設備故障分析方法-故障樹分析法

設備故障分析方法—故障樹分析法故障樹分析法的產(chǎn)生與特點從系統(tǒng)的角度來說，故障既有因設備中具體部件〔硬件〕的缺陷和性能惡化所引起的，也有因軟件，如自控裝置中的程序錯誤等引起的。此外，還有由于操作人員操作不當或不經(jīng)心而引起的損壞故障。20世紀60年月初，隨著載人宇航飛行，洲際的放射，以及原子能、核電站的應用等尖端和軍事科學技術的進展，都需要對一些極為簡單的系統(tǒng)，做出有效的牢靠性與安全性評價；故障樹分析法就是在這種狀況下產(chǎn)生的。故障樹分析法簡稱FTA(FailuteTreeAnalysis)1961年為牢靠性及安全狀況，由美國貝爾爭論室的華特先生首先提出的。其后，在航空和航天的設計、修理，原子反響堆、大型設備以及大型電子計算機系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。目前，故障樹分析法雖還處在不斷完善的進展階段，但其應用范圍正在不斷擴大，是一種很有前途的故障分析法。總的說來，故障樹分析法具有以下一些特點。它是一種從系統(tǒng)到部件，再到零件，按“下降形”分析的方法。它從系統(tǒng)開頭，通過由規(guī)律符號繪制出的一個漸漸開放成樹狀的分枝圖，來分析故障大事〔又稱頂端大事〕發(fā)生的概率。同時也可以用來分析零件、部件或子系統(tǒng)故障對系統(tǒng)故障的影響，其中包括人為因素和環(huán)境條件等在內。它對系統(tǒng)故障不但可以做定性的而且還可以做定量的分析；不僅可以分析由單一構件所引起的系統(tǒng)故障，而且也可以分析多個構件不同模式故障而產(chǎn)生的系統(tǒng)故障狀況。由于故障樹分析法使用的是一個規(guī)律圖，因此，不管是設計人員或是使用和修理人員都簡潔把握和運用，并且由它可派生出其他特地用途的“樹”。例如，可以繪制出專用于爭論修理問題的修理樹，用于爭論經(jīng)濟效益及方案比較的決策樹等。由于故障樹是一種規(guī)律門所構成的規(guī)律圖，因此適合于用電子計算機來計算；而且對于簡單系統(tǒng)的故障樹的構成和分析，也只有在應用計算機的條件下才能實現(xiàn)。明顯，故障樹分析法也存在一些缺點。其中主要是構造故障樹的多余量相當繁重，難度也較大，對分析人員的要求也較高，因而限制了它的推廣和普及。在構造故障樹時要運用規(guī)律運算，在其未被一般分析人員充分把握的狀況下，很簡潔發(fā)生錯誤和失察。例如，很有可能把重大影響系統(tǒng)故障的大事漏掉；同時，由于每個分析人員所取的爭論范圍各有不同，其所得結論的可信性也就有所不同。故障樹的構成和頂端大事的選取一個給定的系統(tǒng)，可以有各種不同的故障狀態(tài)〔狀況〕。所以在應用故障樹分析法時，首先應依據(jù)任務要求選定一個特定的故障狀態(tài)作為故障樹的頂端大事，它是所要進展分析的對象和目的。因此，它的發(fā)生與否必需有明確定義；它應當可以用概率來度量；而且從它起可向下連續(xù)分解，最終能找出造成這種故障狀態(tài)的可能緣由。構造故障樹是故障樹分析中最為關鍵的一步。通常要由設計人員、牢靠性工作人員和使用修理人員共同合作，通過細致的綜合與分析，找出系統(tǒng)故障和導致系統(tǒng)該故障的諸因素的規(guī)律關系，并將這種關系用特定的圖形符號，即大事符號與規(guī)律符號表示出來，成為以頂端大事為“根”向下倒長的一棵樹—故障樹。它的根本構造及組成局部如圖1-1所示。1-1故障樹的根本構造故障樹用的圖形符號在繪制故障樹時需應用規(guī)定的圖形符號。它們可分為兩類，即規(guī)律符號和大事符號，其中常用的符號分別如圖1-2和圖1-3所示。圖1-2 規(guī)律符號 圖1-3大事符號圖1-4是應用這些圖形符號繪制的一個較為簡潔的故障樹形式。依據(jù)這種故障樹，就可以從選定的系統(tǒng)故障狀態(tài)，即頂端大事開頭，逐級地找出其上一級與下一級的規(guī)律關系，直至最終追溯到那些初始的或其故障機理及故障概率為已知的，因而不需要連續(xù)分析的根本大事時為止。這樣，就可得出這個系統(tǒng)全部基本大事與其頂端大事之間的規(guī)律關系。在大多數(shù)狀況下，故障樹都是由與門及或門綜合組成。因此，在各根本大事均為獨立大事的條件下，即可利用大事的和、積、補等布爾代數(shù)的根本運算法則，列出這個系統(tǒng)的故障函數(shù)〔系統(tǒng)故障與根本大事的規(guī)律關系〕。隨后，就可進一步對頂端大事做出定性的或定量的分析。下面我們以圖1-4所示的故障樹為例，試用上述方法進展系統(tǒng)故障分析。1-4故障樹的形式X1X2X3X1-5一項軸承故障分析的典型故障樹【例1】試分析圖1-4所示的故障樹，并列出該系統(tǒng)的故障函數(shù)。解：由圖可知，本例為一個兩級故障樹。即系統(tǒng)故障的頂端大事F是由第一級部件A的故障大事XA和部件B的故障大事XB的或門組成〔圖中還有一個菱形大事符號，表示該大事的緣由未明或者對系統(tǒng)故障影響很小，可不予考慮〕，F(xiàn)(x)=XAUXB的規(guī)律關系；而其次級則有由根本大事X1X2組成的或門，還有由根本大事X3X4所組成的或門。因此有：XA=X1UX2XB=X3X4；代入第一級關系式中得：F=XAUXB=(X1UX2〕U(X3X4〕，故系統(tǒng)失效函數(shù)可簡寫為：F(x)=X1+X2+X3+X4上式表示出了頂端大事即這個系統(tǒng)的故障與其四個根本大事