上述三類后果的失效，但它會導(dǎo)致非計劃維護(hù)或修理。 在GB7826-1987中給出的類別的順序與上述恰相反，即：輕

8、度嚴(yán)重2.3嚴(yán)酷度的分類和確定有一定的任意性，不同的領(lǐng)域應(yīng)專門給出嚴(yán)酷度的定義。例如，航空發(fā)動機(jī)的嚴(yán)酷度定義為： 類（災(zāi)難性的）會引起發(fā)動機(jī)空中停車且不易重新啟動的故障。 類（致命性的）會引起發(fā)動機(jī)性能嚴(yán)重下降的故障。 類（臨界的）會引起發(fā)動機(jī)不能工作而需要提前拆換發(fā)動機(jī)的故障。 類（輕度的）不足以導(dǎo)致提前拆換發(fā)動機(jī)及發(fā)動機(jī)壽命降低，但仍需一定的非計劃維修工作的故障。2.45. FMEA表格 填寫表格是FMEA工作的一個重要體現(xiàn)，填入的失效模式至少應(yīng)就下述典型的失效狀態(tài)進(jìn)行分析研究。 提前運(yùn)行； 在規(guī)定的時刻開機(jī)失效； 間斷地工作； 在規(guī)定的時刻關(guān)機(jī)失效； 工作中輸出失效（或消失）； 輸出或工

9、作能力下降； 與系統(tǒng)特性有關(guān)的其它失效。2.56. FMEA報告 應(yīng)將FMEA的主要內(nèi)容和結(jié)果匯編成文，其中包括: 信息來源說明； 被分析對象的定義； 分析層次； 分析方法說明； FMEA表； 、類故障，單點(diǎn)故障清單；（單點(diǎn)故障指能導(dǎo)致系統(tǒng)失效的某一產(chǎn)品失效，即處于串聯(lián)系統(tǒng)中的元件的失效，若系統(tǒng)中的故障均為單點(diǎn)故障，可不列清單） 遺留問題總結(jié)和補(bǔ)償措施建議。、類故障清單示例序號代號產(chǎn)品或功能標(biāo)志故障模式嚴(yán)酷度類別注222511渦輪工作葉片F(xiàn)MEA示例3.11. 危害性分析的目的6-3 6-3 危害性分析(CA)（1）盡量消除危害度高的故障模式）盡量消除危害度高的故障模式 （2）當(dāng)無法消除危害度

10、高的故障模式時，要盡量從設(shè)計、）當(dāng)無法消除危害度高的故障模式時，要盡量從設(shè)計、 制造、使用制造、使用（3）和維護(hù)等方面去減少其發(fā)生的概率）和維護(hù)等方面去減少其發(fā)生的概率 （4）根據(jù)元器件、零部件或產(chǎn)品不同的危害度，相應(yīng)提出）根據(jù)元器件、零部件或產(chǎn)品不同的危害度，相應(yīng)提出不同的質(zhì)量要求不同的質(zhì)量要求 （5）根據(jù)元部件或產(chǎn)品不同的危害度，相應(yīng)地對元部件或）根據(jù)元部件或產(chǎn)品不同的危害度，相應(yīng)地對元部件或產(chǎn)品有關(guān)部位增設(shè)保護(hù)、監(jiān)測或報警裝置產(chǎn)品有關(guān)部位增設(shè)保護(hù)、監(jiān)測或報警裝置 按每一失效形式的嚴(yán)酷度類別及該失效模式的發(fā)生概率所產(chǎn)生的綜合影響來對其劃等分類，以便全面地評價各潛在失效模式影響。CA是FME

11、A的補(bǔ)充和擴(kuò)展，未進(jìn)行FMEA，不能進(jìn)行CA。3.2失效模式發(fā)生的概率等級可按以下方法劃分： A級：經(jīng)常發(fā)生的事件，概率P20； B級：很可能發(fā)生的事件，10P20； C級：偶然發(fā)生的事件，1P10； D級：很少發(fā)生的事件，0.1P1； E級：極不可能發(fā)生的事件，0P0.1；2. 分析方法相對于FMEA而言，CA側(cè)重于定量分析，當(dāng)然具體方法包括定性分析和定量分析兩種。定性分析方法在不具備產(chǎn)品可靠性數(shù)據(jù)（或失效率）時，可按失效模式發(fā)生的大致概率來評價FMEA 中確定的失效模式。3.3定量分析方法危害度Cm計算tCjjpmj式中：p失效率（1/h) j產(chǎn)品以模式j(luò)發(fā)生失效的頻數(shù)比，第j個失效模式的

12、危害度為：各模式發(fā)生數(shù)模式發(fā)生數(shù)jjj模式j(luò)發(fā)生并導(dǎo)致系統(tǒng)失效的條件概率，即 jP(FsFj) t 產(chǎn)品在可能出現(xiàn)模式j(luò)失效狀態(tài)下的工作時間（或循環(huán)次數(shù)）注：j由分析人員判斷，實際喪失 j1，很可能喪失0.1 j1， 有可能喪失0 j 0.1 ，無影響 j 03.4元件的危害度CrnjCC1mjr式中：n該元件在相應(yīng)嚴(yán)酷度類別下的失效模式數(shù)。 Cr 是元件就某個特定的嚴(yán)酷度類別和任務(wù)階段而言的。究竟選擇哪種分析方法，應(yīng)依據(jù)具體情況而決定。3.53. 危害性分析程序 填寫CA表格，17欄同F(xiàn)MEA表，對于定性的CA，僅填至第8欄；對于定量的CA，應(yīng)填滿各欄。 繪制危害性矩陣。危害度增大方向3.6

13、4. FMECA報告 相應(yīng)的FMECA 報告(含相應(yīng)的FMEA 表，、類故障，單點(diǎn)故障清單) 對FMEA中的失效模式應(yīng)給出其危害度或概率等級 CA表 危害性矩陣與危害性順序表 關(guān)鍵件清單4.11. 優(yōu)點(diǎn) 簡單，基本為定性分析，也可做定量分析 適用于各個行業(yè)，各類設(shè)計過程 在一定程度上可反映人的因素 有很好的實際效果2. 缺點(diǎn) 分析工作量大、費(fèi)時，對于較復(fù)雜的系統(tǒng)，其分析工作十分繁瑣 屬單因素分析，未考慮共因素問題 因環(huán)境條件而異，結(jié)論的通用性差 應(yīng)該針對FMECA建立數(shù)據(jù)庫，充分采用計算機(jī)統(tǒng)計、檢索和分析。6-4 6-4 對FMECA的評價3.FMEA和FMECA的分析步驟 (1)弄清與系統(tǒng)有

14、關(guān)的全部情況(2)擬定功能和可靠性框圖以及其他圖表或數(shù)學(xué)模型，并作文字說明 確定分析的基本原則和用于完成分析的相應(yīng)文件 找出失效模式、原因和效應(yīng)以及它們之間相對的重要性和順序 找出失效的檢測、隔離措施和方法 找出設(shè)計和工作中的預(yù)防措施，以防止發(fā)生特別不希望發(fā)生的事件 確定事件的危害度(FMEA) 估計失效概率(適用FMECA) 對考慮的多重失效的特定組合進(jìn)行調(diào)查(選作) 分析報告(即提出建議) 4.FMEA及FMECA的分析方法 1)表格分析法 2矩陣分析法（本書不詳細(xì)介紹） 表格法是利用表格列出各單元故障模式，再通過故障模式分析找出由此產(chǎn)生的后果 具體步驟： (1)繪制分級功能框圖 (2)對

15、分級功能圖中的每一個方框，自下而上逐級進(jìn)行FMECA分析，指出被分析方框?qū)Ω咭患壍碾`屬等級產(chǎn)的影響 (3)確定被分析單元的故障模式頻數(shù)比aij (4)計算單元危害度Cij (5)計算產(chǎn)品危害度 (6)編制單元故障影響分析一覽表及相應(yīng)的故障模式及危害度表 5.FMECA實施方法實施方法6-5 6-5 故障樹的建立故障樹分析Fault Tree Analysis （FTA） FTA 是系統(tǒng)可靠性分析方法之一，包括分定性分析和定量分析 FTA目的在于：尋找導(dǎo)致系統(tǒng)故障的原因，若已知基本事件（原因）發(fā)生的概率，則可依此求出系統(tǒng)的失效概率 FTA以故障樹（ FT）為工具對系統(tǒng)的失效進(jìn)行分析 故障樹（ F

16、T）用各種事件的代表符號和邏輯關(guān)系符號組成的倒立樹狀的因果關(guān)系圖 故障樹分析法(FaultTreeAnalysis)是1961年一1962年間，由美國貝爾電話實驗室的沃特森(HAWatson)在研究民兵火箭的控制系統(tǒng)時提出來的。首篇論文在965年由華盛頓大學(xué)與波音公司發(fā)起的安全討論會上發(fā)表。 1970年波音公司的哈斯?fàn)?Hassl)、舒洛特Schroder)與杰克遜(Jackson)等人研制出故障樹分析法的計算機(jī)程序，使飛機(jī)設(shè)計有了重要的改進(jìn)。1974年美國原子能委員會發(fā)表了麻省理工學(xué)院(MIT)的拉斯穆森(Rasmusson)為首的安全小組所寫的“商用輕水核電站事故危險性評價”報告，使故障樹

17、分析法從宇航、核能逐步推廣到電子、化工和機(jī)械等部門。 在可靠性工作中，對于零件、部件的可靠度估計，比較起來是較為容易的。這是由于單個的零(部)件在規(guī)定的環(huán)境應(yīng)力下較易于進(jìn)行壽命試驗；單個零件進(jìn)行壽命試驗所花費(fèi)的成本不太高。但對于由零件組成的系統(tǒng)來講，要對其進(jìn)行壽命試驗就較困難，有時甚至不可能。 因此，就存在著在零(部)件可靠度(或者壽命分布規(guī)律及特性參數(shù))已知的情況下，如何去估計系統(tǒng)的可靠度的問題。即在零件(子系統(tǒng))本身的可靠度或其壽命隨機(jī)規(guī)律已知的前提下，根據(jù)它們之間不同的組合方式去估計它們所組成的系統(tǒng)的可靠度。這就是所謂系統(tǒng)的可靠度預(yù)測或稱可靠度估計。 在系統(tǒng)的可靠性預(yù)測中，我們的側(cè)重點(diǎn)是

18、系統(tǒng)正常運(yùn)行的概率。而在故障樹分析中，我們要討論的則是從故障(即不滿意運(yùn)行)來估計系統(tǒng)的不可靠度(或不可利用度)。因此，故障樹分析法實際上是研究系統(tǒng)的故障與組成該系統(tǒng)的零件(子系統(tǒng))故障之間的邏輯關(guān)系，根據(jù)零件(子系統(tǒng))故障發(fā)生的概率去估計系統(tǒng)故障發(fā)生概率的一種方法。它包括研究引起系統(tǒng)故障的人、環(huán)境之間因果關(guān)系的定性分析，在對失效原因及發(fā)生概率統(tǒng)計的基礎(chǔ)上，確定失效概率的定量分析。在這個基礎(chǔ)上，再去尋找改善系統(tǒng)可靠性的方法。這就是故障樹分析之目的。 故障樹分析法是與可靠性框圖法等價的系統(tǒng)可靠性分析法。框圖分析法的著眼點(diǎn)是系統(tǒng)的可靠性，而故障樹分析法考察系統(tǒng)可靠性時，則是從系統(tǒng)的不可靠（即故障）

19、入手的。因此，故障樹分析至少有如下的作用：(1)指導(dǎo)人們?nèi)ゲ檎蚁到y(tǒng)的故障。(2)指出系統(tǒng)中一些關(guān)鍵零件的失效對于系統(tǒng)的重要度。(3)在系統(tǒng)的管理中，提供了一種看得見 的圖解，以便幫助人們對系統(tǒng)進(jìn)行故障分析，使人們對系統(tǒng)工況一目了然，從而對系統(tǒng)的設(shè)計有指導(dǎo)作用。(4)為系統(tǒng)可靠度的定性與定量分析提供了一個基礎(chǔ)。故障樹分析一般按以下順序進(jìn)行： (1)明確規(guī)定“系統(tǒng)”和“系統(tǒng)故障”定義，也就是說，必須首先明確所研究的對象是由什么零件(子系統(tǒng))組成，它們之間在運(yùn)行上的彼此關(guān)系如何?對于所研究的系統(tǒng)，最終不希望什么樣的故障發(fā)生(即選定系統(tǒng)的頂事件)。 (2)在系統(tǒng)故障定義明確的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探求引起故障

20、的原因，并對這些原因進(jìn)行分類歸納(如設(shè)計上的，制造上的，運(yùn)行，其它環(huán)境因素等)。 (3)根據(jù)故障之間的邏輯關(guān)系，建造故障樹。 (4)故障樹的定性分析。分析各故障事件結(jié)構(gòu)的重要度，應(yīng)用布爾代數(shù)對其進(jìn)行簡化，找出故障樹的最小割集與最小路集。 (5)收集并確定故障樹中每個基本事件的發(fā)生概率或基本事件分布規(guī)律及其特性參數(shù)。 (6)根據(jù)故障樹建立系統(tǒng)不可靠度(可靠度)的統(tǒng)計模型，確定對系統(tǒng)作定量分析的方法，然后對該系統(tǒng)進(jìn)行定量分析，并對分析結(jié)果進(jìn)行驗證。 FTA02故障樹分析一例P水泵MK1(手動開關(guān)）K2(電磁開關(guān)）EM-直流電機(jī)電機(jī)不轉(zhuǎn)+M失效M兩端無110V直流電壓+E220V開關(guān)失效K失效K1失

21、效直流電動機(jī)驅(qū)動水泵的系統(tǒng)原理E-110V直流電源 所有事件符號都以不同的幾何形狀標(biāo)志其性質(zhì)，并在符號圖框內(nèi)用簡明、準(zhǔn)確的文字寫明事件的內(nèi)容。 1 1矩形事件矩形事件 它表示兩類事件；一是頂事件，是故障樹分析的起始事件，也就是系統(tǒng)的一種不希望發(fā)生的失效事件。圖b的“TOP事件即是頂事件。二是表示中間事件，它們在故障樹中位于頂事件與各分支末端之間。如圖b中的G1、G2和G3都是中間事件，它們既是上級事件的原因，又是下級事件的結(jié)果。 2 2圓形事件圓形事件 它表示基本失效事件，是頂事件發(fā)生的最基本因素，不再作進(jìn)一步分析。這種處于故障樹分支末端的事件統(tǒng)稱為底事件。 3 3菱形事件菱形事件 它表示本可

22、以作進(jìn)一步分析但不再分析的失效事件，亦稱為省略事件。省略的原因，通常是以下幾種：1)更詳細(xì)的分析在技術(shù)上無意義。2)事件發(fā)生的概率極小。3)再分析到下一級將找不到可靠性數(shù)據(jù)。4)事件發(fā)生原因不明。菱形事件也是一種底事件。(一)事件符號4 4房形事件房形事件 多數(shù)情況下表示正常事件。有時表示開關(guān)事件，即作為邏輯門導(dǎo)通條件的事件。房形事件也是底事件。 (二)邏輯符號 邏輯符號也稱邏輯門符號，表示下級事件與上級事件的因果關(guān)系。門下面的事件稱輸入事件，門上面的事件是輸出事件(也稱門事件)。 1 1、與門、與門 與門表示只有當(dāng)全部輸入事件都同時存在時，其輸出事件才發(fā)生。設(shè)與門共有n個輸入事件Bi(i=1

23、，2，n), 則其輸出事件和輸入事件的邏輯關(guān)系可表示為：121nniiABBBB2 2、或門、或門 或門表示只要輸入事件中的任何一個發(fā)生，則輸出事件發(fā)生。設(shè)有n個輸入事件Bi(i=1，2，n)，則其輸出事件A的邏輯表達(dá)式為：121nniiABBBB 3、禁門 禁門只有一個輸入事件，側(cè)面的長圓框內(nèi)是條件事件C，只有當(dāng)該條件存在時，輸入事件B的發(fā)生才能導(dǎo)致輸出事件A發(fā)生。如下圖即是禁門故障樹。 4、表決門(n取k門) 表決門表示當(dāng)n個輸入事件中有任意k個(kn)同時存在時，則輸出事件發(fā)生。具體例子如下圖所示。其中圖a是由3臺水泵構(gòu)成的三取二系統(tǒng)，即只要有任何兩臺水泵故障，則系統(tǒng)故障。圖a是該系統(tǒng)的

24、故障樹 (三)轉(zhuǎn)移符號轉(zhuǎn)移符號也稱連接符號，其作用有三：1)當(dāng)故障樹需繪成多頁時，此符號表示各頁故障樹分支的連接關(guān)系。2)當(dāng)故障樹中有相同的子樹時，為了不重復(fù)作圖而減少工作量，則應(yīng)用此符號。3)利用此符號將故障樹拆開布置，使圖面布局均衡。因此，一個轉(zhuǎn)出符號至少應(yīng)有一個轉(zhuǎn)入符號與之對應(yīng)，并標(biāo)以相同的編碼。如下圖是轉(zhuǎn)移符號應(yīng)用舉例。 故障樹是系統(tǒng)可靠性分析的基礎(chǔ)，故障樹是否正確從根本上決定了分析的效果，因此，要特別重視建樹這一環(huán)節(jié)。到目前為止，建樹工作基本上由人工進(jìn)行，人工建樹的總體步驟是：1)熟悉系統(tǒng)。2)確定頂事件。3)確定邊界條件。4)發(fā)展故障樹。5)整理與簡化。 充分熟悉系統(tǒng)是保證正確建樹

25、的前提，為了對所分析對象有全面透徹的了解，要深入細(xì)致地研究系統(tǒng)的設(shè)計、運(yùn)行資料。 對于大型復(fù)雜系統(tǒng)，往往需要多種專業(yè)人員共同參與建樹活動。在熟悉系統(tǒng)的功能、結(jié)構(gòu)、工作原理與使用條件的基礎(chǔ)上，明確系統(tǒng)正常與故障狀態(tài)的定義，或它們之間的界限。 在頂事件確定之后要定義故障樹的邊界條件。這就是要對系統(tǒng)的某些組成部分(部件、子系統(tǒng))的狀態(tài)，環(huán)境條件等作出合理的假設(shè)。如當(dāng)分析硬件系統(tǒng)時，可將“軟件可靠”和“人員操作可靠”作為邊界條件，分析電路時， “導(dǎo)線可靠”是常用的邊界條件等等。供水系統(tǒng)圖b故障樹的邊界條件是“管路及其連接可靠”?？傊?，邊界條件應(yīng)根據(jù)分析的需要確定。 頂事件和邊界條件確定之后，就可以從頂

26、事件出發(fā)展開故障樹，并應(yīng)遵循以下原則： 1)要有層次地逐級進(jìn)行分析?？梢园聪到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次，也可按系統(tǒng)的功能流程或信息流程逐級分析。 2)要找出所有矩形事件的全部、直接起因。 3)對各級事件的定義要簡明、確切。 4)正確運(yùn)用故障樹符號。 5)當(dāng)所有中間事件都被分解為底事件時，則故障樹 建成。 現(xiàn)在以家用洗衣機(jī)為例說明故障樹的建立。FTA的目的是分析洗衣機(jī)主系統(tǒng)的可靠性。 主系統(tǒng)不希望發(fā)生的故障事件有：1)波輪不轉(zhuǎn)。2)波輪轉(zhuǎn)速過低。 3)振動過大等。其中最嚴(yán)重的故障事件是波輪不轉(zhuǎn)，所以選定1)為頂事件。 邊界條件為：1)電源可靠。2)支持結(jié)構(gòu)完好。按照功能流程逐級發(fā)展故障樹，下圖即其一部分 。故

27、障樹的規(guī)范化和簡化6-6 6-6 故障樹的定性分析故障樹的定性分析 故障樹的每一個底事件不一定都是頂事件發(fā)生的起因，由供水系統(tǒng)圖b故障樹可以看出，當(dāng)E或F事件發(fā)生時，停水事件一定發(fā)生，因為它們的邏輯門是或門。但若只有L1件發(fā)生時，則不能使頂事件發(fā)生，因為L1發(fā)生雖然可導(dǎo)致G2發(fā)生，使不能使G1發(fā)生，只有當(dāng)G2與G3同時存在時才能使G1與門導(dǎo)通。若是G2一側(cè)有某個輸入事件，例如S2與L1事件同時存在，則可導(dǎo)致頂事件發(fā)生，所以事件的集合（ L1 、S2）是使系統(tǒng)喪失供水能力的一個原因。E、F是僅包括一個事件的集合，可見頂事件發(fā)生的原因是一系列底事件的集合。 凡是能導(dǎo)致頂事件發(fā)生的底事件的集合稱為故

28、障樹的一個割集。除上述3個集合外，L1，S2，L2、L1，S2，F(xiàn)，E和L1，F(xiàn)等也都是供水系統(tǒng)故障樹的割集，還可列舉出許多，但在工程上沒有意義，因為其中有的事件對于頂事件的發(fā)生而言是多余的。 人們關(guān)心的是最小割集，所謂最小割集是導(dǎo)致頂事件發(fā)生的必要而充分的底事件集合。如E、F、L1，S2都是供水系統(tǒng)故障樹的最小割集，與L1，S2，L2，L1，S2，F(xiàn)，E，L1，F(xiàn)相比較，也可以作出如下的定義：最小割集是那些屬于去掉其中任何個底事件就不再成為割集的底事件集合。 最小割集的性質(zhì)是，僅當(dāng)最小割集所包含的底事件都同時存在時，頂事件才發(fā)生。反言之，只要最小割集中有任何一個事件不發(fā)生，則頂事件就不會發(fā)生

29、(假設(shè)同時無其它最小割集發(fā)生)。因此，欲保證系統(tǒng)安全、可靠，就必須防止所有最小割集發(fā)生。反之，如果系統(tǒng)發(fā)生了不希望的故障事件，則必定至少有一個最小割集發(fā)生。故障樹的全部最小割集即是頂事件發(fā)生的全部可能原因。一個最小割集表示系統(tǒng)的一種故障模式，系統(tǒng)的全體最小割集就構(gòu)成系統(tǒng)的故障譜。 路集是一些底事件的集合，若其中所有底事件都不發(fā)生，則頂事件必定不發(fā)生。例如E，F(xiàn)，L1，L2，S1就是供水系統(tǒng)故障樹的一個路集。 最小路集是去掉其中任何一個底事件就不再是路集的路集。例如上述路集中去掉L2后的底事件集合(E，F(xiàn)，L1，S1)仍是路集， 因而E，F(xiàn)，L1，L2，S1不是最小路集。但(E，F(xiàn)，L1，S1)

30、中不能再去掉任何底事件，否則就不再成為路集，因而它是供水系統(tǒng)故障樹的個最小路集。 一個最小路集表示系統(tǒng)的一種成功模式，系統(tǒng)的全體最小路集構(gòu)成系統(tǒng)的成功譜。 系統(tǒng)的任何一種故障模式的發(fā)生，都導(dǎo)致系統(tǒng)不希望事件的發(fā)生，因而在產(chǎn)品的設(shè)計中要努力降低最小割集發(fā)生的可能性，在系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)中要努力確保不使最小割集發(fā)生。或者說，為保證系統(tǒng)正常工作，必須至少保證有一個最小路集存在。最小割集與最小路集是系統(tǒng)可靠性分析的重要信息，它們來自同一頂事件的相反分析，所以只要知道其中之一就可進(jìn)行分析。下面說明求故障樹最小割集的方法。 下行表4 結(jié)構(gòu)重要度 在進(jìn)行可靠性分析時，要根據(jù)對頂事件的影響大小來區(qū)別最小割集的重要性及各

31、底事件的重要性。如果是進(jìn)行定性分析，由于不進(jìn)行定量計算，只能根據(jù)最小割集的容量，即根據(jù)其階數(shù)來決定其重要性。一般而言，低階割集比高階割集更重要，如果底事件發(fā)生概率相差不懸殊的話。 在定性分析中，底事件的重要性用其結(jié)構(gòu)重要度評價。底事件的結(jié)構(gòu)重要度定義為：底事件狀態(tài)由不發(fā)生變?yōu)榘l(fā)生時，頂事件發(fā)生次數(shù)的變化量與該事件不發(fā)生時系統(tǒng)狀態(tài)總數(shù)之比。可以用狀態(tài)枚舉法計算事件的結(jié)構(gòu)重要度。 方法的步驟如下： (1)用 表示底事件i的狀態(tài)(底事件總數(shù)為m)，且狀態(tài)枚舉表ix 將所有底事件列入下表所示的表中，并在表中寫出全部底事件狀態(tài)的組合。ixi事件發(fā)生1，0， i事件不發(fā)生(i=1，2，m)2)用 表示頂事件的狀態(tài)，且 1，頂事件發(fā)生 0，頂事件不發(fā)生 3)在所有xi=1的系統(tǒng)狀奮中挑出 =1的狀態(tài)，設(shè)此類狀態(tài)數(shù)為 (1)inx4)在所有xi=