第6章-故障树分析分析课件.ppt

哈尔滨工业大学工业工程系哈尔滨工业大学工业工程系故障树分析故障树分析Failure Tree Analysis1可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第六章第六章主要内容主要内容o 概述概述 o 故障树的基本概念故障树的基本概念o 故障树定性分析故障树定性分析o 故障树定量分析与计算故障树定量分析与计算o 故障树的简化与重要度分析故障树的简化与重要度分析2可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第六章第六章概述概述切尔诺贝利核泄露事故切尔诺贝利核泄露事故美国的挑战者号升空后爆炸美国的挑战者号升空后爆炸印度的博帕尔化学物质泄露印度的博帕尔化学物质泄露3可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第六章第六章o研究和寻找一种在工程上能够保障和改进系统可靠性、研究和寻找一种在工程上能够保障和改进系统可靠性、安全性的方法，这就是故障树分析，安全性的方法，这就是故障树分析，FTA技术 n1961年 美国贝尔实验室在民兵导弹的发射控制系统可靠性研究中首先应用FTA技术；n1974年 美国原子能委员会在核电站安全评价报告（WASH-1400）中主要使用FTAn随着计算机技术的发展，FTA渗入到各个工程领域，并逐步形成一套完整的理论、方法和应用分析程序：概述概述选择选择合理合理的顶的顶事件事件建造故建造故障树障树故障树定性分析故障树定性分析故障树的简化故障树的简化求最小割集求最小割集最小割集定性比较最小割集定性比较故障树定量分析故障树定量分析求顶事件发生概率求顶事件发生概率重要度分析重要度分析确定设确定设计上的计上的薄弱环薄弱环节节采取措施，采取措施，提高产品提高产品的可靠性的可靠性FTA分析程序分析程序4可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第六章第六章概述概述oFTA与与FMECA的区别与联系的区别与联系nFMECA：单因素分析法，只能分析单个故障模式对系统的影响。

nFTA可分析多种故障因素（硬件、软件、环境、人为因素等）的组合对系统的影响nFMECA和FTA是工程中最有效的故障分析方法，FMECA是FTA的基础o各工程领域广泛应用：核工业、航空、航天、机械、各工程领域广泛应用：核工业、航空、航天、机械、电子、兵器、船舶、化工等电子、兵器、船舶、化工等5可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第六章第六章故障树的基本概念故障树的基本概念o故障树定义故障树定义n故障树指用以表明产品哪些组成部分的故障或外界事件或它们的组合将导致产品发生一种给定故障的逻辑图n故障树是一种逻辑因果关系图，构图的元素是事件事件和逻辑门逻辑门o事件用来描述系统和元、部件故障的状态o逻辑门把事件联系起来，表示事件之间的逻辑关系6可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第六章第六章举例说明：举例说明：Titanic海难事故海难事故顶事件逻辑门 中间事件底事件观察员、驾驶员失误，造成船体与冰山相撞船上的救生设备不足，使大多数落水者被冻死船体钢材不适应海水低温环境，造成船体裂纹距其仅20海里的California号无线电通讯设备处于关闭状态，无法收到求救信号，不能及时救援海难后果7可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第六章第六章基本概念基本概念o故障树分析（故障树分析（ FTA ）n通过对可能造成产品故障的硬件、软件、环境、人为因素进行分析，画出故障树，从而确定产品故障原因的各种可能组合方式和(或)其发生概率。

n定性分析n定量分析8可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第六章第六章FTA目的目的o目的目的n帮助判明可能发生的故障模式和原因；n发现可靠性和安全性薄弱环节，采取改进措施，以提高产品可靠性和安全性；n计算故障发生概率；n发生重大故障或事故后，FTA是故障调查的一种有效手段，可以系统而全面地分析事故原因，为故障“归零”提供支持；n指导故障诊断、改进使用和维修方案等 9可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第六章第六章FTA特点特点o特点特点n是一种自上而下的图形演绎方法；n有很大的灵活性；n综合性：硬件、软件、环境、人素等；n主要用于安全性分析；10可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第六章第六章FTA工作要求工作要求o在产品研制早期就应进行在产品研制早期就应进行FTA，以便早发现问题，以便早发现问题并进行改进随设计工作进展，并进行改进随设计工作进展，FTA应不断补充、应不断补充、修改、完善修改、完善o“谁设计，谁分析谁设计，谁分析n故障树应由设计人员在FMEA基础上建立可靠性专业人员协助、指导，并由有关人员审查，以保证故障树逻辑关系的正确性o应与应与FMEA工作相结合工作相结合n应通过FMEA找出影响安全及任务成功的关键故障模式（即I、II类严酷度的故障模式）作为顶事件，建立故障树进行多因素分析，找出各种故障模式组合，为改进设计提供依据。

11可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第六章第六章FTA工作要求工作要求oFTA输出的设计改进措施，必须落实到图纸和输出的设计改进措施，必须落实到图纸和有关技术文件中有关技术文件中o应采用计算机辅助进行应采用计算机辅助进行FTAn由于故障树定性、定量分析工作量十分庞大，因此建立故障树后，应采用计算机辅助进行分析，以提高其精度和效率 12可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第六章第六章故障树常用事件符号故障树常用事件符号序号序号符号符号名称名称说明说明1 1基本事件基本事件（底层事件）（底层事件）元、部件在设计的运行条件下发生的随机故障事元、部件在设计的运行条件下发生的随机故障事件n实线圆硬件故障n虚线圆人为故障2 2未探明事件未探明事件表示该事件可能发生，但是概率较小，勿需再进一步分析的故障事件，在故障树定性、定量分析中一般可以忽略不计3 3顶事件顶事件人们不希望发生的显著影响系统技术性能、经济性、可靠性和安全性的故障事件顶事件可由FMECA分析确定4 4中间事件中间事件故障树中除底事件及顶事件之外的所有事件13可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第六章第六章故障树常用事件符号故障树常用事件符号序号序号符号符号名称名称说明说明5 5开关事件开关事件已经发生或必将要发生的特殊事件。

6 6条件事件条件事件描述逻辑门起作用的具体限制的特殊事件7 7入三角形入三角形位于故障树的底部，表示树的A部分分支在另外地方8 8出三角形出三角形位于故障树的顶部，表示树A是在另外部分绘制的一棵故障树的子树AA14可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第六章第六章故障树常用逻辑门符号故障树常用逻辑门符号序号序号符号符号名称名称说明说明1 1与门与门oBi(i=1,2,n)为门的输入事件，为门的输入事件，A为门的输出事为门的输出事件件 oBi同时发生时，同时发生时，A必然发生，这种逻辑关系称为事必然发生，这种逻辑关系称为事件交件交o用逻辑用逻辑“与门与门”描述，逻辑表达式为描述，逻辑表达式为2 2或门或门o当输入事件中至少有一个发生时，输出事件当输入事件中至少有一个发生时，输出事件A发生，发生，称为事件并称为事件并o用逻辑用逻辑“或门或门”描述，逻辑表达式为描述，逻辑表达式为 15可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第六章第六章故障树常用逻辑门符号故障树常用逻辑门符号序号序号符号符号名称名称说明说明3 3表决门表决门on个输入中至少有个输入中至少有r个发生，则输出事件发生；否则输个发生，则输出事件发生；否则输出事件不发生。

出事件不发生4 4异或门异或门o输入事件输入事件B1B1，B2B2中任何一个发生都可引起输出事中任何一个发生都可引起输出事件件A A发生，但发生，但B1B1，B2B2不能同时发生相应的逻辑代不能同时发生相应的逻辑代数表达式为数表达式为 16可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第六章第六章故障树常用逻辑门符号故障树常用逻辑门符号序号序号符号符号名称名称说明说明5 5禁门禁门n仅当“禁门打开条件”发生时，输入事件B发生才导致输出事件A发生；n打开条件写入椭圆框内6 6顺序与门顺序与门仅当输入事件B按规定的“顺序条件”发生时，输出事件A才发生7 7非门非门输出事件A是输入事件B的逆事件17可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第六章第六章故障树常用逻辑门符号故障树常用逻辑门符号序号序号符号符号名称名称说明说明8 8相同转移相同转移符号符号（A是子树代号，用字母数字表示）：是子树代号，用字母数字表示）：n左图表示“下面转到以字母数字为代号所指的地方去”n右图表示“由具有相同字母数字的符号处转移到这里来”9 9相似转移相似转移符号符号（A是子树代号，用字母数字表示）：是子树代号，用字母数字表示）：n左图表示“下面转到以字母数字为代号所指结构相似而事件标号不同的子树去”，不同事件标号在三角形旁注明n右图表示“相似转移符号所指子树与此处子树相似但事件标号不同”18可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第六章第六章故障树分析故障树分析o建立故障树的步骤建立故障树的步骤n广泛收集并分析系统及其故障的有关资料；n选择顶事件；n定义顶事件结构；n确定分支事件结构n简化故障树。

4.0 在细节连续在细节连续水平上探索系水平上探索系统的分支统的分支5.0 简化故障树简化故障树3.0 定义顶事件定义顶事件的结构的结构2.0 选择顶事件选择顶事件1.0 定义感兴趣定义感兴趣的系统的系统19可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第六章第六章建立故障树步骤：建立故障树步骤：4.0 在细节连续在细节连续水平上探索系水平上探索系统的分支统的分支5.0 简化故障树简化故障树3.0 定义顶事件定义顶事件的结构的结构2.0 选择顶事件选择顶事件1.0 定义感兴趣定义感兴趣的系统的系统故障树分析故障树分析20可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第六章第六章故障树分析故障树分析o定义感兴趣的系统定义感兴趣的系统n感兴趣的功能；n物理边界；n分析边界；n初始条件；21可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第六章第六章故障树分析故障树分析o举例：举例：22可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第六章第六章感兴趣的功感兴趣的功能能为舰船的转向为舰船的转向系统的运行提系统的运行提供压力供压力物理边界物理边界能源供应能源供应1能源供应能源供应2分析边界分析边界忽略连线故障忽略连线故障和失效和失效初始条件初始条件继电器关闭继电器关闭开关关闭开关关闭泵打开泵打开边界边界故障树分析故障树分析o系统定义举例：系统定义举例：23可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第六章第六章故障树分析的步骤：故障树分析的步骤：4.0 在细节连续在细节连续水平上探索系水平上探索系统的分支统的分支5.0 简化故障树简化故障树3.0 定义顶事件定义顶事件的结构的结构2.0 选择顶事件选择顶事件1.0 定义感兴趣定义感兴趣的系统的系统故障树分析故障树分析24可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第六章第六章故障树分析故障树分析o定义分析的顶事件定义分析的顶事件n顶事件必须是系统特定的问题25可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第六章第六章比较差的顶事件比较差的顶事件（缺乏主体）（缺乏主体）不会启动不会启动故障树分析故障树分析26可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第六章第六章比较差的顶事件比较差的顶事件(缺乏功能性失效和条件缺乏功能性失效和条件)电机电机故障树分析故障树分析27可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第六章第六章比较差的顶事件比较差的顶事件(非特定的功能性失效描述非特定的功能性失效描述)电机失效电机失效故障树分析故障树分析28可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第六章第六章很好的顶事件很好的顶事件电机启动电机启动失败失败故障树分析故障树分析29可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第六章第六章建立故障树步骤：建立故障树步骤：4.0 在细节连续在细节连续水平上探索系水平上探索系统的分支统的分支5.0 简化故障树简化故障树3.0 定义顶事件定义顶事件的结构的结构2.0 选择顶事件选择顶事件1.0 定义感兴趣定义感兴趣的系统的系统故障树分析故障树分析30可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第六章第六章故障树分析故障树分析o定义顶事件结。