引論：我們?yōu)槟砹?3篇故障樹分析法范文，供您借鑒以豐富您的創(chuàng)作。它們是您寫作時(shí)的寶貴資源，期望它們能夠激發(fā)您的創(chuàng)作靈感，讓您的文章更具深度。

篇1

1、故障樹分析（FTA）是由上往下的演繹式失效分析法，利用布林邏輯組合低階事件，分析系統(tǒng)中不希望出現(xiàn)的狀態(tài)。故障樹分析主要用在安全工程以及可靠度工程的領(lǐng)域，用來了解系統(tǒng)失效的原因，并且找到最好的方式降低風(fēng)險(xiǎn)，或是確認(rèn)某一安全事故或是特定系統(tǒng)失效的發(fā)生率。故障樹分析也用在航空航天、核動(dòng)力、化工制程、制藥、石化業(yè)及其他高風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)業(yè)，也會(huì)用在其他領(lǐng)域的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，例如社會(huì)服務(wù)系統(tǒng)的失效。故障樹分析也用在軟件工程，在偵錯(cuò)時(shí)使用，和消除錯(cuò)誤原因的技術(shù)很有關(guān)系。

2、在航空航天領(lǐng)域中，更廣泛的詞語(yǔ)“系統(tǒng)失效狀態(tài)”用在描述從底層不希望出現(xiàn)的狀態(tài)到最頂層失效事件之間的故障樹。這些狀態(tài)會(huì)依其結(jié)果的嚴(yán)重性來分類。結(jié)果最嚴(yán)重的狀態(tài)需要最廣泛的故障樹分析來處理。這類的“系統(tǒng)失效狀態(tài)”及其分類以往會(huì)由機(jī)能性的危害分析來處理。

（來源：文章屋網(wǎng) ）

篇2

1 故障樹分析法簡(jiǎn)介

從20世紀(jì)60年代以來，在一些復(fù)雜系統(tǒng)的故障分析中，形成和發(fā)展了一種新的故障樹分析法。這是一種從系統(tǒng)到部件再到零件的下降形式分析方法。它是從系統(tǒng)開始，通過邏輯符號(hào)與具體單元、零部件相聯(lián)系；與失效的的狀態(tài)事件相聯(lián)系；構(gòu)成一幅樹狀分支圖，稱為故障樹。故障樹分析法首先將分析的系統(tǒng)故障事件作為第一階（即第一行―頂事件），再將導(dǎo)致該事件發(fā)生的直接原因（包括硬件故障、環(huán)境因素、人為差錯(cuò)等）并列為第二階段。用適當(dāng)?shù)氖录?hào)表示，用邏輯門把他們與系統(tǒng)故障事件聯(lián)結(jié)起來。其次將導(dǎo)致第二階段延長(zhǎng)事件發(fā)生的原因列出為第三階段。兩階之間同樣用事件符號(hào)和邏輯門聯(lián)系。這樣逐段展開，直到把最基本的原因都分析出來為止，這樣的邏輯圖便是故障樹。利用故障樹去分析系統(tǒng)發(fā)生故障的各種途徑和可靠性特征量，這就是故障樹分析法。

2 故障樹分析法主要特點(diǎn)

（1）它是一種直觀的圖形演繹法。把系統(tǒng)的故障與引起故障的因素，用圖形比較形象的表現(xiàn)出來。用它來分析系統(tǒng)失效事件發(fā)生的概率，也可用來分析零、部件或子系統(tǒng)的失效事件對(duì)系統(tǒng)失效的影響。從故障樹圖由上往下看可知：系統(tǒng)的故障與那些單元有關(guān)系？有怎樣的關(guān)系？多大關(guān)系。從圖由下往上看：知道單元故障對(duì)系統(tǒng)故障的影響，什么影響？影響途徑怎樣？程度有多大？（2）故障樹分析可作定性分析還可作定量分析；不僅可分析單一機(jī)件引起系統(tǒng)失效的影響，而且可以分析多機(jī)件構(gòu)成的子系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)影響；不僅可反映系統(tǒng)內(nèi)部單元與系統(tǒng)故障的關(guān)系，也能反映系統(tǒng)外部因素（環(huán)境因素和人為因素）對(duì)系統(tǒng)的影響。（3）故障樹分析不僅可用于指導(dǎo)設(shè)計(jì)，也可用于指導(dǎo)正確的維修管理。（4）故障樹的建造工作量十分繁重和復(fù)雜，需要較高的技術(shù)。

3 故障樹的組成

（1）頂事件的選取。它是系統(tǒng)分析的目標(biāo)和對(duì)象，要選擇一個(gè)具有明確意義，可用概率度量，能夠向下分解，最后找出失效原因的故障事件。（2）故障樹的建造。這是故障樹分析中的關(guān)鍵一步。要由多方技術(shù)人員通力合作，經(jīng)過細(xì)致的綜合分析，找出系統(tǒng)失效事件的邏輯關(guān)系。首先分析事故鏈確定主流程，然后確定邊界條件，給出故障樹的范圍，最后利用事件符號(hào)和邏輯符號(hào)畫出故障樹。（3）故障樹的圖形符號(hào)。有兩種圖形符號(hào)，即：邏輯符號(hào)和事件符號(hào)。他們都有各自的具體圖形符號(hào)和意義。（4）故障樹的基本結(jié)構(gòu)。

4 故障樹的建造

4.1 確定頂事件和邊界條件

頂事件是針對(duì)所研究對(duì)象的系統(tǒng)故障事件。是在各種可能的系統(tǒng)故障中篩選出來的最危險(xiǎn)的事件，對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng)，頂事件不是唯一的，分析的目標(biāo)、任務(wù)不同，應(yīng)選擇不同的頂事件。在很多情況下，頂事件就選定故障模式和影響分析中識(shí)別出來的致命度高的事件。必要時(shí)還可把大型復(fù)雜系統(tǒng)分解為若干相關(guān)的子系統(tǒng)，以典型的中間事件當(dāng)作若干子故障樹的頂事件進(jìn)行建樹分析，最后再加以綜合。這樣可使任務(wù)簡(jiǎn)單化，并可同時(shí)組織多人分工合作參與建樹工作。

根據(jù)選定的頂事件，合理地確定建樹的邊界條件，以確定故障樹的建樹范圍，故障樹的邊界條件包括：（1）初始狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)中的部件有數(shù)種工作狀態(tài)時(shí)，應(yīng)指明與頂事件發(fā)生有關(guān)的部件的工作狀態(tài)。（2）不容許事件。指在建樹的過程中認(rèn)為不容許發(fā)生的事件。（3）必然事件。指系統(tǒng)工作時(shí)在一定條件下必然發(fā)生在一定條件下必然發(fā)生的事件和必然不發(fā)生的事件。

4.2 逐層展開建樹

篇3

Key words： fault tree analysis；safety risk；assessment

中圖分類號(hào)：F272.92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2014）09-0142-03

0 引言

目前，項(xiàng)目安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要采用的方法是專家調(diào)查打分法和LEC法，前者簡(jiǎn)單明了、操作方便，但可靠性完全取決于專家的經(jīng)驗(yàn)和水平；后者結(jié)合了定性與定量的特性，但無法找出影響風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的基本要素。故障樹分析（FTA）技術(shù)是美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的沃特森博士于1961年開發(fā)的，它采用了邏輯的方法，利用圖的形式將可能造成項(xiàng)目失敗的各種因素進(jìn)行分析，并確定其各種可能組合方式。該方法能將項(xiàng)目安全風(fēng)險(xiǎn)由粗到細(xì)，由大到小，分層排列，容易找出所有基本風(fēng)險(xiǎn)事件，邏輯關(guān)系明晰，分析結(jié)果準(zhǔn)確。

1 安全風(fēng)險(xiǎn)的特征

安全風(fēng)險(xiǎn)是指危險(xiǎn)、危害事故發(fā)生的可能性與其造成損失的集合。工程項(xiàng)目安全風(fēng)險(xiǎn)具有如下特性：①客觀性。安全風(fēng)險(xiǎn)不以人的意志為轉(zhuǎn)移，客觀真實(shí)的存在于生活之中。②可變性。在施工過程中，不同風(fēng)險(xiǎn)能導(dǎo)致不同結(jié)果，但如果提前加以控制就能避免風(fēng)險(xiǎn)事件的發(fā)生或降低其影響。③多樣性。安全風(fēng)險(xiǎn)常常存在于每個(gè)不同的環(huán)節(jié)和領(lǐng)域，并表現(xiàn)出各種形式和性質(zhì)。

2 安全風(fēng)險(xiǎn)的分類

按照誘發(fā)危險(xiǎn)、有害因素失控的條件分類：

①人的不安全行為。人的不安全行為分操作錯(cuò)誤、忽視安全、忽視警告，造成安全裝置失效，使用不安全設(shè)備，手代替工具操作，物體存放不當(dāng)，冒險(xiǎn)進(jìn)入危險(xiǎn)場(chǎng)所，忽視防護(hù)用品用具的使用等13大類。②物的不安全狀態(tài)。物的不安全狀態(tài)分為防護(hù)、保險(xiǎn)、信號(hào)等裝置缺乏或有缺陷，設(shè)備、設(shè)施、工具有缺陷，個(gè)人防護(hù)用品、用具缺少或有缺陷，以及生產(chǎn)場(chǎng)地不良4大類。③管理存在缺陷。管理缺陷主要包括對(duì)物性能控制的缺陷，對(duì)人的失誤控制的缺陷，工藝過程、作業(yè)程序的缺陷，用人單位的缺陷，對(duì)來自相關(guān)方的風(fēng)險(xiǎn)管理的缺陷，違反安全人機(jī)工程原理6大類。

3 安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法一般可分為定性評(píng)估法、定量評(píng)估法以及定性定量相結(jié)合的方法。其中常用的有故障樹分析法、專家打分法、LEC法、矩陣圖法、概率分析法、決策樹分析法、蒙特卡羅法等。本文將重點(diǎn)介紹故障樹分析法在項(xiàng)目安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的應(yīng)用。

3.1 故障樹分析步驟 ①確定故障樹的頂上事件。將易于發(fā)生且后果嚴(yán)重的事故作為頂上事件。②調(diào)查與頂上事件有關(guān)的所有原因事件。③故障樹作圖。從頂上事件起，一層一層往下分析各自的直接原因事件，根據(jù)彼此間的邏輯關(guān)系，用邏輯門連接上下層事件，直到所要求的分析深度，形成一株倒置的邏輯樹形圖。④故障樹定性分析。定性分析是故障樹分析的核心內(nèi)容之一，目的是分析該類事故的發(fā)生規(guī)律及特點(diǎn)，通過求取最小割集（或最小經(jīng)集），找出控制事故的可行方案，并從故障樹結(jié)構(gòu)上分析各基本事件的重要程度。⑤定量分析。根據(jù)各基本事件的故障率，分析頂上事件發(fā)生的可能性大小。結(jié)合定性分析，按輕重緩急分別采取對(duì)策。

3.2 故障樹分析方法 ①最小割集及其求法：最小割集就是引起頂上事件發(fā)生必須的最低限度的割集。最小割集表示系統(tǒng)的危險(xiǎn)性，求出最小割集可以掌握事故發(fā)生的各種可能，最小割集越多，系統(tǒng)越危險(xiǎn)。最小割集的求取方法有行列式法、布爾代數(shù)法等。②最小徑集及其求法：最小徑集是頂上事件不發(fā)生所需的最低限度的徑集。最小徑集表示系統(tǒng)的安全性，每一最小徑集表示防止頂上事件的一個(gè)方案，最小徑集越多，系統(tǒng)就越安全。最小徑集可利用它與最小割集的對(duì)偶性求解。把原來故障樹的與門和或門對(duì)換，各類事件發(fā)生換成不發(fā)生，進(jìn)而求出成功樹的最小割集，最后轉(zhuǎn)化為故障樹的最小徑集。③結(jié)構(gòu)重要度分析：結(jié)構(gòu)重要度分析是從故障樹結(jié)構(gòu)上分析各基本事件的重要程度。即在不考慮各基本事件發(fā)生概率（或假定各基本事件的發(fā)生概率都相等）的情況下，分析各基本事件的發(fā)生對(duì)頂上事件所產(chǎn)生的影響程度。結(jié)構(gòu)重要度分析可采用兩種方法，一是求結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)；二是利用最小割集或最小徑集判斷重要度，結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)計(jì)算公式如下：

I？漬 （i）=■■

I？漬 （i）——基本事件Xi重要度系數(shù)近似判斷值；

Kj——包含Xi的割集（徑集）；

n——Xi所在最小割集（徑集）中基本事件的總數(shù)。

當(dāng)然，在實(shí)際應(yīng)用過程中，基本事件重要性還要結(jié)合其發(fā)生頻率等定量數(shù)據(jù)予以判斷。

3.3 故障樹分析案例應(yīng)用 高空墜落一直是建筑施工行業(yè)的常見事故，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2009年至2010年兩年間，中鐵十七局四公司共發(fā)生各類高空墜落事件20余起，其中從腳手架、模板、作業(yè)平臺(tái)上墜落占到了總數(shù)的80%，個(gè)別事件造成了人員傷亡。為系統(tǒng)分析可能造成高空墜落的每個(gè)基本事件或其組合，判斷其重要程度，以便及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，本文將圍繞高空墜落展開故障樹分析。以“工人從腳手架、模板、作業(yè)平臺(tái)上墜落”作為頂上事件，編制故障樹如圖1。

①計(jì)算故障樹的最小割集。根據(jù)集合的運(yùn)算定律，本案例采用布爾代數(shù)法計(jì)算如下：

T=A1+A2+A3+A4+X3

=（X1+X2+X5X6）+（X7+X8）（X4+X9）+（X10+X11）X12X4+X4（X13+X14）+X3

=X1+X2+X3+X5X6+X4X7+X7X9+X4X8+X8X9+X4X13+X4X14+X4X10X12+X4X11X12

則該故障樹的最小割集為E1={X1}；E2={X2}；E3={X3}； E4={X5，X6}；E5={X4，X7}；E6={X7，X9}；E7={X4，X8}；E8={X8，X9}； E9={X4，X13}；E10={X4，X14}；E11={X4，X10，X12}；E12={X4，X11，X12}。

用最小割集表示故障樹的等效圖如圖2所示，發(fā)生頂上事件的途徑有12種。

②計(jì)算故障樹的最小徑集。利用故障樹最小割集的對(duì)偶性求解。用T′、A′1、A′2、A′3、 A′4、B′1、B′2、M′1、M′2、M′3、M′4、X′1、X′2、X′3、X′4、X′5、X′6、X′7、X′8、X′9、X′10、X′11、X′12、X′13、X′14表示原有事件的補(bǔ)事件，邏輯門作相應(yīng)轉(zhuǎn)換，則所得成功樹如圖3所示。

根據(jù)集的運(yùn)算定律用布爾代數(shù)法計(jì)算成功樹的最小割集：T′=A′1A′2A′3A′4X′3

=X′1X′2X′3（X′5+X′6）（X′7X′8+X′4X′9）（X′10X′11+X′4X′12）（X′4+X′13X′14）

=X′1X′2X′3（X′4X′5X′7X′8+X′4X′5X′9+X′4X′6X′7X′8+X′4X′6X′9+X′5X′7X′8X′12X′13X′14+X′6X′7X′8X′12X′13X′14+X′5X′7X′8X′10X′11X′13X′14+X′6X′7X′8X′10X′11X′13X′14）

=X′1X′2X′3X′4X′5X′7X′8+X′1X′2X′3X′4X′5X′9+X′1X′2X′3X′4X′6

X′7X′8+X′1X′2X′3X′4X′6X′9+X′1X′2X′3X′5X′7X′8X′12X′13X′14+X′1X′2X′3

X′6X′7X′8X′12X′13X′14+X′1X′2X′3X′5X′7X′8X′10X′11X′13X′14+X′1X′2X′3

X′6X′7X′8X′10X′11X′13X′14

根據(jù)成功樹的最小割集轉(zhuǎn)換求得原故障樹的最小徑集：P1={X1，X2，X3，X4，X5，X7，X8}；P2={X1，X2，X3，X4，X5，X9}；P3={X1，X2，X3，X4，X6，X7，X8}；P4={X1，X2，X3，X4，X6，X9}；P5={X1，X2，X3，X5，X7，X8，X12，X13，X14}；P6={X1，X2，X3，X6，X7，X8，X12，X13，X14}；P7={X1，X2，X3，X5，X7，X8，X10，X11，X13，X14}；P8={X1，X2，X3，X6，X7，X8，X10，X11，X13，X14}

③本事件結(jié)構(gòu)重要度分析。利用重要度系數(shù)公式計(jì)算各基本事件結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)（不考慮發(fā)生概率情況下）：

I？漬（1）=1；I？漬（2）=1；I？漬（3）=1；I？漬（4）=1.62；I？漬（5）=0.33；I？漬（6）=0.33；I？漬（7）=0.66；I？漬（8）=0.66；I？漬（9）=0.66；I？漬（10）=0.14；I？漬（11）=0.14；I？漬（12）=0.28；I？漬（13）=0.33；I？漬（14）=0.33

則重要性順序?yàn)椋篨4>X1=X2=X3>X7=X8=X9>X5=X6=X13=X14>X12>X10=X11。與等效故障樹分析結(jié)果基本一致。

④基本事件概率重要度分析。由于結(jié)構(gòu)重要度分析只是按故障樹的結(jié)構(gòu)分析了各基本事件對(duì)頂上事件的影響，因此具有一定的局限性，實(shí)際應(yīng)用中還應(yīng)該考慮基本事件的發(fā)生概率。基本事件概率重要度分析反映的是各基本事件發(fā)生概率對(duì)頂上事件的影響，其方法是頂上事件發(fā)生概率函數(shù)P（T）對(duì)基本事件（Xi）求一次偏導(dǎo)數(shù)，即I（i）=？墜P（T）/？墜Xi。根據(jù)四公司廈深、漢宜、南廣三個(gè)代表性項(xiàng)目2010年收集到的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在所有各基本事件中，發(fā)生概率最高的是“未系安全帶”，其次是“違章操作”和“無安全防護(hù)或防護(hù)不到位”，再次是“腳踩空”、“緊固扣件松脫”、“跳板折斷”、“結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理”等。

⑤評(píng)估結(jié)果及應(yīng)對(duì)措施。“工人從腳手架、模板、作業(yè)平臺(tái)上墜落”事件的最小割集有12個(gè)，最小徑集有8個(gè)，說明導(dǎo)致高空墜落事件的可能性有12種，但只要采取最小徑集方案中的任何一種，即可有效避免事故的發(fā)生。綜合考慮各基本事件結(jié)構(gòu)重要度順序和概率重要度統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，可以確定造成頂上事件的主要原因依次為：未系安全帶、無安全防護(hù)或防護(hù)不到位、違章操作、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、緊固扣件松脫等，需要重點(diǎn)采取措施予以應(yīng)對(duì)，其他為次要原因。

根據(jù)評(píng)估結(jié)果，2011年四公司安質(zhì)部重點(diǎn)采取了以下應(yīng)對(duì)措施強(qiáng)化項(xiàng)目“高空墜落”安全風(fēng)險(xiǎn)的管理，防范頂上事件發(fā)生：一是強(qiáng)化安全帶的使用。規(guī)定高處作業(yè)人員必須按規(guī)定佩帶和正確使用安全帶，不得使用損毀或質(zhì)量不合格的安全帶，同時(shí)項(xiàng)目部要加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)檢查。二是做好安全防護(hù)。規(guī)定各項(xiàng)目墩臺(tái)頂部、高空走道必須按要求設(shè)置防護(hù)圍欄，掛設(shè)安全網(wǎng)，圍欄連接要牢固，高度要合適，安全網(wǎng)質(zhì)量應(yīng)合格，安裝應(yīng)有效；腳手架要按規(guī)定連接牢固，并設(shè)有防滑措施，跳板應(yīng)鋪滿。要注意對(duì)安全防護(hù)設(shè)施定期進(jìn)行檢查和維護(hù)。三是嚴(yán)禁違章作業(yè)。腳手架搭設(shè)、模板拼裝必須按規(guī)范操作，按交底進(jìn)行；各項(xiàng)施工作業(yè)必須滿足規(guī)范；嚴(yán)禁攀登連接件和支撐件；嚴(yán)禁在上下同一垂直面安裝、拆卸模板；嚴(yán)禁惡劣天氣下露天攀登與懸空高處作業(yè)；嚴(yán)禁酒后作業(yè)等。四是嚴(yán)格方案評(píng)審。腳手架搭設(shè)及模板拼裝方案必須經(jīng)過適當(dāng)?shù)脑u(píng)審，必要時(shí)由公司組織內(nèi)外部專家進(jìn)行論證，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科學(xué)合理，防護(hù)措施全面到位。五是落實(shí)崗前培訓(xùn)。規(guī)定高處作業(yè)人員必須經(jīng)培訓(xùn)考核合格后方可上崗，特種作業(yè)人員（如架子工）必須取得特種作業(yè)證后持證上高。恐高癥患者不得從事高空作業(yè)。六是狠抓監(jiān)督檢查。規(guī)定項(xiàng)目部應(yīng)專人負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)安全巡視檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并整改安全隱患，對(duì)違章操作、違章指揮、不系安全帶等人為因素加大處罰力度，切實(shí)提高員工安全意識(shí)。

措施實(shí)施后，經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行和統(tǒng)計(jì)，中鐵十七局四公司“高空墜落事件”發(fā)生頻率總體降低了約45%，取得了良好效果，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)。

4 結(jié)束語(yǔ)

安全生產(chǎn)是項(xiàng)目安全管理的永恒主題，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估則是項(xiàng)目安全管理的基礎(chǔ)。工程項(xiàng)目安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)多面廣、錯(cuò)綜復(fù)雜，準(zhǔn)確評(píng)估各類風(fēng)險(xiǎn)的重要程度，明確控制重點(diǎn)，找出應(yīng)對(duì)途徑，對(duì)有效管控項(xiàng)目安全風(fēng)險(xiǎn)有著舉足輕重的作用。故障樹分析法是項(xiàng)目安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的有效工具，它可以找到引起事故發(fā)生的原因及其相互關(guān)系，發(fā)現(xiàn)事故發(fā)生的模式和預(yù)防事故的最佳途徑，其特點(diǎn)是邏輯性強(qiáng)、靈活性高、適用范圍廣，既可定性分析，又可定量分析，評(píng)估結(jié)果具有系統(tǒng)性、準(zhǔn)確性和預(yù)測(cè)性，適用于較復(fù)雜系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

參考文獻(xiàn)：

篇4

1故障樹分析法的特點(diǎn)

故障樹分析法簡(jiǎn)稱FTA（Failures Tree Analysis）模型是一個(gè)根據(jù)被診斷對(duì)象結(jié)構(gòu)、功能特征的建立的模型，是一種定性的因果模型，頂事件作為系統(tǒng)最不希望發(fā)生的事件，中間事件和底事件是可能導(dǎo)致頂事件發(fā)生的其它事件，用邏輯門表示事件與事件之間聯(lián)系，故障樹是一種倒樹狀的結(jié)構(gòu)。反映了特征向量與故障向量（故障原因）之間的全部邏輯關(guān)系。

故障樹分析法的特點(diǎn)是：

（1）通過定性分析，可幫助弄清系統(tǒng)的故障模式，找出系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。通過對(duì)各種基本事件進(jìn)行安全控制的優(yōu)先級(jí)別順序，采取措施以確定各基本事件對(duì)故障影響的程度，為制定科學(xué)合理的故障樹提供了基本依據(jù)。

（2）故障樹的因果關(guān)系直觀、清晰。對(duì)導(dǎo)致出現(xiàn)故障的各種原因及邏輯關(guān)系可以做出全面、形象、簡(jiǎn)潔的判斷，使有關(guān)人員了解故障點(diǎn)的出現(xiàn)原因和處理措施。

（3）通過定量分析，再依據(jù)各基本事件可能出現(xiàn)的概率，計(jì)算出故障發(fā)生的概率，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)安全控制目標(biāo)提供一個(gè)具體量的概念，這也有助于其它各項(xiàng)指標(biāo)的量化處理。

2故障樹的生成方法及步驟

近年來相繼出現(xiàn)了一些較好的算法和程序，但計(jì)算機(jī)建樹系統(tǒng)仍不完善，對(duì)于近年出現(xiàn)的計(jì)算機(jī)算法所適用范圍各有差異，至今未出現(xiàn)比較規(guī)范和系統(tǒng)化的算法。本文采用傳統(tǒng)的故障樹分析法，由于有前期大量工作的基礎(chǔ)，對(duì)系統(tǒng)設(shè)備故障的統(tǒng)計(jì)分析，繼而采用傳統(tǒng)故障樹分析方法。

以系統(tǒng)化和規(guī)范化的算法作為故障樹分析法的出發(fā)點(diǎn)，通過提出的在建立在描述元件（部件）故障模型的基礎(chǔ)上，基于系統(tǒng)分析利用鄰接矩陣確定系統(tǒng)故障樹頂部結(jié)構(gòu)。通過子要素級(jí)別分析，強(qiáng)連接關(guān)系識(shí)別和基本子要素的確定，最終自動(dòng)生成故障樹的方法。應(yīng)用該方法大大增強(qiáng)了故障樹的可讀性，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)故障樹生成的復(fù)雜性，為故障樹生成節(jié)省大量重復(fù)勞動(dòng)，使生成的故障樹具有更強(qiáng)的理論依據(jù)和可行性。

根據(jù)以上特點(diǎn)，故障樹分析法可適用于對(duì)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行可維修性及可靠性分析。圖1為一個(gè)簡(jiǎn)單的故障樹原理圖。圖中頂事件：系統(tǒng)故障，由部件A或部件B引發(fā)，而部件A的故障又是由兩個(gè)元件1、2中的一個(gè)失效引起，部件B的故障是在兩個(gè)元件3、4同時(shí)失效時(shí)發(fā)生。

故障樹分析診斷法步驟如下：

（1）調(diào)查故障的概率。收集故障發(fā)生的概率，進(jìn)行概率統(tǒng)計(jì)；

（2）選擇合理的頂事件。一般以待診斷故障為頂事件對(duì)象；

（3）建造正確合理的故障樹。這是診斷的核心與關(guān)鍵；

（4）故障搜尋與診斷。根據(jù)建立的故障樹，對(duì)故障進(jìn)行搜尋和診斷，搜尋方法有邏輯推理診斷法、最小割集診斷法等。

在建樹之前，應(yīng)該對(duì)所分析的系統(tǒng)深入細(xì)致地進(jìn)行了解。因此，需要廣泛收集有關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、設(shè)備技術(shù)規(guī)范、流程圖、運(yùn)行等技術(shù)文件和資料，并進(jìn)行仔細(xì)的分析研究具體方法為：

（1）選擇和確定頂事件：最不希望發(fā)生的系統(tǒng)故障我們確定為頂事件。一般這個(gè)事件具有明顯地影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行、產(chǎn)生不穩(wěn)定因素、使技術(shù)性能下降等特征。但頂事件必須有明確的定義，而且一定是可以分解的。有時(shí)最不希望發(fā)生的故障狀態(tài)不止一個(gè)，因而一個(gè)系統(tǒng)需要建幾棵樹，所以一般頂事件并不是唯一的。

（2）自上而下的建造故障樹：在確定頂事件之后，將它作為第一行，找出導(dǎo)致頂事件的所有可能的直接原因，作為第一級(jí)中間事件，把它們用相應(yīng)的事件符號(hào)表示出來，并用適合于它們之間邏輯關(guān)系的邏輯門符號(hào)與頂事件相連接，然后逐級(jí)向下發(fā)展，直到找出引起系統(tǒng)失效的全部原因，作為底事件。這樣，就得到了一棵倒置的故障樹。

建立故障樹應(yīng)從以下幾方面入手：

（1）收集和調(diào)查系統(tǒng)事故資料。收集、調(diào)查系統(tǒng)的已有故障資料和類似系統(tǒng)的故障資料。

篇5

二、一、故障樹分析法介紹

1.1（一）起源：

其實(shí)從起源來說故障樹分析技術(shù)已經(jīng)有很長(zhǎng)的歷史了，它最早是

由美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的。它是使用樹的模型對(duì)一些工程系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估的分析方法。樹的模型是依據(jù)由頂端開始逐級(jí)向下的圖形類方法。在1974年，它首次應(yīng)用于核電站的安全評(píng)估。從此開始故障樹分析法就不斷的得到優(yōu)化，并且應(yīng)用范圍也在不斷的拓寬。它的實(shí)現(xiàn)是在構(gòu)造邏輯數(shù)圖形的時(shí)候，把不利于系統(tǒng)（會(huì)造成系統(tǒng)失效）的多種不定原因綜合分析。并且通過數(shù)學(xué)方法精確的計(jì)算這些原因綜合出現(xiàn)的概率，某幾種原因組合的可能與方式。從而預(yù)判系統(tǒng)非正常工作的可能性。進(jìn)而采用可改善的措施，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全而進(jìn)行服務(wù)。今年來，故障樹分析技術(shù)主要應(yīng)用在航天領(lǐng)域、化工領(lǐng)域、電力領(lǐng)域等方面，作為定性定量分析的工具。本文就是介紹故障樹分析方法在電力故障中的評(píng)測(cè)應(yīng)用。

1.2（二）原理與應(yīng)用：

在故障樹分析中，具體建樹的原理如下：首先把電力變壓器系統(tǒng)（本文針對(duì)電力變壓器故障）的安全有威脅的因素和狀態(tài)作為最終分析的目的。把造成故障狀態(tài)的因素全部挑出，再逐級(jí)尋找下級(jí)因素，直到所有的因素都被找出為止。

把不安全的狀態(tài)認(rèn)為是事件，用邏輯符合替代每個(gè)事件，同時(shí)用門關(guān)系把各個(gè)事件進(jìn)行聯(lián)系。最終成為樹狀的圖形，也就是建造好一棵樹。樹間的關(guān)系利用邏輯因果關(guān)系構(gòu)成。

1.3（三）故障樹分析方法的優(yōu)勢(shì)優(yōu)劣

優(yōu)勢(shì)：首先這種樹形描述關(guān)系清晰，能夠具備邏輯性的找出事故發(fā)生的原因。安全人員就可以從樹中得到結(jié)論，關(guān)注如何預(yù)防威脅原因組合成危險(xiǎn)狀態(tài)。作出做出合理的防護(hù)。其次通過數(shù)學(xué)計(jì)算，得出故障狀態(tài)在多大的概率數(shù)據(jù)下可能發(fā)生，通過數(shù)據(jù)了解不同危害原因的影響程度。最后可以通過定量和定性的分析，分析措施的實(shí)施順序，合理進(jìn)行量化工作。

2.（四）故障樹分析法的缺點(diǎn)

劣勢(shì)：對(duì)于造成事故的原因易于分析，但是由原因到如何處理事故卻是很難施行。其次針對(duì)性過強(qiáng)，分析時(shí)候是針對(duì)每個(gè)事故狀態(tài)，而不能系統(tǒng)綜合的分析。用簡(jiǎn)易的說法就是，細(xì)節(jié)思考，定性定量能力很強(qiáng)，但是縱觀全局的能力較弱。再次使用故障樹分析法必須能準(zhǔn)確的建樹，這對(duì)人員的分析能力，工作水平有較高的要求。最后，每個(gè)事件的概率采集需要預(yù)先做大量的采集工作。

三、二、電力變壓器故障簡(jiǎn)介：

電力變壓器會(huì)發(fā)生的故障眾多，按照部分劃分主要氛圍鐵芯、開關(guān)、引線、繞組、絕緣、冷卻系統(tǒng)等多個(gè)故障。為了后面建造故障樹，優(yōu)先考慮影響大，出現(xiàn)頻率較高的故障。這里鐵芯故障、絕緣故障和繞組三個(gè)故障應(yīng)分析哪個(gè)最大。

首先繞組故障主要是在變壓器的線圈內(nèi)部出現(xiàn)。長(zhǎng)期使用會(huì)導(dǎo)致溫度過高，排熱不及時(shí)或者冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)問題會(huì)導(dǎo)致繞線產(chǎn)生短路，甚至燒斷。當(dāng)然燒斷的情況主要是短路形式的出現(xiàn)。

其次鐵芯故障：經(jīng)常出現(xiàn)鐵芯故障的可能性很多，比如鐵芯多點(diǎn)接地，造成變壓器的過熱；接地點(diǎn)接觸不良或者接地金屬片斷開都會(huì)產(chǎn)生懸浮并且放電。

另一個(gè)重要的故障是絕緣系統(tǒng)故障：出現(xiàn)的方式是絕緣系統(tǒng)被整體擊穿。這在繞組物理形狀改變和電壓不穩(wěn)定的情況下經(jīng)常發(fā)生；圍屏異常放電，這在絕緣失效、電壓不穩(wěn)定，油流通不通暢等原因下都會(huì)發(fā)生。

三、電力變壓器分析樹構(gòu)造過程

首先要找出大型變壓器安全非正常工作的各種情況，這也是最需要注意維護(hù)檢修的情況事件，從而作為頂故障，導(dǎo)致頂故障發(fā)生的中間級(jí)故障是按變壓器主要組件故障劃分的，也就是構(gòu)造變壓器分析樹的主樹過程。

第二步找出故障因果關(guān)系，各自尋找導(dǎo)致中間級(jí)故障的中間故障環(huán)節(jié)，構(gòu)建分析樹的子樹。這里主要構(gòu)造包括繞組故障子樹、鐵芯故障子樹、主絕緣故障子樹

第三步：通過計(jì)算，計(jì)算各種概率的關(guān)系，通過概率進(jìn)行故障不同等級(jí)的劃分。進(jìn)行故障等級(jí)度的劃分，訂制等級(jí)嚴(yán)重的具體保準(zhǔn)。做出定性和定量的分析。

四、四、：

五、

首先要找出大型變壓器安全非正常工作的各種情況，這也是最需要注意維護(hù)

檢修的情況事件，從而作為頂故障，導(dǎo)致頂故障發(fā)生的中間級(jí)故障是按變壓器主要組件故障劃分的，也就是構(gòu)造變壓器分析樹的主樹過程。

第二步找出故障因果關(guān)系，各自尋找導(dǎo)致中間級(jí)故障的中間故障環(huán)節(jié)，構(gòu)建

分析樹的子樹。這里主要構(gòu)造包括繞組故障子樹、鐵芯故障子樹、主絕緣故障子樹

第三步：通過計(jì)算，計(jì)算各種概率的關(guān)系，通過概率進(jìn)行故障不同等級(jí)的劃分。進(jìn)行故障等級(jí)度的劃分，訂制等級(jí)嚴(yán)重的具體保準(zhǔn)。作出定性和定量的分析。

結(jié)束語(yǔ)：

本文主要介紹了故障樹分析法的起源、原理和構(gòu)造過程，以及故障樹分析的應(yīng)用領(lǐng)域。并且主要以大型電力系統(tǒng)故障為實(shí)例，利用故障樹進(jìn)行故障分析，描述了故障樹分析的工作流程。從樹頂、子樹、概率計(jì)算、定性定量計(jì)算來幫助判斷哪些故障是威脅最大的。從而幫助工作人員及時(shí)預(yù)防，定期做好電力變壓器的日常維護(hù)保養(yǎng)工作。

參考文獻(xiàn)：

[1] 胡曉暉，，屈梁材，，蒲曉紅.. 基于模糊知識(shí)庫(kù)的電力變壓器故障樹分析[J]. 湖南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）.）， 1998（S1） .

[2] 劉娜，，高文勝，，談克雄，王劉芳，李偉，梁國(guó)棟. 基于故障樹的電力變壓器維修周期的仿真分析[J]. 高電壓技術(shù).， 2003（09） .

[3] 劉遠(yuǎn)超. 淺談故障樹分析方法及其在熱電廠中的應(yīng)用[J]. 東北電力技術(shù).， 2004（07） .

[4] 江榮漢，，王聯(lián)群.. 大型電力變壓器故障機(jī)輔分析[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào).， 1992（06） .

[5] 王景芹，，唐義良，，王海濤，王心遠(yuǎn)，趙文亞. 電站發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置的可靠性分析[J]. 電站系統(tǒng)工程.， 1999（05） .

[6] 方逵，，譚元發(fā). 電力變壓器絕緣系統(tǒng)可靠性分析[J]. 系統(tǒng)工程.， 2002（02）.

[7] 陳剛. 電力變壓器典型故障及其演變[J]. 東北電力技術(shù).， 2002（04）.

篇6

信息系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的方法主要有故障樹分析法、故障模式影響及危害性分析、層次分析法、線性加權(quán)評(píng)估和德爾斐法等。

商場(chǎng)信息系統(tǒng)是一個(gè)由服務(wù)器和商場(chǎng)各部門的客戶機(jī)構(gòu)成的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它龐大，復(fù)雜，風(fēng)險(xiǎn)事件更是紛繁多樣。如果采用故障樹分析法可以把商場(chǎng)的信息系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)事件分門別類的找出來，并根據(jù)各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)的邏輯關(guān)系，構(gòu)造出故障樹。這樣，龐大的商場(chǎng)信息系統(tǒng)中最嚴(yán)重的風(fēng)險(xiǎn)以及引起這些風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的源頭都一目了然。管理基層就能夠相應(yīng)的從最底層最小的疏漏開始加以防范，責(zé)任到每一個(gè)操作的部門或人，防微杜漸，以免小的疏忽造成大錯(cuò)。

信息系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)分析主要針對(duì)信息系統(tǒng)中各種不同范疇、不同性質(zhì)、不同層次的威脅問題，通過歸納、分析、比較、綜合最后形成對(duì)信息系統(tǒng)分析風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)識(shí)過程。大多數(shù)風(fēng)險(xiǎn)分析方法最初都要進(jìn)行對(duì)資產(chǎn)的識(shí)別和評(píng)估，在此以后，采用不同的方法進(jìn)行損失計(jì)算。

首先對(duì)于影響信息安全的要素進(jìn)行分析，引起信息安全風(fēng)險(xiǎn)的要素有，然后運(yùn)用故障樹分析法計(jì)算出風(fēng)險(xiǎn)因子。

二、故障樹分析法

故障樹分析法（Fault Tree Analysis- FTA)是由Bell電話實(shí)驗(yàn)室的WASTON H A 于1961年提出的一種分析系統(tǒng)可靠性的數(shù)學(xué)模型，現(xiàn)在已經(jīng)是比較完善的系統(tǒng)可靠性分析方法。

1.故障樹分析法基本原理

故障樹就是通過求出故障樹的最小割集，得到引起發(fā)生頂事件的所有故障事件，以發(fā)現(xiàn)信息系統(tǒng)中的最薄弱環(huán)節(jié)或最關(guān)鍵部位，由此對(duì)最小割集所發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵部位進(jìn)行強(qiáng)化風(fēng)險(xiǎn)管理。

2.故障樹分析法的步驟

(1)建造故障樹。故障樹分析法就是把信息系統(tǒng)中最不嚴(yán)重的故障狀態(tài)作為故障分析的目標(biāo)，然后一級(jí)一級(jí)尋找導(dǎo)致這一故障發(fā)生的全部事件，一直追查到那些最原始的、都是已知的、勿需深究的因素為止。并且按照它們發(fā)生的因果關(guān)系，把最嚴(yán)重的事件稱為頂事件，勿需深究的事件稱為底事件，介于頂事件和底事件的事件稱為中間事件用相應(yīng)的符號(hào)代表這些事件，用適當(dāng)?shù)倪壿嬮T把頂事件、底事件、中間事件連接成一個(gè)倒立的樹狀的邏輯因果關(guān)系圖，這樣的圖就稱為故障樹。

(2)求最小割集。

定義1:在由故障樹的某幾個(gè)底事件組成的集合中，如果該集合的底事件同時(shí)發(fā)生時(shí)將引起頂事件的發(fā)生，這個(gè)集合就稱為割集 （cut sets. CS)。

定義2:假設(shè)故障樹中存在這樣一個(gè)割集，如果任意去掉一個(gè)底事件后，就不再是割集，則這個(gè)割集被稱為最小割集(minimal cut sets. MCS)。

(3)定量定性分析。首先我們來計(jì)算頂事件的失效概率，在掌握了“底事件”的發(fā)生概率的情況下，“頂事件”即所分析的重大風(fēng)險(xiǎn)事件的發(fā)生概率（用Pf表示）就可以通過邏輯關(guān)系得到。

設(shè)底事件xi對(duì)應(yīng)的失效概率為qi(i =1,2,..,n)，n為底事件個(gè)數(shù)最小割集的失效概率為各個(gè)底事件失效概率的積P(mcs)=P(x1∩x2∩…∩xn)=，其中m為最小割集階數(shù)，而頂事件發(fā)生概率為各個(gè)底事件失效概率的和:Pf(top)=P(y1∪y2∪…∪yk)其中，yi為最小割集，k為最小割集個(gè)數(shù)。而由于最小割集時(shí)事件的關(guān)系，Pf(top)的計(jì)算要分為以下三種情況:

①當(dāng)y1,y2m,yk為獨(dú)立事件時(shí)則有:

其中，Pi為最小割集yi的失效概率。

②當(dāng)y1,y2m,yk為互斥事件時(shí)，則有;。

③當(dāng)Pf(top)為相容事件時(shí)，則有:

我們根據(jù)以上公式可知，如果階數(shù)越少的最小割級(jí)就是越重要的，而在這些階數(shù)少的最小割級(jí)里出現(xiàn)的底事件也是比較重要的底事件，而在階數(shù)相同的最小割級(jí)中，重復(fù)次數(shù)越多的底事件越重要。

(4)各頂事件危害等級(jí)。則可用:風(fēng)險(xiǎn)因子:r=Pf+Cf-PfCf來定量的表示風(fēng)險(xiǎn)的大小。

三、商場(chǎng)信息系統(tǒng)實(shí)例分析

1.建造故障樹

(1)管理不善帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

X11.由于系統(tǒng)管理員的無意錯(cuò)誤，直接危害到了系統(tǒng)安全。

X12.管理員沒有按照安全操作規(guī)程啟動(dòng)系統(tǒng)安全的保護(hù)體系。

X13.管理員沒有按照安全操作規(guī)程啟動(dòng)關(guān)鍵性的系統(tǒng)組件。

X14.由于管理員的疏忽或是管理員自己利用系統(tǒng)物理環(huán)境的脆弱點(diǎn)，物理破壞網(wǎng)絡(luò)硬件資源。

X15.攻擊者利用社會(huì)關(guān)系學(xué)原理，非法獲取進(jìn)入和控制系統(tǒng)資源的方法和手段。

X16.某些未授權(quán)用戶非法使用資源和授權(quán)用戶越權(quán)使用資源造成對(duì)系統(tǒng)資源的誤用，濫用或使系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)混亂，而危及或破壞系統(tǒng)。

(2)被動(dòng)威脅。

X21.非法截取（獲）用戶數(shù)據(jù)，攻擊者通過對(duì)通信線路竊聽等非法手段獲取用戶信息或交易數(shù)據(jù)等。

X22.密碼分析，攻擊者通過非法手段獲取了信息后，通過破譯加密的數(shù)據(jù)獲得敏感性和控制信息。

X23.信息流和信息流向分析，攻擊者通過對(duì)信息或其流向的分析，獲到信息。

(3)主動(dòng)威脅。

X31. 使網(wǎng)絡(luò)資源拒絕服務(wù)，攻擊者通過對(duì)系統(tǒng)和系統(tǒng)中的一些資源的頻繁存取甚至非法占有，使系統(tǒng)資源對(duì)系統(tǒng)喪失或減低正常的服務(wù)能力。使之不能正常工作。

X32.假冒合法用戶或系統(tǒng)進(jìn)程欺騙系統(tǒng)，攻擊者假冒成已經(jīng)授權(quán)的用戶行使一些受權(quán)限控制的操作，使系統(tǒng)混亂。

X33.篡改信息內(nèi)容，攻擊者篡改一些確定的信息或者數(shù)據(jù)，使用戶因?yàn)楂@得篡改過的信息而受騙。

X34.惡意代碼攻擊，假冒授權(quán)用戶的身份執(zhí)行惡意代碼，是系統(tǒng)產(chǎn)生異常進(jìn)程，破壞系統(tǒng)資源。

X35.抵賴，在接受到信息數(shù)據(jù)后，為了因避免接受信息所要承擔(dān)的責(zé)任而否認(rèn)接受過信息，或者在發(fā)送一條信息后，為了因避免發(fā)送信息所要承擔(dān)的責(zé)任而否認(rèn)發(fā)送過信息。

X36.信息重放，非法獲取用戶的識(shí)別和鑒別等數(shù)據(jù)后，攻擊者使用這些安全控制數(shù)據(jù)欺騙系統(tǒng)或訪問系統(tǒng)資源。

X37.偽造合法系統(tǒng)服務(wù)，攻擊者偽造系統(tǒng)服務(wù)與授權(quán)用戶交互。

2.故障樹的定量分析

電子商務(wù)模塊出現(xiàn)故障為頂事件，管理不善，被動(dòng)威脅，主動(dòng)威脅為中間事件，余下的為底事件，設(shè)頂事件和底事件發(fā)生的概率分別為Pf，q,q2,Λq16,則最小割集的失效概率為:P(mcs)=P(x1∩x2∩Λ∩x16)，而頂事件發(fā)生的概率:Pf(top)=P(y1∪y2∪y3)。

然后可由前面的系統(tǒng)分析知道，y1,y2,y3是相互獨(dú)立的事件，則有

其中，Pi為最小割集yi的失效概率。

篇7

隨著商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇，人們對(duì)供應(yīng)鏈可靠性也越來越高度關(guān)注，供應(yīng)鏈管理在企業(yè)活動(dòng)中的地位日益突出，已經(jīng)成為競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的重要組成部分，供應(yīng)鏈系統(tǒng)是一種較為復(fù)雜的系統(tǒng)，它的正常運(yùn)行會(huì)受到許多不確定因素影響，既受到外在環(huán)境的影響又受到內(nèi)在條件的制約。供應(yīng)鏈作為一個(gè)連續(xù)的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，各環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣、彼此依賴、相互影響；任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都可能波及其他環(huán)節(jié)，影響到整個(gè)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。所以分析和提高企業(yè)供應(yīng)鏈的可靠性也變得日益迫切。本文運(yùn)用故障樹來對(duì)企業(yè)工業(yè)鏈進(jìn)行研究，從中發(fā)現(xiàn)供應(yīng)鏈系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)，從而引起對(duì)這些薄弱環(huán)節(jié)的重視，降低供應(yīng)鏈發(fā)生失效的概率。

故障樹分析法及相關(guān)定義

故障樹分析法（FTA）是將系統(tǒng)故障的各種原因（包括硬件、軟件、環(huán)境、人為因素），由總體到部分，按樹狀層次結(jié)構(gòu)，自上而下，逐層細(xì)化，畫出故障原因的各種可能組合方式和（或）其發(fā)生概率的一種分析技術(shù)的分析方法。王少萍（2000）以及陳國(guó)華、張根寶、任顯林、趙喜（2009）指出在故障樹分析法中，把最不希望發(fā)生的故障狀態(tài)稱為頂事件，追查導(dǎo)致這一狀態(tài)發(fā)生的直接原因稱為中間事件，位于故障樹底部的事件稱為底事件，所討論的是故障樹中某個(gè)邏輯門的輸入事件，在故障樹中不進(jìn)一步往下發(fā)展。頂事件、中間事件和底事件分析出來后再用邏輯門把這些事件進(jìn)行連接，“邏輯或”表示的是：下端的輸入事件至少有一個(gè)發(fā)生，上端輸出事件就發(fā)生。“邏輯與”表示的是：下端的輸入事件同時(shí)發(fā)生，其上端輸出事件才發(fā)生。

供應(yīng)鏈系統(tǒng)的故障樹模型建立

（一）基本假定

對(duì)于供應(yīng)鏈的結(jié)構(gòu)模型不同研究有著不同的解釋，有研究認(rèn)為它是線狀結(jié)構(gòu)，有的則認(rèn)為它是鏈狀結(jié)構(gòu)，還有研究認(rèn)為它是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。本文認(rèn)為，供應(yīng)鏈?zhǔn)怯晒?yīng)商、制造商和銷售商構(gòu)成的三級(jí)結(jié)構(gòu)模型。在這里供應(yīng)商也有自身的供應(yīng)商（它有m個(gè)供應(yīng)商組成），銷售商同樣也有自身的銷售商組成（它有n個(gè)銷售商），如圖1所示。整個(gè)供應(yīng)鏈出現(xiàn)故障，肯定是由于供應(yīng)商出現(xiàn)失效，制造商失效或者銷售商失效。本文只研究一種拉動(dòng)生產(chǎn)即供應(yīng)商只在制造商下訂單的時(shí)候才準(zhǔn)備備貨（也就是制造商是沒有庫(kù)存的），銷售商在制造商有貨的時(shí)候進(jìn)行銷售，所以只要其中任意發(fā)生失效，整個(gè)供應(yīng)鏈產(chǎn)生失效。筆者將供應(yīng)商失效的直接原因歸為7類：信息溝通不暢、設(shè)備不夠完備、技術(shù)水平有限、資金周轉(zhuǎn)不靈活、原材料質(zhì)量和性能的問題、運(yùn)輸設(shè)備不完善和其他人為問題。制造商失效的原因有6類：設(shè)備不夠完備、技術(shù)水平有限、資金周轉(zhuǎn)不靈活、原材料質(zhì)量和性能的問題、運(yùn)輸設(shè)備不完善和其他人為問題。銷售商失效的直接原因有7類：信息溝通不暢、市場(chǎng)預(yù)測(cè)不準(zhǔn)確、銷售計(jì)劃不合理、運(yùn)輸計(jì)劃不合理、運(yùn)輸設(shè)備不完善、市場(chǎng)信息反應(yīng)遲緩和其他人為過失。

（二）故障樹的建立

整個(gè)供應(yīng)鏈的失效可以作為一個(gè)頂事件，供應(yīng)商、制造商、銷售商作為中間事件，只要有一個(gè)失效，整個(gè)供應(yīng)鏈?zhǔn)В怨?yīng)商失效、制造商失效、銷售商失效與整個(gè)供應(yīng)鏈?zhǔn)且粋€(gè)“邏輯或”的關(guān)系，供應(yīng)商下面有m個(gè)供應(yīng)商（i=1，2…m），只有它們?nèi)渴В?yīng)商才會(huì)失效，所以它們之間的關(guān)系是“邏輯與”的關(guān)系，銷售商與下面的分銷商（i=1，2，3…n）同樣也是這種關(guān)系，導(dǎo)致那些分供應(yīng)商與分銷售商失效的直接原因可以作為底事件，與上一層是種“邏輯或”的關(guān)系，這樣供應(yīng)鏈的故障樹就可以用圖2表示。

（三）供應(yīng)鏈故障樹的診斷

1.對(duì)故障樹進(jìn)行定性分析。每個(gè)最小割集代表一種故障模式，只要把最小割集（c1，c2..省略）求出來，則頂事件T就可以由故障樹的最小割集表示：

式中，D表示最小割集C中基本事件的下標(biāo)集。通過下行法我們可以求出供應(yīng)鏈故障樹的最小割集，由于現(xiàn)在建的故障樹有m個(gè)分供應(yīng)商和n個(gè)分銷商構(gòu)成，從而形成7m+7n+6個(gè)最小割集。

2.供應(yīng)鏈故障樹的診斷。最小割集發(fā)生是導(dǎo)致系統(tǒng)故障的直接原因，把最小割集作為整體逐個(gè)進(jìn)行診斷，最小割集的診斷順序就是按著最小割集的診斷重要度來進(jìn)行排序的，診斷重要度大的最小割集進(jìn)行最優(yōu)先的診斷，最小割集診斷重要度是指當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，最小割集發(fā)生的概率。最小割集診斷重要度公式為：

DIFMCSi=P(MCSi | S)（1）

根據(jù)條件概率可以計(jì)算公式（1）得到：

DIFMCSi=P(MCSi | S)=

= （2）

公式（1）中MCSi是指第i個(gè)最小割集，DIFMCSi是最小割集診斷重要度，P（MCSi | S）是指在供應(yīng)鏈系統(tǒng)發(fā)生故障的情況下，第i個(gè)最小割集發(fā)生的概率。在公式（2）中如果最小割集發(fā)生故障，那么整個(gè)供應(yīng)鏈系統(tǒng)肯定會(huì)發(fā)生故障，所以P（MCSi | S）=1，所以公式最小割集重要度的排序就完全依賴于最小割集發(fā)生故障概率的大小。當(dāng)了解到最小割集的重要度之后，才可以知道哪個(gè)環(huán)節(jié)最能引起系統(tǒng)出現(xiàn)故障，從而加以診斷，再進(jìn)行細(xì)分可以進(jìn)一步確定最小割集組成單元的重要度，對(duì)優(yōu)化整個(gè)故障樹更有益，組成單元的診斷順序是受其診斷重要度決定的，診斷重要度大的優(yōu)先進(jìn)行診斷，組成單元的診斷重要度公式：

（3）

其中，I（i）pk（t）是指第i個(gè)最小割集第k個(gè)組成單元的診斷重要度，任意一個(gè)第i個(gè)最小割集第k個(gè)組成單元故障概率是用Fk（t）表示，系統(tǒng)與各個(gè)組成單元部件的結(jié)構(gòu)關(guān)系用其可靠性模型Fs（t）=g{Fk（t），k=1，2…7m+7n+6}表示，在（3）式中，Q（t）為除k組成單元外各個(gè)部件的故障概率。公式表示的意義是：由于第i個(gè)割集第k個(gè)組成單元變化使系統(tǒng)頂事件概率發(fā)生變化而變化，即第k個(gè)部件狀態(tài)取1值時(shí)（部件k發(fā)生故障）和第k個(gè)部件狀態(tài)取0值時(shí)頂事件的概率之差。

通過最小割集重要度和最小割集組成單元重要度的診斷，就可以完成對(duì)故障樹的診斷。首先，列出供應(yīng)鏈故障樹的所有最小割集，根據(jù)其診斷重要度對(duì)最小割集從大到小排列。其次，選定診斷重要度大的最小割集假定供應(yīng)鏈故障樹的最小割集為C1，并對(duì)其重要度最大的組成單元假設(shè)為E1進(jìn)行診斷。再次，把最小割集分成兩部分，一部分為包含E1的，一部分是不包含E1的，如果E1診斷出現(xiàn)故障則選定包含E1的那部分最小割集，反之則選定不包含E1的那部分最小割集。最后再選定診斷重要度最大的最小割集E2來代替E1重復(fù)第二、三步直到整個(gè)故障樹診斷完畢，使得供應(yīng)鏈系統(tǒng)出現(xiàn)失效時(shí)，我們能夠快速地對(duì)其進(jìn)行維護(hù)，節(jié)約更多的人力、成本和時(shí)間。

實(shí)例分析

某一大型國(guó)營(yíng)企業(yè)的供應(yīng)鏈由兩個(gè)零部件供應(yīng)商、一個(gè)制造商和三個(gè)分銷售商組成，經(jīng)過此家企業(yè)多年的資料的分析，供應(yīng)商（x1 x2）失效的原因分別是（x12 x14 x15）（x23 x25 x26），概率為（0.310、0.125、0.090）（0.150、0.233、0.070），制造商z失效的原因?yàn)椋▃1 z3 z4 z6），概率為（0.253、0.062、0.038、0.132）；分銷商（Y1 Y2 Y3）失效的原因分別是（Y14 Y17）（Y23 Y25）（Y31 Y36），概率為（0.280、0.100）（0.170、0.340）（0.120、0.210）。由此可以得到這個(gè)供應(yīng)鏈的最小割集和相關(guān)的重要度（見表1）。

總之，從表1可以看出Z1的最小割集發(fā)生的概率是最大的，它的組成單元重要度也是最大的，所以如果系統(tǒng)供應(yīng)鏈發(fā)生故障我們應(yīng)該從Z1開始進(jìn)行檢驗(yàn)，然后按照本文前面所提的診斷步驟進(jìn)行診斷，從而可以有效地節(jié)省時(shí)間和成本。

參考文獻(xiàn)：

1.王少萍.工程可靠性[M].北京航天航空大學(xué)出版社，2000

2.陳國(guó)華，張根寶，任顯林，趙喜.基于故障樹分析法的供應(yīng)鏈可靠性診斷方法及仿真研究[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2009，15（10）

3.周經(jīng)倫，孫權(quán).一種故障樹分析的新算法[J].模糊系統(tǒng)與數(shù)學(xué)，1997，11（3）

4.張得海，劉德文.物流服務(wù)供應(yīng)鏈的故障樹分析及優(yōu)化[J].企業(yè)管理，2009，290（14）

5.LI Hui,LI Xiangyang,SUN Jie. Supply chain partnerships diagnosis management [J].Computer Integrated Manufacturing Systems,2007,13 (10)

6.劉元洪，羅明，劉仲英.供應(yīng)鏈的可靠性管理[J].現(xiàn)代管理科學(xué)，2005（5）

作者簡(jiǎn)介：

篇8

一、前言

燃?xì)夤艿朗乾F(xiàn)在城市中常見的管道，燃?xì)夤艿廊绻霈F(xiàn)問題會(huì)發(fā)生令人不可估量的事故，因此對(duì)于燃?xì)夤艿赖陌踩仨氁獓?yán)格要求。燃?xì)夤艿腊踩u(píng)價(jià)在判定管道安全性能方面有著重要的作用。

二、燃?xì)夤艿腊踩u(píng)價(jià)方法的分類

目前，城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿腊踩u(píng)價(jià)方法分為定性安全評(píng)價(jià)和定量安全評(píng)價(jià)，近年來，有些學(xué)者贊同分3類，即定性分析、定量風(fēng)險(xiǎn)分析和半定量風(fēng)險(xiǎn)分析。

定性分析主要是將系統(tǒng)中所存在的危險(xiǎn)因素以及誘導(dǎo)事故發(fā)生的因素都找出來，根據(jù)這些因素在何種程度導(dǎo)致管道失效的情況，制定出相應(yīng)的預(yù)防措施。這種方法是利用科學(xué)的決策和統(tǒng)計(jì)理論，對(duì)于所存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行感性的分析評(píng)價(jià)，然后根據(jù)相關(guān)專家所提出的觀點(diǎn)將風(fēng)險(xiǎn)分為低、中、中高以及高風(fēng)險(xiǎn)四個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)。這種風(fēng)險(xiǎn)分析的方法簡(jiǎn)單快速也比較直觀，可是卻不能夠量化事故的發(fā)生頻率和后果。常用的定性分析方法包括有故障樹分析法以及故障類型及影響分析法。

定量風(fēng)險(xiǎn)分析主要是利用隨機(jī)變量以及隨機(jī)過程對(duì)于引起管道事故發(fā)生的因素進(jìn)行處理，先是約定一個(gè)具有明確物理意義的單位對(duì)于事故發(fā)生的概率以及損失的后果進(jìn)行量化，計(jì)算出管道的風(fēng)險(xiǎn)值，然后才是對(duì)于結(jié)果進(jìn)行分析，雖然這個(gè)過程比較復(fù)雜，可是得出的結(jié)果是比較嚴(yán)密的，準(zhǔn)確度也高。進(jìn)行定量風(fēng)險(xiǎn)分析，一定要先建立起完備的資料庫(kù)，要能夠掌握裂紋擴(kuò)展以及管材腐蝕等方面的機(jī)理，建立起數(shù)據(jù)模型，計(jì)算出結(jié)果。整個(gè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性將取決于原始數(shù)據(jù)的完整性、模型的精準(zhǔn)性以及分析方法的合理性。得到的評(píng)價(jià)結(jié)果能夠用于安全成本以及效益方面的分析，這是定性風(fēng)險(xiǎn)分析以及半定量分析法所不能夠做到的，目前常用的定量風(fēng)險(xiǎn)分析方法主要是模擬仿真和概率法、結(jié)構(gòu)可靠性評(píng)估等分析法。

半定量風(fēng)險(xiǎn)分析。管道風(fēng)險(xiǎn)半定量分析法主要是將風(fēng)險(xiǎn)的數(shù)量指標(biāo)作為進(jìn)行分析的基礎(chǔ)，對(duì)于管道事故發(fā)生的后果以及事故發(fā)生的概率都有一個(gè)指標(biāo)，這是按照這些因素的權(quán)重值來分配的，然后運(yùn)用算術(shù)法將事故的概率以及后果的嚴(yán)重程度指標(biāo)兩者結(jié)合在一起，這樣就能夠計(jì)算出一個(gè)相對(duì)的風(fēng)險(xiǎn)值，對(duì)于定量評(píng)價(jià)法中缺少數(shù)據(jù)的問題是一個(gè)比較好的補(bǔ)充。常用的半定量風(fēng)險(xiǎn)分析法中有W?K?Muhlbauer 的專家評(píng)分指標(biāo)法和現(xiàn)在引入模糊數(shù)學(xué)的綜合評(píng)價(jià)法。

三、故障樹分析法簡(jiǎn)介

故障樹分析法（FaultTreeAnalysis，F(xiàn)TA）是對(duì)于一些不易形成邏輯圖的復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和評(píng)價(jià)的一種有效的方法。它用事件符號(hào)、邏輯門符號(hào)和轉(zhuǎn)移符號(hào)來描述系統(tǒng)中各種事件之間的因果關(guān)系。

故障樹是一種邏輯樹，樹枝代表系統(tǒng)、子系統(tǒng)或元件的事故事件，而節(jié)點(diǎn)代表事故事件之間的邏輯關(guān)系。故障樹的形成是從頂事件的根出發(fā)逐級(jí)向下發(fā)展繪制，直到事件概率已知的基本事件為止，在故障樹中表示事件之間最常用的邏輯關(guān)系是“與”和“或”的關(guān)系。故障樹中所用的圖形符號(hào)有很多，表1列出幾種常用的符號(hào)。

故障樹分析在生產(chǎn)階段能幫助診斷事件是否失效，進(jìn)而改進(jìn)相關(guān)技術(shù)管理，產(chǎn)生更好的維修方案。故障樹分析法同時(shí)適用于定性評(píng)價(jià)和定量評(píng)價(jià)，使用過程簡(jiǎn)潔明了，而且不失可靠性，充分體現(xiàn)了以系統(tǒng)工程方法為基礎(chǔ)來研究安全問題的系統(tǒng)性、準(zhǔn)確性和預(yù)測(cè)性。

四、故障樹分析原則

故障樹分析是系統(tǒng)可靠性和安全性分析的工具之一[2]。采用故障樹分析法建立故障樹一般步驟如下：

（1）熟悉系統(tǒng)。盡可能詳細(xì)地收集系統(tǒng)相關(guān)資料，了解系統(tǒng)狀態(tài)及各種參數(shù)，熟悉研究對(duì)象的特征。

（2）確定頂事件。對(duì)所調(diào)查的事故進(jìn)行全面分析，從中找出后果嚴(yán)重且較易發(fā)生的事故作為頂事件。

（3）建立故障樹。將引起頂事件發(fā)生的直接原因找出來，根據(jù)實(shí)際情況用適當(dāng)?shù)倪壿嫹?hào)把頂事件和各直接原因事件（中間事件）相連接，然后找出中間事件的原因事件，并用適當(dāng)?shù)姆?hào)連接，直到不需要分解為止。

（4）故障樹的規(guī)范化和簡(jiǎn)化。

（5）根據(jù)已經(jīng)建立好的故障樹，進(jìn)行定性分析和定量分析。

五、城市燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)故障樹的建立

引起城市燃?xì)夤芫W(wǎng)發(fā)生事故的原因很多，發(fā)生事故的原因是多方面的，而且造成管道事故是多種原因的綜合結(jié)果。從大量事故分析報(bào)告的統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，導(dǎo)致城市燃?xì)夤芫W(wǎng)事故的主要因素有：第三方損壞、管道腐蝕及設(shè)備老化、設(shè)計(jì)及誤操作、管道原始缺陷。管網(wǎng)泄漏事故原因主要包括管道腐蝕嚴(yán)重、第三方損害嚴(yán)重、誤操作、存在設(shè)計(jì)缺陷等；導(dǎo)致管道破裂事故的原因主要包括操作失誤、違章作業(yè)、維護(hù)不周、設(shè)計(jì)安裝不合理、材料缺陷等。根據(jù)選擇頂事件的原則，選取“燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)失效”作為頂事件，管道失效和附屬設(shè)備失效為二次事件，任何一個(gè)二次事件的失效，都會(huì)造成整個(gè)管線的失效。繼續(xù)深入分析，逐層列出中間時(shí)間和底事件，建立城市燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)故障樹，如圖1所示。

六、故障樹的分析

1、故障樹分析法基本概念

頂事件通常是由故障假設(shè)、危險(xiǎn)與可操作性研究法等危險(xiǎn)分析方法識(shí)別出來的。故障樹模型是原因事件（即故障）的組合（稱為故障模式或失效模式），這種組合導(dǎo)致頂事件。這些故障模式稱為割集，最小的割集是原因事件的最小組合。要使頂事件發(fā)生，最小割集中的所有事件必須全部發(fā)生。根據(jù)底事件的組合個(gè)數(shù)，最小割集分為一階最小割集、二階最小割集等。故障樹分析包括定性分析和定量分析。

故障樹的定性分析僅按照故障樹的結(jié)構(gòu)和事故的因果關(guān)系進(jìn)行，分析過程中不考慮各事件的發(fā)生概率，或認(rèn)為各事件的發(fā)生概率相等。內(nèi)容包括求底事件的最小割集、最小徑集及其結(jié)構(gòu)重要度，求取方法有質(zhì)數(shù)代入法、矩陣法、行列法、布爾代數(shù)法簡(jiǎn)法等。定量分析是確定所有原因的發(fā)生概率，標(biāo)在故障樹上，進(jìn)而求出頂事件（事故）發(fā)生概率，一般包括對(duì)頂事件發(fā)生概率的計(jì)算及對(duì)底事件重要度分析。

故障樹分析的基本步驟：確定頂事件；確定底事件；調(diào)查事故原因；確定目標(biāo)值；構(gòu)造故障樹；定性評(píng)價(jià)；定量評(píng)價(jià)；制定預(yù)防事故（改進(jìn)系統(tǒng)）的措施。故障樹分析流程。

故障樹分析法形象、清晰、邏輯性強(qiáng)，能對(duì)各種系統(tǒng)的危險(xiǎn)性進(jìn)行識(shí)別評(píng)價(jià)，體現(xiàn)了以系統(tǒng)工程方法研究安全問題的系統(tǒng)性、準(zhǔn)確性和預(yù)測(cè)性。該法應(yīng)用比較廣，非常適合于重復(fù)性大的系統(tǒng)。不僅能分析出事故的直接原因，而且能深入提示事故的潛在原因，因此在工程設(shè)計(jì)階段、事故查詢或編制新的操作方法時(shí)，都可以使用這個(gè)方法對(duì)它們的安全性做出評(píng)價(jià)。

2、故障樹底事件發(fā)生概率確定

常規(guī)基于布爾代數(shù)和概率論的系統(tǒng)故障樹分析的理論研究已取得了較大成功，工程應(yīng)用也取得了一定成果。但是，現(xiàn)有的理論和方法需要將故障樹頂事件和底事件發(fā)生的概率視為精確值，在實(shí)際中由于頂事件和底事件發(fā)生概率存在隨機(jī)性和模糊性，因而針對(duì)這些不確定性問題，應(yīng)該選擇更合適的高等數(shù)學(xué)分析理論和方法來解決。底事件重要度分析是故障樹定量分析中的重要部分，重要度表現(xiàn)為系統(tǒng)中某底事件發(fā)生時(shí)對(duì)頂事件發(fā)生概率的貢獻(xiàn)，概率重要度是頂事件發(fā)生概率對(duì)某底事件發(fā)生概率的偏導(dǎo)數(shù)。此外，模糊性是故障樹分析的客觀特性，采用數(shù)學(xué)模糊集理論結(jié)合專家調(diào)查方法來確定事件的發(fā)生概率，可以克服傳統(tǒng)故障樹分析中把底事件的發(fā)生概率當(dāng)作精確值時(shí)帶來的誤差。為了保證確定的故障率和模糊故障率之間的一致性，需把模糊可能性值轉(zhuǎn)化為模糊故障率。

七、結(jié)束語(yǔ)

燃?xì)夤艿赖陌踩彩浅鞘邪踩兄匾囊豁?xiàng)安全內(nèi)容，判定燃?xì)夤艿赖陌踩阅艿姆椒ㄓ泻芏啵收蠘浞治龇軌蛘页霭踩[患的原因，從而提出更加完善的措施，保障燃?xì)夤艿赖陌踩?/p>

篇9

FTA即故障樹分析法，最早由美國(guó)貝爾電話研究所H.A.Watson于1961年提出，借助于分析可能造成系統(tǒng)故障的各個(gè)因素，將其對(duì)應(yīng)的故障樹畫出來，繼而對(duì)系統(tǒng)失效原因及組合方式進(jìn)行確定，得出其具體的發(fā)生概率，在此基礎(chǔ)上，將系統(tǒng)故障概率計(jì)算出來，實(shí)施針對(duì)性糾正，促使對(duì)應(yīng)機(jī)械系統(tǒng)的可靠性得以提高，即為故障樹分析法[1]。

從其特點(diǎn)看來，主要表現(xiàn)為以下方面[2]：

①對(duì)單因素和多因素故障都可分析，且可對(duì)故障實(shí)施定量、抑或是定性分析；

②從整體各系統(tǒng)到零件，從大系統(tǒng)到小系統(tǒng)，都可進(jìn)行分析；

③可借助計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槭腔谶壿嬮T構(gòu)成的邏輯圖，具備了診斷高效、簡(jiǎn)單直觀及、易更新知識(shí)庫(kù)的特點(diǎn)。

就其運(yùn)用的流程來看，首要的是對(duì)邊界條件初始條件的定義，在此基礎(chǔ)上，對(duì)頂事件進(jìn)行定義，并結(jié)合此進(jìn)行故障樹構(gòu)建，完善后，即可實(shí)施針對(duì)性的定性分析，最終的步驟是輸出診斷結(jié)果，結(jié)合此實(shí)施對(duì)應(yīng)維修等。

2 故障樹基本事件和符號(hào)、定性分析

基本事件及對(duì)應(yīng)意義，見表1。

對(duì)應(yīng)的故障樹基本符號(hào)及意義方面，見表2。

3 定性分析

綜合看來，當(dāng)同時(shí)發(fā)生幾個(gè)底事件的前提下，方能引發(fā)頂事件發(fā)生，對(duì)應(yīng)的，定義這幾個(gè)底事件構(gòu)成的集合為的割集，基于此定義，每個(gè)割集對(duì)應(yīng)的一種故障情況。

上述情況外，存在某一個(gè)割集去掉任意一個(gè)底事件的基礎(chǔ)上，將不再是割集的情況，需針對(duì)性定義此割集為最小割集。基于此，可看出系統(tǒng)故障樹包含的所有最小割集，皆為系統(tǒng)發(fā)生故障所有模式或種類的代表。

基于此，尋找系統(tǒng)的全部最小割集，顯然是故障樹定性分析的目標(biāo)，借此來完善工程機(jī)械故障診斷[3]。

與割集和最小割集相反，還可進(jìn)行路集和最小路集的定義。頂事件會(huì)因?yàn)閹讉€(gè)底事件集合均不發(fā)生而不發(fā)生，這樣可設(shè)定多個(gè)底事件的集合即為路集，與上述相似，去掉某路集中一個(gè)底事件，將會(huì)出現(xiàn)該路集不再是路集的路集的情況，則稱其為最小路集，類似于上述的最小割集，系統(tǒng)保證頂事件正常工作時(shí)的全部可能途徑，即為其意義，是研究的重點(diǎn)。

4 故障樹分析法的數(shù)學(xué)表達(dá)

結(jié)合分析需要，設(shè)n個(gè)底事件構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)，y 為頂事件的狀態(tài)變量，并定義底事件的狀態(tài)變量為Xi（i=1，2，...n），這樣，當(dāng)事件發(fā)生時(shí)，取值對(duì)應(yīng)的狀態(tài)變量為0，由此可得出，y是底事件狀態(tài)變量Xi的函數(shù)，表示為：

y=f（X1，X2，...Xi，...Xn）。

根據(jù)上述內(nèi)容，若某底事件集合X中，Xi即其狀態(tài)變量均等于1的情況下y也等于1，這樣，可得X為一個(gè)割集，從而當(dāng)無法找到一個(gè)割集Xi完全屬于X，則可以得出其X為最小割集，并按照下式進(jìn)行頂事件狀態(tài)變量y值取值：

對(duì)于工程機(jī)械故障診斷而言，尋找系統(tǒng)的全部最小割集顯然是實(shí)施定性分析的目標(biāo)，所以筆者只討論了和說明了割集和最小割集的數(shù)學(xué)表達(dá)。

5 實(shí)例應(yīng)用分析

新時(shí)期基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，作為現(xiàn)代工程機(jī)械的重要?jiǎng)恿碓矗裼蜋C(jī)運(yùn)用范圍較廣，占據(jù)著工程機(jī)械維修總量的較大份額，本文涉及到的案例為Caterpillar C6.6 ACERT 型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，將對(duì)其工程機(jī)械維修中運(yùn)用故障樹分析法進(jìn)行分析。

設(shè)定發(fā)動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)為該柴油機(jī)故障的具體表現(xiàn)，繼而將頂事件設(shè)立為“發(fā)動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)”，這樣，即可建立故障樹，如圖1所示。

結(jié)合上圖可得，共有17個(gè)頂事件對(duì)應(yīng)的底事件。依次是X17，基于此，結(jié)合故障樹邏輯關(guān)系，我們可得出共有16個(gè)最小割集，依次為：

篇10

一、前言

隨著科技水平的不斷提高，人們對(duì)內(nèi)燃機(jī)可靠性的要求也越來越高。因此，我們要加強(qiáng)模糊故障樹分析法的學(xué)習(xí)與應(yīng)用，不斷進(jìn)行模糊故障樹分析法在內(nèi)燃機(jī)可靠性中的應(yīng)用的探討，使內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)更加適用、安全、可靠與經(jīng)濟(jì)。

二、故障樹分析法的概述

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中通過對(duì)可能造成系統(tǒng)失效的各種因素（包括硬件、軟件、環(huán)境、人為因素）進(jìn)行分析，畫出邏輯框圖（失效樹），從而確定系統(tǒng)失效原因的各種可能組合方式或其發(fā)生概率，已計(jì)算系統(tǒng)失效概率，采取相應(yīng)的糾正措施，以提高系統(tǒng)可靠性的一種設(shè)計(jì)分析方法。故障樹分析方法是一種安全可靠的分析技術(shù)，也是目前故障診斷中應(yīng)用較多的方法之一，它建立在對(duì)系統(tǒng)的故障經(jīng)驗(yàn)庫(kù)基礎(chǔ)上，采用逆向推理，將系統(tǒng)級(jí)的故障現(xiàn)象(頂事件)與最基本的故障原因(底事件)之間的內(nèi)在關(guān)系表示成樹形的網(wǎng)絡(luò)圖，各層事件之間通過“與”、“或”“非”、“異或”等邏輯關(guān)系相關(guān)聯(lián)。它通常把系統(tǒng)的故障狀態(tài)稱為頂事件，然后找出系統(tǒng)故障和導(dǎo)致系統(tǒng)故障的諸原因之間的邏輯關(guān)系。并將這些邏輯關(guān)系用邏輯符號(hào)表示出來，由上而下逐層分解，直到不能分解為止，推導(dǎo)出各故障和各單元故障之間的邏輯關(guān)系，利用這種邏輯關(guān)系從觀測(cè)到的頂層事件故障出發(fā)，逐漸向下演繹，最終找出對(duì)應(yīng)的底層故障原因。故障經(jīng)驗(yàn)庫(kù)描述了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)參量與各個(gè)故障之間的邏輯關(guān)系，并將這種邏輯關(guān)系儲(chǔ)存于計(jì)算機(jī)中，通過對(duì)此關(guān)系樹的啟發(fā)式搜索查找到系統(tǒng)的故障原因。

任何復(fù)雜的工程車輛都是一個(gè)集機(jī)、電、液于一體的復(fù)雜系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:發(fā)動(dòng)機(jī)子系統(tǒng)、液壓子系統(tǒng)、電氣子系統(tǒng)、冷卻子系統(tǒng)、機(jī)械子系統(tǒng)、附屬子系統(tǒng)等。由于系統(tǒng)復(fù)雜，因此對(duì)其故障的定位準(zhǔn)確度要求很高。一個(gè)系統(tǒng)部件的不正常可能引起多個(gè)檢測(cè)參數(shù)的異常響應(yīng)，而一個(gè)系統(tǒng)參數(shù)的不正常或系統(tǒng)的失效可能由多個(gè)系統(tǒng)部件的損壞造成。故障樹分析方法是一種安全可靠的分析技術(shù)。它通常把系統(tǒng)的故障狀態(tài)稱為頂事件，然后找出系統(tǒng)故障和導(dǎo)致系統(tǒng)故障的諸原因之間的邏輯關(guān)系，并將這些邏輯關(guān)系用邏輯符號(hào)表示出來，由上而下逐層分解，直到不能分解為止。由于工程車輛系統(tǒng)的故障是建立在實(shí)驗(yàn)和人的經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上的，因此這里用人工演繹法來建立故障樹。

選擇和確定頂事件，頂事件是系統(tǒng)最不希望發(fā)生的事件，或是指定進(jìn)行邏輯分析的故障事件。分析頂事件，尋找引起頂事件發(fā)生的直接的必要和充分的原因。將頂事件作為輸出事件，將所有直接原因作為輸入事件，并根據(jù)這些事件實(shí)際的邏輯關(guān)系用適當(dāng)?shù)倪壿嬮T相聯(lián)系。分析每一個(gè)與頂事件直接相聯(lián)系的輸入事件。如果該事件還能進(jìn)一步分解，則將其作用下一級(jí)的輸出事件，如同步驟中對(duì)頂事件那樣進(jìn)行處理。重復(fù)上述步驟，逐級(jí)向下分解，直到所有的輸入事件不能再分解或不必要再分解為止，即建成了一棵倒置的故障樹。

由于工作環(huán)境惡劣且負(fù)荷很大以及使用保養(yǎng)的不當(dāng)，發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)經(jīng)常會(huì)發(fā)生故障，從而降低生產(chǎn)率，并帶來不必要的損失。因此，將發(fā)動(dòng)機(jī)子系統(tǒng)作為影響該機(jī)正常工作可靠性的重要環(huán)節(jié)進(jìn)行故障分析，探討提高其可靠性的途徑是很有意義的。

三、故障樹分析系統(tǒng)可靠性

1、常規(guī)的基于布爾代數(shù)和概率論的系統(tǒng)

故障樹分析的理論研究已取得了較大成功，工程應(yīng)用也取得了一定成果。但是，現(xiàn)有的理論和方法需要將故障樹頂事件和底事件發(fā)生的概率視為一精確值，在實(shí)際情況中，這樣做是很困難的。其原因是：一是系統(tǒng)組成單元失效的原因不僅僅是由客觀不確定因素造成的，而且還有一些是人為的主觀原因，如人為失誤、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)等模糊不確定性因素所造成的；二是精確的概率量化需要大量的數(shù)據(jù)供統(tǒng)計(jì)之用，而在一些高可靠性系統(tǒng)中，故障發(fā)生頻率很低，無法獲取大量的數(shù)據(jù)；三是在復(fù)雜的人―機(jī)系統(tǒng)中，由于人的因素、相關(guān)失效、共因失效等造成系統(tǒng)建模的不精確性，純概率方法難以奏效。

此外，由于系統(tǒng)受外界環(huán)境的影響，上述概率值通常也會(huì)發(fā)生變化。因此，在對(duì)大型復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行故障樹分析時(shí)，某些情況下，各底事件發(fā)生的故障概率本身帶有一定的不確定性，即模糊性，這時(shí)，傳統(tǒng)的故障樹分析難以處理此類問題，而必須應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)中的相關(guān)理論和方法來解決。通過大量文獻(xiàn)的查閱發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)外在模糊!研究中，大部分都是局限于算法本身的研究，應(yīng)用方法的研究都帶有試探性，沒有形成完整的理論體系。

2、對(duì)于故障樹基本事件

隸屬函數(shù)的確定、模糊算子的選取、基本事件不相互獨(dú)立情形、模糊重要度指標(biāo)函數(shù)確定等尚沒有突破性進(jìn)展，同時(shí)分析結(jié)果缺乏工程驗(yàn)證和可比較性。

自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，層次性、模塊性強(qiáng)，系統(tǒng)的診斷信息繁多，同時(shí)引起系統(tǒng)不能正常運(yùn)行的各原因事件故障發(fā)生的概率又具有不同層次的模糊性、不確定性。筆者將運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)這一數(shù)學(xué)手段，將模糊集理論引入故障樹分析，將基本事件發(fā)生的概率描述為一模糊數(shù)，然后通過模糊數(shù)的運(yùn)算規(guī)則，對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)各個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生故障時(shí)所遇到的各種模糊信息進(jìn)行科學(xué)的、定量的處理，從而估算出整個(gè)系統(tǒng)的模糊故障率。

3、故障樹的邏輯結(jié)構(gòu)

可以幫助確定在哪些基本事件或部位進(jìn)行檢測(cè)。例如，若故障樹中一個(gè)不期望的事件是一個(gè)或門的輸出，則該或門的每一個(gè)輸入都應(yīng)被窮舉檢測(cè)，才能避免不期望事件的發(fā)生；可是，如果故障樹中一個(gè)不期望的事件是一個(gè)與門的輸出，則對(duì)其中一個(gè)輸入的保護(hù)就可避免不期望事件的發(fā)生。在故障樹的低層，檢測(cè)可以用來避免可以導(dǎo)致系統(tǒng)失效的中間事件的發(fā)生，在故障樹中接近頂層的檢測(cè)效率比較高，該方法在一些故障危害性不是很高的系統(tǒng)中應(yīng)用，可以付出較小的代價(jià)達(dá)到系統(tǒng)的可靠性要求。

四、內(nèi)燃機(jī)可靠性的模糊故障樹分析

內(nèi)燃機(jī)作為一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，其系統(tǒng)可靠性取決于各子系統(tǒng)的可靠性及各子系統(tǒng)之間的相互聯(lián)結(jié)關(guān)系，各子系統(tǒng)的可靠性又由組成它們的所有零部件的可靠性所決定，下面以某一柴油機(jī)渦輪增壓系統(tǒng)為例進(jìn)行模糊故障樹方法的可靠性分析。以該柴油機(jī)的增壓器出現(xiàn)異常噪聲或異常振動(dòng)為頂事件建造故障樹，根據(jù)有關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和工程技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)構(gòu)造出的故障樹，其基本事件列于表1中，表1中還列有這些基本事件故障率的均值m和置信上、下限T、U。

由上行法(Semanderes法)，可得到該故障樹的9個(gè)最小割集，即{A}，{B}，{C}，{D}，{E}，{F}，{G}，{H}，{M，E}，這9個(gè)最小割集即為造成該故障樹頂事件的最薄弱環(huán)節(jié)。

假設(shè)各基本事件相互獨(dú)立，則頂事件W的真值函數(shù)為：

T=J+K+LP=I+TS=G+H

N=E+F+SR=M×E

W=A+B+N+P+R+C+D(12)

由式(10)～式(12)，可得到相應(yīng)的頂事件發(fā)生概

率的模糊函數(shù)為：

F~T=1-(1-F~J)(1-F~K)(1-F~L)

F~P=1-(1-F~I)(1-F~T)

F~S=1-(1-F~G)(1-F~H)

F~N=1-(1-F~E)(1-F~F)(1-F~S)

F~R=F~M×F~E

F~W=1-(1-F~A)(1-F~B)(1-F~N)?

(1-F~P)(1-F~R)(1-F~C)(1-F~D)

由式(5)，對(duì)基本事件A到M作λ截集可得到下

列區(qū)間數(shù):

F~λA=(0.003224+0.006776λ，0.016776-0.006776λ)

F~λB=(0.003224+0.006776λ，0.016776-0.006776λ)

F~λL=(0.003224+0.006776λ，0.016776-0.006776λ)

F~λM=(0.003224+0.006776λ，0.016776-0.006776λ)(14)

由式(13)和式(14)，取3位有效數(shù)字，則可得該增壓器出現(xiàn)異常噪聲或異常振動(dòng)的概率F~W的λ截集為F~λW=[0.051+0.07λ，0.203-0.076λ，F(xiàn)~λW為一區(qū)間數(shù)，對(duì)λ取不同的值，則可得到不同的F~W的置信區(qū)間。表2中列出了λ從0到1取值，間隔為0.1時(shí)，F(xiàn)~W對(duì)應(yīng)的不同的置信區(qū)間值。F~W作為一個(gè)三角模糊數(shù)，它的隸屬函數(shù)如圖5所示。

當(dāng)λ=1.0時(shí)，F(xiàn)~W=0.127，即在不考慮各基本事件發(fā)生概率的模糊性時(shí)，該增壓器出現(xiàn)異常噪聲或異常振動(dòng)的概率為12.7%。當(dāng)λ取值為0時(shí)，該增壓器出現(xiàn)異常噪聲或異常振動(dòng)的概率在[5.1%，20.3%]之間，表明在充分考慮了該增壓器發(fā)生故障的隨機(jī)不確定性因素和模糊不確定性因素時(shí)，其出現(xiàn)異常噪聲或異常振動(dòng)的概率在5.1%和20.3%之間變化。該結(jié)果比較接近于該增壓器的實(shí)際狀況，同時(shí)該結(jié)果作為。

五、結(jié)束語(yǔ)

通過對(duì)新時(shí)期下，模糊故障樹分析法的探討，進(jìn)一步明確了模糊故障樹分析法在內(nèi)燃機(jī)可靠性中的應(yīng)用方向，為內(nèi)燃機(jī)可靠性的優(yōu)化完善奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，有助于內(nèi)燃機(jī)的不斷完善。

參考文獻(xiàn)

[1]袁名偉，譚積明，蔣麗1宏程序在數(shù)控加工中的應(yīng)用[J]1機(jī)械制造與自動(dòng)化，2005

篇11

故障樹是一種邏輯因果關(guān)系圖，呈現(xiàn)出特殊的倒立樹狀。它通過使用各種邏輯門符號(hào)、事件符號(hào)和轉(zhuǎn)移符號(hào)來描述系統(tǒng)中各種事件和狀態(tài)之間的因果邏輯關(guān)系。通俗來說，故障樹中邏輯門的輸入事件是輸出事件的“因”，邏輯門的輸出事件是輸入事件的“果”。

故障樹分析自上而下，通過依次展開更為詳細(xì)（或者叫更低一級(jí)）的設(shè)計(jì)層次逐步向下進(jìn)行。

2 故障樹方法前期準(zhǔn)備工作

首先，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該熟悉設(shè)計(jì)說明書、原理圖（包括流程圖、結(jié)構(gòu)圖）、運(yùn)行規(guī)程、維修規(guī)程和有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)以及其余相關(guān)資料。熟悉系統(tǒng)，設(shè)計(jì)人員可以從以下幾個(gè)方面入手：

1）設(shè)計(jì)人員應(yīng)徹底掌握系統(tǒng)的設(shè)計(jì)意圖、結(jié)構(gòu)、功能、邊界（包括人機(jī)接口）和環(huán)境情況；

2）設(shè)計(jì)人員應(yīng)辨明人為因素以及軟件對(duì)系統(tǒng)的影響；

3）設(shè)計(jì)人員應(yīng)辨識(shí)系統(tǒng)可能采取的各種狀態(tài)模式以及這些模式之間的相互轉(zhuǎn)換，必要時(shí)應(yīng)繪制狀態(tài)模式以及轉(zhuǎn)畫圖以幫助弄清系統(tǒng)成功或故障與單位成功或故障之間的關(guān)系，有利于正確建樹；

4）根據(jù)系統(tǒng)復(fù)雜程度和要求，必要時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)故障模式及影響分析，以幫助辨識(shí)各種故障事件以及人為失誤和共因故障；

5）根據(jù)系統(tǒng)復(fù)雜程度，必要時(shí)應(yīng)繪制系統(tǒng)可靠性框圖以幫助正確形成故障樹的頂部結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)故障樹的早期模塊化以縮小故障樹的規(guī)模；

6）為徹底地熟悉系統(tǒng)，設(shè)計(jì)人員除了完成上述工作外，還應(yīng)該隨時(shí)征求有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員和運(yùn)行維修人員意見，最好有上述人員參與建樹工作，方能保證故障樹分析工作順利開展，且建成的故障樹的正確性，并可以達(dá)到預(yù)期的分析目的。

在充分熟悉系統(tǒng)后，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的任務(wù)要求和對(duì)系統(tǒng)的了解確定本次故障樹分析的目的。在實(shí)際工業(yè)設(shè)計(jì)過程中，同一個(gè)系統(tǒng)或者設(shè)備，因?yàn)榉治龅哪康牟灰粯樱到y(tǒng)或者設(shè)備的模型化結(jié)果也會(huì)大不相同，反映在故障樹上也會(huì)不一樣。

3 故障樹分析方法步驟

故障樹分析根據(jù)分析對(duì)象、分析目的、精細(xì)程度等的不同而不同，但一般按如下步驟進(jìn)行：

1）故障樹的建造；

2）故障樹規(guī)范化、簡(jiǎn)化和模塊分解；

3）定性分析；

4）定量分析；

5）編寫故障樹分析報(bào)告。

故障樹的建造首先應(yīng)選擇恰當(dāng)?shù)捻斒录Ｔ诖_定頂事件時(shí)，可以通過在初步故障分析基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)人員找出系統(tǒng)可能發(fā)生的所有故障狀態(tài)，這個(gè)過程可以結(jié)合故障模式及影響分析進(jìn)行，也可借鑒其它類似系統(tǒng)使用過程中發(fā)生過的故障事件。然后，篩選出最不希望發(fā)生的故障狀態(tài)作為頂事件。

頂事件確定后，自上而下開始建樹，應(yīng)逐級(jí)進(jìn)行。

將確定的頂事件寫在頂部的框內(nèi)，然后將引起頂事件的全部必要而又充分的直接原因事件寫在相應(yīng)事件符號(hào)中畫出第二排，下一步根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)中它們的邏輯關(guān)系用適當(dāng)?shù)倪壿嬮T進(jìn)行連結(jié)。遵循以上原則逐步建樹，直至所有最低一排事件都為底事件。

規(guī)范化故障樹是指僅含有基本事件、結(jié)果事件，以及“與”、“或”、“非”三種邏輯門的故障樹。要將建好的故障樹變成規(guī)范化的故障樹，必須確定對(duì)特殊事件的處理規(guī)則和對(duì)特殊邏輯門進(jìn)行邏輯等效的變換規(guī)則。

故障樹的簡(jiǎn)化，可根據(jù)布爾代數(shù)運(yùn)算規(guī)則對(duì)故障樹進(jìn)行簡(jiǎn)化。

對(duì)于較大規(guī)模的已經(jīng)規(guī)范化和簡(jiǎn)化的故障樹需要進(jìn)行模塊分解，這里的模塊是指至少有兩個(gè)底事件但同時(shí)又不是所有底事件的集合，在集合中這些底事件向上可匯集到同一個(gè)邏輯門，且又只能通過這個(gè)邏輯門才能到達(dá)頂事件。同時(shí)，故障樹中所有的其它底事件向上都不能到達(dá)該邏輯門。

對(duì)故障樹進(jìn)行定性分析的目的在于尋找導(dǎo)致頂事件發(fā)生的原因及原因組合。通過識(shí)別引起頂事件發(fā)生的全部故障模式，它可以幫助判斷潛在故障，達(dá)到改進(jìn)設(shè)計(jì)的目地；也可以用于進(jìn)行指導(dǎo)故障診斷，從而改進(jìn)維護(hù)和使用方案。

對(duì)于正在設(shè)計(jì)中的產(chǎn)品，由定性分析的結(jié)果可以尋找到產(chǎn)品設(shè)計(jì)上的薄弱環(huán)節(jié)、重點(diǎn)部位、重要底事件、試驗(yàn)需求和改進(jìn)設(shè)計(jì)應(yīng)采取的方案等。對(duì)于最終設(shè)計(jì)成型的產(chǎn)品，通過定性分析結(jié)果可以確定產(chǎn)品已分析的頂事件的故障概率，檢測(cè)產(chǎn)品的最佳配置，指導(dǎo)故障定位和使用維護(hù)方案的制定；還為技術(shù)支持、管理維護(hù)提供指導(dǎo)。

故障樹定量分析是在已知底事件的發(fā)生概率的前提下得到頂事件的故障概率。這要求一開始必須擁有所有底事件的故障數(shù)據(jù)，從而才能求出故障樹最小割集。

在定量分析中，應(yīng)假定各個(gè)底事件的故障是相互獨(dú)立的。若某些底事件互相不獨(dú)立，則按照統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的假設(shè)進(jìn)行計(jì)算時(shí)將出現(xiàn)工程上難以接受的誤差，此時(shí)應(yīng)參考其它專門文獻(xiàn)進(jìn)行不獨(dú)立所需的修正。

在故障樹分析結(jié)束時(shí)，應(yīng)將分析結(jié)果寫成報(bào)告，故障樹分析報(bào)告應(yīng)包括下列主要內(nèi)容：分析任務(wù)；分析假設(shè)；分析方法；數(shù)據(jù)源說明；系統(tǒng)的可靠性框圖；不希望事件（頂事件）及其發(fā)生概率；最小割集及其發(fā)生概率和重要度；基本事件和條件事件的重要度；可靠性關(guān)鍵項(xiàng)目及其不能從設(shè)計(jì)中消除的原因。

4 結(jié)論

故障樹分析是一種對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)常用的安全性、可靠性分析方法。它通過演繹的故障分析法研究系統(tǒng)特定的頂事件，自上向下嚴(yán)格按事件的層次進(jìn)行邏輯分析和因果判斷，找出故障事件的必要而充分的各類原因，畫出邏輯關(guān)系圖（故障樹），最終找出導(dǎo)致頂事件發(fā)生的所有原因和原因組合。由分析結(jié)果可以確定被分析系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)、關(guān)鍵部位、應(yīng)采取的措施、對(duì)可靠性試驗(yàn)的要求等。這些都顯示出其在工業(yè)設(shè)計(jì)過程中的重要性和必要性。廣大設(shè)計(jì)人員只有不斷在其設(shè)計(jì)過程中深刻融合安全性設(shè)計(jì)理念，讓安全可靠成為產(chǎn)品一大亮點(diǎn)，設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品才能真正被業(yè)界所肯定，被市場(chǎng)所接受。

參考文獻(xiàn)

篇12

The Application of Fault Tree Method for Sensors Subsystem's Reliability Analyze

LIU Xiao-dan

(Shaanxi Radio & TV University, Xi'an 710065, China)

Abstract: The Fly Control System is an important part of an aeroplane. It is admitted that the fly control system design is the kernel station in the aeroplane design, and its' design level is the key factor for the performance of an aeroplane. So it is important to study the fly control system's reliability for the performance and safety of the aeroplane. Fly control system's reliability deceided by sensors subsystem, flight control computer subsystem, servo actuation subsystem. According to the characteristic of the sensors subsystem, introduces Fault Tree Analysis method. Then set up fault tree model for sensors subsystem and make reliability anlysis for it. The result shows that Fault Tree Analysis is a good method to appraise sensor system's reliability.

Key words: flight control system; sensors subsystem; reliability; fault tree

1 概述

飛行控制系統(tǒng)是飛機(jī)的重要組成部分，其先進(jìn)程度已成為飛機(jī)性能和作戰(zhàn)效能的關(guān)鍵因素，因此有必要對(duì)其可靠性進(jìn)行深入研究。飛行控制系統(tǒng)的可靠性主要由感知對(duì)象狀態(tài)的傳感器子系統(tǒng)、實(shí)施數(shù)據(jù)處理和執(zhí)行控制功能的飛控計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)、操縱舵面運(yùn)動(dòng)的伺服作動(dòng)子系統(tǒng)決定，以上這3個(gè)子系統(tǒng)是飛控系統(tǒng)完成其功能和任務(wù)的基本平臺(tái)，每個(gè)子系統(tǒng)性能的優(yōu)劣直接決定著整個(gè)飛行控制系統(tǒng)的性能[1]。

本文重點(diǎn)研究傳感器子系統(tǒng)的可靠性，在飛行控制系統(tǒng)中裝有各種各樣的傳感器，它們用來精確測(cè)量飛機(jī)的各種運(yùn)動(dòng)參數(shù)，如姿態(tài)角、迎角、角速率、飛行高度和速度等，這些參數(shù)可以完善的描述飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其在空間的位置，當(dāng)獲得這些參數(shù)后，便可以按一定的控制規(guī)律人工或自動(dòng)地控制飛機(jī)，使其按給定姿態(tài)、航向和軌跡飛行。[2]把這些在飛行控制系統(tǒng)中用到的不同類型的傳感器統(tǒng)統(tǒng)歸入傳感器子系統(tǒng)，再進(jìn)一步對(duì)其可靠性進(jìn)行研究。考慮到工程系統(tǒng)中的可靠性評(píng)估不應(yīng)該僅僅是簡(jiǎn)單的得到可靠性計(jì)算結(jié)果，還要能夠?qū)收显蜃龀龇治龊蜏?zhǔn)確的判斷，這樣才能提高飛行的可靠性，減少飛機(jī)維護(hù)的盲目性，保證飛行任務(wù)的順利完成。基于此想法，本文采用了故障樹分析方法對(duì)傳感器子系統(tǒng)進(jìn)行可靠性評(píng)估。

2 傳感器子系統(tǒng)的故障樹分析

2.1 傳感器子系統(tǒng)故障樹建模

對(duì)傳感器子系統(tǒng)進(jìn)行故障樹分析，第一步是要建立合理的故障樹模型：首先在結(jié)構(gòu)上對(duì)傳感器子系統(tǒng)進(jìn)行分解，把系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)分解為下一層次的子結(jié)構(gòu)，并一直分解到底層的傳感器部件。在本系統(tǒng)中將傳感器子系統(tǒng)失效作為頂事件T，丟失角速率信息作為中間事件M1，丟失姿態(tài)信息作為中間事件M2，丟失速度信息作為中間事件M3，丟失航向信息作為中間事件M4，丟失高度信息作為中間事件M5，丟失位置信息作為中間事件M6。對(duì)于中間事件M1，三軸速率陀螺失效和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)失效作為第3層子節(jié)點(diǎn)；對(duì)于中間事件M2，垂直陀螺失效和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)失效作為第3層子節(jié)點(diǎn)；對(duì)于中間事件M2，氣壓傳感器失效、大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)失效、GPS失效、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)失效作為第3層子節(jié)點(diǎn)；對(duì)于中間事件M4，磁航向傳感器失效、GPS失效、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)失效作為第3層子節(jié)點(diǎn)；對(duì)于中間事件M5，氣壓傳感器失效、無線電高度表失效、大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)失效、GPS失效、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)失效作為第3層子節(jié)點(diǎn)；對(duì)于中間事件M6，GPS失效和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)失效作為第3層子節(jié)點(diǎn)。圖1是傳感器子系統(tǒng)的故障樹模型，表1是對(duì)圖1中各個(gè)符號(hào)代表的事件的說明。

2.2 傳感器子系統(tǒng)故障樹定性分析

根據(jù)求解最小割集的下行法[6]，得到傳感器子系統(tǒng)故障樹的最小割集是x1x9、x2x9、x8x9。這3條最小割集代表了傳感器子系統(tǒng)的3種故障模式：

1）三軸速率陀螺和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)同時(shí)失效的情況下，傳感器子系統(tǒng)失效；

2）垂直陀螺和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)同時(shí)失效的情況下，傳感器子系統(tǒng)失效；

3）GPS和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)同時(shí)失效的情況下，傳感器子系統(tǒng)失效。

從最小割集的分析可以看出，傳感器子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)符合可靠性系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則，即不存在只包含一個(gè)底事件的一階最小割集，因此也就不存在單點(diǎn)故障。與此同時(shí)，求出傳感器子系統(tǒng)的最小割集還有以下幾個(gè)方面的意義：

1）提高了發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障原因的效率：當(dāng)發(fā)現(xiàn)傳感器子系統(tǒng)失效時(shí)候，不用挨個(gè)檢查每個(gè)部件，而是首先檢查最小割集中包含的底事件1，2，8，9是否發(fā)生，也就是檢查三軸速率陀螺、垂直陀螺、GPS、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是否出現(xiàn)故障；

2）確定系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)：最小割集中包含的底事件反映了系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，具體到傳感器子系統(tǒng)中就是三軸速率陀螺、垂直陀螺、GPS、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)這4個(gè)部件。換句話說，要提高傳感器子系統(tǒng)的高可靠性，最有效的方式就是提高這4個(gè)部件的可靠性。

3）有效的指導(dǎo)對(duì)系統(tǒng)的維修：根據(jù)最小割集的定義，如果系統(tǒng)的某一故障模式發(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發(fā)生了，因此當(dāng)進(jìn)行維修時(shí)必須要修復(fù)同一最小割集中的全部故障部件才能恢復(fù)系統(tǒng)的可靠性。例如，當(dāng)檢測(cè)到垂直陀螺發(fā)生故障時(shí)并進(jìn)行維修后，還必須要修復(fù)包含垂直陀螺的最小割集中的其它部件，也就是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，這樣才能恢復(fù)系統(tǒng)可靠性水平。

2.3 傳感器子系統(tǒng)故障樹定量分析

2.3.1 傳感器子系統(tǒng)可靠度計(jì)算

將傳感器子系統(tǒng)故障樹中每個(gè)底事件xi的發(fā)生概率表示為Fi(1≤i≤9)， 具體見表2。

根據(jù)2.2中的定性分析結(jié)果，傳感器子系統(tǒng)故障樹的最小割集是x1x9、x2x9、x8x9，則故障樹的頂事件T可以表示為：

系統(tǒng)的不可靠Fs的表達(dá)式可以表示為，

將表2中Fi的值代入，得到頂事件發(fā)生概率Fs=0.000001，即傳感器子系統(tǒng)的可靠度Rs=1-Fs=0.999999。

2.3.2 傳感器子系統(tǒng)底事件的概率重要度計(jì)算

對(duì)傳感器子系統(tǒng)底事件 的概率重要度[6]計(jì)算如下，

代入表2中Fi的值就能夠得到底事件x1的概率重要度，根據(jù)該方法得到故障樹子系統(tǒng)所有底事件的概率重要度見表3。

根據(jù)以上的定性和定量分析結(jié)果可以看出，底事件9的發(fā)生概率的變化對(duì)頂事件發(fā)生概率的變化影響最大，其次是底事件8，然后是底事件1、2。因此為了有效的提高傳感器子系統(tǒng)的可靠度，首先應(yīng)該考慮提高慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的可靠度，然后是提高GPS的可靠度，最后是三軸速率陀螺和垂直陀螺的可靠度。根據(jù)以上的定性和定量分析結(jié)果可以看出，底事件9的發(fā)生概率的變化對(duì)頂事件發(fā)生概率的變化影響最大，其次是底事件8，然后是底事件1、2。因此為了有效的提高傳感器子系統(tǒng)的可靠度，首先應(yīng)該考慮提高慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的可靠度，然后是提高GPS的可靠度，最后是三軸速率陀螺和垂直陀螺的可靠度。

3 結(jié)論

對(duì)飛控系統(tǒng)的傳感器子系統(tǒng)建立故障樹模型并進(jìn)行相關(guān)的定性和定量分析，可以有效的預(yù)知系統(tǒng)的故障模式,為改進(jìn)設(shè)計(jì)提供依據(jù)，對(duì)保障飛機(jī)的可靠性有著實(shí)用工程意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉林,郭恩友.飛行控制系統(tǒng)的分系統(tǒng)[M].北京:高等教育出版社,2003.

[2] 姚一平.可靠性及余度技術(shù)[M].北京:航空工業(yè)出版社,1985.

[3] 曾聲奎,趙延弟,張建國(guó),等.系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)與分析教程[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2001.

篇13

1. 故障樹設(shè)計(jì)內(nèi)容概述

故障樹診斷功能的原理是將不同功能控制系統(tǒng)進(jìn)行級(jí)別劃分，通過在系統(tǒng)及其子系統(tǒng)間建立起對(duì)應(yīng)的故障關(guān)系，并依據(jù)不同子控制系統(tǒng)中組成部件的功能聯(lián)系，設(shè)計(jì)出的故障之間的樹狀關(guān)系。在汽車電控發(fā)動(dòng)機(jī)故障分析中，故障樹設(shè)計(jì)主要分為一級(jí)故障樹，中間級(jí)故障樹以及子故障樹三個(gè)級(jí)別，故障樹關(guān)系的建立使得發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，故障所涉及到的每個(gè)部件都能夠得到全面的故障分析與處理，提升了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障處理的有效性和全面性。一級(jí)故障樹設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括電控點(diǎn)火控制系統(tǒng)，噴油量控制系統(tǒng)及其他控制系統(tǒng)的故障數(shù)據(jù)處理和基本故障診斷，中間故障樹則是在多次發(fā)動(dòng)機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)上建立起來的，其故障分析內(nèi)容大致與一級(jí)故障樹相同，中間故障樹作為中間故障分析階段，更為突出的作用是引出汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的子故障。子故障樹設(shè)計(jì)作為發(fā)動(dòng)機(jī)故障處理的核心內(nèi)容，直接關(guān)系到汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷與處理效率，因此基于故障樹處理汽車電控發(fā)動(dòng)機(jī)故障時(shí)，應(yīng)更多的應(yīng)用子故障樹進(jìn)行故障處理。

2. 汽車電控發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷原則與方法分析

2.1電控發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷原則

在汽車維修過程過程中，故障檢測(cè)與維修人員掌握發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)故障處理原則，能夠更為有效的簡(jiǎn)化故障診斷與處理的過程，并在保證故障處理質(zhì)量的基礎(chǔ)上提升故障處理效率。在實(shí)際電控發(fā)動(dòng)機(jī)故障檢測(cè)與維修中，故障診斷原則主要包括以下幾方面：最先發(fā)現(xiàn)和處理最為直觀的設(shè)備故障，其次是針對(duì)較為常見的故障問題進(jìn)行檢測(cè)，最后是確定發(fā)動(dòng)機(jī)故障的具體類型，分析故障原因在于電子控制系統(tǒng)還是其他發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，如果是發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)故障，那么便要使用專業(yè)故障代碼讀取器進(jìn)行電控設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和分析，并結(jié)合技術(shù)人員的維修工作，對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行排除。

2.2電控發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷方法

在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障處理中，故障診斷的主要形式包括人工診斷和儀器診斷。人工故障診斷是在人體感官和故障處理經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上得以開展的，維修人員通過觀察，調(diào)試以及等步驟對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行故障進(jìn)行分析，并以其工作經(jīng)驗(yàn)為參照判定故障的具體特點(diǎn)及內(nèi)容。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的故障診斷主要采取儀器診斷的形式。在電子控制系統(tǒng)的儀器故障診斷過程中，診斷儀器能夠以報(bào)警燈和故障代碼的形式將設(shè)備故障的具體內(nèi)容展現(xiàn)出來，使得電子控制設(shè)備能夠根據(jù)所提供的診斷內(nèi)容進(jìn)行自診斷，這大大簡(jiǎn)化了電控發(fā)動(dòng)機(jī)的故障處理效率。而由于電控設(shè)備的自診斷功能僅能夠提供與該系統(tǒng)相關(guān)的電路故障，在應(yīng)用中具有一定局限性，所以為實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車電控設(shè)備故障的徹底排除，應(yīng)在利用儀器檢測(cè)的同時(shí)，更為全面的開展人工檢測(cè)與故障處理。

3. 豐田汽車電控發(fā)動(dòng)機(jī)故障樹診斷方式探究

3.1點(diǎn)火控制器的故障樹設(shè)計(jì)及診斷

點(diǎn)火控制器作為爆燃油氣的主要裝置，其在實(shí)際中的故障表現(xiàn)為當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)打開時(shí)，點(diǎn)火控制器無法順利啟動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)無法正常發(fā)動(dòng)。在豐田汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的電控裝置中，點(diǎn)火控制器的主要故障主要包括電路故障，ECU損壞或點(diǎn)火器故障。在故障樹設(shè)計(jì)中，電控裝置線路故障的檢測(cè)方式是檢測(cè)線路電阻，ECU損壞的檢測(cè)則要結(jié)合點(diǎn)火控制器指令輸出進(jìn)行判定，而點(diǎn)火器故障診斷要以點(diǎn)火線圈控制端子的測(cè)量頻率為基準(zhǔn)，并通過數(shù)據(jù)比對(duì)分析將具體的故障內(nèi)容。在處理點(diǎn)火控制器故障時(shí)，應(yīng)首先檢查系統(tǒng)的啟動(dòng)系故障，在確保電控設(shè)備能夠進(jìn)行自動(dòng)控制后，進(jìn)一步檢查電控系統(tǒng)的內(nèi)部線路，當(dāng)發(fā)現(xiàn)線路故障影響到點(diǎn)火開關(guān)的正常啟動(dòng)時(shí)，可采取線路修復(fù)或更換的方式進(jìn)行故障排除。此外，點(diǎn)火控制器故障處理還要深入檢測(cè)ECU的供電情況和運(yùn)行情況，并通過比對(duì)點(diǎn)火正時(shí)以調(diào)整系統(tǒng)的動(dòng)作控制。

3.2凸輪軸與曲軸位置傳感器故障分析及診斷

曲輪軸和曲軸位置傳感器在豐田汽車中的應(yīng)用主要包括電磁感應(yīng)和霍爾效應(yīng)兩種。電磁感應(yīng)傳感器的中級(jí)故障樹包括傳感器故障，ECU損壞和電路損壞三部分，對(duì)于傳感器故障，其子故障樹內(nèi)容主要是不同端子間的電阻超出預(yù)設(shè)范圍，而線路故障的子故障樹則分為不同端子線束短路和斷路。霍爾效應(yīng)式故障與電磁感應(yīng)故障內(nèi)容有所不同，其中級(jí)故障樹不包括傳感器故障，但增加了點(diǎn)火器故障，并且電路故障的子故障樹內(nèi)容也能囊括了更多的端子接線問題。為有效處理凸輪軸與曲軸位置傳感器故障問題，應(yīng)首先檢測(cè)ECU各端子的線路連接是否有效，一旦發(fā)現(xiàn)線路錯(cuò)搭或斷開，要及時(shí)對(duì)線路進(jìn)行修復(fù)，必要時(shí)可采取線路更換的措施。線路系統(tǒng)故障排除是處理傳感器故障的核心。在處理豐田汽車的凸輪軸與曲軸位置傳感器故障時(shí)，要著重對(duì)電控系統(tǒng)的電路故障進(jìn)行排除，如將短路端子線路進(jìn)行分離，檢測(cè)并調(diào)整ECU各端子的數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸?shù)取?/p>

3.3節(jié)氣門和加速踏板位置傳感器故障樹分析及診斷

豐田車系中電控發(fā)電機(jī)的節(jié)氣門開度控制主要采用常規(guī)節(jié)氣門和電控節(jié)氣門兩種，其中電控節(jié)氣門的開度控制是通過加速踏板傳感器檢測(cè)踏板位置而實(shí)現(xiàn)的，在電控發(fā)動(dòng)機(jī)的其姐們開度控制中，氣節(jié)門位置傳感器主要分為可變電阻式和霍爾式兩種。變電阻氣節(jié)門和加速踏板位置傳感器的子故障樹主要包括傳感器電阻超出范圍及其不隨開度而發(fā)生變化，霍爾效應(yīng)式的傳感器故障則主要包括電路故障和ECU故障等。為有效處理節(jié)氣門和加速踏板位置傳感器故障，可以從傳感器，電控線路以及ECU部件三個(gè)方面著手處理，如修復(fù)傳感器線路并完善傳感器功能設(shè)計(jì)以提升傳感效率，改善電控電路端口的線路連接方式以保證線路鏈接的穩(wěn)定性，以及通過電路故障排除以實(shí)現(xiàn)端口數(shù)據(jù)正確穩(wěn)定的傳輸?shù)取?/p>

3.4發(fā)動(dòng)機(jī)燃油泵及其電路故障樹分析及診斷

發(fā)動(dòng)機(jī)燃油泵故障作為常見的豐田汽車故障之一，故障樹的主要內(nèi)容分為燃油泵損壞，繼電器及其電路故障和ECU損壞，其中燃油泵故障主要表現(xiàn)為燃油泵不轉(zhuǎn)動(dòng)和泵油量不足，而電控線路故障及ECU故障則與其他故障樹結(jié)構(gòu)大致相同。電控發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油泵損壞主要會(huì)影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的泵油量，因此在處理豐田汽車燃油泵問題時(shí)可以采用泵油量測(cè)定的方法判定故障原因，繼電器及ECU損壞故障的測(cè)定則是依賴線路的電阻測(cè)量。在處理燃油額不給你故障時(shí)，要首先檢查發(fā)動(dòng)機(jī)油流是否發(fā)生滲漏，同時(shí)檢測(cè)不同傳感器的工作狀態(tài)，并通過傳感器的數(shù)據(jù)推斷故障發(fā)生的具置與原因。此外，電控發(fā)動(dòng)機(jī)的油泵及電路故障處理還要結(jié)合噴油器的工作狀況，一旦發(fā)現(xiàn)噴油器無法正常工作，這就意味著發(fā)動(dòng)機(jī)油泵可能存在故障，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行分析與處理。

結(jié)束語(yǔ)

在檢測(cè)豐田汽車電控發(fā)動(dòng)機(jī)故障時(shí)，故障樹設(shè)計(jì)的應(yīng)用為系統(tǒng)故障處理指明了方法，在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)故障進(jìn)行總結(jié)與分類的同時(shí)，也為故障處理方式的研究提供了有效參照。在豐田汽車電控發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際故障處理中，故障樹設(shè)計(jì)的應(yīng)用加之系統(tǒng)檢修人員的工作經(jīng)驗(yàn)，會(huì)在很大程度上提升發(fā)動(dòng)機(jī)故障檢測(cè)處理的效率，并有效促進(jìn)豐田汽車生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)一步完善。

參考文獻(xiàn)：