故障树分析法最新最全

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1、 故障树分析法(FaultTreeAnalysis简称FTA)概念 什么是故障树分析法 故障树分析(FTA)技术是美国贝尔电报公司的实验室于1962年开发的，它采用逻辑的方法，形象地进展危险的分析工作，特点是直观、明了，思路清晰，逻辑性强，可以做定性分析，也可以做定量分析。表达了以系统工程方法研究平安问题的系统性、准确性和预测性，它是平安系统工程的主要分析方法之一。一般来讲，平安系统工程的开展也是以故障树分析为主要标志的。1974年美国原子能委员会发表了关于核电站危险性评价报告，即“拉姆森报告，大量、有效地应用了FTA，从而迅速推动了它的开展。目前，故障树分析法虽还处在不断完善的开展阶段，但其

2、应用围正在不断扩大，是一种很有前途的故障分析法。故障树分析(Fault Tree Analysis)是以故障树作为模型对系统进展可靠性分析的一种方法，是系统平安分析方法中应用最广泛的一种自上而下逐层展开的图形演绎的分析方法。在系统设计过程过对可能造成系统失效的各种因素包括硬件、软件、环境、人为因素进展分析，画出逻辑框图失效树，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，以计算的系统失效概率，采取相应的纠正措施，以提高系统可靠性的一种设计分析方法。故障树分析方法在系统可靠性分析、平安性分析和风险评价中具有重要作用和地位。是系统可靠性研究中常用的一种重要方法。它是在弄清根本失效模式的根底上

3、，通过建立故障树的方法，找出故障原因，分析系统薄弱环节，以改良原有设备，指导运行和维修，防止事故的产生。故障树分析法是对复杂动态系统失效形式进展可靠性分析的有效工具。近年来，随着计算机辅助故障树分析的出现，故障树分析法在航天、核能、电力、电子、化工等领域得到了广泛的应用。既可用于定性分析又可定量分析。故障树分析Fault Tree Analysis是一种适用于复杂系统可靠性和平安性分析的有效工具，是一种在提高系统可靠性的同时又最有效的提高系统平安性的方法。当前，超大型工程的建立，对可靠性，平安性提出了更高的要求，因此，故障树分析法已经广泛的应用到宇航，核能，化工，电子，机械和采矿等各个领域。故

4、障树分析法(Fault Tree Analysis) 简称故障树法，记作FTA 21，21 R G B . On the Analysis of Fault Trees ，J . IEEE Trans .1975 : 175 一185是一种采用逻辑推理，将系统故障形成原因由总体至局部按树枝状逐级细化，并绘出逻辑结构图即故障树的分析方法。其目的在于判明根本故障，确定故障的原因、影响和发生的概率。这种方法形象直观，并且能为使用单位提供明确的改良信息，所以为广阔的工程技术人员所欢送。故障树分析法Fault Tree Analysis，简称FTA是在一定条件下用逻辑推理的方法，通过对可能造成系统故障的

5、各种因素(包括硬件、软件、环境、人为因素等)进展分析，画出逻辑框图(即故障树)，从而确定系统故障原因的各种可能组合方式与其发生概率，计算系统故障概率，以采取相应的纠正措施，是提高系统可靠性的一种设计分析方法。同时，故障树分析法是可靠性工程的重要分支，是目前国外公认的对复杂系统平安性、可靠性分析的一种实用方法。该方法可以让分析者对系统有更深入的认识，对有关系统结构、功能故障与维护保障知识更加系统化，从而使在设计、制造、使用和维护过程中的可靠性的改良更富有成效。原理故障树分析法是把所研究系统的最不希望发生的故障状态作为故障分析的目标，然后找出直接导致这一故障发生的全部因素，再找出造成下一级事件发生

6、的全部直接因素，直到那些故障机理的根本因素为止。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。通常把最不希望发生的事件称为顶事件，不再深究的事件为根本领件，而介于顶事件与根本领件之间的一切事件称为中间事件，用相应的符号代表这些事件，再用适当的逻辑门把顶事件、中间事件和根本领件联结成树形图，即得故障树。它表示了系统设备的特定事件 (不希望发生事件)与各子系统部件的故障事件之间的逻辑结构关系。以故障树为工具，分析系统发生故障的各种原因、途径，提出有效防止措施的系统可靠性研究方法即为故障树分析法。故障树是一种为研究系统某功能故

7、障而建立的一种倒树状的逻辑因果关系图作用故障树分析法有以下三个作用11：11晓庆，庆华，基于故障树的模糊诊断方法N 同济大学学报2001(9)：58-60.1帮助弄清某种故障发生的机理；2发现设备系统中产生某种故障的薄弱环节，作为今后设计改良和加强管理的目标；3分析各层次故障发生的概率，了解设备系统可靠性的大小。特点它是一种从系统到部件，再到零件，按下降形分析的方法它从系统开场，通过由逻辑符号绘制出的一个逐渐展开成树状的分枝图，来分析故障事件又称顶端事件发生的概率 同时也可以用来分析零件部件或子系统故障对系统故障的影响，其中包括人为因素和环境条件等在它对系统故障不但可以做定性的而且还可以做定量

8、的分析；不仅可以分析由单一构件所引起的系统 故障，而且也可以分析多个构件不同模式故障而产生的系统故障情况因为故障树分析法使用的是一个逻辑图，因此，不管是设计人员或是使用和维修人员都容易掌握和运用，并且由它可派生出其他专门用途的树 例如，可以绘制出专用于研究维修问题的维修树，用于研究经济效益与方案比拟的决策树等FTA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辑关系一目了然，而且便于对各种事件之间复杂的逻辑关系进展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

9、来，可有效找出系统薄弱环节和系统的故障谱，在系统设计阶段有助于判明系统的隐患和潜在故障，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FTA是一种系统化的演绎方法，它尽管比拟繁琐，但可以按部就班地演绎下去，很适合于变成程序由计算机完成。故障树分析方法具有以下几个特点141516：1FTA具有很大的灵活性，不是局限于对系统可靠性进展一般的分析，而是可以分析系统的各种故障状态。FTA不仅可以分析某些元部件故障对系统的影响，还可以对导致这些元部件故障的特殊原因(例如环境的、甚至人为的原因)进展分析，予以统一

10、考虑。2FTA是一种图形演绎法，所以非常的形象、直观。而且它还是一种对故障事件在一定条件下的逻辑推理方法。FTA可以围绕某些特定的故障状态进展层层深入的分析，因而在清晰的故障树图形下，表达系统在联系，并指出元部件故障与系统故障之间的逻辑关系，找出系统的薄弱环节。3进展FTA的过程，也是一个对系统更深入认识的过程，它要求分析人员非常清楚地把握系统的在联系，弄清各种潜在因素对故障发生影响的途径和程度，因而许多问题在分析的过程中就被发现和解决了，从而提高了系统可靠性分析的精度。4由于故障树是由特定的逻辑门和一定的事件构成的逻辑图，因此可以用计算机辅助建树和分析。5通过FTA可以定量地计算复杂系统的故

11、障概率和其他可靠性参数，同时也为改善和评价系统可靠性提供定量数据。6FTA不但可用于解决工程技术中的可靠性问题，而且还可用于经济管理的系统工程问题，因而FTA对不曾参与系统设计的管理和维修人员来说相当于一个形象的管理维修指南，因此对培训使用系统的人员更有意义。故障树分析法的优缺点21.故障树分析法的优点1事故树的果因关系清晰、形象。对导致事故的各种原因与逻辑关系能做出全面、简洁、形象地描述，从而使有关人员了解和掌握平安控制的要点和措施。2根据各根本领件发生故障的频率数据，确定各根本领件对导致事故发生的影响程度结构重要度。3既可进展定性分析，又可进展定量分析和系统评价。通过定性分析，确定各根本领

12、件对事故影响的大小，从而可确定对各根本领件进展平安控制所应采取措施的优先顺序，为制定科学、合理的平安控制措施提供根本的依据。通过定量分析，依据各根本领件发生的概率，计算出顶上事件事故发生的概率，为实现系统的最正确平安控制目标提供一个具体量的概念，有助于其它各项指标的量化处理。2.故障树分析法的缺点1FTA分析事故原因是强项，但应用于原因导致事故发生的可能性推测是弱项。2FTA分析是针对一个特定事故作分析，而不是针对一个过程或设备系统作分析，因此具有局部性。3要求分析人员必须非常熟悉所分析的对象系统，能准确和熟练地应用分析方法。往往会出现不同分析人员编制的事故树和分析结果不同的现象。4对于复杂系

13、统，编制事故树的步骤较多，编制的事故树也较为庞大，计算也较为复杂，给进展定性、定量分析带来困难。5要对系统进展定量分析，必须事先确定所有各根本领件发生的概率，否那么无法进展定量分析。故障树分析法的应用围21在事故树分析中顶上事件可以是已经发生的事故，也可以是预想的事故。通过分析找出事故原因，采取相应的对策加以控制，从而可以起到事故预防的作用。2查明系统固有的或潜在的各种危险因素，为平安设计、制定平安技术措施和平安管理提供科学、合理的依据。故障树分析中常用符号见下表:我们将系统的最不希望发生的顶事件作为故障分析的目标。用逻辑演绎法先找出顶事件发生的直接原因中间事件或根本领件，再进一步跟踪追迹找出

14、导致这些中间事件的所有直接原因，一直找到全部发生故障的根本原因根本领件。用相应的符号和逻辑门把顶事件、中间事件和根本领件联结成树形图，并称此图为所研究系统的故障树7。7朱继洲.故障树原理和应用.:交通大学，1989用故障树对系统的故障进展定性分析和定量计算的方法称为故障树分析法。如果系统或元、部件，能够完成指定功能，那么称为正常事件。如果系统或元、部件，不能完成指定功能，那么称为故障事件。但凡能产生故障事件的元、部件与设备、子系统、环境条件、人为因素等，在故障树中定义为部件。故障树分析中应用的符号可分为两类，即代表故障事件事件是对系统与元、部件状态的描述的符号和联系事件的逻辑门符号。表 2.1

15、 即为故障树分析法的常用符号23：23 肖云魁. 汽车故障诊断学M . : 理工大学，2006分类符号名称说明事件根本领件底事件：位于故障树最底层无需再深究的事件称为底事件，它是某个逻辑门的输入事件。底事件又可以分成根本领件与未探明事件。根本领件：已经探明或尚未探明发生原因但有失效数据的底事件。未探明事件：原那么上应进一步探明其原因但暂时不必或者暂时不能探明其原因的底事件。未探明事件。结果事件结果事件：由其他事件或事件组合所导致的事件，分为顶事件和中间事件。顶事件：故障树分析中所关心的结果事件，位于故障树的顶端，即系统不希望发生的事件。中间事件：位于底事件和顶事件之间的中间结果事件。它既是某个

16、逻辑门的输出事件，同时又是别的逻辑门的输入事件。中间事件转移符号转入、转出符号转移符号：为了防止画图重复，简化故障树的结构，而使用了转移符号，分为转入符号和转出符号。转入符号用于故障树的底部，表示树的局部分支在另外的地方；转出符号用于故障树的顶部，表示该树是另外一棵故障树的子树。逻辑门与门与门：仅当所有输入事件同时发生时，输出事件才发生或门或门：至少一个输入事件发生时，输出事件才发生非门非门：输出事件是输入事件的对立事件表决门表决门：仅当n个输入事件中有r或r个以上的事件发生时，输出事件才发生异或门异或门：仅当单个输入事件发生时，输出事件才发生禁门禁门：仅当条件事件发生时，输入事件的发生才导致

17、输出事件的发生故障树常用术语和符号由于故障树分析法是一种图形演绎法，因而在建造故障树时需要一些事件符号和表示逻辑关系的门符号，用来表示事件之间的逻辑关系和因果关系。故障树中所用的根本符号有两类：事件和逻辑门。1故障树常用事件和符号事件是对系统状态与元、部件状态的描述，如正常事件系统或元部件能够完成规定功能和故障事件系统或部件不能完成规定功能 。1底事件：位于故障树最底层的事件称为底事件，它是某个逻辑门的输入事件。 底事件又可以分成根本领件与未探明事件。2顶事件：故障树分析中所关心的结果事件，位于故障树的顶端，即系统不希望发生的事件。 3中间事件：位于底事件和顶事件之间的中间结果事件。它既是某个

18、逻辑门的输出事件，同时又是别的逻辑门的输入事件。4根本领件：已经探明或尚未探明发生原因但有失效数据的底事件。 5未探明事件：原那么上应进一步探明其原因但暂时不必或者暂时不能探明其原因的底事件。6结果事件：由其他事件或事件组合所导致的事件，分为顶事件和中间事件。 7转移符号：为了防止画图重复，简化故障树的结构，而使用了转移符号，分为转入符号和转出符号。转入符号用于故障树的底部，表示树的局部分支在另外的地方；转出符号用于故障树的顶部，表示该树是另外一棵故障树的子树。故障树分析法中常用事件符号如表3-1所示。表3-1故障树中常用的事件符号事件名称根本领件未探明事件结果事件中间事件转移符号转入、转出符

19、号事件符号2故障树常用逻辑门和符号故障树中常用的逻辑门与其意义如下： 1与门：仅当所有输入事件同时发生时，输出事件才发生。 2或门：至少一个输入事件发生时，输出事件才发生。 3非门：输出事件是输入事件的对立事件。 4表决门：仅当n个输入事件中有r或r个以上的事件发生时，输出事件才发生。 5异或门：仅当单个输入事件发生时，输出事件才发生。 6禁门：仅当条件事件发生时，输入事件的发生才导致输出事件的发生。 故障树分析法中常用逻辑门符号如表3-2所示。表3-2故障树中常用的逻辑门符号逻辑门名称与门或门非门表决门异或门禁门逻辑门符号故障树分析的一般步骤(1) 选择顶事件。据工程实际需要选择合理的顶事件

20、(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平安性 故障树的编制 故障树是由各种事件符号和逻辑门组成的，事件之间的逻辑关系用逻辑门表示。这些符号可分逻辑符号、事件符号等。故障树分析的根本程序 1.熟悉系统：要详细了解系统状态与各种参数，绘出工艺流程图或布置图。2.调查事故：收集事故案例，进展事故统计，设想给定系统可能发生的事故。3.确定顶上事件：要分析的对象即为顶上事件。对所调查的事故进展全面分析，从中找出后果严重且

21、较易发生的事故作为顶上事件。4.确定目标值：根据经历教训和事故案例，经统计分析后，求解事故发生的概率(频率)，以此作为要控制的事故目标值。5.调查原因事件：调查与事故有关的所有原因事件和各种因素。6.画出故障树：从顶上事件起，逐级找出直接原因的事件，直至所要分析的深度，按其逻辑关系，画出故障树。7.分析：按故障树结构进展简化，确定各根本领件的结构重要度。8.事故发生概率：确定所有事故发生概率，标在故障树上，并进而求出顶上事件(事故)的发生概率。9.比拟：比拟分可维修系统和不可维修系统进展讨论，前者要进展比照，后者求出顶上事件发生概率即可。10.分析：原那么上是上述10个步骤，在分析时可视具体问

22、题灵活掌握，如果故障树规模很大，可借助计算机进展。目前我国故障树分析一般都考虑到第7步进展定性分析为止，也能取得较好效果。故障树的建造建树方法 常用的建树方法为演绎法，从顶事件开场，由上而下，逐级进展分析，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的建树步骤 1分析系统，判明故障 2选定故障作为顶事件 3确定故障边界条件，失效因素与其发生的概率 4建立故障树建立故障树是FTA最关

23、键的一步，建立故障树实质上是找出系统发生故障和导致其故障的诸因素之间的逻辑关系，并将这种关系用故障树表示 一 建立故障树的常用符号 根据GB4888-1985故障树名词术语和符号，见下页二 建立故障树常用符号的说明 1 事件符号 包括顶事件，结果事件等 2 逻辑门符号 与门：表示仅当所有输入事件发生时输出事件才发生 或门：表示至少一个输入事件发生时输出事件就发生 3 转移符号 一样转移符号，相似转移符号等三 建立故障树的根本方法 建树方法分为人工建树和计算机建树两种，我们研究人工建树。在建树过程中我们应该注意的几个方面问题：1 正确选取顶事件 (1)顶事件发生与否必须有明确的规定 (2)顶事件

24、必须能进一步分解 (3)顶事件能定量度量2准确写出故障事件方框中的说明 在故障树的每个事件方框中均应说明故障是什么，它在何种条件下发生。3 正确划分每个事件方框中故障的类型 故障事件可分为部件状态故障和系统状态故障两种。 4 严格遵守循序渐进的原那么 故障树应当逐级建立，逐级找出必须而充分的直接原因，在对下一级做任何考虑之前，必须完成上一步5 严格禁止“门门短路 在建树时不许把逻辑门和其他逻辑门直接连起来 6 建树方法指导方面应该注意的几个问题 (1)选择建树流程，以系统功能为主线分析所有故障时间 (2)处理好系统和部件的边界条件 (3)故障时间定义要确切，尽量做到惟一解释 (4)各事件的逻辑

25、关系和条件必须分析清楚 (5)建树过程中与建成后，注意合理的简化故障树分析的过程是一个对系统更深入认识的过程，它要求分析人员把握系统的在联系，弄清各种潜在因素对故障发生影响的途径和程度，以便在分析过程中发现问题，找出零、部件故障与系统的逻辑关系，以确定系统的薄弱环节。故障树分析法一般可以分成三大步骤。首先要明确分析的对象，提出待解决的问题，即要明确研究的系统，并从中找出最关键的顶事件;其次是建立模型，即建立故障树图示模型;最后进展可靠性定性和定量分析，即故障树的评价。(考虑到企业的需要和实用性，在这里增加了第四步，即实用树的编制与应用。)第一步熟悉分析系统，定义故障事件，确定顶事件1熟悉分析系

26、统。对所分析的系统要进展深入的调查研究，广泛收集有关系统、设备技术规描述系统的技术文件和资料，了解其构成、性能、操作、维修情况，并进展深入细致的分析研究系统的功能、结构原理、故障状态、故障因素等。这项工作是编制故障树的根底。2定义故障事件。从现场实际收集调查所要分析系统的故障维修记录，同时还要收集调查同类系统曾发生过的故障。对故障事件准确定义，指明故障是什么，在何种条件下发生，即应有唯一解，切忌模棱两可，模糊不清。这项工作是全面掌握系统故障的根底和依据，并可作为检验故障树的依据。3收集各元器件的失效率数据与模型。根据不同的失效模型，对元器件的失效率进展分配，这样分析的结果更准确，更接近实际值。

27、4确定顶事件。顶事件是系统最不希望发生的事件，根据系统的不同要求可以有多个具体的顶事件，因此也就可以从顶事件出发建立几个不同的故障树，在各个故障树中，部件以特定的方式与其它的部件相关联，但一个故障树只能分析一个不希望发生事件18。也就是说顶事件确实定要从我们的研究对象出发，根据系统的要求，选择与设计、分析目的严密相关联的事件为顶事件。18 詹志刚，秋华故障树分析技术在液压舵机系统故障检测中的应用J造船，2000：2第二步编制故障树这是故障树分析法的主要步骤。由顶事件出发，逐级找出导致各级事件发生的所有可能直接原因，并用相应的符号表示事件与其相互的逻辑关系，直至分析到底事件为止。当故障树建成后，

28、还必须从故障树的最下级开场，逐级写出上下级事件的逻辑关系式，直到树的顶事件为止，然后结合逻辑运算算法作进一步的分析运算，删除多余事件。第三步故障树的评价建立故障树以后，就可以根据故障树对整个系统进展评价，从中得出定性和定量的结果。1、故障树的定性分析定性分析是故障树分析的核心容。其目的是分析某故障的发生规律与特点，找出控制消除该故障的可行方案，并从故障树结构上分析各根本原因事件的重要程度，以便按轻重缓急分别采取对策。故障树定性分析目的在于寻找最小割集MCS，所谓最小割集就是指如果故障树的某几个底事件同时发生将引起顶事件的发生，而去掉其中任意一个底事件后，就不再是割集，这几个底事件所组成的集合就

29、成为这颗故障树的最小割集。最小割集的判定仅仅与故障树的结构有关系，而与底事件发生概率的大小无关13。13 延俊液压系统使用与维修M ：化学工业，2006.2、故障树的定量分析定量分析是故障树分析的最终目的，是求出系统可靠性的定量结果，即在求得最小割集后，给每个底事件赋予一个概率值来表示其发生故障的频繁程度即底事件发生概率，在概率论的根底上，求解顶事件发生概率以与各底事件的重要度，为有效地控制故障和降低故障率提供重要依据。第四步实用树的编制根据定性分析和定量分析的结果，即根据部件的定性重要度和定量重要度，结合实际工作经历，编制出实用故障树。实用故障树主要用来快速查找故障点，适用于不熟悉该系统的人

30、员维修管理使用，也用于同类系统的集中管理9l0。【10黄亮.MARKS型油雾报警系统故障树的建立、分析与应用:(硕士学位论文).:海运学院，1996.建立故障树是 FTA 中最根本、最关键的环节。建树通常是一个反复深入、逐步完善的过程17。通过建树过程能够使工程技术人员透彻了解系统，发现系统中的薄弱环节，这是建造故障树的首要目的。其次，建造故障树也是使用 FTA 的前提条件。故障树建造的好坏，其消耗力的程度直接关系到运用 FTA 的成败。建立故障树是故障树分析的关键，作为故障树定性、定量分析的对象，其完善程度直接影响分析结果的准确性，而其化简程度那么关系到分析的工作量，也影响故障树的直观性。在

31、故障树分析中，建树的关键是要清楚地了解所分析系统的功能逻辑关系、故障模式、故障影响，使故障树能够抽象地反映实际系统的故障组合和传递的逻辑关系。 建造故障树的步骤大致如下：(1)熟悉系统：进展故障树分析，要求建树人员首先应收集系统的技术资料、设计说明书、平安报告、运行规程以与有关维修、制造方面的资料，同时对系统的功能、结构原理、故障状态、故障因素进展深入透彻的理解，这也是建造故障树的一个根底的要求。(2)确定顶事件：顶事件是系统最不希望发生的事件，根据系统的不同要求可以有多个具体的顶事件，因此也就可以从顶事件出发建立几个不同的故障树，在各个故障树中，部件以特定的方式与其它的部件相关联，但一个故障

32、树只能分析一个不希望发生事件18。也就是说顶事件确实定要从我们的研究对象出发，根据系统的要求，选择与设计、分析目的严密相关联的事件为顶事件。(3)构造开展故障树：由顶事件出发，逐级找出导致各级事件发生的所有可能直接原因，并用相应的符号表示事件与其相互的逻辑关系，直至分析到底事件为止。(4)故障树简化：当故障树建成后，还必须从故障树的最下级开场，逐级写出上下级事件的逻辑关系式，直到树的顶事件为止，然后结合逻辑运算算法作进一步的分析运算，删除多余事件。故障树分析法的数学根底 1.数学根底(1)根本概念集:从最普遍的意义上说，集就是具有某种共同可识别特点的项(事件)的集合。这些共同特点使之能够区别于

33、他类事物。并集:把集合A的元素和集合B的元素合并在一起，这些元素的全体构成的集合叫做A与B的并集，记为AB或A+B。假设A与B有公共元素，那么公共元素在并集中只出现一次。o 例假设A=a、b、c、d；o B=c、d、e、f；o AB= a、b、c、d、e、f。(2)交集两个集合A与B的交集是两个集合的公共元素所构成的集合，记为AB或A+B。根据定义，交是可以交换的，即AB。 例假设A=a、b、c、d； B=c、d、e； 那么AB=c、d。(3)补集在整个集合()中集合A的补集为一个不属于A集的所有元素的集。补集又称余，记为A或A2.布尔代数规那么布尔代数用于集的运算，与普通代数运算法那么不同。

34、它可用于故障讨分析，布尔代数可以帮助我们将事件表达为另一些根本领件的组合。将系统失效表达为根本元件失效的组合。演算这些方程即可求出导致系统失效的元件失效组合(即最小割集)，进而根据元件失效概率，计算出系统失效的概率。布尔代数规那么如下(X、Y代表两个集合)：1） 交换律 XY=YX XY=YX 2 结合律 XYZ=XYZ XYZ=XYZ 3分配律 XYZ=XYXZ XYZ=XYXZ 4吸收律 XXY=X XXY=X 5互补律 XX=1 XX=表示空集 6幂等律 XX=X XX=X 7狄摩根定律 XY=XY XY=XY 8对合律 X= X 9重叠律 XXY= XY=YYX 故障树的结构函数 设x

35、为表示底事件的状态变量取值0或1，设 Y表示顶事件的状态变量，也取值O或1，那么有如下的定义: X=0底事件不发生正常；X=1底事件发生故障；Y=0顶事件不发生正常; Y=1顶事件发生故障; 与门故障树的结构函数为： 或门故障树的结构函数为：故障树的定性分析定性分析是故障树分析的核心容之一。其目的是分析该类事故的发生规律与特点，通过求取最小割集或最小经集，找出控制事故的可行方案，并从故障树结构上、发生概率上分析各根本领件的重要程度，以便按轻重缓急分别采取对策。割集的概念割集是故障树的假设干底事件的集合，如果这些底事件都发生,那么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

36、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研究最小割集可以找出故障树的薄弱环节应用故障树可以对被研究的复杂系统所产生的故障进展定量分析，但有时候由于底事件失效概率不全，不能进展定量分析，此时也会用故障树对其进展定性分析。 所谓定性地评定故障树就是找出导致顶事件发生的所有可能的故障模式，即求出故障的所有最小割集(MCS)，根据求出的最小割集，即使故障事件的概率规律和数据不十分清楚的情况下，也能判定系统可靠性最薄弱的环步和比拟不同系统的可靠性程度。1.1.1 故障树的定性分析建立故障树是对设备进展故障分析的一种手段，通过对设备常见故障的分析

37、，总结故障规律，建立故障树，可以根据故障树对整个系统进展评价分析，为设计改良提供参考，同时可以用于指导维修工作。故障树的分析方法有两种，一种为定性分析，一种为定量分析。本文只讨论定性分析。求最小割集的方法通常有三种：上行法(又称Semanderes算法)、下行法(又称FussellVesely算法)和布尔割集法(Boolean Indieated Cut Set，简称BICS) 20。本文将采取下行法求最小割集。故障树定性分析的主要目的19：1找出导致顶事件发生的所有可能的故障模式，即弄清楚系统出现某种最不希望发生的事件有多少种可能性，即是寻找故障树的全部最小割集;2寻找顶事件发生的原因和原因

38、组合，识别导致顶事件发生的所有故障模式，它可以帮助判别潜在的故障，以便改良设计;3用于指导故障诊断，改良运行和维修方案。故障树定性分析评价主要是求所有的最小割集MCS，所谓最小割集就是指如果故障树的某几个底事件同时发生将引起顶事件的发生，而去掉其中任意一个底事件后，就不再是割集，这几个底事件所组成的集合就成为这颗故障树的最小割集。最小割集的判定仅仅与故障树的结构有关系，而与底事件发生概率的大小无关。下行法的根本原那么是：对每一个输出事件，假设下面是或门，那么将该或门下的每一个输入事件各自排成一行；假设下面是与门，那么将该与门下的所有输入事件排在同一行。下行法的步骤是：从顶事件开场，由上向下逐级

39、进展，对每个结果事件重复上述原那么，直到所有结果事件均被处理，所在每行的底事件的集合均为故障树的一个割集。最后按最小割集的定义，对各行的割集通过两两比拟，划去那些非最小割集的行，剩下的即为故障树的所有最小割集2122。以图3-1所示故障树为例，用下行法求其最小割集的过程见表3-3。以顶事件T为起始，顶事件下面为或门，步骤2中的事件X1、G1和X7列于不同的行，显然，引起割集数量的增加；步骤4中因为中间事件G2下面为与门，需将X2X3X4列于同一行。依次往下推演，可以得到5个割集，进一步处理可求得故障树的全部最小割集：X1，X2X3X4，X5，X6，X7。表3-3 下行法求最小割集步骤分析步骤序

40、号最小割集1234TX1X1X1X1G1G2X2X3X4X2X3X4X7G3X5X5X7X6X6X7X7一 求故障树最小割集的方法这种方法又称为Fussell-Vesely法，根本思路是由顶事件开场逐级向下，区别不同逻辑关系分别表示。紧接顶事件的假设是或门，那么把输入事件分别列入不同的行；紧接定事件的假设是与门，那么把每个输入事件排列同一行。依次从上到下分解，直到不能再分解的根本领件位置，最后经过全面分析比拟，剔除非最小割集，求得最小割集。二 应用最小割集对故障树进展定性评定 最小割集所含根本领件的数目叫做该最小割集的“阶数。如果各个根本时间发生概率比拟小，它们之间的差异相对地不大，那么阶数越

41、低的最小割集的重要性越大，显然只由一个根本领件构成的一阶最小割集最重要。 所以我们用以下原那么进展定性分析比拟：1 比拟小概率失效元件责成的各种系统失效概率时，其故障树所含最小割集的最小阶数越小，系统的失效概率越高；在所含最小割集的最小阶数一样的情况下，该阶数的最小割集的个数越多，系统的失效概率越高。 2 比拟统一系统各根本领件的重要性时，按各根本领件在不同阶数的最小割集中出现的次数来确定其重要性大小。所在最小割集的阶数越小，出现的次数越多，该根本领件的重要性越大。故障树的定量分析故障树的定量分析主要有两方面的容：一是由输入系统各单元(顶事件)的失效概率求出系统的失效概率；二是求出各单元(顶事

42、件)的结构重要度，概率重要度和关键重要度，最后可根据关键重要度的大小排序找出最正确故障诊断和修理顺序，同时也可作为首先改善相对不大可靠的单元的数据。故障树定量分析的主要任务是根据其结构函数和底事件出现的概率，应用逻辑与、逻辑或的概率计算公式，定量地评价故障树的顶事件出现的概率值。另一重要任务是计算重要度，一个零件、部件或最小割集对顶事件的奉献称为重要度。由于设计的对象不同，要求不同，所采用的重要度分析方法也不同，常用的重要度分析方法，有结构重要度、概率重要度、关键重要度相对重要度等。在实际工程中，根据具体情况选用。结构重要度 一个故障树往往包括多个底事件，各个底事件在故障树中的重要性必然因它们

43、所代表原件或部件在系统中的位置的不同而不同，在此引入了结构重要度的概念。求出最小割集后，在不考虑每个底事件发生的概率的情况下，按照底事件在故障树最小割集中出现的次数确定其结构重要度。根本公式： 式中，n 为故障树的根本领件的总数，表示由于第i个根本领件发生(即Xi 由0 变为1) 而使故障树的结构函数由0 变为1 的次数。故障树的建造常用的建树方法为演绎法，从顶事件开场，由上而下，逐级进展分析，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

44、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的建树步骤： 1) 掌握系统 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、使用维护资料以与用户信息等 2) 选择顶事件 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、可靠性和平安性、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与飞机平安。当对起落架进展平安性分析时，就可以选“起落架放不下来这一顶事件进展故障树分析 3) 建造故障树 对于复杂系统，建树时应按系统层次由上到下逐级展开。2. 建树考前须知1) 明确建树边界条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

45、故障、软件故障等的一些假设 应在FHA或FMEA的根底上，将那些不重要的因素舍去，从而减少树的规模与突出重点2) 故障事件要严格定义 否那么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) 应从上向下逐级建树这样可防止建树时发生事件的遗漏4) 建树时不允许门与门直接相连 为了防止不对中间事件严格定义就仓促建树，从而导致难以进展评审，或导致逻辑混乱使后续建树时出错。5) 用直接事件代替间接事件 使事件具有明确的定义且便于进一步向下开展6) 重视共因事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，

46、故建树时必须妥善处理共因事件假设某个故障事件是共因事件，那么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. 故障树的规化在对故障树进展分析之前应首先对故障树进展规化处理，使之成为规化故障树，以便进展定性和定量分析规化故障树是指仅含有“顶事件、中间事件、根本领件 三类事件，以与“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展处理和变换特殊事件的规化：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，或者当作根本领件或者删去： 重要且数据完备的未探明事件当作根本领件对待 不重要且数据不完备的未探明事件那么删去 其它情况由分析者酌情

47、决定开关事件：当作根本领件条件事件：总是与特殊门联系在一起的，它的处理规那么在特殊门的等效变换规那么中介绍特殊门的规化原那么： 顺序与门变换为与门输出不变，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顺序与门变换为与门表决门变换为或门和与门的组合2/4表决门变换为或门与门的组合 异或门变换为或门、与门和非门组合禁门变换为与门原输出事件不变，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4. 故障树的简化和模块分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

48、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故障树的简化用一样转移符号表示一样子树，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布尔代数常用规那么故障树的模块分解 模块：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，可单独地进展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求最小割集。研究最小割集可以找出故障树的薄弱

49、环节割集是故障树的假设干底事件的集合，如果这些底事件都发生,那么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求最小割集的方法下行法 根据故障树的实际结构，从顶事件开场，逐级向下寻查：遇到与门就将其输入事件排在同一行只增加割集阶数，不增加割集个数遇到或门就将其输入事件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拟，划去那些非最小割集，剩下即为故障树的全部最小割集。 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

50、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：通过集合运算吸收律规那么简化以上割集，得到全部最小割集。因为所以 和 被吸收，得到全部最小割集：求最小割集的方法上行法 从故障树的底事件开场，自下而上逐层地进展事件集合运算：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。确定最小割集和底事件重要性的原那么 阶数愈小的最小割集越重要在低阶最小割集中出现的底事件

51、比高阶最小割集中的底事件重要在一样阶次条件下，在不同最小割集中重复出现次数越多的底事件越重要 利用最小割集： 对降低复杂系统潜在事故的风险具有重大意义 可找出并消除单点故障 指导系统的故障诊断和维修定量分析的主要任务之一是计算或估计顶事件发生的概率定量分析时的假设底事件之间相互独立底事件和顶事件都只考虑二种状态发生或不发生，也就是说元部件和系统都是只有二种状态正常或故障一般情况下，故障分布都假定为指数分布单调关联系统通常，最小割集中含有重复的底事件，即最小割集之间是相交的，此时计算顶事件发生的概率就必须用相容事件的概率公式即容斥公式或不交化代数。当但MCS的个数足够大时，用这个公式计算就会产生

52、“组合爆炸。所需的计算项数按指数率增长。因此，通常计算顶事件概率准确值都采用化相交和为不相交和的方法。 化相交和为不相交和的方法有很多，常用的有：直接化法和递推化法。定量分析的另一重要任务是计算重要度一个零件、部件或最小割集对顶事件的奉献称为重要度由于设计的对象不同，要求不同，所采用的重要度分析方法也不同常用的重要度分析方法，有概率重要度、结构重要度、关键重要度相对重要度等。在实际工程中，根据具体情况选用分析时应注意的事项FTA可用于平安性、可靠性和风险分析。应与FMEA结合进展。FMEA根本上是单因素分析，并可确定每种故障模式的严酷度类别。FTA根据FMEA所确定的I、II类严酷度，选择顶事件进展多因素综合分析由设计人员建树，并由有关的技术人员参加审查，以保证故障树的逻辑关系正确以与分析结果的可信应在研制阶段的早期即进展FTA，以便与早发现问题与时改良。随着设计的进展，FTA还要反复进展产品定义、故障判据、建树的边界条件等必须明确 分析报告的主要容产品(系统、子系统、设备等)定义；产品的功能框图；顶事件与其选择原那么；建树的假设；完整的故障树；定性、定量分析过程、结论与相应建议；定量分析时数据的来源；最小割集清单与重要度表。22 / 22