故障樹分析(FTA)課件

第九章故障樹分析（FTA）

9.1引言9.2FTA的術(shù)語與符號(hào)9.3故障事件的分類9.4故障樹的建造9.5故障樹定性分析9.6故障樹的定量分析9.7.重要度分析第九章故障樹分析（FTA）9.1引言19．1引言1961年美國貝爾實(shí)驗(yàn)室首先應(yīng)用FTA在民兵導(dǎo)彈的發(fā)射控制系統(tǒng)可靠性研究中獲得成功。1965年波音公司在系統(tǒng)安全年會(huì)上正式發(fā)表，引起科技人員的重視和應(yīng)用，1974年美國原子能委員會(huì)發(fā)表的核電站安全評(píng)價(jià)報(bào)告（WASH-1400）中，主要的分析技術(shù)就是可靠性工程中的事件樹分析與故障樹分析。并且在以后的核電站概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)（PSA）技術(shù)的發(fā)展中起到了里程碑的作用。并且這種圖形化的方法配合計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)逐漸地深入到其它的科技領(lǐng)域。9．1引言1961年美國貝爾實(shí)驗(yàn)室首先應(yīng)用FTA在民兵導(dǎo)29.1.1故障樹分析法的特點(diǎn)FTA是一種圖形演繹法，是故障事件在一定條件下的邏輯推理方法

。FTA法清晰地用圖說明，系統(tǒng)是怎樣失效的？它也是系統(tǒng)某一個(gè)特定故障狀態(tài)的快速照相。FTA可以找出系統(tǒng)的全部可能的失效狀態(tài)，也就是故障樹的全部最小割集，或者稱它們是系統(tǒng)的故障譜。故障樹是一種形象化的技術(shù)資料，是一種直觀的教學(xué)和維修指南。FTA由于它常用于分析復(fù)雜系統(tǒng)，因此它離不開計(jì)算機(jī)軟件FTA由于受到統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的不確定性的影響，因此在定量分析中有很大困難.FTA的重要度分析與靈敏度分析是FTA中定量分析中的重要部分。9.1.1故障樹分析法的特點(diǎn)FTA是一種圖形演繹法，是故障39.1.2FTA的步驟選擇合理的頂事件，和系統(tǒng)的分析邊界和定義范圍，并且確定成功與失敗的準(zhǔn)則；建造故障樹，這是FTA的核心部分之一，通過對(duì)已收集的技術(shù)資料，在設(shè)計(jì)，運(yùn)行管理人員的幫助下，建造故障樹；對(duì)故障樹進(jìn)行簡(jiǎn)化或者模塊化；定性分析，求出故障樹的全部最小割集，當(dāng)割集的數(shù)量太多時(shí)，可以通過程序進(jìn)行概率截?cái)嗷蚋罴A截?cái)?；定量分析，這一階段的任務(wù)是很多的，它包括計(jì)算頂事件發(fā)生概率即系統(tǒng)的點(diǎn)無效度和區(qū)間無效度，此外還要進(jìn)行重要度分析和靈敏度分析。9.1.2FTA的步驟選擇合理的頂事件，和系統(tǒng)的分析邊界49.1.3FTA的應(yīng)用范圍系統(tǒng)的可靠性分析；系統(tǒng)的安全分析與事故分析；改進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對(duì)系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行評(píng)價(jià)；概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，PSA技術(shù)，尤其是在核電站中的應(yīng)用；系統(tǒng)在設(shè)計(jì)維修，運(yùn)行各個(gè)重要階段進(jìn)行重要度分析和靈敏度分析；故障診斷與檢修表的制定；系統(tǒng)最佳探測(cè)器的配置；故障樹的模擬；管理人員，運(yùn)行人員的培訓(xùn)。9.1.3FTA的應(yīng)用范圍系統(tǒng)的可靠性分析；59.2FTA的術(shù)語與符號(hào)9.2FTA的術(shù)語與符號(hào)6通風(fēng)的功能主要有：(1)提供人呼吸所需要的氧氣；(2)稀釋室內(nèi)污染物或氣味；(3)排除室內(nèi)工藝過程產(chǎn)生的污染物；(4)除去室內(nèi)多余的熱量(稱余熱)或濕量(稱余濕)；(5)提供室內(nèi)燃燒設(shè)備燃燒所需的空氣。建筑中的通風(fēng)系統(tǒng)可能只完成其中的一項(xiàng)或幾項(xiàng)任務(wù)。其中利用通風(fēng)除去室內(nèi)余熱和余濕的功能是有限的，它受室外空氣狀態(tài)的限制。通風(fēng)的功能主要有：7通風(fēng)的主要目的是為了置換室內(nèi)的空氣，改善室內(nèi)空氣品質(zhì)，是以建筑物內(nèi)的污染物為主要控制對(duì)象的。根據(jù)換氣方法不同可分為排風(fēng)和送風(fēng)。排風(fēng)是在局部地點(diǎn)或整個(gè)房間把不符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的污染空氣直接或經(jīng)過處理后排至室外；送風(fēng)是把新鮮或經(jīng)過處理的空氣送入室內(nèi)。對(duì)于為排風(fēng)和送風(fēng)設(shè)置的管道及設(shè)備等裝置分別稱為排風(fēng)系統(tǒng)和送風(fēng)系統(tǒng)，統(tǒng)稱為通風(fēng)系統(tǒng)。通風(fēng)的主要目的是為了置換室內(nèi)的空氣，改善室內(nèi)8主要故障模式代號(hào)

主要故障模式代號(hào)9

[例9.2.1]房形事件使用。房形事件又稱開關(guān)事件，它能表示故障樹結(jié)構(gòu)上的變換。[例9.2.1]房形事件使用。房形事件又稱開關(guān)事件，它能109.3故障事件的分類

9.3故障事件的分類119.4故障樹的建造9.4.1建樹前的準(zhǔn)備9.4.2選頂事件9.4.3故障樹建造原則及指南9.4.4故障樹的建造方法(演繹法)9.4故障樹的建造9.4.1建樹前的準(zhǔn)備129.4.1建樹前的準(zhǔn)備首先必須熟悉系統(tǒng)，收集有關(guān)系統(tǒng)的技術(shù)資料，設(shè)計(jì)說明書，安全報(bào)告，運(yùn)行規(guī)程以及有關(guān)維修，制造等方面的資料，然后找出與導(dǎo)致系統(tǒng)頂事件有關(guān)的部分，根據(jù)故障樹分析深度與廣度的要求進(jìn)行畫樹。故障樹的廣度是為了找出系統(tǒng)的各種功能相互關(guān)系，如使用﹑控制﹑維修等環(huán)節(jié)的關(guān)系，以及部件在受內(nèi)﹑外干擾后的傳播所產(chǎn)生的相互影響等。故障樹的深度一般是指為了找失效的共性，從而從根本上改善系統(tǒng)的可靠性與安全性。9.4.1建樹前的準(zhǔn)備首先必須熟悉系統(tǒng)，收集有關(guān)系統(tǒng)的技術(shù)139.4.2選頂事件頂事件是系統(tǒng)不希望發(fā)生的事件對(duì)系統(tǒng)的任務(wù)，邊界，以及功能范圍必須給予明確的定義頂事件在大型系統(tǒng)中可不是一個(gè)。一個(gè)特定的頂事件可能只是許多種系統(tǒng)失效事件之一定義頂事件必須將其條件和范圍在文字描述中加以說明，既做到不遺漏，又作到分清主次，從而正確確定出故障樹的頂事件

9.4.2選頂事件頂事件是系統(tǒng)不希望發(fā)生的事件149.4.3故障樹建造原則及指南區(qū)分一下特定詞“失效”（failure）和一個(gè)一般的詞“故障”（fault）將部件分為無源和有源（準(zhǔn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)）部件將部件故障事件分解為一次失效，二次失效和受控故障進(jìn)行FMEA（失效模式與效應(yīng)分析）建樹過程，是深入對(duì)系統(tǒng)熟習(xí)的過程

9.4.3故障樹建造原則及指南區(qū)分一下特定詞“失效”（fa15建樹指南或?qū)t

(1)尋找每一級(jí)中間事件（或頂事件）的全部的直接原因，直接原因的概念是按系統(tǒng)的“信號(hào)”或“能流”傳遞的次序來尋找。(2)任何一個(gè)門符號(hào)必須有故障事件相聯(lián)結(jié)，不允許由門直接輸入到門。(3)把比較不抽象的事件代替抽像的事件。例如，“馬達(dá)工作時(shí)間過長(zhǎng)”不如“馬達(dá)通電時(shí)間過長(zhǎng)”。(4)盡可能地將一些事件劃分為更基本事件。例如，“貯罐爆炸”用“加注過量造成爆炸”或“反應(yīng)失控造成爆炸”來代替。(5)找出造成事件的不同原因。例如“反應(yīng)失控”用“補(bǔ)給過量”和“冷卻失靈”來代替。(6)將觸發(fā)事件同“無保護(hù)動(dòng)作”配合起來。例如“過熱”用“冷卻失靈”加上“系統(tǒng)未關(guān)機(jī)”來代替。(7)找出起互促作用的原因。例如“著火”用“可燃流體漏出”和“繼電器打火花”來代替。建樹指南或?qū)t(1)尋找每一級(jí)中間事件（或頂事件）的全部16

9.4.4故障樹的建造方法(演繹法)

9.4.4故障樹的建造方法(演繹法)

179.5故障樹定性分析9.5.1單調(diào)關(guān)聯(lián)故障樹定性分析，單調(diào)關(guān)聯(lián)故障樹是一種正規(guī)故障樹，每一個(gè)基本事件的乘積項(xiàng)稱之為故障樹的最小割集（MCS），即系統(tǒng)的故障模式，所以全部最小割集的集合又稱之為系統(tǒng)的故障譜。9.5.2最小割集和最小路集，集合C發(fā)生時(shí)，頂事件必定發(fā)生，則集合C是故障樹的一個(gè)割集，若集合C中任意去掉一個(gè)基本事件后，余下的集合就不再是故障樹的割集時(shí)，則稱C是一個(gè)最小割集。

當(dāng)集合P中的每個(gè)基本事件都不發(fā)生時(shí)，則頂事件一定不會(huì)發(fā)生，稱集合P是故障樹的一個(gè)路集，若任意去集合P中的一個(gè)事件后，集合P不再是故障樹的路集，則P是最小路集。

9.5故障樹定性分析9.5.1單調(diào)關(guān)聯(lián)故障樹定性分析，單189.5.3找故障樹最小的割集的方法(下行法)

9.5.3找故障樹最小的割集的方法(下行法)19第九章故障樹分析(FTA)課件20上行法

上行法21

9.6故障樹的定量分析

(1)求頂事件發(fā)生概率的點(diǎn)估計(jì)值和區(qū)間估計(jì)值，以及它們上，下限的值的近似估計(jì)。(2)系統(tǒng)失效率，失效頻率和不可用度的近似值的計(jì)算，工程上的辦法是采用動(dòng)態(tài)樹理論。(3)重要度分析，改善系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

9.6故障樹的定量分析

(1)求頂事件發(fā)生概率的點(diǎn)估計(jì)22短割法公式短割法公式239.7.重要度分析重要度分析是故障樹定量分析中的重要組成部分。重要度是一個(gè)部件或者系統(tǒng)的割集發(fā)生失效時(shí)對(duì)頂事件發(fā)生概率的貢獻(xiàn)，它是時(shí)間，部件的可靠性參數(shù)以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的函數(shù)。9.7.重要度分析重要度分析是故障樹定量分析中的重要組成部24重要度分析

重要度分析25概率重要度設(shè)：故障樹的結(jié)構(gòu)函數(shù)為部件的概率重要度可按定義寫成i部件的概率重要度是i部件狀態(tài)取1時(shí)頂事件發(fā)生概率和i部件狀態(tài)取0時(shí)頂事件發(fā)生概率的差。概率重要度設(shè)：故障樹的結(jié)構(gòu)函數(shù)為部件的概率重要度可按定義寫成269.7.1部件的概率重要度

9.7.1部件的概率重要度279.7.2部件結(jié)構(gòu)重要度

9.7.2部件結(jié)構(gòu)重要度28[例9.7.2]求2/3系統(tǒng)部件結(jié)構(gòu)重要度[例9.7.2]求2/3系統(tǒng)部件結(jié)構(gòu)重要度299.7.3割集重要度

9.7.3割集重要度30第九章故障樹分析（FTA）

9.1引言9.2FTA的術(shù)語與符號(hào)9.3故障事件的分類9.4故障樹的建造9.5故障樹定性分析9.6故障樹的定量分析9.7.重要度分析第九章故障樹分析（FTA）9.1引言319．1引言1961年美國貝爾實(shí)驗(yàn)室首先應(yīng)用FTA在民兵導(dǎo)彈的發(fā)射控制系統(tǒng)可靠性研究中獲得成功。1965年波音公司在系統(tǒng)安全年會(huì)上正式發(fā)表，引起科技人員的重視和應(yīng)用，1974年美國原子能委員會(huì)發(fā)表的核電站安全評(píng)價(jià)報(bào)告（WASH-1400）中，主要的分析技術(shù)就是可靠性工程中的事件樹分析與故障樹分析。并且在以后的核電站概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)（PSA）技術(shù)的發(fā)展中起到了里程碑的作用。并且這種圖形化的方法配合計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)逐漸地深入到其它的科技領(lǐng)域。9．1引言1961年美國貝爾實(shí)驗(yàn)室首先應(yīng)用FTA在民兵導(dǎo)329.1.1故障樹分析法的特點(diǎn)FTA是一種圖形演繹法，是故障事件在一定條件下的邏輯推理方法

。FTA法清晰地用圖說明，系統(tǒng)是怎樣失效的？它也是系統(tǒng)某一個(gè)特定故障狀態(tài)的快速照相。FTA可以找出系統(tǒng)的全部可能的失效狀態(tài)，也就是故障樹的全部最小割集，或者稱它們是系統(tǒng)的故障譜。故障樹是一種形象化的技術(shù)資料，是一種直觀的教學(xué)和維修指南。FTA由于它常用于分析復(fù)雜系統(tǒng)，因此它離不開計(jì)算機(jī)軟件FTA由于受到統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的不確定性的影響，因此在定量分析中有很大困難.FTA的重要度分析與靈敏度分析是FTA中定量分析中的重要部分。9.1.1故障樹分析法的特點(diǎn)FTA是一種圖形演繹法，是故障339.1.2FTA的步驟選擇合理的頂事件，和系統(tǒng)的分析邊界和定義范圍，并且確定成功與失敗的準(zhǔn)則；建造故障樹，這是FTA的核心部分之一，通過對(duì)已收集的技術(shù)資料，在設(shè)計(jì)，運(yùn)行管理人員的幫助下，建造故障樹；對(duì)故障樹進(jìn)行簡(jiǎn)化或者模塊化；定性分析，求出故障樹的全部最小割集，當(dāng)割集的數(shù)量太多時(shí)，可以通過程序進(jìn)行概率截?cái)嗷蚋罴A截?cái)?；定量分析，這一階段的任務(wù)是很多的，它包括計(jì)算頂事件發(fā)生概率即系統(tǒng)的點(diǎn)無效度和區(qū)間無效度，此外還要進(jìn)行重要度分析和靈敏度分析。9.1.2FTA的步驟選擇合理的頂事件，和系統(tǒng)的分析邊界349.1.3FTA的應(yīng)用范圍系統(tǒng)的可靠性分析；系統(tǒng)的安全分析與事故分析；改進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對(duì)系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行評(píng)價(jià)；概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，PSA技術(shù)，尤其是在核電站中的應(yīng)用；系統(tǒng)在設(shè)計(jì)維修，運(yùn)行各個(gè)重要階段進(jìn)行重要度分析和靈敏度分析；故障診斷與檢修表的制定；系統(tǒng)最佳探測(cè)器的配置；故障樹的模擬；管理人員，運(yùn)行人員的培訓(xùn)。9.1.3FTA的應(yīng)用范圍系統(tǒng)的可靠性分析；359.2FTA的術(shù)語與符號(hào)9.2FTA的術(shù)語與符號(hào)36通風(fēng)的功能主要有：(1)提供人呼吸所需要的氧氣；(2)稀釋室內(nèi)污染物或氣味；(3)排除室內(nèi)工藝過程產(chǎn)生的污染物；(4)除去室內(nèi)多余的熱量(稱余熱)或濕量(稱余濕)；(5)提供室內(nèi)燃燒設(shè)備燃燒所需的空氣。建筑中的通風(fēng)系統(tǒng)可能只完成其中的一項(xiàng)或幾項(xiàng)任務(wù)。其中利用通風(fēng)除去室內(nèi)余熱和余濕的功能是有限的，它受室外空氣狀態(tài)的限制。通風(fēng)的功能主要有：37通風(fēng)的主要目的是為了置換室內(nèi)的空氣，改善室內(nèi)空氣品質(zhì)，是以建筑物內(nèi)的污染物為主要控制對(duì)象的。根據(jù)換氣方法不同可分為排風(fēng)和送風(fēng)。排風(fēng)是在局部地點(diǎn)或整個(gè)房間把不符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的污染空氣直接或經(jīng)過處理后排至室外；送風(fēng)是把新鮮或經(jīng)過處理的空氣送入室內(nèi)。對(duì)于為排風(fēng)和送風(fēng)設(shè)置的管道及設(shè)備等裝置分別稱為排風(fēng)系統(tǒng)和送風(fēng)系統(tǒng)，統(tǒng)稱為通風(fēng)系統(tǒng)。通風(fēng)的主要目的是為了置換室內(nèi)的空氣，改善室內(nèi)38主要故障模式代號(hào)

主要故障模式代號(hào)39

[例9.2.1]房形事件使用。房形事件又稱開關(guān)事件，它能表示故障樹結(jié)構(gòu)上的變換。[例9.2.1]房形事件使用。房形事件又稱開關(guān)事件，它能409.3故障事件的分類

9.3故障事件的分類419.4故障樹的建造9.4.1建樹前的準(zhǔn)備9.4.2選頂事件9.4.3故障樹建造原則及指南9.4.4故障樹的建造方法(演繹法)9.4故障樹的建造9.4.1建樹前的準(zhǔn)備429.4.1建樹前的準(zhǔn)備首先必須熟悉系統(tǒng)，收集有關(guān)系統(tǒng)的技術(shù)資料，設(shè)計(jì)說明書，安全報(bào)告，運(yùn)行規(guī)程以及有關(guān)維修，制造等方面的資料，然后找出與導(dǎo)致系統(tǒng)頂事件有關(guān)的部分，根據(jù)故障樹分析深度與廣度的要求進(jìn)行畫樹。故障樹的廣度是為了找出系統(tǒng)的各種功能相互關(guān)系，如使用﹑控制﹑維修等環(huán)節(jié)的關(guān)系，以及部件在受內(nèi)﹑外干擾后的傳播所產(chǎn)生的相互影響等。故障樹的深度一般是指為了找失效的共性，從而從根本上改善系統(tǒng)的可靠性與安全性。9.4.1建樹前的準(zhǔn)備首先必須熟悉系統(tǒng)，收集有關(guān)系統(tǒng)的技術(shù)439.4.2選頂事件頂事件是系統(tǒng)不希望發(fā)生的事件對(duì)系統(tǒng)的任務(wù)，邊界，以及功能范圍必須給予明確的定義頂事件在大型系統(tǒng)中可不是一個(gè)。一個(gè)特定的頂事件可能只是許多種系統(tǒng)失效事件之一定義頂事件必須將其條件和范圍在文字描述中加以說明，既做到不遺漏，又作到分清主次，從而正確確定出故障樹的頂事件

9.4.2選頂事件頂事件是系統(tǒng)不希望發(fā)生的事件449.4.3故障樹建造原則及指南區(qū)分一下特定詞“失效”（failure）和一個(gè)一般的詞“故障”（fault）將部件分為無源和有源（準(zhǔn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)）部件將部件故障事件分解為一次失效，二次失效和受控故障進(jìn)行FMEA（失效模式與效應(yīng)分析）建樹過程，是深入對(duì)系統(tǒng)熟習(xí)的過程

9.4.3故障樹建造原則及指南區(qū)分一下特定詞“失效”（fa45建樹指南或?qū)t

(1)尋找每一級(jí)中間事件（或頂事件）的全部的直接原因，直接原因的概念是按系統(tǒng)的“信號(hào)”或“能流”傳遞的次序來尋找。(2)任何一個(gè)門符號(hào)必須有故障事件相聯(lián)結(jié)，不允許由門直接輸入到門。(3)把比較不抽象的事件代替抽像的事件。例如，“馬達(dá)工作時(shí)間過長(zhǎng)”不如“馬達(dá)通電時(shí)間過長(zhǎng)”。(4)盡可能地將一些事件劃分為更基本事件。例如，“貯罐爆炸”用“加注過量造成爆炸”或“反應(yīng)失控造成爆炸”來代替。(5)找出造成事件的不同原因。例如“反應(yīng)失控”用“補(bǔ)給過量”和“冷卻失靈”來代替。(6)將觸發(fā)事件同“無保護(hù)動(dòng)作”配合起來。例如“過熱”用“冷卻失靈”加上“系統(tǒng)未關(guān)機(jī)”來代替。(7)找出起互促作用的原因。例如“著火”用“可燃流體漏出”和“繼電器打火花”來代替。建樹指南或?qū)t(1)尋找每一級(jí)中間事件（或頂事件）的全部46

9.4.4故障樹的建造方法(演繹法)

9.4.4故障樹的建造方法(演繹法)

479.5故障樹定性分析9.5.1單調(diào)關(guān)聯(lián)故障樹定性分析，單調(diào)關(guān)聯(lián)故障樹是一種正規(guī)故障樹，每一個(gè)基本事件的乘積項(xiàng)稱之為故障樹的最小割集（MCS），即系統(tǒng)的故障模式，所以全部最小割集的集合又稱之為系統(tǒng)的故障譜。9.5.2最小割集和最小路集，集合C發(fā)生時(shí)，頂事件必定發(fā)生，則集合C是故障樹的一個(gè)割集，若集合C中任意去掉一個(gè)基本事件后，余下的集合就不再是故障樹的割集時(shí)，則稱C是一個(gè)最小割集。

當(dāng)集合