故障樹FTA分析

1、故障樹分析（FTA）方法概念：FTA (Failure Tree Analysis) 故障樹分析，又稱失效樹分析。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中通過對可能造成系統(tǒng)失效的各種因素（包括硬件、軟件、環(huán)境、人為因素）進(jìn)行分析，畫出邏輯框圖（失效樹），從而確定系統(tǒng)失效原因的各種可能組合方式或其發(fā)生概率，已計(jì)算系統(tǒng)失效概率，采取相應(yīng)的糾正措施，以提高系統(tǒng)可靠性的一種設(shè)計(jì)分析方法。 故障分析(FTA)是以故障樹作為模型對系統(tǒng)經(jīng)可靠性分析的一種方法。 故障樹分析把系統(tǒng)最不希望發(fā)生的故障狀態(tài)作為邏輯分析的目標(biāo)，在故障樹中稱為頂事件，繼而找出導(dǎo)致這一故障狀態(tài)發(fā)生的所有可能直接原因，在故障樹中稱為中間事件。再跟蹤找出導(dǎo)致這些中

2、間故障事件發(fā)生的所有可能直接原因。直追尋到引起中間事件發(fā)生的全部部件狀態(tài)，在故障樹中稱為底事件。用相應(yīng)的代表符號及邏輯們把頂事件、中間事件、底事件連接成樹形邏輯圖，責(zé)成此樹形邏輯圖為故障樹。 故障樹是一種特殊的倒立樹狀邏輯因果關(guān)系圖，它用事件符號、邏輯門符號和轉(zhuǎn)移符號描述系統(tǒng)中各種事件之間的因果關(guān)系。 故障樹分析（FTA）方法故障樹分析法由美國貝爾電話研究所的沃森（Watson）和默恩斯(Mearns)于1961年首次提出并應(yīng)用于分析民兵式導(dǎo)彈發(fā)射控制系統(tǒng)的。其后，波音公司的哈斯?fàn)枺℉asse）、舒勞德（Schroder）、杰克遜（Jackson）等人研制出故障樹分析法計(jì)算程序，標(biāo)志著故障樹分

3、析法進(jìn)入了以波音公司為中心的宇航領(lǐng)域。1974年，美國原子能委員會發(fā)表了以麻省理工學(xué)院（MIT）拉斯穆森（Rasmussen）為首的有60名專家參與的安全組進(jìn)行了兩年研究而編寫的長達(dá)3000頁的“商用輕水反應(yīng)堆核電站事故危險(xiǎn)性評價(jià)”的報(bào)告，該報(bào)告采用了美國國家航空和管理部于60年代發(fā)展起來的事件樹（ET: Event Tree）和故障樹分析方法，以美國100座核電反應(yīng)堆為對象對核電站進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)，使FTA的應(yīng)用得到很大發(fā)展。這一報(bào)告的發(fā)表引起了各方面的很大反響，被稱為FTA發(fā)展進(jìn)程中的一個(gè)重要里程碑。并推動(dòng)了故障樹分析法從宇航、核能進(jìn)入電子、化工和機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域。 原理 通過對可能造成產(chǎn)品故

4、障的硬件、軟件、環(huán)境、人為因素進(jìn)行分析，從而確定產(chǎn)品的故障原因的各種可能的組合方式 和(或)發(fā)生概率。 用途 -復(fù)雜系統(tǒng)的功能邏輯分析； -分析同時(shí)發(fā)生的非關(guān)鍵事件對頂事件的綜合影響; -評價(jià)系統(tǒng)可靠性與安全性； -確定潛在設(shè)計(jì)缺陷和危險(xiǎn)； -評價(jià)采用的糾正措施； -簡化系統(tǒng)故障查找。 FTA分析的4個(gè)主要步驟 建立故障樹、故障樹的規(guī)范化、簡化和模塊分解、故障樹的定性分析和故障樹的定量分析。 建樹步驟： 選定頂事件-某一影響最大的系統(tǒng)故障；將造成系統(tǒng)故障的原因逐級分解為中間事件；直至底事件-不能或不需要分解的基本事件，構(gòu)成一張樹狀的邏輯圖-故障樹。a 選擇和確定頂事件：頂事件是系統(tǒng)最不希望發(fā)生

5、的事件，或是指定進(jìn)行邏輯分析的故障事件。 b 分析頂事件：尋找引起頂事件發(fā)生的直接的必要和充分的原因。將頂事件作為輸出事件，將所有直接原因作為輸入事件，并根據(jù)這些事件實(shí)際的邏輯關(guān)系用適當(dāng)?shù)倪壿嬮T相聯(lián)系。 c分析每一個(gè)與頂事件直接相聯(lián)系的輸入事件。如果該事件還能進(jìn)一步分解，則將其作用下一級的輸出事件，如同b中對頂事件那樣進(jìn)行處理。 d 重復(fù)上述步驟，逐級向下分解，直到所有的輸入事件不能再分解或不必要再分解為止，即建成了一棵倒置的故障樹。定性分析 目的是為了弄清系統(tǒng)（或設(shè)備）出現(xiàn)某種故障（即頂事件）的可能性有多少，分析哪些因素會引發(fā)系統(tǒng)的某種故障。 定量分析 目的是得到在底事件互相獨(dú)立和已知其發(fā)生

6、概率的條件下，頂事件發(fā)生概率和底事件重要度等定量指標(biāo)(GJB 768)。 常用的指標(biāo)是：頂事件發(fā)生的概率、底事件重要度等。故障樹FTA分析的程序故障樹FTA的分析程序一般分為下面幾種:（1）熟悉系統(tǒng)：要詳細(xì)了解系統(tǒng)狀態(tài)及各種參數(shù)，繪出工藝流程圖或布置圖。 （2）調(diào)查事故：收集事故案例，進(jìn)行事故統(tǒng)計(jì)，設(shè)想給定系統(tǒng)可能發(fā)生的事故。 （3）確定頂上事件：要分析的對象即為頂上事件。對所調(diào)查的事故進(jìn)行全面分析，從中找出后果嚴(yán)重且較易發(fā)生的事故作為頂上事件。 （4）確定目標(biāo)值：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)和事故案例，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析后，求解事故發(fā)生的概率（頻率），以此作為要控制的事故目標(biāo)值。 （5）調(diào)查原因事件：調(diào)查與事故有關(guān)

7、的所有原因事件和各種因素。 （6）畫出故障樹：從頂上事件起，逐級找出直接原因的事件，直至所要分析的深度，按其邏輯關(guān)系，畫出故障樹。 （7）分析：按故障樹結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化，確定各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度。 （8）事故發(fā)生概率：確定所有事故發(fā)生概率，標(biāo)在故障樹上，并進(jìn)而求出頂上事件（事故）的發(fā)生概率。 （9）比較：比較分可維修系統(tǒng)和不可維修系統(tǒng)進(jìn)行討論，前者要進(jìn)行對比，后者求出頂上事件發(fā)生概率即可。 （10）分析：原則上是上述10個(gè)步驟，在分析時(shí)可視具體問題靈活掌握，如果故障樹規(guī)模很大，可借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行。目前我國故障樹分析一般都考慮到第7步進(jìn)行定性分析為止，也能取得較好效果。故障樹分析FTA案例故障樹分析

8、是一種根據(jù)系統(tǒng)可能發(fā)生的事故或已經(jīng)發(fā)生的事故結(jié)果，去尋找與該事故發(fā)生有關(guān)的原因、條件和規(guī)律，同時(shí)可以辨識出系統(tǒng)中可能導(dǎo)致事故發(fā)生的危險(xiǎn)源。 故障樹分析是一種嚴(yán)密的邏輯過程分析，分析中所涉及到的各種事件、原因及其相互關(guān)系，需要運(yùn)用一定的符號予以表達(dá)。故障樹分析所用符號有三類，即事件符號，邏輯門符號，轉(zhuǎn)移符號。圖1 故障樹的事件符號 事件符號如圖1所示包括：（1） 矩形符號 矩形符號如圖1a）所示。它表示頂上事件或中間事件，也就是需要往下分析的事件。將事件扼要記入矩形方框內(nèi)。（2） 圓形符號 圓形符號如圖1b）所示。它表示基本原因事件，或稱基本事件。它可以是人的差錯(cuò)，也可以是機(jī)械、元件的故障，或環(huán)

9、境不良因素等。它表示最基本的、不能繼續(xù)再往下分析的事件。（3） 屋形符號 屋形符號如圖1c）所示。主要用于表示正常事件，是系統(tǒng)正常狀態(tài)下發(fā)生的正常事件。 （4） 菱形符號 菱形符號如圖1d）所示。它表示省略事件，主要用于表示不必進(jìn)一步剖析的事件和由于信息不足，不能進(jìn)一步分析的事件。圖2 故障樹邏輯門符號 邏輯門符號如圖2所示包括： 邏輯與門。表示僅當(dāng)所有輸入事件都發(fā)生時(shí)，輸出事件才發(fā)生的邏輯關(guān)系，如圖2a）所示。 邏輯或門。表示至少有一個(gè)輸入事件發(fā)生，輸出事件就發(fā)生的邏輯關(guān)系，如圖2b）所示。 條件與門。圖2c）所示，表示B1、B2不僅同時(shí)發(fā)生，而且還必須再滿足條件，輸出事件A才會發(fā)生的邏輯關(guān)

10、系。 條件或門。圖2d），表示任一輸入事件發(fā)生時(shí)，還必須滿足條件，輸出事件A才發(fā)生的邏輯關(guān)系。 排斥或門。表示幾個(gè)事件當(dāng)中，僅當(dāng)一個(gè)輸入事件發(fā)生時(shí)，輸出事件才發(fā)生的邏輯關(guān)系，其符號如圖2e）所示。 限制門。圖2f）所示，表示當(dāng)輸入事件B發(fā)生，且滿足條件X時(shí)，輸出事件才會發(fā)生，否則，輸出事件不發(fā)生。限制門僅有一個(gè)輸入事件。 順序與門。表示輸入事件既要都發(fā)生，又要按一定的順序發(fā)生，輸出事件才會發(fā)生的邏輯關(guān)系，其符號如圖2g）表示。 表決門。表示僅當(dāng)n個(gè)事件中有m（mn）個(gè)或m個(gè)以上事件同時(shí)發(fā)生時(shí)，輸出事件才會發(fā)生，其符號如圖2h）所示。圖3 故障樹轉(zhuǎn)移符號 轉(zhuǎn)移符號包括： 轉(zhuǎn)入符號。表示轉(zhuǎn)入上面以

11、對應(yīng)的字母或數(shù)字標(biāo)注的子故障樹部分符號，其符號如圖3a）。 轉(zhuǎn)出符號。表示該部分故障樹由此轉(zhuǎn)出，其符號如圖3b）。 編制故障樹應(yīng)從以下幾方面入手： 熟悉系統(tǒng)。了解系統(tǒng)的構(gòu)造、性能、操作、工藝、元件之間的關(guān)系及人、軟件、硬件、環(huán)境的相互作用和系統(tǒng)工作原理等； 收集、調(diào)查系統(tǒng)事故資料。收集、調(diào)查系統(tǒng)的已有事故資料和類似系統(tǒng)的事故資料。 確定頂上事件。根據(jù)對系統(tǒng)已掌握的資料，在分析系統(tǒng)一類危險(xiǎn)源的基礎(chǔ)上，確定系統(tǒng)事故類型作為頂上事件。 調(diào)查分析頂上事件發(fā)生的原因，從人、機(jī)、物、環(huán)境和信息各方面入手調(diào)查分析影響頂上事件發(fā)生的所有原因。 下面以一液化石油氣第一類危險(xiǎn)源，選擇頂上事件為火災(zāi)爆炸事故。故障樹分析如圖4。A1形成混合氣；A2遇火源；A3液態(tài)烴泄漏；A4未報(bào)警；A5靜電火花；A6附近有機(jī)動(dòng)車通行；A7罐爆裂；A8靜電未消除；A9罐超壓；A10安全閥未起作用；A11未報(bào)警；A12未報(bào)警；A13無顯示；A14液面未顯示；A15壓力無顯示