可靠性工程与风险评估-第5章5.5节－故障树

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1、故障树分析(FaultTreeAnalysisFTA)，又称因果树分析，是一种对复杂系统进行可能性预测的方法。六十年代初，故障树分析首先在民兵导弹发射控制系统安全性评定时应用，后来扩展到核能工业、宇航工业，目前已日益进入到一般电子、机械、化工、交通、土建等领域。一、故障树基本概念1974年美国原子能委员会发表的WASH－1400”关于压水堆事故风险评价报告”，其核心方法便是故障树分析方法；1975年在美国召开的可靠性学术会议上把FTA和可靠性理论并列为两大进展；日本劳动省也积极推广FTA方法，并要求安全干部学会使用该方法；从1978年起，我

2、国也开始了FTA的研究和运用工作。故障树分析方法是研究系统或装备发生故障这一事件的各种直接和间接原因（事件），并在这些事件之间建立逻辑关系，从而确定系统故障原因的各种可能组合方式或其发生概率的一种可靠性、安全性分析和风险评价的方法；在工程设计阶段可以帮助人们寻找潜在的事故，在系统运行阶段可以作为失效预测或事故诊断的方法；FTA是分析复杂系统或装置可靠性的一种有力的工具，已作为安全评价导则中的一种方法。FTA的特点：FTA是一种图形演绎方法，形象、直观，可以围绕某一失效状态层层追踪分析，了解故障事件的内在联系及单元故障与系统故障之间的逻辑联系

3、；有利于弄清系统的故障模式，找出系统的薄弱环节，提高系统可靠性；易于采用计算机辅助建树；能够进行定性分析和定量计算；FTA的方法步骤1.熟悉系统故障树是实际系统故障组合和传递的逻辑关系的正确而抽象的表达，建树是否完善会直接影响定性、定量分析的结果。因此，建树时首先应详细了解系统状态及各种参数，绘出工艺流程图或布置图，熟悉工艺操作过程，了解系统中的危险点（源）；对系统及其组成部分产生故障的原因、后果以及各种影响因素和它们之间的因果关系有彻底的了解。一个负复杂系统的建树过程往往需多次反复，逐步深入和逐步完善。2.调查事故收集事故案例，进行事故统

4、计，了解相关系统或类似系统的操作状况，设想给定系统可能要发生的事故。FTA的方法步骤（续）3.确定顶事件任何需要分析的系统故障，只要它是可以分解的，且有明确的定义，都可以作为顶事件。因此，对于一个系统而言顶事件不是唯一的。一般选取后果严重且较易发生的事件作为顶事件。在顶事件确定过程中，优先考虑那些妨碍完成正常功能的事件，或对安全构成危害的事件，或严重影响政治和经济的事件。当然，顶事件应该是可以分解的事件。4.确定目标值根据经验教训和事故案例，经统计分析后，求解事故发生的频率（概率），作为要控制的事故目标值。FTA的方法步骤（续）5.调查原因

5、事件调查与事故有关的所有原因事件和各种因素，收集相似系统的故障树，了解各种失效事件的失效机理。6.画出故障树从顶事件起，一级一级找出直接原因事件，到所要分析的深度，按其逻辑关系画出故障树。7.定性分析按故障树结构进行简化，确定各基本事件的结构重要度。FTA的方法步骤（续）8.求出事故发生概率确定所有原因事件的发生概率，按其逻辑关系，确定顶事件的发生概率。9.分析比较检查分析结果是否合理。10.定量分析建立FTA的注意事项:1.要选择一个合理的流程；2.明确建树的范围；3.故障事件定义要明确，描述要具体；4.各事件间的逻辑关系要清楚，不允许产

6、生逻辑混乱和条件矛盾；5.故障树应尽量简化。二、故障树的构造在故障树分析中，首先把需要分析的系统或装置发生故障事件称为顶事件。顶事件确定后，作图。图形中故障树是一棵倒树，树根结在上面，枝叶向下蔓廷。顶事件即为树根。然后，在它的下边排列出引起顶事件发生的直接原因，这称为故障二次事件或中间事件。在顶事件和紧接的二次事件之间，根据它们的逻辑关系，标出逻辑门，用以将顶事件和二次事件联结起来。接着再把造成第二排各种事件的直接原因列在第三排，这些原因同样称为故障二次事件或中间事件，两排故障事件之间也用逻辑门联结起来。如此继续下去，直至追溯到基本事件或初

7、始事件为止。所谓基本事件或初始事件就是不能再分解或不必再分解的事件。下面叙述绘制故障树常用的符号。顶事件、中间事件符号，需进一步向下分析的事件基本事件符号，不能再向下分析的事件条件事件，省略事件，不需再向下分析的事件转入事件转出事件逻辑门符号。常用的有如下几种。逻辑或门输入事件中只要有一个或多于一个就使输出事件发生Y=x1+x2+…+xn逻辑与门全部输入事件发生输出事件才发生Y=x1•x2•.…•xn逻辑非门输出事件是输入事件的对立事件逻辑禁门只有满足一定条件a时，输出事件才发生＋.a三、最小割集和最小路集在故障树分析中寻求最小割集和最小路

8、集是非常重要的，研究最小割集和最小路集可以发现薄弱环节或最关键部分，集中力量对最小割集和最小路集所指出的关键部分进行强化，而不致于平均使用力量。假设故障树中有n个基本事件，其中某