安全評(píng)價(jià)系列講座故障樹分析(上)

1、安全評(píng)價(jià)系列講座-故障樹分析(上)故障樹分析(FTA技術(shù)是美國(guó)貝爾電話實(shí)驗(yàn)室于1962年開發(fā)的，它采用邏輯的方法，形象地進(jìn)行危險(xiǎn)的分析工作，特點(diǎn)是直觀、明了，思路清晰，邏輯性強(qiáng)，可以做定性分析，也可以做定量分析。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，它是安全系統(tǒng)工程的主要分析方法之一。一般來講，安全系統(tǒng)工程的發(fā)展也是以故障樹分析為主要標(biāo)志的。1974年美國(guó)原子能委員會(huì)發(fā)表了關(guān)于核電站危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)報(bào)告，即“拉姆森報(bào)告”，大量、有效地應(yīng)用了FTA從而迅速推動(dòng)了它的發(fā)展。1數(shù)學(xué)基礎(chǔ)11基本概念(1)集：從最普遍的意義上說，集就是具有某種共同可識(shí)別特點(diǎn)的項(xiàng)(事件)的集合。這些共同特點(diǎn)

2、使之能夠區(qū)別于他類事物。(2)并集把集合A的元素和集合B的元素合并在一起，這些元素的全體構(gòu)成的集合叫做A與B的并集，記為AUB或A+B。若A與B有公共元素，則公共元素在并集中只出現(xiàn)一次。例若A=a、b、c、d；B=c、d、e、f；AUB=a、b、c、d、e、f。(3)交集兩個(gè)集合A與B的交集是兩個(gè)集合的公共元素所構(gòu)成的集合，記為AUB或A+B。根據(jù)定義，交是可以交換的，即AAB=B.A例若A=a、b、c、d；B=c、d、e；則AnB=cd。(4)補(bǔ)集在整個(gè)集合(Q中集合A的補(bǔ)集為一個(gè)不屬于A集的所有元素的集。補(bǔ)集又稱余，記為A'或A1.2布爾代數(shù)規(guī)則布爾代數(shù)用于集的運(yùn)算，與普通代數(shù)運(yùn)算

3、法則不同。它可用于故障討分析，布爾代數(shù)可以幫助我們將事件表達(dá)為另一些基本事件的組合。將系統(tǒng)失效表達(dá)為基本元件失效的組合。演算這些方程即可求出導(dǎo)致系統(tǒng)失效的元件失效組合(即最小割集)，進(jìn)而根據(jù)元件失效概率，計(jì)算出系統(tǒng)失效的概率。布爾代數(shù)規(guī)則如下(x、Y代表兩個(gè)集合)：交換律XY=YXX+Y=Y+X(2)結(jié)合律(3)分配律X(YZ):(XY)ZX+(Y+Z)=(X+Y)+ZX(Y+Z)X-Y+XZ-X+(YZ)=(X+Y)-(X+Z)(4)吸收律X(X+Y)XX+(XY):X互補(bǔ)律X+X=Q=1X-X=j表標(biāo)空集)(6)哥等律XX=XX+X=X(7)狄.摩根定律(xY)'=X'+Y

4、(X+Y)=XY(8)對(duì)合律(X')'=X(9)重疊律X+X'Y=X+Y=Y+Y'X2故障樹的編制故障樹是由各種事件符號(hào)和邏輯門組成的，事件之間的邏輯關(guān)系用邏輯門表示。這些符號(hào)可分邏輯符號(hào)、事件符號(hào)等。21故障樹的符號(hào)及意義(1)事件符號(hào)矩形符號(hào)：代表頂t=事件或中間事件，見圖81(a)。是通過邏輯門作用的、由一個(gè)或多個(gè)原因而導(dǎo)致的故障事件。圓形符號(hào)：代表基本事件，見圖81(b)。表示不要求進(jìn)一步展開的基本引發(fā)故障事件。屋形符號(hào)：代表正常事件，見圖81(C)。即系統(tǒng)在正常狀態(tài)下發(fā)揮正常功能的事件。菱形符號(hào)：代表省略事件，見圖81(d)。因該事件影響不大或因情報(bào)不

5、足，因而沒有進(jìn)一步展開的故障事件。橢圓形符號(hào)：代表?xiàng)l件事件，見圖81(e)。表示施加于任何邏輯門的條件或限制。(2)邏輯符號(hào)故障樹中表示事件之間邏輯關(guān)系的符號(hào)稱門，主要有以下幾種。 或門：代表一個(gè)或多個(gè)輸入事件發(fā)生，即發(fā)生輸出事件的情況?；蜷T符號(hào)見圖82(a),或門示意圖見圖83。 與門：代表當(dāng)全部輸入事件發(fā)生時(shí)，輸出事件才發(fā)生的邏輯關(guān)系。表現(xiàn)為邏輯積的關(guān)系。與門符號(hào)見圖82(b)，與門示意圖見圖84 禁門：是與門的特殊情況。它的輸出事件是由單輸入事件所引起的。但在輸入造成輸出之間，必須滿足某種特定的條件。禁門符號(hào)見圖82(C),禁門示意圖見圖85。例如許多化學(xué)反應(yīng)只有在催化劑存在的情況下才能

6、反應(yīng)完全，催化劑不參加反應(yīng)，但它的存在是必要的。這種邏輯如圖86所示。22建樹原則故障樹的樹形結(jié)構(gòu)是進(jìn)行分析的基礎(chǔ)。故障樹樹形結(jié)構(gòu)正確與否，直接影響到故障樹的分析及其可靠程度。因此，為了成功地建造故障樹，要遵循一套基本規(guī)則。1 1）直接原因原理“”（細(xì)步思考法則）編制故障樹時(shí)，首先從頂上事件分析，確定頂上事件的直接、必要和充分的原因，應(yīng)注意不是頂上事件的基本原因。將這直接、必要和充分原因事件作為次頂上事件（即中間事件），再來確定它們的直接、必要和充分的原因，這樣逐步展開。這時(shí)，“直接原因”是至關(guān)重要的。按照直接原因原理，才能保持故障樹的嚴(yán)密的邏輯性，對(duì)事故的基本原因作詳盡的分析。（2）基本規(guī)則

7、I事件方框圖內(nèi)填入故障內(nèi)容，說明什么樣的故障，在什么條件下發(fā)生。（3）基本規(guī)則n對(duì)方框內(nèi)事件提問：“方框內(nèi)的故障能否由一個(gè)元件失效構(gòu)成?”如果對(duì)該問題的回答是肯定的，把事件列為“元件類”故障。如果回答是否定的，把奇件列為“系統(tǒng)類”故障。元件類”故障下，加卜或門，找出主因故障、次因故障、指令故障或其他影響。“系統(tǒng)類”故障下，根據(jù)具體情況，加上或門、與門或禁門等，逐項(xiàng)分析下去。主因故障為元件在規(guī)定的工作條件范圍內(nèi)發(fā)生的故障。如：設(shè)計(jì)壓力P0的壓力容器在工作壓力P<pO寸的破壞。次因故障為元件在超過規(guī)定的工作條件范圍內(nèi)發(fā)生的故障。如：設(shè)計(jì)壓力為P0的壓力容器在壓力p>PO時(shí)的破壞。指令故

8、障為元件的工作是正常的，但時(shí)間發(fā)生錯(cuò)誤或地點(diǎn)發(fā)生錯(cuò)誤。其他影響的故障：主要指環(huán)境或安裝所致的故障，如濕度太大、接頭銹死等。(4)完整門規(guī)則在對(duì)某個(gè)門的全部輸入事件中的任一輸入尊件作進(jìn)一步分析之前，應(yīng)先對(duì)該門的全部輸入事件作出完整的定義。(5)非門門規(guī)則門的輸入應(yīng)當(dāng)是恰當(dāng)定義的故障事件，門與門之間不得直接相連，門門連接的出現(xiàn)說明粗心。在定量評(píng)定及簡(jiǎn)化故障樹時(shí)，門門連接可能是對(duì)的，但在建樹過程中會(huì)導(dǎo)致混亂。2 3故障樹分析步驟(1)確定所分析的系統(tǒng)確定分析系統(tǒng)即確定系統(tǒng)所包括的內(nèi)容及其邊界范圍。(2)熟悉所分析的系統(tǒng)指熟悉系統(tǒng)的整個(gè)情況，包括系統(tǒng)性能、運(yùn)行情況、操作情況及各種重要參數(shù)等，必要時(shí)要畫

9、出工藝流程圖及布置圖。(3)凋查系統(tǒng)發(fā)生的事故調(diào)查分析過去、現(xiàn)在和未來可能發(fā)生的故障，同時(shí)調(diào)查本單位及外單位同類系統(tǒng)曾發(fā)生的所有事故。(4)確定故障樹的頂上事件是指確定所要分析的對(duì)象事件。將易于發(fā)生且后果嚴(yán)重的事故作為頂卜事件。(5)調(diào)查與頂上市件有關(guān)的所有原囚奇件。(6)故障樹作圖按建樹原則，從頂上事件起.一層層往下分析各自的直接原因譽(yù)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，即故障樹圖。(7)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。其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)卜、發(fā)生概率上分析各基本事件的重要程度，以便按輕重緩急分別采取對(duì)策。(8)定量分析定量分析包括確定各基本事件的故障率或失誤率；求取頂上事件