4系統(tǒng)可靠性分析方法課件

1、可靠性設(shè)計(jì)IV.系統(tǒng)可靠性分析方法高嵩8/19/20221可靠性設(shè)計(jì)第1頁(yè)，共145頁(yè)。本章內(nèi)容故障模式影響及危害性分析法 （FMECA）故障樹分析法（FTA）事件樹分析法（ETA）8/19/20222可靠性設(shè)計(jì)第2頁(yè)，共145頁(yè)。1.FMECA8/19/20223可靠性設(shè)計(jì)第3頁(yè)，共145頁(yè)。內(nèi)容提要概述FMECA的定義、目的和作用FMECA的方法FMECA的步驟系統(tǒng)定義故障模式影響分析危害性分析FMECA結(jié)果輸出與注意的問題應(yīng)用案例8/19/20224可靠性設(shè)計(jì)第4頁(yè)，共145頁(yè)。概述元部件的故障對(duì)系統(tǒng)可造成重大影響災(zāi)難性的影響挑戰(zhàn)者升空爆炸發(fā)動(dòng)機(jī)液體燃料管墊圈不密封致命性的影響起落架上位

2、鎖打不開以往設(shè)計(jì)師依靠經(jīng)驗(yàn)判斷元部件故障對(duì)系統(tǒng)的影響依賴于人的知識(shí)和工作經(jīng)驗(yàn)8/19/20225可靠性設(shè)計(jì)第5頁(yè)，共145頁(yè)。概述系統(tǒng)的、全面的和標(biāo)準(zhǔn)化的方法 FMECAFMECA的發(fā)展設(shè)計(jì)階段發(fā)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)造成重大影響的元部件故障設(shè)計(jì)更改、可靠性補(bǔ)償是可靠性、維修性、保障性和安全性設(shè)計(jì)分析的基礎(chǔ)8/19/20226可靠性設(shè)計(jì)第6頁(yè)，共145頁(yè)。FMECA的概念FMECA的定義故障模式影響及危害性分析(Failure Mode ,Effects and Criticality Analysis , 記為FMECA)是分析系統(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)造成的所有可能影響，并按每一個(gè)故

3、障模式的嚴(yán)重程度及其發(fā)生概率予以分類的一種歸納分析方法。FMECA是一種自下而上的歸納分析方法；FMEA和CA。8/19/20227可靠性設(shè)計(jì)第7頁(yè)，共145頁(yè)。FMECA的概念FMECA的目的從產(chǎn)品設(shè)計(jì)（功能設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)）、生產(chǎn)（生產(chǎn)可行性分析、工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)設(shè)備設(shè)計(jì)與使用）和產(chǎn)品使用角度發(fā)現(xiàn)各種影響產(chǎn)品可靠性的缺陷和薄弱環(huán)節(jié)，為提高產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性水平提供改進(jìn)依據(jù)。8/19/20228可靠性設(shè)計(jì)第8頁(yè)，共145頁(yè)。FMECA的概念FMECA的作用保證有組織地定性找出系統(tǒng)的所有可能的故障模式及其影響，進(jìn)而采取相應(yīng)的措施。為制定關(guān)鍵項(xiàng)目和單點(diǎn)故障等清單或可靠性控制計(jì)劃提供定性依據(jù)

4、；為制定試驗(yàn)大綱提供定性信息；為確定更換有壽件、元器件清單提供使用可靠性設(shè)計(jì)的定性信息；為確定需要重點(diǎn)控制質(zhì)量及工藝的薄弱環(huán)節(jié)清單提供定性信息?？杉霸绨l(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)、工藝中的各種缺陷。為可靠性（R）、維修性（M）、安全性（S）、測(cè)試性（T）和保障性（S）工作提供一種定性依據(jù)。8/19/20229可靠性設(shè)計(jì)第9頁(yè)，共145頁(yè)。FMECA方法分類8/19/202210可靠性設(shè)計(jì)第10頁(yè)，共145頁(yè)。論證與方案階段工程研制階段生產(chǎn)階段使用階段方法功能FMECA硬件FMECA軟件FMECA損壞模式影響分析過程FMECA統(tǒng)計(jì)FMECA目的分析研究系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)的缺陷與薄弱環(huán)節(jié)，為系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)的改進(jìn)和方案的權(quán)衡提

5、供依據(jù)。分析研究系統(tǒng)硬件、軟件設(shè)計(jì)的缺陷與薄弱環(huán)節(jié)，為系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計(jì)改進(jìn)和保障性分析提供依據(jù)。分析研究所設(shè)計(jì)的生產(chǎn)工藝過程的缺陷和薄弱環(huán)節(jié)及其對(duì)產(chǎn)品的影響，為生產(chǎn)工藝的設(shè)計(jì)改進(jìn)提供依據(jù)。分析研究產(chǎn)品使用過程中實(shí)際發(fā)生的故障、原因及其影響，為提供產(chǎn)品使用可靠性和進(jìn)行產(chǎn)品的改進(jìn)、改型或新產(chǎn)品的研制提供依據(jù)。產(chǎn)品壽命周期各階段的FMECA方法8/19/202211可靠性設(shè)計(jì)第11頁(yè)，共145頁(yè)。FMECA的步驟8/19/202212可靠性設(shè)計(jì)第12頁(yè)，共145頁(yè)。系統(tǒng)定義明確分析范圍根據(jù)系統(tǒng)的復(fù)雜度、重要程度、技術(shù)成熟性、分析工作的進(jìn)度和費(fèi)用約束等，確定系統(tǒng)中進(jìn)行FMECA的產(chǎn)品范圍產(chǎn)品層次示

6、例約定層次規(guī)定的FMECA的產(chǎn)品層次初始約定層次系統(tǒng)最頂層最低約定層次系統(tǒng)最底層8/19/202213可靠性設(shè)計(jì)第13頁(yè)，共145頁(yè)。系統(tǒng)任務(wù)分析和功能分析描述系統(tǒng)的任務(wù)要求及系統(tǒng)在完成各種功能任務(wù)時(shí)所處的環(huán)境條件任務(wù)剖面、任務(wù)階段分析明確系統(tǒng)中的產(chǎn)品在完成不同的任務(wù)時(shí)所應(yīng)具備的功能、工作方式及工作時(shí)間等功能描述確定故障判據(jù)制定系統(tǒng)及產(chǎn)品的故障判據(jù)。選擇FMECA方法等故障判據(jù)分析方法系統(tǒng)定義8/19/202214可靠性設(shè)計(jì)第14頁(yè)，共145頁(yè)。故障模式影響分析FMEAFMEA的工作內(nèi)容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。故障原因分析找出每一個(gè)故障模式產(chǎn)生的原因。故障影響分析

7、找出系統(tǒng)中每一產(chǎn)品的每一個(gè)可能的故障模式所產(chǎn)生的影響，并按這些影響的嚴(yán)重程度進(jìn)行分類。8/19/202215可靠性設(shè)計(jì)第15頁(yè)，共145頁(yè)。故障模式影響分析FMEAFMEA的工作內(nèi)容故障檢測(cè)方法分析分析每一種故障模式是否存在特定的發(fā)現(xiàn)該故障模式的檢測(cè)方法，從而為系統(tǒng)的故障檢測(cè)與隔離設(shè)計(jì)提供依據(jù)。補(bǔ)償措施分析針對(duì)故障影響嚴(yán)重的故障模式，提出設(shè)計(jì)改進(jìn)和使用補(bǔ)償?shù)拇胧?/19/202216可靠性設(shè)計(jì)第16頁(yè)，共145頁(yè)。故障模式影響分析FMEA8/19/202217可靠性設(shè)計(jì)第17頁(yè)，共145頁(yè)。危害性分析(CA)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

8、等分類，以便全面評(píng)價(jià)系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的產(chǎn)品故障的影響。CA是FMEA的補(bǔ)充或擴(kuò)展，只有在進(jìn)行FMEA的基礎(chǔ)上才能進(jìn)行CA。常用方法風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)（Risk Priority Number, RPN）法主要用于汽車等民用工業(yè)領(lǐng)域危害性矩陣法主要用于航空、航天等軍用領(lǐng)域8/19/202218可靠性設(shè)計(jì)第18頁(yè)，共145頁(yè)。危害性分析(CA)風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)法RPN=OPRESRDDROPR（Occurrence Probability Ranking） 故障模式發(fā)生概率等級(jí)ESR（Effect Severity Ranking） 影響嚴(yán)酷度等級(jí)DDR（Detection Diffculty Ranking )

9、 檢測(cè)難度等級(jí) 上述三項(xiàng)因素通過評(píng)分獲得。因此，首先應(yīng)給出各項(xiàng)因素的評(píng)分準(zhǔn)則。8/19/202219可靠性設(shè)計(jì)第19頁(yè)，共145頁(yè)。危害性分析(CA)發(fā)生概率等級(jí)OPR用于評(píng)定某一特定的故障原因?qū)е碌哪彻收夏Ｊ綄?shí)際發(fā)生的可能性。等級(jí)故障發(fā)生的可能性參考值1稀少故障模式發(fā)生的可能性極低1/10623低故障模式發(fā)生的可能性相對(duì)較低1/200001/4000456中等故障模式發(fā)生的可能性中等1/10001/4001/8078高故障模式發(fā)生的可能性高1/401/20910非常高故障模式發(fā)生的可能性非常高1/81/28/19/202220可靠性設(shè)計(jì)第20頁(yè)，共145頁(yè)。危害性分析(CA)嚴(yán)酷度等級(jí)ESR

10、用于評(píng)定所分析的故障模式的最終影響。等級(jí)故障影響的嚴(yán)重程度1輕微對(duì)系統(tǒng)的性能不會(huì)產(chǎn)生影響，用戶注意不到的輕微故障2,3低對(duì)系統(tǒng)性能有輕微影響的故障，用戶可能會(huì)注意到并引起輕微抱怨4,5,6中等引起系統(tǒng)性能下降的故障，用戶感覺不舒適和不滿意7,8高中斷操作的重大故障或提供舒適性的子系統(tǒng)不能工作的故障，用戶感到強(qiáng)烈不滿意。但此類故障不會(huì)引起安全性后果也不違反政府法規(guī)9,10非常高引起生命、財(cái)產(chǎn)損失的致命故障或不符合政府法規(guī)的故障8/19/202221可靠性設(shè)計(jì)第21頁(yè)，共145頁(yè)。危害性分析(CA)檢測(cè)難度等級(jí)DDR用于評(píng)定通過企業(yè)內(nèi)部預(yù)定的檢驗(yàn)程序查出引起所分析的故障模式的各種原因的可能性。等級(jí)

11、檢驗(yàn)程序查出故障的難度1,2非常低檢驗(yàn)程序可以檢出的潛在設(shè)計(jì)缺陷3,4低檢驗(yàn)程序有較大機(jī)會(huì)檢出的潛在設(shè)計(jì)缺陷5,6中等檢驗(yàn)程序可能檢出的潛在設(shè)計(jì)缺陷7,8高檢驗(yàn)程序不大可能檢出的潛在設(shè)計(jì)缺陷9非常高檢驗(yàn)程序不可能檢出的潛在設(shè)計(jì)缺陷10無法檢出檢驗(yàn)程序絕不可能檢出的潛在設(shè)計(jì)缺陷8/19/202222可靠性設(shè)計(jì)第22頁(yè)，共145頁(yè)。危害性分析(CA)危害性矩陣法分類：定性和定量CA表8/19/202223可靠性設(shè)計(jì)第23頁(yè)，共145頁(yè)。危害性分析(CA)危害性矩陣圖繪制危害性矩陣圖的目的是比較每個(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)。危害性矩陣是在某一特定嚴(yán)酷度級(jí)別下，產(chǎn)品各個(gè)

12、故障模式危害程度或產(chǎn)品危害度相對(duì)結(jié)果的比較。與RPN一樣具有指明風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先順序的作用。128/19/202224可靠性設(shè)計(jì)第24頁(yè)，共145頁(yè)。FMECA結(jié)果輸出FMECA輸出單點(diǎn)故障模式清單、類故障模式清單可靠性關(guān)鍵件、重要件不可檢測(cè)故障模式清單危害性矩陣圖等FMEA/CA表8/19/202225可靠性設(shè)計(jì)第25頁(yè)，共145頁(yè)。實(shí)施FMECA應(yīng)注意的問題強(qiáng)調(diào)“誰設(shè)計(jì)、誰分析”的原則“誰設(shè)計(jì)、誰分析”的原則，也就是產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員應(yīng)負(fù)責(zé)完成該產(chǎn)品的FMECA工作，可靠性專業(yè)人員應(yīng)提供分析必須的技術(shù)支持。實(shí)踐表明，F(xiàn)MECA工作是設(shè)計(jì)工作的一部分?！罢l設(shè)計(jì)、誰分析”、及時(shí)改進(jìn)是進(jìn)行FMECA的宗旨，是

13、確保FMECA有效性的基礎(chǔ)，也是國(guó)內(nèi)外開展 FMECA工作經(jīng)驗(yàn)的結(jié)晶。如果不由產(chǎn)品設(shè)計(jì)者實(shí)施FMECA，必然造成分析與設(shè)計(jì)的分離，也就背離了FMECA的初衷。8/19/202226可靠性設(shè)計(jì)第26頁(yè)，共145頁(yè)。實(shí)施FMECA應(yīng)注意的問題重視FMECA的策劃實(shí)施FMECA前，應(yīng)對(duì)所需進(jìn)行的FMECA活動(dòng)進(jìn)行完整、全面、系統(tǒng)地策劃，尤其是對(duì)復(fù)雜大系統(tǒng)，更應(yīng)強(qiáng)調(diào)FMECA的重要性。其必要性體現(xiàn)在以下幾方面：結(jié)合產(chǎn)品研制工作，運(yùn)用并行工程的原理，對(duì)所需的FMECA進(jìn)行完整、全面、系統(tǒng)地策劃，將有助于保證FMECA分析的目的性、有效性，以確保FMECA工作與研制工作同步協(xié)調(diào)，避免事后補(bǔ)做的現(xiàn)象。對(duì)復(fù)雜

14、大系統(tǒng)，總體級(jí)的FMECA往往需要低層次的分析結(jié)果作為輸入，對(duì)相關(guān)分析活動(dòng)的策劃將有助于確保高層次產(chǎn)品FMECA的實(shí)施。FMECA計(jì)劃階段事先規(guī)定的基本前提、假設(shè)、分析方法和數(shù)據(jù)，將有助于在不同產(chǎn)品等級(jí)和承制方之間交流和共享，確保分析結(jié)果的一致性、有效性和可比性。8/19/202227可靠性設(shè)計(jì)第27頁(yè)，共145頁(yè)。實(shí)施FMECA應(yīng)注意的問題保證FMECA的實(shí)時(shí)性、規(guī)范性、有效性實(shí)時(shí)性。FMECA工作應(yīng)納入研制工作計(jì)劃、做到目的明確、管理務(wù)實(shí)；FMECA工作與設(shè)計(jì)工作應(yīng)同步進(jìn)行，將FMECA結(jié)果及時(shí)反饋給設(shè)計(jì)過程。規(guī)范性。分析工作應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行FMECA計(jì)劃、有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)/文件的要求。分析中應(yīng)明確某些

15、關(guān)鍵概念，比如：故障檢測(cè)方法是系統(tǒng)運(yùn)行或維修時(shí)發(fā)現(xiàn)故障的方法；嚴(yán)酷度是對(duì)故障模式最終影響嚴(yán)重程度的度量，危害度是對(duì)故障模式后果嚴(yán)重程度的發(fā)生可能性的綜合度量，兩者是不同的概念，不能混淆。有效性。對(duì)分析提出的改進(jìn)、補(bǔ)償措施的實(shí)現(xiàn)予以跟蹤和分析，以驗(yàn)證其有效性。這種過程也是積累FMECA工程經(jīng)驗(yàn)的過程。8/19/202228可靠性設(shè)計(jì)第28頁(yè)，共145頁(yè)。實(shí)施FMECA應(yīng)注意的問題FMECA的剪裁和評(píng)審FMECA作為常用的分析工具，可為可靠性、安全性、維修性、測(cè)試性和保障性等工作提供信息，不同的應(yīng)用目的可能得到不同的分析結(jié)果。各單位可根據(jù)具體的產(chǎn)品特點(diǎn)和任務(wù)對(duì)FMECA的分析步驟、內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充，剪

16、裁，并在相應(yīng)文件中予以明確。8/19/202229可靠性設(shè)計(jì)第29頁(yè)，共145頁(yè)。實(shí)施FMECA應(yīng)注意的問題FMECA的數(shù)據(jù)故障模式是FMECA的基礎(chǔ)。能否獲得故障模式的相關(guān)信息是決定FMECA工作有效性的關(guān)鍵。若進(jìn)行定量分析時(shí)還需故障的具體數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)除通過試驗(yàn)獲得外，一般是需要通過相似產(chǎn)品的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。有計(jì)劃有目的地注意收集、整理有關(guān)產(chǎn)品的故障信息，并逐步建立和完善故障模式及頻數(shù)比的相關(guān)故障信息庫(kù)，這是開展有效的 FMECA工作的基本保障之一。8/19/202230可靠性設(shè)計(jì)第30頁(yè)，共145頁(yè)。實(shí)施FMECA應(yīng)注意的問題FMECA應(yīng)與其他分析方法相結(jié)合FMECA雖是有效的可靠

17、性分析方法，但并非萬能，它不能代替其他可靠性分析工作。應(yīng)注意FMECA一般是靜態(tài)的、單一因素的分析方法。在動(dòng)態(tài)方面還很不完善，若對(duì)系統(tǒng)實(shí)施全面分析還需與其他分析方法（如FTA、 ETA等）相結(jié)合。8/19/202231可靠性設(shè)計(jì)第31頁(yè)，共145頁(yè)。故障模式分析故障與故障模式故障是產(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)（對(duì)電子元器件、彈藥、機(jī)械產(chǎn)品也稱失效）。故障模式是故障的表現(xiàn)形式，如短路、開路、起落架撐桿斷裂、作動(dòng)筒間隙不當(dāng)、收放不到位、過度耗損等。一般在研究產(chǎn)品的故障時(shí)往往從產(chǎn)品的故障現(xiàn)象入手，進(jìn)而通過現(xiàn)象找出故障原因。故障模式是 FMECA分析的基礎(chǔ)，同時(shí)也是進(jìn)行其它故

18、障分析（如故障樹分析、事件樹分析等）的基礎(chǔ)之一。8/19/202232可靠性設(shè)計(jì)第32頁(yè)，共145頁(yè)。故障模式分析故障判據(jù)產(chǎn)品的故障與產(chǎn)品所屬系統(tǒng)的規(guī)定功能和規(guī)定條件密切相關(guān)，在對(duì)具體的系統(tǒng)進(jìn)行故障分析時(shí)，必須首先明確系統(tǒng)在規(guī)定的條件下喪失規(guī)定功能的判別準(zhǔn)則，即系統(tǒng)的故障判據(jù)，這樣才能明確產(chǎn)品的某種非正常狀態(tài)是否為該產(chǎn)品的故障模式。注意區(qū)分兩類不同性質(zhì)的故障功能故障指產(chǎn)品或產(chǎn)品的一部分不能完成預(yù)定功能的事件或狀態(tài)。潛在故障指產(chǎn)品或產(chǎn)品的一部分將不能完成預(yù)定功能的事件或狀態(tài)。8/19/202233可靠性設(shè)計(jì)第33頁(yè)，共145頁(yè)。故障模式分析注意窮盡可能的故障模式一個(gè)產(chǎn)品可能具有多種功能起落架：支

19、撐、滑跑、收放等每一種功能又可能具有多種故障模式支撐：降落時(shí)折起滑跑：震動(dòng)收放：收不起、放不下因此，分析人員的任務(wù)就是找出產(chǎn)品每一種功能的全部可能的故障模式。對(duì)于一般具有多種任務(wù)功能的復(fù)雜系統(tǒng)，要說明產(chǎn)品的故障模式是在哪一個(gè)任務(wù)剖面的哪一個(gè)任務(wù)階段的哪種工作模式下發(fā)生的。8/19/202234可靠性設(shè)計(jì)第34頁(yè)，共145頁(yè)。故障模式分析系統(tǒng)研制初期分析故障模式的原則在系統(tǒng)的壽命周期內(nèi)，分析人員經(jīng)過各種目的 FMECA即可掌握系統(tǒng)的全部故障模式，但首先遇到的問題是在系統(tǒng)研制初期如何分析各產(chǎn)品可能的故障模式。一般地說，可通過統(tǒng)計(jì)、試驗(yàn)或分析預(yù)測(cè)來解決，即可遵循如下原則：對(duì)系統(tǒng)中直接采用的現(xiàn)有產(chǎn)品，

20、可以以該產(chǎn)品在過去的使用中所發(fā)生的故障模式為基礎(chǔ)，再根據(jù)該產(chǎn)品使用環(huán)境條件的異同進(jìn)行分析修正，得到該產(chǎn)品的故障模式。對(duì)系統(tǒng)中的新產(chǎn)品，可根據(jù)該產(chǎn)品的功能原理進(jìn)行分析預(yù)測(cè)，得到該產(chǎn)品的故障模式，或以與該產(chǎn)品具有相似功能的產(chǎn)品所發(fā)生的故障模式為基礎(chǔ)，分析判斷該產(chǎn)品的故障模式。8/19/202235可靠性設(shè)計(jì)第35頁(yè)，共145頁(yè)。典型故障模式GJB1391故障模式影響及危害性分析序號(hào)故障模式序號(hào)故障模式序號(hào)故障模式1結(jié)構(gòu)故障(破損)12超出允差(下限)23滯后運(yùn)行2捆結(jié)或卡死13意外運(yùn)行24錯(cuò)誤輸入(過大)3振動(dòng)14間歇性工作25錯(cuò)誤輸入(過小)4不能保持正常位置15漂移性工作26錯(cuò)誤輸出(過大)5

21、打不開16錯(cuò)誤指示27錯(cuò)誤輸出(過小)6關(guān)不上17流動(dòng)不暢28無輸入7誤開18錯(cuò)誤動(dòng)作29無輸出8誤關(guān)19不能關(guān)機(jī)30(電的)短路9內(nèi)部漏泄20不能開機(jī)31(電的)開路10外部漏泄21不能切換32(電的)漏泄11超出允差(上限)22提前運(yùn)行33其它8/19/202236可靠性設(shè)計(jì)第36頁(yè)，共145頁(yè)。機(jī)械產(chǎn)品典型故障模式故障模式可分為以下七大類：損壞型：如斷裂、變形過大、塑性變形、裂紋等。退化型：如老化、腐蝕、磨損等。松脫型：松動(dòng)、脫焊等失調(diào)型：如間隙不當(dāng)、行程不當(dāng)、壓力不當(dāng)?shù)?。堵塞或滲漏型：如堵塞、漏油、漏氣等。功能型：如性能不穩(wěn)定、性能下降、功能不正常。其他：潤(rùn)滑不良等。8/19/2022

22、37可靠性設(shè)計(jì)第37頁(yè)，共145頁(yè)。故障原因分析分析故障原因一般從兩個(gè)方面著手：直接原因：導(dǎo)致產(chǎn)品功能故障的產(chǎn)品自身的那些物理、化學(xué)或生物變化過程等，直接原因又稱為故障機(jī)理。間接原因：由于其他產(chǎn)品的故障、環(huán)境因素和人為因素等引起的間接故障原因。例如起落架上位鎖打不開直接原因：鎖體間隙不當(dāng)、彈簧老化等間接原因：鎖支架剛度差8/19/202238可靠性設(shè)計(jì)第38頁(yè)，共145頁(yè)。任務(wù)階段與工作方式任務(wù)剖面又由多個(gè)任務(wù)階段組成起落架任務(wù)階段：起飛、著陸、空中飛行、地面滑行工作方式：可替換有余度上位鎖開鎖：液壓、手動(dòng)鋼索、冷氣因此，在進(jìn)行故障模式分析時(shí)，要說明產(chǎn)品的故障模式是在哪一個(gè)任務(wù)剖面的哪一個(gè)任務(wù)

23、階段的什么工作方式下發(fā)生的。8/19/202239可靠性設(shè)計(jì)第39頁(yè)，共145頁(yè)。任務(wù)剖面L=123L=209T=12.15L=419.6T=24.40L=117.7T=6.84L=38L=827.4T=48.10T=48.1投720L副油箱投960L副油箱T=12.2M=0.86M=0.86M=0.86M=0.86航程L（km）航時(shí)T（min）高度H（km）T=24.4T=6.8T=5.0 空空剖面1510118/19/202240可靠性設(shè)計(jì)第40頁(yè)，共145頁(yè)。故障影響分析約定層次復(fù)雜系統(tǒng)通常具有層次性結(jié)構(gòu)，隨著設(shè)計(jì)的進(jìn)展，層次劃分方式也不同。早期，按照系統(tǒng)功能劃分深入后，可按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)劃分

24、FMEA之前，先規(guī)定從哪個(gè)產(chǎn)品層次到哪個(gè)產(chǎn)品層次結(jié)束，這種規(guī)定FMEA層次稱為約定層次。約定層次示例初始約定層次最低約定層次8/19/202241可靠性設(shè)計(jì)第41頁(yè)，共145頁(yè)。故障影響分析約定層次的劃分應(yīng)當(dāng)從系統(tǒng)效能、費(fèi)用、進(jìn)度等方面進(jìn)行權(quán)衡。在系統(tǒng)的不同研制階段內(nèi)由于FMEA的目的或側(cè)重點(diǎn)不同，因而約定層次的劃分不必強(qiáng)求一致。即使在同一研制階段，由于組成系統(tǒng)的復(fù)雜性，在約定層次的劃分上也不必完全相同，應(yīng)依據(jù)組成系統(tǒng)的產(chǎn)品的實(shí)際情況確定約定層次。較多成熟產(chǎn)品的系統(tǒng)，約定層次可劃分的粗而少不成熟產(chǎn)品組成的系統(tǒng)，劃分應(yīng)多而細(xì)，并做認(rèn)真詳細(xì)的分析當(dāng)系統(tǒng)中某一產(chǎn)品的故障將直接引起災(zāi)難的或致命的后果時(shí)

25、，則最低約定層次應(yīng)至少劃分到這一產(chǎn)品所在的層次。層次劃分的多而細(xì)，進(jìn)行FMEA的工作量越大。8/19/202242可靠性設(shè)計(jì)第42頁(yè)，共145頁(yè)。故障影響分析故障影響指產(chǎn)品的每一個(gè)故障模式對(duì)產(chǎn)品自身或其他產(chǎn)品的使用、功能和狀態(tài)的影響。局部影響:某產(chǎn)品的故障模式對(duì)該產(chǎn)品自身和與該產(chǎn)品所在約定層次相同的其他產(chǎn)品的使用、功能或狀態(tài)的影響。高一層次影響:某產(chǎn)品的故障模式對(duì)該產(chǎn)品所在約定層次的高一層次產(chǎn)品的使用、功能或狀態(tài)的影響。最終影響:指系統(tǒng)中某產(chǎn)品的故障模式對(duì)初始約定層次產(chǎn)品的使用、功能或狀態(tài)的影響。8/19/202243可靠性設(shè)計(jì)第43頁(yè)，共145頁(yè)。嚴(yán)酷度類別定義系統(tǒng)中各產(chǎn)品的故障模式產(chǎn)生的最

26、終影響往往是不同的。為了劃分不同故障模式產(chǎn)生的最終影響的嚴(yán)重程度，在進(jìn)行故障模式分析之前，一般需要對(duì)最終影響的后果等級(jí)進(jìn)行預(yù)定義，從而對(duì)系統(tǒng)中各故障模式按其嚴(yán)重程度進(jìn)行分級(jí)。在某些系統(tǒng)（一般為武器系統(tǒng)）中，最終影響的嚴(yán)重程度等級(jí)又稱為嚴(yán)酷度類別。嚴(yán)酷度：故障模式所產(chǎn)生后果的嚴(yán)重程度。8/19/202244可靠性設(shè)計(jì)第44頁(yè)，共145頁(yè)。嚴(yán)酷度類別武器系統(tǒng)的嚴(yán)酷度類別定義(GJB1391)嚴(yán)酷度類別嚴(yán) 重 程 度 定 義類(災(zāi)難的)這是一種會(huì)引起人員死亡或系統(tǒng)(如飛機(jī)、坦克、導(dǎo)彈及船舶等)毀壞的故障。類(致命的)這種故障會(huì)引起人員的嚴(yán)重傷害、重大經(jīng)濟(jì)損失或?qū)е氯蝿?wù)失敗的系統(tǒng)嚴(yán)重?fù)p壞。類(臨界的)

27、這種故障會(huì)引起人員的輕度傷害，一定的經(jīng)濟(jì)損失或?qū)е氯蝿?wù)延誤或降級(jí)的系統(tǒng)輕度損壞。類(輕度的)這是一種不足以導(dǎo)致人員傷害、一定的經(jīng)濟(jì)損失或系統(tǒng)損壞的故障，但它會(huì)導(dǎo)致非計(jì)劃性維護(hù)或修理。8/19/202245可靠性設(shè)計(jì)第45頁(yè)，共145頁(yè)。故障檢測(cè)方法針對(duì)分析找出的每一個(gè)故障模式，分析其故障檢測(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)。故障檢測(cè)方法一般包括目視檢查、離機(jī)檢測(cè)、原位測(cè)試等手段：自動(dòng)傳感裝置、傳感儀器、音響報(bào)警裝置、顯示報(bào)警裝置等故障檢測(cè)一般分為事前檢測(cè)與事后檢測(cè)兩類，對(duì)于潛在故障模式，應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)事前檢測(cè)方法。8/19/202246可靠性設(shè)計(jì)第46頁(yè)，共145頁(yè)

28、。補(bǔ)償措施分析是關(guān)系到能否有效地提高產(chǎn)品可靠性的重要環(huán)節(jié)。它針對(duì)每個(gè)故障模式的原因、影響，提出可能的補(bǔ)償措施。設(shè)計(jì)補(bǔ)償措施產(chǎn)品發(fā)生故障時(shí)，能繼續(xù)安全工作的冗余設(shè)備；安全或保險(xiǎn)裝置(如監(jiān)控及報(bào)警裝置)；可替換的工作方式(如備用或輔助設(shè)備)；可以消除或減輕故障影響的設(shè)計(jì)或工藝改進(jìn)(如概率設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)模擬仿真分析和工藝改進(jìn)等)。操作人員補(bǔ)償措施特殊的使用和維護(hù)規(guī)程，盡量避免或預(yù)防故障的發(fā)生；一旦出現(xiàn)某故障后操作人員應(yīng)采取的最恰當(dāng)?shù)难a(bǔ)救措施。8/19/202247可靠性設(shè)計(jì)第47頁(yè)，共145頁(yè)。約定層次示例故障影響系統(tǒng)定義8/19/202248可靠性設(shè)計(jì)第48頁(yè)，共145頁(yè)。故障概率等級(jí)或數(shù)據(jù)來源故障

29、概率等級(jí)定性分析方法A級(jí) 經(jīng)常發(fā)生， 20%B級(jí) 有時(shí)發(fā)生， 10% 20%C級(jí) 偶然發(fā)生， 1% 10%D級(jí) 很少發(fā)生， 0.1% 1%E級(jí) 極少發(fā)生， 0.1%數(shù)據(jù)來源預(yù)計(jì)值分配值外場(chǎng)評(píng)估值等8/19/202249可靠性設(shè)計(jì)第49頁(yè)，共145頁(yè)。故障模式頻數(shù)比氣體控制活門故障模式故障模式頻數(shù)比產(chǎn)品故障率p模式故障率m不閉合不打開外部漏氣34%57%9%0.123450.041970.070360.01111總 計(jì)1.0 0.12345故障模式頻數(shù)比故障模式頻數(shù)比是產(chǎn)品的某一故障模式占其全部故障模式的百分比率。如果考慮某產(chǎn)品所有可能的故障模式，則其故障模式頻數(shù)比之和將為1。模式故障率m是指產(chǎn)

30、品總故障率p與某故障模式頻數(shù)比的乘積。例：故障模式頻數(shù)比及模式故障率8/19/202250可靠性設(shè)計(jì)第50頁(yè)，共145頁(yè)。故障影響概率故障影響概率是指假定某故障模式已發(fā)生時(shí)，導(dǎo)致確定的嚴(yán)酷度等級(jí)的最終影響的條件概率。某一故障模式可能產(chǎn)生多種最終影響，分析人員不但要分析出這些最終影響還應(yīng)進(jìn)一步指明該故障模式引起的每一種故障影響的百分比，此百分比即為。這多種最終影響的值之和應(yīng)為1。故障影響概率示例8/19/202251可靠性設(shè)計(jì)第51頁(yè)，共145頁(yè)。故障模式危害度與產(chǎn)品危害度故障模式危害度評(píng)價(jià)單一故障模式危害性Cmi(j)=pt, 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

31、發(fā)生第j類嚴(yán)酷度類別的故障次數(shù)產(chǎn)品危害度評(píng)價(jià)產(chǎn)品的危害性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)酷度類別的故障次數(shù)8/19/202252可靠性設(shè)計(jì)第52頁(yè)，共145頁(yè)。例某型軍用教練飛機(jī)升降舵系統(tǒng)的FMECA 系統(tǒng)定義 系統(tǒng)組成及功能 約定層次 繪制可靠性方框圖故障判據(jù) 嚴(yán)酷度類別 FMECA表的填寫FMECA表格的選取 FMECA表中信息來源 主要故障模式 系統(tǒng)在不同嚴(yán)酷度下的危害度 FMECA報(bào)告8/19/202253可靠性設(shè)計(jì)第53頁(yè)，共145頁(yè)。系統(tǒng)定義系統(tǒng)組成及功能某型軍用教練飛機(jī)升降舵系統(tǒng)是單梁盒式薄壁結(jié)構(gòu)，并是由梁、小梁、

32、肋、蒙皮所組成的雙閉室剖面結(jié)構(gòu)。為保證升降舵系統(tǒng)的操作，由負(fù)載、配平性能需要，還裝有配重的調(diào)整片、翼尖配重。 約定層次 初始約定層次為某型軍用教練機(jī)約定層次圖 8/19/202254可靠性設(shè)計(jì)第54頁(yè)，共145頁(yè)。系統(tǒng)定義繪制方框圖繪制功能結(jié)構(gòu)方框圖繪制可靠性框圖故障判據(jù) 嚴(yán)酷度類別8/19/202255可靠性設(shè)計(jì)第55頁(yè)，共145頁(yè)。升降舵系統(tǒng)約定層次8/19/202256可靠性設(shè)計(jì)第56頁(yè)，共145頁(yè)。功能結(jié)構(gòu)方框圖8/19/202257可靠性設(shè)計(jì)第57頁(yè)，共145頁(yè)?？煽啃钥驁D8/19/202258可靠性設(shè)計(jì)第58頁(yè)，共145頁(yè)。故障判據(jù)升降舵系統(tǒng)凡發(fā)生不滿足以下要求的情況之一，即認(rèn)為該

33、系統(tǒng)發(fā)生了故障：舵面偏轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)準(zhǔn)確及時(shí)偏轉(zhuǎn)到規(guī)定位置；左、右升降舵應(yīng)保持同步偏轉(zhuǎn)；飛機(jī)長(zhǎng)期穩(wěn)定飛行時(shí)，舵面應(yīng)保持確定的平衡位置；舵面偏轉(zhuǎn)時(shí)無卡滯現(xiàn)象；飛行中舵面無強(qiáng)烈振動(dòng)現(xiàn)象；調(diào)整片按要求能正常偏轉(zhuǎn)；配重?zé)o松動(dòng)現(xiàn)象；舵面結(jié)構(gòu)滿足了強(qiáng)度、剛度要求，沒有因疲勞、腐蝕等導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)的損傷。 8/19/202259可靠性設(shè)計(jì)第59頁(yè)，共145頁(yè)。嚴(yán)酷度類別升降舵系統(tǒng)嚴(yán)酷度類別的定義 嚴(yán)酷度類別 嚴(yán)重程度定義 類（災(zāi)難的） 危及人員或安全（如一等、二等飛行事故及重大環(huán)境損壞） 類（致命的） 損傷人員或飛機(jī)損傷（如三等飛行事故及嚴(yán)重環(huán)境損害） 類（臨界的） 人員程輕度傷害或影響任務(wù)完成（如誤飛、中斷或取消飛行

34、、降低飛行品質(zhì)、增加著陸困難、中等程度環(huán)境損害） 類（輕度的） 無影響或影響很小，增加非計(jì)劃性維護(hù)或修理 8/19/202260可靠性設(shè)計(jì)第60頁(yè)，共145頁(yè)。FMECA表格的填寫FMECA表格的選取根據(jù)本案例的實(shí)際情況，將FMEA表、CA表合并成一個(gè)表。這使FMECA表更簡(jiǎn)明、直觀和減少工作量。FMECA表中信息來源表中的故障模式、故障原因、故障率等均是在多個(gè)相似飛機(jī)升降舵的調(diào)研和分析基礎(chǔ)上進(jìn)行的，其結(jié)果比較真實(shí)可靠。主要故障模式歸納該升降舵的故障模式是：舵面偏轉(zhuǎn)不到位。其表現(xiàn)為駕駛桿行程加大，操縱不到位。舵面偏轉(zhuǎn)困難（偏重），但無卡死現(xiàn)象?？６婷孓D(zhuǎn)動(dòng)不靈活，有卡滯現(xiàn)象。振動(dòng)。由舵面的振

35、動(dòng)導(dǎo)致駕駛桿抖動(dòng)。結(jié)構(gòu)故障。由于長(zhǎng)期使用，舵面結(jié)構(gòu)局部損傷，造成結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度下降，變形加大。8/19/202261可靠性設(shè)計(jì)第61頁(yè)，共145頁(yè)。FMECA表格的填寫針對(duì)上述故障模式提示了相應(yīng)的改進(jìn)措施，進(jìn)而提高了產(chǎn)品的可靠性、保證了該教練機(jī)飛行一次成功。系統(tǒng)在不同嚴(yán)酷度下的危害度據(jù)表結(jié)果，升降舵系統(tǒng)在不同嚴(yán)酷度下的危害度是：CRs(I) 6.00110-6；CRs()31.672410-6；CRs()1.418310-6；CRs()0.025210-68/19/202262可靠性設(shè)計(jì)第62頁(yè)，共145頁(yè)。FMECA表格8/19/202263可靠性設(shè)計(jì)第63頁(yè)，共145頁(yè)。FMECA報(bào)告可靠

36、性關(guān)鍵產(chǎn)品清單類故障模式清單單點(diǎn)故障模式清單不可檢測(cè)故障模式清單危害性矩陣圖等8/19/202264可靠性設(shè)計(jì)第64頁(yè)，共145頁(yè)。2.FTA8/19/202265可靠性設(shè)計(jì)第65頁(yè)，共145頁(yè)。內(nèi)容提要概述故障樹的基本概念定義目的、特點(diǎn)FTA工作要求常用事件、邏輯門符號(hào)故障樹分析定性分析定量分析重要度分析故障樹的簡(jiǎn)化 8/19/202266可靠性設(shè)計(jì)第66頁(yè)，共145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博帕爾化學(xué)物質(zhì)泄露。 FMECA：?jiǎn)我蛩胤治龇ǎ荒芊治鰡蝹€(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。FMEC

37、A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。8/19/202267可靠性設(shè)計(jì)第67頁(yè)，共145頁(yè)。泰坦尼克海難海難后果船體鋼材不適應(yīng)海水低溫環(huán)境，造成船體裂紋觀察員、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)落水者被凍死距其僅20海里的California號(hào)無線電通訊設(shè)備處于關(guān)閉狀態(tài)，無法收到求救信號(hào)，不能及時(shí)救援頂事件邏輯門 中間事件底事件8/19/202268可靠性設(shè)計(jì)第68頁(yè)，共145頁(yè)。電機(jī)故障樹8/19/202269可靠性設(shè)計(jì)第69頁(yè)，共145頁(yè)?；靖拍罟收蠘涠x故障樹指用

38、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。故障樹是一種邏輯因果關(guān)系圖，構(gòu)圖的元素是事件和邏輯門事件用來描述系統(tǒng)和元、部件故障的狀態(tài)邏輯門把事件聯(lián)系起來，表示事件之間的邏輯關(guān)系故障樹實(shí)例8/19/202270可靠性設(shè)計(jì)第70頁(yè)，共145頁(yè)。基本概念故障樹分析（FTA）通過對(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，畫出故障樹，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。定性分析定量分析8/19/202271可靠性設(shè)計(jì)第71頁(yè)，共145頁(yè)?；靖拍頕TA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

39、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。 FTA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、人為因素等；主要用于安全性分析。8/19/202272可靠性設(shè)計(jì)第72頁(yè)，共145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設(shè)計(jì)，誰分析”故障樹應(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，以保證故障樹邏輯關(guān)系

40、的正確性。應(yīng)與FMEA工作相結(jié)合應(yīng)通過FMEA找出影響安全及任務(wù)成功的關(guān)鍵故障模式（即I、II類嚴(yán)酷度的故障模式）作為頂事件，建立故障樹進(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)。8/19/202273可靠性設(shè)計(jì)第73頁(yè)，共145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由于故障樹定性、定量分析工作量十分龐大，因此建立故障樹后，應(yīng)采用計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行分析，以提高其精度和效率。 8/19/202274可靠性設(shè)計(jì)第74頁(yè)，共145頁(yè)。故障樹常用事件符號(hào)符號(hào)說明底事件元、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。實(shí)線圓硬件故障虛線

41、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，勿需再進(jìn)一步分析的故障事件，在故障樹定性、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。中間事件故障樹中除底事件及頂事件之外的所有事件。8/19/202275可靠性設(shè)計(jì)第75頁(yè)，共145頁(yè)。故障樹常用事件符號(hào)符號(hào)說明開關(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：描述邏輯門起作用的具體限制的特殊事件。入三角形：位于故障樹的底部，表示樹的A部分分支在另外地方。出三角形：位于故障樹的頂部，表示樹A是在另外部分繪制的一棵故障樹的子樹。A8/19/2022

42、76可靠性設(shè)計(jì)第76頁(yè)，共145頁(yè)。故障樹常用邏輯門符號(hào)符號(hào)說明相同轉(zhuǎn)移符號(hào)（A是子樹代號(hào)，用字母數(shù)字表示）：左圖表示“下面轉(zhuǎn)到以字母數(shù)字為代號(hào)所指的地方去”右圖表示“由具有相同字母數(shù)字的符號(hào)處轉(zhuǎn)移到這里來”相似轉(zhuǎn)移符號(hào)（A同上）：左圖表示“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)不同的子樹去”，不同事件標(biāo)號(hào)在三角形旁注明右圖表示“相似轉(zhuǎn)移符號(hào)所指子樹與此處子樹相似但事件標(biāo)號(hào)不同”8/19/202277可靠性設(shè)計(jì)第77頁(yè)，共145頁(yè)。故障樹常用邏輯門符號(hào)符號(hào)說明與門Bi(i=1,2,n)為門的輸入事件，A為門的輸出事件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”描述

43、，邏輯表達(dá)式為或門當(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。用邏輯“或門”描述，邏輯表達(dá)式為 8/19/202278可靠性設(shè)計(jì)第78頁(yè)，共145頁(yè)。故障樹常用邏輯門符號(hào)符號(hào)說明表決門：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：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 8/19/202279可靠性設(shè)計(jì)第79頁(yè)，共145頁(yè)。故障樹常用邏輯門符號(hào)符號(hào)說明禁止門：僅當(dāng)“禁門打開條件”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；打開條件寫入橢圓框內(nèi)。順序與門：僅當(dāng)輸入事件B按規(guī)定的“順序條件”發(fā)

44、生時(shí)，輸出事件A才發(fā)生。非門：輸出事件A是輸入事件B的逆事件。8/19/202280可靠性設(shè)計(jì)第80頁(yè)，共145頁(yè)。故障樹示例8/19/202281可靠性設(shè)計(jì)第81頁(yè)，共145頁(yè)。故障樹分析建樹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簡(jiǎn)化故障樹。注意事項(xiàng)明確建樹邊界條件，簡(jiǎn)化故障樹；故障事件應(yīng)嚴(yán)格定義。如希望分析“電路開關(guān)合上后馬達(dá)不轉(zhuǎn)”，但由于省略，表達(dá)為“馬達(dá)不轉(zhuǎn)”，則故障樹就不同。8/19/202282可靠性設(shè)計(jì)第82頁(yè)，共145頁(yè)。故障樹分析分析步驟建立故障樹 故障樹定性分析故障樹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8/19/202283可靠性設(shè)計(jì)第83

45、頁(yè)，共145頁(yè)。故障樹定性分析 目的 尋找頂事件的原因事件及原因事件的組合（最小割集），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。8/19/202284可靠性設(shè)計(jì)第84頁(yè)，共145頁(yè)。故障樹定性分析最小割集的意義最小割集對(duì)降低復(fù)雜系統(tǒng)潛在事故的風(fēng)險(xiǎn)具有重大意義如果能使每個(gè)最小割集中至少有一個(gè)底事件恒不發(fā)生(發(fā)生概率極低)，則頂

46、事件就恒不發(fā)生(發(fā)生概率極低)，設(shè)計(jì)時(shí)系統(tǒng)潛在事故的發(fā)生概率降至最低。消除可靠性關(guān)鍵系統(tǒng)中的一階最小割集，可消除單點(diǎn)故障可靠性關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求不允許有單點(diǎn)故障。方法之一就是設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行故障樹分析，找出一階最小割集，在其所在的層次或更高的層次增加“與門”，并使“與門”盡可能接近頂事件。最小割集可以指導(dǎo)系統(tǒng)的故障診斷和維修如果系統(tǒng)某一故障模式發(fā)生了，則一定是該系統(tǒng)中與其對(duì)應(yīng)的某一個(gè)最小割集中的全部底事件全部發(fā)生了。進(jìn)行維修時(shí)，如果只修復(fù)某個(gè)故障部件，雖然能夠使系統(tǒng)恢復(fù)功能，但其可靠性水平還遠(yuǎn)未恢復(fù)。根據(jù)最小割集的概念，只有修復(fù)同一最小割集中的所有部件故障，才能恢復(fù)系統(tǒng)可靠性、安全性設(shè)計(jì)水平。8/19

47、/202285可靠性設(shè)計(jì)第85頁(yè)，共145頁(yè)。故障樹定性分析示例 根據(jù)與、或門的性質(zhì)和割集的定義，可方便找出該故障樹的割集是： X1,X2,X3,X1,X2,X3,X2,X1, X1,X3 根據(jù)與、或門的性質(zhì)和割集的定義，可方便找出該故障樹的最小割集是： X1,X2,X3最小割集求解方法常用的有下行法與上行法兩種8/19/202286可靠性設(shè)計(jì)第86頁(yè)，共145頁(yè)。下行法求解最小割集步驟123456過程x1 x1 x1 x1 x1 x1 M1 M2 M4, M5 M4, M5 x4, M5 x4, x6 x2 M3 M3 x3 x5, M5 x4, x7 x2 x2 M6 X3 x5, x6

48、x2 M6 x5, x7 x2 x3 x6 x8 x2 故障樹8/19/202287可靠性設(shè)計(jì)第87頁(yè)，共145頁(yè)。最小割集比較根據(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 8/19/202288可靠性設(shè)計(jì)第88頁(yè)，共145頁(yè)。故障樹定量分析假設(shè)獨(dú)立性：底事件之間相互獨(dú)立；兩態(tài)性：元、部件和系統(tǒng)只有正常和故障兩種狀態(tài)指數(shù)分布：元、部件和系統(tǒng)壽命故障樹的數(shù)學(xué)描

49、述結(jié)構(gòu)函數(shù)典型邏輯門的結(jié)構(gòu)函數(shù)結(jié)構(gòu)函數(shù)示例單調(diào)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)典型邏輯門的概率計(jì)算頂事件發(fā)生概率計(jì)算8/19/202289可靠性設(shè)計(jì)第89頁(yè)，共145頁(yè)。故障樹結(jié)構(gòu)函數(shù)故障樹的數(shù)學(xué)描述故障樹結(jié)構(gòu)函數(shù)表示系統(tǒng)狀態(tài)布爾函數(shù)：8/19/202290可靠性設(shè)計(jì)第90頁(yè)，共145頁(yè)。典型邏輯門的結(jié)構(gòu)函數(shù) 序號(hào)名稱描述1與門2或門3n中取r4異或門8/19/202291可靠性設(shè)計(jì)第91頁(yè)，共145頁(yè)。結(jié)構(gòu)函數(shù)示例8/19/202292可靠性設(shè)計(jì)第92頁(yè)，共145頁(yè)。結(jié)構(gòu)函數(shù)示例8/19/202293可靠性設(shè)計(jì)第93頁(yè)，共145頁(yè)。單調(diào)關(guān)聯(lián)系統(tǒng) 定義指系統(tǒng)中任一組成單元的狀態(tài)由正常（故障）轉(zhuǎn)為故障（正常），不會(huì)使系

50、統(tǒng)的狀態(tài)由故障（正常）轉(zhuǎn)為正常（故障）的系統(tǒng)。性質(zhì) 系統(tǒng)中的每一個(gè)元、部件對(duì)系統(tǒng)可靠性都有一定影響，只是影響程度不同。系統(tǒng)中所有元、部件故障（正常），系統(tǒng)一定故障（正常）。系統(tǒng)中故障元、部件的修復(fù)不會(huì)使系統(tǒng)由正常轉(zhuǎn)為故障；正常元、部件故障不會(huì)使系統(tǒng)由故障轉(zhuǎn)為正常。 單調(diào)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的可靠性不會(huì)比由相同元、部件構(gòu)成的串聯(lián)系統(tǒng)壞，也不會(huì)比由相同元、部件構(gòu)成的并聯(lián)系統(tǒng)好。8/19/202294可靠性設(shè)計(jì)第94頁(yè)，共145頁(yè)。序號(hào)名稱描述1與門2或門3n中取r4異或門典型邏輯門的概率計(jì)算8/19/202295可靠性設(shè)計(jì)第95頁(yè)，共145頁(yè)。頂事件概率計(jì)算最小割集之間不相交最小割集之間相交 全概率法直接化法

51、遞推化法近似算法示例1示例28/19/202296可靠性設(shè)計(jì)第96頁(yè)，共145頁(yè)。最小割集之間不相交8/19/202297可靠性設(shè)計(jì)第97頁(yè)，共145頁(yè)。全概率法8/19/202298可靠性設(shè)計(jì)第98頁(yè)，共145頁(yè)。直接化法8/19/202299可靠性設(shè)計(jì)第99頁(yè)，共145頁(yè)。遞推化法8/19/2022100可靠性設(shè)計(jì)第100頁(yè)，共145頁(yè)。近似算法一階近似：二階近似：8/19/2022101可靠性設(shè)計(jì)第101頁(yè)，共145頁(yè)。故障樹最小割集：x1，x4, x7，x5, x7，x3，x6 ，x8 一階近似算法：近似算法計(jì)算示例8/19/2022102可靠性設(shè)計(jì)第102頁(yè)，共145頁(yè)。頂事件概率計(jì)

52、算示例二階近似算法：8/19/2022103可靠性設(shè)計(jì)第103頁(yè)，共145頁(yè)。示例28/19/2022104可靠性設(shè)計(jì)第104頁(yè)，共145頁(yè)。示例2直接化法8/19/2022105可靠性設(shè)計(jì)第105頁(yè)，共145頁(yè)。示例2遞推化法8/19/2022106可靠性設(shè)計(jì)第106頁(yè)，共145頁(yè)。重要度分析重要度的概念定義底事件或最小割集對(duì)頂事件發(fā)生的貢獻(xiàn)目的確定薄弱環(huán)節(jié)和改進(jìn)設(shè)計(jì)方案重要度分類概率重要度結(jié)構(gòu)重要度8/19/2022107可靠性設(shè)計(jì)第107頁(yè)，共145頁(yè)。概率重要度概率重要度概念第i個(gè)部件不可靠度的變化引起系統(tǒng)不可靠度變化的程度。用數(shù)學(xué)公式表達(dá)為 概率重要度； 元、部件不可靠度； 頂事件發(fā)

53、生概率， 系統(tǒng)不可靠度， 8/19/2022108可靠性設(shè)計(jì)第108頁(yè)，共145頁(yè)。概率重要度概率重要度示例 已知：1=0.001/h,2=0.002/h,3=0.003/h,試求當(dāng)t=100h時(shí)各部件的概率重要度、結(jié)構(gòu)重要度和關(guān)鍵重要度。解 8/19/2022109可靠性設(shè)計(jì)第109頁(yè)，共145頁(yè)。結(jié)構(gòu)重要度結(jié)構(gòu)重要度概念元、部件在系統(tǒng)中所處位置的重要程度，與元、部件本身故障概率毫無關(guān)系。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 第i個(gè)元、部件的結(jié)構(gòu)重要度； 系統(tǒng)所含元、部件的數(shù)量；兩種狀態(tài)8/19/2022110可靠性設(shè)計(jì)第110頁(yè)，共145頁(yè)。結(jié)構(gòu)重要度結(jié)構(gòu)重要度示例求解如圖所示故障樹中的底事件結(jié)構(gòu)重要度解：二個(gè)

54、部件，共有 23-1=4 種狀態(tài)：8/19/2022111可靠性設(shè)計(jì)第111頁(yè)，共145頁(yè)。故障樹的邏輯簡(jiǎn)化故障樹的簡(jiǎn)化8/19/2022112可靠性設(shè)計(jì)第112頁(yè)，共145頁(yè)。故障樹的簡(jiǎn)化8/19/2022113可靠性設(shè)計(jì)第113頁(yè)，共145頁(yè)。故障樹的模塊分解 割頂點(diǎn)法示例8/19/2022114可靠性設(shè)計(jì)第114頁(yè)，共145頁(yè)。故障樹的早期不交化 當(dāng)重復(fù)事件多時(shí)，無法應(yīng)用模塊分解法。早期不交化可有效地消除重復(fù)事件。規(guī)則是遇到與門，其輸入、輸出均不變；遇到或門，對(duì)輸入不交化。 8/19/2022115可靠性設(shè)計(jì)第115頁(yè)，共145頁(yè)。故障樹示例求解最小割集頂事件概率計(jì)算算例故障樹示例8/1

55、9/2022116可靠性設(shè)計(jì)第116頁(yè)，共145頁(yè)。3.ETA8/19/2022117可靠性設(shè)計(jì)第117頁(yè)，共145頁(yè)。內(nèi)容提要事件樹分析的基本概念事件樹的建造事件樹的定量分析ETA與FTA的綜合應(yīng)用8/19/2022118可靠性設(shè)計(jì)第118頁(yè)，共145頁(yè)。事件樹分析的基本概念初因事件可能引發(fā)系統(tǒng)安全性后果的系統(tǒng)內(nèi)部的故障或外部的事件。后續(xù)事件在初因事件發(fā)生后，可能相繼發(fā)生的其他事件，這些事件可能是系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)中所決定的某些備用設(shè)施或安全保證設(shè)施的啟用，也可能是系統(tǒng)外部正?；蚍钦Ｊ录陌l(fā)生。后續(xù)事件一般是按一定順序發(fā)生的。后果事件由初因事件和后續(xù)事件的發(fā)生或不發(fā)生所構(gòu)成的不同的結(jié)果。8/19

56、/2022119可靠性設(shè)計(jì)第119頁(yè)，共145頁(yè)。事件樹的分支事件樹分析的基本概念8/19/2022120可靠性設(shè)計(jì)第120頁(yè)，共145頁(yè)。事件樹分析的基本概念確定初因事件：確定和分析可能導(dǎo)致系統(tǒng)安全性后果的初因事件并進(jìn)行分類，對(duì)那些可能導(dǎo)致相同事件樹的初因事件劃分為一類。建造事件樹：確定和分析初因事件發(fā)生后，可能相繼發(fā)生的后續(xù)事件，并進(jìn)一步確定這些事件發(fā)生的先后順序，按后續(xù)事件發(fā)生或不發(fā)生（二態(tài)）分析各種可能的結(jié)果，找出后果事件。事件樹的建造過程也是對(duì)系統(tǒng)的一個(gè)再認(rèn)識(shí)過程。事件樹的定量分析：對(duì)所建完的事件樹，收集、分析各事件的發(fā)生概率及其相互間的依賴關(guān)系，定量計(jì)算各后果事件的的發(fā)生概率，并進(jìn)

57、一步分析評(píng)估其風(fēng)險(xiǎn)。8/19/2022121可靠性設(shè)計(jì)第121頁(yè)，共145頁(yè)。事件樹建造連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)部件組成系統(tǒng)的事件樹有備用或安全裝置的系統(tǒng)事件樹考慮人為因素的事件樹8/19/2022122可靠性設(shè)計(jì)第122頁(yè)，共145頁(yè)。橋網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)事件樹8/19/2022123可靠性設(shè)計(jì)第123頁(yè)，共145頁(yè)。橋網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)簡(jiǎn)化事件樹8/19/2022124可靠性設(shè)計(jì)第124頁(yè)，共145頁(yè)。有備用或安全裝置的系統(tǒng)事件樹8/19/2022125可靠性設(shè)計(jì)第125頁(yè)，共145頁(yè)?；瘜W(xué)反應(yīng)器事件樹8/19/2022126可靠性設(shè)計(jì)第126頁(yè)，共145頁(yè)?？紤]人為因素的事件樹8/19/2022127可靠性設(shè)計(jì)第127頁(yè)，共145頁(yè)。事件樹化簡(jiǎn)當(dāng)某一非正常事件的發(fā)生概率極低時(shí)可以不列入后續(xù)事件中；當(dāng)某一后續(xù)事件發(fā)生后，其后的其他事件無論發(fā)生與否均不能減緩該事件鏈的后果時(shí)，該事件鏈即已結(jié)束。8/19/2022128可靠性設(shè)計(jì)第128頁(yè)，共145頁(yè)。事件樹定量分析確定初因事件的概率確定后續(xù)事件及各后果事件的發(fā)生概率評(píng)估各后果事件的風(fēng)險(xiǎn)8/19/2022129可靠性設(shè)計(jì)第129頁(yè)，共145頁(yè)。簡(jiǎn)化計(jì)算后果事件的概率P(IS1S2)=P(I)P(S1)P(S2)P(I)P(IS1F2)=P(I)P(S1)P