可靠性工程課程設(shè)計(jì)

1、鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告級(jí)質(zhì)量與可靠性工程專(zhuān)業(yè) 103 班課程名稱(chēng)可靠性工程課程設(shè)計(jì)題 目我的理論課程“達(dá)良故障”故障樹(shù)分析姓 名 學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師 職稱(chēng)二O一二年五月日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、設(shè)計(jì)題目我的理論課程“達(dá)良故障”故障樹(shù)分析二、設(shè)計(jì)依據(jù)1、個(gè)人成績(jī)單；2、FTA分析步驟及要求；3、FTA分析案例。三、設(shè)計(jì)內(nèi)容根據(jù)給定的個(gè)人成績(jī)單、FTA分析步驟及內(nèi)容、其相關(guān)案例，分析 本人理論課程總評(píng)成績(jī)80分（達(dá)良故障）時(shí)存在的故障模式，確定該 系統(tǒng)的故障樹(shù)頂事件，并在對(duì)系統(tǒng)故障樹(shù)進(jìn)行定性、定量分析基礎(chǔ)上, 確定頂事件發(fā)生概率及關(guān)鍵事件，給出系統(tǒng)改進(jìn)和優(yōu)化對(duì)策。2012年5月 日我的理論課程“達(dá)良

2、故障”故障樹(shù)分析目錄 TOC o 1-5 h z 課程設(shè)計(jì)報(bào)告1 HYPERLINK l bookmark1 o Current Document 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)0 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 一、設(shè)計(jì)題目0 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 二、設(shè)計(jì)依據(jù)0 HYPERLINK l bookmark15 o Current Document 三、設(shè)計(jì)內(nèi)容0目 錄I HYPERLINK l bookmark31 o Current Document 我的理論課程“達(dá)良故障”故障樹(shù)分析I我的理論課

3、程“達(dá)良故障故障樹(shù)分析1 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 序、課程設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介1 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 一、系統(tǒng)簡(jiǎn)介2 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 二、系統(tǒng)故障樹(shù)的建立3 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 三、系統(tǒng)故障樹(shù)定性分析6 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 四、系統(tǒng)故障樹(shù)定量分析9 HYPERLINK l bookmark9

4、1 o Current Document 五、改進(jìn)及優(yōu)化對(duì)策16六、總結(jié)17參考文獻(xiàn)18附件：19 HYPERLINK l bookmark94 o Current Document 課程設(shè)計(jì)答辯評(píng)語(yǔ)0我的理論課程“達(dá)良故障”故障樹(shù)分析序、課程設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介in1、設(shè)計(jì)目的本課程設(shè)計(jì)是與可靠性工程配套的實(shí)踐環(huán)節(jié)之一，根據(jù)老師的要求， 依據(jù)統(tǒng)一提供的理論課程成績(jī)數(shù)據(jù)，完成我的理論課程“達(dá)良故障” FTA分析。在分析課程“達(dá)良故障”故障機(jī)理基礎(chǔ)上，建立以“本人理 論課程達(dá)良故障（總評(píng)成績(jī)80分）為頂事件的故障樹(shù)，并在對(duì)系 統(tǒng)故障樹(shù)進(jìn)行定性、定量分析基礎(chǔ)上，給出系統(tǒng)改進(jìn)和優(yōu)化對(duì)策。2、課程設(shè)計(jì)進(jìn)度安排對(duì)本

5、人成績(jī)單進(jìn)行分析 夠建達(dá)良故障-總評(píng)成績(jī)80故障樹(shù)對(duì)故障樹(shù)進(jìn)行定性分析 對(duì)故障樹(shù)的定量分析對(duì)故障樹(shù)的問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)一、系統(tǒng)簡(jiǎn)介根據(jù)給定的個(gè)人成績(jī)單，分析本人理論課程總評(píng)成績(jī)80分（達(dá)良 故障）時(shí)存在的故障模式，確定該系統(tǒng)的故障樹(shù)頂事件，并在對(duì)系統(tǒng)故 障樹(shù)進(jìn)行定性、定量分析基礎(chǔ)上，確定頂事件發(fā)生概率及關(guān)鍵事件，給 出系統(tǒng)改進(jìn)和優(yōu)化對(duì)策。構(gòu)建故障樹(shù)必須遵循“直接的必要和充分的原因”的原則。對(duì)故障樹(shù)進(jìn)行定性分析可以查明頂事件發(fā)生所有途徑中最低限度 基本事件組合，可以發(fā)現(xiàn)已有安全措施中薄弱環(huán)節(jié)，以及對(duì)未加保護(hù)的 事件應(yīng)采取的措施，而且為故障樹(shù)的定量分析提供基礎(chǔ)。定性分析即求 解頂事件發(fā)生的最小割集，

6、有行列法、布爾代數(shù)法、矩陣列表法、上行 法、最小路集法，前三種屬于下行法。對(duì)故障樹(shù)的定量分析的目的是確定薄弱環(huán)節(jié)和改進(jìn)設(shè)計(jì)方案。包括 概率重要度、關(guān)鍵重要度、結(jié)構(gòu)重要度的計(jì)算。最后根據(jù)故障樹(shù)的分析對(duì)個(gè)人成績(jī)的提高提出優(yōu)化改進(jìn)的方案和 措施。二、系統(tǒng)故障樹(shù)的建立1、故障樹(shù)分析法概述1）定義：故障樹(shù)分析法（FTA）是1961年由貝爾實(shí)驗(yàn)室的11. A. Watson提出， 指的是從事故開(kāi)始，按照事件因果關(guān)系，逆時(shí)序地進(jìn)行分析，最后找出 事故起因的一種圖形演繹方法。又稱(chēng)為事故的邏輯框圖分析法。2特點(diǎn):故障樹(shù)分析法是一種自上而下的圖形演繹方法；有很大的靈活性; 而且有硬件、軟件、環(huán)境、人素等綜合性；應(yīng)

7、用范圍廣，目前已廣泛應(yīng) 用，用于宇航、核能、電子、機(jī)械、化工和采礦等領(lǐng)域。3）目的和功能：故障樹(shù)分析法即可進(jìn)行定性分析，也可進(jìn)行定量分析。定性分析目 的：尋找導(dǎo)致與系統(tǒng)有關(guān)的不希望事件發(fā)生的原因和原因的組合，即尋 找導(dǎo)致頂事件發(fā)生的所有故障模式集合。定量分析目的：當(dāng)給定所有底 事件發(fā)生的概率時(shí)，求出頂事件發(fā)生的概率及其他定量指標(biāo)，為安全評(píng) 價(jià)和決策提供科學(xué)依據(jù)。4）術(shù)語(yǔ)與符號(hào)：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。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。中間事件：故障樹(shù)中除事件及頂事件之外的所有事件。131 Bn與門(mén)：Bi (i=1,2

8、,3,.n)為門(mén)的輸入事件，A為門(mén)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(chēng)為事件交。用邏輯與門(mén)描述， 邏輯表達(dá)式為A=BinB2AB3A ABnAdBl | Bn或門(mén)：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(chēng)為事件并。 用邏輯或門(mén)描述，邏輯表達(dá)式為A=B1UB2UB3UUBn2、故障樹(shù)構(gòu)建圖1中：T：達(dá)良故障一一總評(píng)成績(jī)80總評(píng)成績(jī)二0. 2*平時(shí)成績(jī)+0. 8*期末成績(jī)A1：平時(shí)成績(jī)80而且期末成績(jī)80而且綜合成績(jī)80A2：平時(shí)成績(jī)80而且期末成績(jī)80A3：平時(shí)成績(jī)80而且期末成績(jī)80而且綜合成績(jī)80XI：期末成績(jī)80X2：平時(shí)成績(jī)80X4：期末成績(jī)80X5：平時(shí)成績(jī)

9、80X3： 0.2*X5+0. 8*X480X6： 0. 2*X2+0. 8*Xl80圖i一一達(dá)良故障樹(shù)三、系統(tǒng)故障樹(shù)定性分析定性分析可以查明頂事件發(fā)生所有途徑中最低限度基本事件組合；可以 發(fā)現(xiàn)已有安全措施中的薄弱環(huán)節(jié)，以及對(duì)未加保護(hù)的事件應(yīng)采取措施。 定性分析為故障樹(shù)的定量分析提供基礎(chǔ)。1、故障樹(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)及運(yùn)算故障樹(shù)可以認(rèn)為是系統(tǒng)故障(頂事件)和導(dǎo)致故障發(fā)生的諸多元素 之間的布爾關(guān)系的圖形話表示。因此，可用布爾代數(shù)來(lái)給出故障樹(shù)的數(shù) 學(xué)表達(dá)，這樣有助于進(jìn)行故障樹(shù)的簡(jiǎn)化，從而有利于故障樹(shù)的定性分析 和定量分析。故障樹(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)可用其結(jié)構(gòu)函數(shù)來(lái)表示:邏輯門(mén)符號(hào)數(shù)學(xué)表達(dá)與門(mén)ABlBnA=B1 n

10、B2 n B3 AABn或門(mén)ALBlBnA=B1 U B2 U B3UUBn在本人理論課程總評(píng)成績(jī)80分達(dá)良故障樹(shù)中，其結(jié)構(gòu)函數(shù)為:T=A1UA2UA3= (X1CX2CX3) (X2AX4) (X3CX4CX5)2、定性分析方法最小割集求解方法的簡(jiǎn)述故障樹(shù)定性分析的實(shí)質(zhì)就是找出導(dǎo)致頂事件必然發(fā)生的所有最小 基本事件的集合，即求解頂事件發(fā)生的最小割集，因此此分析方法指的 就是最小割集的求解方法。最小割集的求解方法有以下幾種：行列法下行法v布爾代數(shù)法1矩陣列表法行列法：提出：1972年由Fussell提出，所以也稱(chēng)Fussel 1法。原理：首先，從緊接頂事件的邏輯門(mén)出發(fā)，如果是或門(mén)就將該門(mén)的各個(gè)

11、 輸入事件縱向排列；如果是與門(mén)，就將該門(mén)的各個(gè)輸入事件橫向排列， 依次將門(mén)的輸出用輸入事件替換，直至全部門(mén)事件均被基本事件替換為 止；然后，再根據(jù)布爾代數(shù)運(yùn)算規(guī)則進(jìn)行簡(jiǎn)化。特點(diǎn)：簡(jiǎn)單易行，可編程實(shí)現(xiàn)，因此得到廣泛應(yīng)用。布爾代數(shù)法：原理：從頂事件開(kāi)始，依次根據(jù)邏輯關(guān)系，用輸入事件替換輸出事件 (“與門(mén)為“，“或門(mén)”為“ + 直到全部中間事件均被基本事件 替換為止，即將頂事件化簡(jiǎn)到全部用基本事件的表達(dá)形式，然后再根據(jù) 布爾代數(shù)運(yùn)算規(guī)則進(jìn)行簡(jiǎn)化。矩陣列表法：原理：從頂事件開(kāi)始，首先將頂事件寫(xiě)入矩陣第一行第一列；然后根據(jù) 其與輸入事件的邏輯關(guān)系進(jìn)行替換，如果是與門(mén)，就將該門(mén)的各個(gè)輸入 事件橫向排列，依

12、次將門(mén)的輸出用輸入事件替換，直至全部門(mén)事件均被 基本事件替換為止；然后，再根據(jù)布爾代數(shù)運(yùn)算規(guī)則進(jìn)行簡(jiǎn)化。2）上行法：原理：從底事件開(kāi)始，右下而上逐級(jí)進(jìn)行處理，對(duì)每一個(gè)輸出事件而言， 如果它是或門(mén)的輸出，則將該或門(mén)的輸出事件的布爾和形式表示，如果 它是與門(mén)的輸出，則將該與門(mén)的輸出事件的布爾積形式表示，最后得到 頂事件的基本事件布爾表達(dá)式并簡(jiǎn)化。3）最小路集法：原理：首先對(duì)偶先將故障樹(shù)轉(zhuǎn)化為對(duì)偶成功樹(shù)（就是將原來(lái)故障樹(shù)的與 門(mén)換成或門(mén)、或門(mén)換成與門(mén)、各類(lèi)事件發(fā)生換成不發(fā)生）然后根據(jù)最小 路集求解方法求解最小路集，最后再根據(jù)最小路集求解最小割集。3、求圖1的最小割集用行列法求解最小割集解： AlX1

13、X2X6J A2 4 X2X4 A3I X3X4X5所以得出最小割集為（X1X2X6） X2X4） X3X4X5）。、系統(tǒng)故障樹(shù)定量分析1、介紹在故障樹(shù)定性分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)基本事件的故障發(fā)生數(shù)據(jù)， 運(yùn)用數(shù)學(xué)方法和計(jì)算技術(shù)，對(duì)故障樹(shù)的各項(xiàng)可靠性參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，即求 出頂事件發(fā)生的概率和基本事件重要度。重要度：指的是底事件或最小割集對(duì)頂事件發(fā)生的貢獻(xiàn)。重要度分析目的：確定薄弱環(huán)節(jié)和改進(jìn)設(shè)計(jì)方案。2、根據(jù)個(gè)人成績(jī)單，計(jì)算各基本事件的發(fā)生概率解出：A1=O A2=6/48=0. 125A3=22/48=0. 458XI=17/48=0.354X2=7/48=0. 146X3=22/48二0. 458X

14、4=31/48=0.646X5=41/48=0.854X6=03、計(jì)算頂事件發(fā)生概率值解：1最小割集不交化處理：S = X1X1X6 + X1X2X6 X2X4 +X1X2X6X2X4 X3X4X5=X1X2X6 + （XI + X1X2 + X1X2 品）X2X4+ （XI +X1X2 + X1X2X6）（X2 + X2 莉）X3X4X5=71 X2X4 + X1X2 X6X4 + X2 X3X4X52求頂事件發(fā)生概率：帶入數(shù)據(jù)得：Fs二(1-0. 354)*0. 146*0. 646+0. 354*0. 146*(1-0. 583)+ (1-0. 146) *0.458*0. 646*0.

15、 854=0. 2984、介紹結(jié)構(gòu)重要度和概率重要度1）概率重要度定義：第i個(gè)單元不可靠度（失效概率）的變化引起系統(tǒng)不可靠度（失效概率） 變化的程度。其數(shù)學(xué)公式表達(dá)如下所示：)=姬景蕓*普gjt) _ 第i個(gè)單元的概率重要度Ft Ct)單元的不可靠度玲(1)頂事件(系統(tǒng))的不可靠度W) = Fi(t),F2 0),，&(1)關(guān)鍵重要度定義：第i個(gè)單元故障概率變化率所引起系統(tǒng)故障概率變化。結(jié)構(gòu)重要度定義：指的是i單元在故障樹(shù)中重要順序的量值，其由單元在故障樹(shù)中所處位 置決定，與單元本身故障概率無(wú)關(guān)。/?：i單元的結(jié)構(gòu)重要度n：系統(tǒng)所含單元數(shù)目合數(shù)目，一般可用布爾真值表求出。對(duì)于i單元由。變?yōu)?,

16、系統(tǒng)的可能變化有四種：0（y）=o(y) = (y)=i(y) = （y）=i0（0叩）=1-0（偵；）=00（0叩）=1 T 0由于第4種情況不存在，第2、3種情況貢獻(xiàn)為0,所以71?可表示為”? = 2。（1”；）-0（響）即：=對(duì)。（比寸：（。嶗）125、計(jì)算結(jié)構(gòu)重要度系統(tǒng)有5個(gè)單元，共有26二64個(gè)狀態(tài)。列出布爾真值表:系統(tǒng)狀態(tài) 編號(hào)X6XIX2X3X4X5系統(tǒng)狀態(tài)1000000020000010300001004000011050001000600010107000110080001111900100001000100101100101011200101111300110001400

17、110103 53 4333232928bO2 6252 4232222865iiiOOoOOoOOOOOoooOoooOooi11ii1iii1i111i1ooOooOOoooooooooOoOooooooooOooooooo1oiO1oio1oio1o1o1o1oooo444ooooooooo4436100011037100100038100101039100110040100111141101000042101001043101010144101011145101100046101101047101110148101111149110000050110001051110010052110

18、0110531101000541101010551101100561101111571110001581110011591110101601110111611111001621111011631111101641111111由諸=0(1叩)一0(0叮)得,71?二6, 71?二 18, 71?二6, 71?二 14, 71-5=4, 71? = 22九-1 = 25 = 32所以：/?=旦=0. 188, 苴=叢0. 563, /? = -=0. 186,132232332/? = 0. 438, /? =、0. 125, I? = -=0. 0625 432532532由結(jié)果可知，X2, X

19、4在結(jié)構(gòu)重要度中比較重要。其次依次是XI, X3, X5,X6.6、計(jì)算概率重要度解：&0) = 1 - (1 - X1X2X6) * (1 - X2X4) * (1-X3X4X5 )勿(t)= 孫s( X2X6* (1-X2X4) * (1-X3X4X5) =0OF】(t)勿。)=蕓:=(X4 + X1X6 - 2X1X2X6X4) * (1 - X3X4X5)=0. 483所=&)=X4X5*(1-X1X2X6)*(1-X4X2)二0. 499757*3 (t )4(t)=若% =(1T1X2X6)*(X3X5+X2+2X2X3X4X5)=0. 463，5(t) = dFs(tl = (1

20、-X1X2X6) *(1-X2X4) *X3X4=0. 268 6Fs (t)孫s( =X1X2*(1-X2X4) (1 -X3X4X5)=0. 0352 BF& (t)由結(jié)果知,X3的變化引起系統(tǒng)不可靠度變化的程度最大。然后依次是X2,X4, X6, X5.7、計(jì)算關(guān)鍵重要度解：Fs (t)=l -(1- X1X2X6) * (1 一 X2X4) * (1 一 X3X4X5) =0. 323Egi(t) =0492(1)=0. 218/g3 (t) =0. 70855*碩。)=0.926495 0)=0. 70858*496。)=0R clrIK rIK R RC2 C3R 4rIK rIK

21、 R R c 5 c 6其&凡一&竺&竺&耳一&允一&由結(jié)果知：X4單元故障概率變化率所引起系統(tǒng)故障概率變化率變化的程度最大，然后依次是X5, X3, X2.五、改進(jìn)及優(yōu)化對(duì)策結(jié)論：表1個(gè)單元重要度單元代號(hào)結(jié)構(gòu)重要度概率重要度關(guān)鍵重要度XI0. 18800X20. 5630. 4830.218X30. 1860. 49970.70855X40. 4380. 4630.926X50. 1250. 2680.70858X60.06250.03520由表1可知，從結(jié)構(gòu)重要度來(lái)分析，單元重要度依次為2、4、1、3、 5、6,因此因該在2、4單元上加強(qiáng)可靠度，在注重平時(shí)成績(jī)的同時(shí)， 也要努力提高期末成績(jī)

22、。從概率重要度來(lái)分析，單元重要度排序?yàn)?、2、 4、5、6、1,這就對(duì)已設(shè)計(jì)的成績(jī)系統(tǒng)，降低每個(gè)單元故障概率對(duì)于降 低頂事件故障概率的貢獻(xiàn)大小提供了依據(jù)。從關(guān)鍵重要度來(lái)分析，單 元4重要度最大，然后依次為5、3、2,這就給對(duì)單元排次序，找出最 佳的故障診斷和維修順序提供了依據(jù)。首先應(yīng)該多加努力，提高期末成 績(jī)，盡量使各個(gè)科目的成績(jī)80,達(dá)良故障的概率才會(huì)減小。改進(jìn)的措施：首先應(yīng)該多加努力，提高期末成績(jī)，盡量使各個(gè)科目 的成績(jī)80,達(dá)良故障的概率才會(huì)減小。對(duì)于幾個(gè)科目平時(shí)成績(jī)較低, 應(yīng)該在課堂上積極發(fā)言，積極的配合老師，認(rèn)真思考老師給的每一個(gè)話 題，多得一些平時(shí)成績(jī)?？傊?，要多付出努力才會(huì)讓達(dá)良

23、故障的概率減 小。六、總結(jié)親自動(dòng)手做了課程設(shè)計(jì)之后，感覺(jué)一切東西做的很麻煩，很焦急, 畫(huà)故障樹(shù)的很多細(xì)節(jié)都要很是注意，初次用電腦畫(huà)故障樹(shù)，改了好多次 才讓故障樹(shù)看起來(lái)比較美觀。還有在故障樹(shù)的分析中，公式的編輯也很 惱人，不耐煩的感覺(jué)好多次的爬上眉頭，不過(guò)還是要耐著性子繼續(xù)做下 去，因?yàn)橹挥袌?jiān)持做了才能體會(huì)到這個(gè)過(guò)程的艱辛，只有堅(jiān)韌的毅力才 能支持著自己做完課程設(shè)計(jì)。因?yàn)檫@不像在紙上寫(xiě)，對(duì)一些細(xì)節(jié)的原先 在紙上打草稿的時(shí)候很多都沒(méi)有想到，所以在很多操作上浪費(fèi)了很多時(shí) 間，這也是由于對(duì)電腦做圖和編輯公式的不熟悉導(dǎo)致的，在這方面以后 一定要多加練習(xí)彌補(bǔ)這方面的不足。這次課程設(shè)計(jì)讓我對(duì)故障樹(shù)的構(gòu)建與分

24、析有了有深刻的了解，對(duì)一 些細(xì)節(jié)知識(shí)更好的領(lǐng)會(huì)。通過(guò)理論成績(jī)達(dá)良故障的分析，深刻的認(rèn)識(shí)到 自己成績(jī)的缺點(diǎn)，應(yīng)該多努力學(xué)習(xí)知識(shí)，收收玩的心，努力更加優(yōu)秀。參考文獻(xiàn)1劉品，劉嵐嵐，可靠性工程基礎(chǔ)第三版。中國(guó)計(jì)量出版社，2010, 2附件:平時(shí) 期末 總評(píng) 補(bǔ)考 最高90510338毛澤東思想和中國(guó)特色社會(huì) 主義理論體系概論6069676790510338計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)6564646490510338企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）7096919190510338系統(tǒng)建模與仿真7071717190510338全面質(zhì)量管理7568696990510338質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析7563656590510338概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)7962656590510338大學(xué)英語(yǔ)讀寫(xiě)譯（四）8056616190510338大學(xué)英語(yǔ)視聽(tīng)說(shuō)（四）8055606090510338機(jī)械制造概論8084838390510338馬克思主義基本原理概論8061656590510338ERP沙盤(pán)模擬8181818190510338大學(xué)英語(yǔ)視聽(tīng)說(shuō)（一）8285848490510338紅樓夢(mèng)人物研究858585