故障树分析培训讲义.pptx

一、概一、概述述定定义义：故障树分析法（Fault Tree Analysis,FTA）是在系 统设计过程中，通过对可能造成系统失败的各种 因素（包括硬件、软件、环境、人为因素）进行 分析，画出逻辑框图（即故障树），从而确定系 统失效原因的各种可能组合方式或其发生概率， 以计算系统失效概率，采取相应的措施，以提高 系统可靠性的一种设计分析方法广泛应用于一 些重大军事装备研制和宇航、电子、化工等行业 的安全分析中一、概一、概述述故障树分析方法在系统可靠性分析、安全性分 析和风险评价中具有重要作用和地位既可用 于定性分析又可定量分析在故障树分析中，对于所研究系统的各类故障 状态或不正常工作情况统称为故障事件与故 障事件对应的是成功事件两者均称为事件故障树是一种为研究系统某功能故障而建立的 一种倒树状的逻辑因果关系图一、概一、概述述如某电机工作原理图开关电机(马达)电源电路开关合上后马达不转开关合上后无电源马达 故障电源 故障线路 故障由图可知：故障树主要由事件和 逻辑门构成，图中的事件用来描 述系统或元部件的故障状态，逻 辑门把事件联系起来，表示事件 之间的逻辑因果关系一、概一、概述述FTA的特点的特点：是一种图形演绎法，是故障事件在一定条件下的逻辑推理 方法，可针对某一故障事件，作层层层层追踪分析追踪分析(自上而下)；这种图形化的方法清楚易懂，使人们对所描述的事件之间 的逻逻辑辑关关系系一一目目了了然然，而且便于对各种事件之间复杂的逻 辑关系进行深入的定性和定量分析；由于故障树将系统故障的各种可能因素联系起来，可有效 找出系统薄弱环节和系统的故障谱，在系统设计阶段有有助助 于判明系于判明系统统的的隐隐患和潜在故障患和潜在故障，以便提高系统的可靠性；故障树可作为管理和维修人员的一个形象的管理、维修指指 南南，可用于培训使用、维修和管理人员，可用来制订维修 计划和检修排故方案一、概一、概述述FTA的不足的不足：无法解决顶事件和底事件的发生概率不确定（模糊概率） 问题，故障树分析法要求系统的底事件和顶事件是一个确 定性事件，即要么发生故障要么正常，这样才能确定顶事 件是否处于正常状态。

然而对对于于非非确确定定性性的的模模糊糊事事件件构成 的故障树，用传统的故障树分析法就显得无能为力了无法解决一个底事件对应多个故障现象（即故障树之间的 交叉）等问题故障树的构成是依照一定的人的认识和经验来构造的，如 果人的知识不完全或不准确，对故障系统的诊断就往往会 有纰漏FTA是一种系统化的演绎方法，所以分析过程比比较较 繁繁琐琐，计计算算量量很很大大，需要借助于计算机完成，在分析过程 中稍有疏忽稍有疏忽，有可能漏过某一个后果后果严严重重的故障模式二、故障二、故障树树分析的一般步分析的一般步骤骤(1)选择顶事件据工程实际需要选择合理的顶事件(2)建立故障树(3)故障树的定性分析a)故障树的简化b)求最小割集(4)故障树的定量分析a)求顶事件的发生概率b)重要度分析(5)确定设计上的薄弱环节（找出问题所在）(6)采取措施，提高产品的可靠性和安全性三、常用事件及其符三、常用事件及其符号号三、常用事件及其符三、常用事件及其符号号A三、常用事件及其符三、常用事件及其符号号四、常用四、常用逻辑门逻辑门及其符及其符号号A B B B B123nA B1 B2 B3 Bn四、常用四、常用逻辑门逻辑门及其符及其符号号A B B B B 1212四、常用四、常用逻辑门逻辑门及其符及其符号号五、五、FTA的主要内的主要内容容故障树的建造建树的注意事项故障树的规范化故障树的简化和模块分解故障树定性分析故障树定量分析重要度分析分析时应注意的事项分析报告的主要内容某型飞机主起收放系统FTA1. 故障故障树树的建的建造造建树工作要求建树者对于系统及其组成部分有 充分的了解，应由设计人员、使用维修人员、 可靠性安全性工程技术人员共同研究完成。

建 树是一个多次反复、逐步深入完善的过程1. 故障故障树树的建的建造造常用的建树方法为演演绎绎法法，从顶事件开始，由上而 下，逐级进行分析，即1分析顶事件发生的直接原因，将顶事件作为逻 辑门的输出事件，将所有引起顶事件发生的直接原 因作为输入事件，根据它们之间的逻辑关系用适当 的逻辑门连接起来2对每一个中间事件用同样方法，逐级向下分析， 直到所有的输入事件都不需要继续分析为止（此时 故障机理或概率分布都是已知的）1. 故障故障树树的建的建造造建建树树步步骤骤：1)1)掌握系掌握系统统包括系统的设计资料(如说明书、原理图、结构图)、试验资料（试验报告、试验记录等）、使用维护资料以及用户信息等2)2)选择顶选择顶事事件件顶事件的选取根据分析的目的不同，可分别考虑对系统技术性 能、可靠性和安全性、经济性等影响显著的故障事件如“飞机起落架放不下来”将直接危及飞机安全当对起落架 进行安全性分析时，就可以选“起落架放不下来”这一顶事 件进行故障树分析3) 建造故障建造故障树树对于复杂系统，建树时应按系统层次由上到下逐级 展开如“飞机起落架放不下来”这一事件，其原 因：收放机构本身发生故障（机构卡死）上位锁故障收放作动筒故障 连杆机构故障液压系统故障（如管路泄漏造成动力不足）电磁控制系统故障1. 故障故障树树的建的建造造1. 故障故障树树的建的建造造飞机起落架放不下来收放机构本身发生故障液压系 统故障上位锁 故障连杆机 构故障收 放 作 动 筒 故 障电磁控 制系统 故障2. 建建树树注意事注意事项项1) 明确建明确建树边树边界条界条件件建树前应对分析作出合理的假设。

如导线不会故障、暂不 考虑人为故障、软件故障等的一些假设应在FHA或FMEA的基础上，将那些不重要的因素舍去， 从而减少树的规模及突出重点2)2)故障事件要故障事件要严严格定格定义义否则将难以得到正确的故障树复杂系统的FTA工作往往 由许多人共同完成，如定义不统一，将会建出不一致的故 障树3)3)应应从上向下逐从上向下逐级级建建树树这样可防止建树时发生事件的遗漏2. 建建树树注意事注意事项项4)4)建建树时树时不允不允许门许门与与门门直接相直接相连连为了防止不对中间事件严格定义就仓促建树，从而导致 难以进行评审，或导致逻辑混乱使后续建树时出错5)5)用直接事件代替用直接事件代替间间接事接事件件使事件具有明确的定义且便于进一步向下发展6)6)重重视视共因事共因事件件共同的故障原因会引起不同的部件故障甚至不同的系统 故障共因事件对系统故障发生概率影响很大，故建树时必须 妥善处理共因事件若某个故障事件是共因事件，则对故障树的不同分支中 出现该事件必须使用同一事件符号3.3. 故障故障树树的的规规范范化化在对故障树进行分析之前应首先对故障树进行规 范化处理，使之成为规范化故障树，以便进行定 性和定量分析规范化故障树是指仅含有“顶事件、中间事件、 基本事件” 三类事件，以及“与”、“或”、 “非”三种逻辑门的故障树为此需要对故障树中的特殊事件和特殊逻辑门进 行处理和变换3.3. 故障故障树树的的规规范范化化特殊事件的特殊事件的规规范化范化：未探明事件根据其重要性(如发生概率的大小，后果严重程度等等) 和数据的完备性，或者当作基本事件或者删去：重要且数据完备的未探明事件当作基本事件对待 不重要且数据不完备的未探明事件则删去其它情况由分析者酌情决定开关事件：当作基本事件条件事件：总是与特殊门联系在一起的，它的处理规则 在特殊门的等效变换规则中介绍3.3. 故障故障树树的的规规范范化化顺序与门变换为与门特殊特殊门门的的规规范化原范化原则则：顺顺序与序与门变换为门变换为与与门门输出不变，顺序与门变为与门，其余输入不变，顺序条件事件作 为一个新的输入事件3.3. 故障故障树树的的规规范范化化2/4表决门变换为或门与门的组合表决表决门变换为门变换为或或门门和与和与门门的的组组合合3. 故障树的规范化异或异或门变换为门变换为或或门门、与、与门门和非和非门组门组合合3. 故障树的规范化禁禁门变换为门变换为与与门门原输出事件不变，禁门变换为与门，与门之下有两个 输入，一个为原输入事件，另一个为禁止条件事件图5 禁门变换为与门4. 故障故障树树的的简简化和模化和模块块分分解解故障树的简化和模块分解并不是故障树分析的必 要步骤。

对故障树不作简化和模块分解，或简化 和模块分解不完全，并不会影响以后定性分析和 定量分析的结果然而，对故障树尽可能的简化 和模块分解，可有效减少故障树的规模，从而减 少分析工作量4. 故障故障树树的的简简化和模化和模块块分分解解故障故障树树的的简简化化用相同转移符号表示相同子树，用相似转移符号 表示相似子树用布尔代数法简化，去掉明显的逻辑多余事件和 明显的逻辑多余门4. 故障故障树树的的简简化和模化和模块块分分解解布尔代数常用规则4. 故障故障树树的的简简化和模化和模块块分分解解4. 故障故障树树的的简简化和模化和模块块分分解解故障故障树树的模的模块块分分解解模模块块：故障树中至少两个底事件的集合，向上可到达同一 逻辑门，而且必须通过此门才能到达顶事件按模块的定义，找出故障树中尽可能大的模块每个模块构成一个模块子树，可单独地进行定性分析和定 量分析对每个模块子树用一个等效的虚设底事件来代替，将顶事 件与各模块之间的关系，转换为顶事件与底事件之间的关 系，从而使原故障树得以简化5. 故障故障树树定性分定性分析析求求最最小小割割集集研究最小割集可以找出故障树的 薄弱环节割集是故障树的若干底事件的集合，如果这些 底事件都发生,则顶事件必然发生最小割集是底事件数目不能再减少的割集，即 在最小割集中任意去掉一个底事件之后，剩下 的底事件集合就不是割集一个最小割集代表引起故障树顶事件发生的一 种故障模式5. 故障故障树树定性分定性分析析求最小割集的方法求最小割集的方法下行下行法法根据故障树的实际结构，从顶事件开始，逐级向下寻查：遇到与与门门就将其输入事件排在同一行排在同一行（只增加割集阶数， 不增加割集个数）遇到或或门门就将其输入事件各自排成一行各自排成一行（只增加割集个 数，不增加割集阶数）这样直到全部换成底事件为止，这样得到的割集再通过两 两比较，划去那些非最小割集，剩下即为故障树的全部最 小割集。

5. 故障故障树树定性分定性分析析求最小割集的故障树5. 故障故障树树定性分定性分析析从步骤1到2时，因下面是或门，所以在步骤2中的位置 换之以竖向串列从步骤2到3时，因下面是与门，所以横向并列，以此下去，直到第6步共得到9个割集：X1,X4, X6,X4, X7,X5, X6,X5, X7,X3,X6,X8,X2通过集合运算吸收律规则简化以上割集，得到 全部最小割集因为X6 X4 X6 X6 ,X6 X5 X6 X6所以x4 x6和 x5 x6被吸收，得到全部最小割集： X1, X 4 , X 7 , X 5 , X 7 , X 3 , X 6 , X 8 , X 2 5. 故障故障树树定性分定性分析析求最小割集的方法求最小割集的方法上行上行法法从故障树的底事件开始，自下而上逐层地进行事件集合运算将“或门”输出事件用输入事件的并（布尔和）代替将“与门”输出事件用输入事件的交（布尔积）代替在逐层代入过程中，按照布尔代数吸收律和等幂律来化简， 最后将顶事件表示成底事件积之和的最简式其中每一积项 对应于故障树的一个最小割集，全部积项即是故障树的所有 最小割集5. 故障故障树树定性分定性分析析仍以上述故障树为例，用上 行法求最小割集。

故障树的 最下一级为：M 4 X 4 X 5M 5 X 6 X 7M 6 X 6 X8往上一级为：M2 M4M5 (X4 X5)(X6 X7)X4X6 X4X7 X5X6 X5X7M3 X3M6 X3X6 X85. 故障故障树树定性分定性分析析 X 5 X 7 X 3 X 6 X 8再往上一级为：M 1 M 2 M 3 X 4 X 6 X 4 X 7 + X 5 X 6最上一级为：T X1 X2 M1 X1 X2 X4 X7 。