可靠性工程課程設計

1、鄭州航空工業(yè)管理學院課程設計報告級質(zhì)量與可靠性工程專業(yè) 103 班課程名稱可靠性工程課程設計題 目我的理論課程“達良故障”故障樹分析姓 名 學號指導教師 職稱二O一二年五月日課程設計任務書一、設計題目我的理論課程“達良故障”故障樹分析二、設計依據(jù)1、個人成績單；2、FTA分析步驟及要求；3、FTA分析案例。三、設計內(nèi)容根據(jù)給定的個人成績單、FTA分析步驟及內(nèi)容、其相關案例，分析 本人理論課程總評成績80分（達良故障）時存在的故障模式，確定該 系統(tǒng)的故障樹頂事件，并在對系統(tǒng)故障樹進行定性、定量分析基礎上, 確定頂事件發(fā)生概率及關鍵事件，給出系統(tǒng)改進和優(yōu)化對策。2012年5月 日我的理論課程“達良

2、故障”故障樹分析目錄 TOC o 1-5 h z 課程設計報告1 HYPERLINK l bookmark1 o Current Document 課程設計任務書0 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 一、設計題目0 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 二、設計依據(jù)0 HYPERLINK l bookmark15 o Current Document 三、設計內(nèi)容0目 錄I HYPERLINK l bookmark31 o Current Document 我的理論課程“達良故障”故障樹分析I我的理論課

3、程“達良故障故障樹分析1 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 序、課程設計簡介1 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 一、系統(tǒng)簡介2 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 二、系統(tǒng)故障樹的建立3 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 三、系統(tǒng)故障樹定性分析6 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 四、系統(tǒng)故障樹定量分析9 HYPERLINK l bookmark9

4、1 o Current Document 五、改進及優(yōu)化對策16六、總結17參考文獻18附件：19 HYPERLINK l bookmark94 o Current Document 課程設計答辯評語0我的理論課程“達良故障”故障樹分析序、課程設計簡介in1、設計目的本課程設計是與可靠性工程配套的實踐環(huán)節(jié)之一，根據(jù)老師的要求， 依據(jù)統(tǒng)一提供的理論課程成績數(shù)據(jù)，完成我的理論課程“達良故障” FTA分析。在分析課程“達良故障”故障機理基礎上，建立以“本人理 論課程達良故障（總評成績80分）為頂事件的故障樹，并在對系 統(tǒng)故障樹進行定性、定量分析基礎上，給出系統(tǒng)改進和優(yōu)化對策。2、課程設計進度安排對本

5、人成績單進行分析 夠建達良故障-總評成績80故障樹對故障樹進行定性分析 對故障樹的定量分析對故障樹的問題進行優(yōu)化改進一、系統(tǒng)簡介根據(jù)給定的個人成績單，分析本人理論課程總評成績80分（達良 故障）時存在的故障模式，確定該系統(tǒng)的故障樹頂事件，并在對系統(tǒng)故 障樹進行定性、定量分析基礎上，確定頂事件發(fā)生概率及關鍵事件，給 出系統(tǒng)改進和優(yōu)化對策。構建故障樹必須遵循“直接的必要和充分的原因”的原則。對故障樹進行定性分析可以查明頂事件發(fā)生所有途徑中最低限度 基本事件組合，可以發(fā)現(xiàn)已有安全措施中薄弱環(huán)節(jié)，以及對未加保護的 事件應采取的措施，而且為故障樹的定量分析提供基礎。定性分析即求 解頂事件發(fā)生的最小割集，

6、有行列法、布爾代數(shù)法、矩陣列表法、上行 法、最小路集法，前三種屬于下行法。對故障樹的定量分析的目的是確定薄弱環(huán)節(jié)和改進設計方案。包括 概率重要度、關鍵重要度、結構重要度的計算。最后根據(jù)故障樹的分析對個人成績的提高提出優(yōu)化改進的方案和 措施。二、系統(tǒng)故障樹的建立1、故障樹分析法概述1）定義：故障樹分析法（FTA）是1961年由貝爾實驗室的11. A. Watson提出， 指的是從事故開始，按照事件因果關系，逆時序地進行分析，最后找出 事故起因的一種圖形演繹方法。又稱為事故的邏輯框圖分析法。2特點:故障樹分析法是一種自上而下的圖形演繹方法；有很大的靈活性; 而且有硬件、軟件、環(huán)境、人素等綜合性；應

7、用范圍廣，目前已廣泛應 用，用于宇航、核能、電子、機械、化工和采礦等領域。3）目的和功能：故障樹分析法即可進行定性分析，也可進行定量分析。定性分析目 的：尋找導致與系統(tǒng)有關的不希望事件發(fā)生的原因和原因的組合，即尋 找導致頂事件發(fā)生的所有故障模式集合。定量分析目的：當給定所有底 事件發(fā)生的概率時，求出頂事件發(fā)生的概率及其他定量指標，為安全評 價和決策提供科學依據(jù)。4）術語與符號：頂事件：人們不希望發(fā)生的顯著影響系統(tǒng)技術性能、經(jīng)濟性、可靠性和 安全性的故障事件。底事件：元、部件在設計的運行條件下發(fā)生的隨機故障事件。中間事件：故障樹中除事件及頂事件之外的所有事件。131 Bn與門：Bi (i=1,2

8、,3,.n)為門的輸入事件，A為門的輸出事件。Bi同 時發(fā)生時，A必然發(fā)生，這種邏輯關系稱為事件交。用邏輯與門描述， 邏輯表達式為A=BinB2AB3A ABnAdBl | Bn或門：當輸入事件中至少有一個發(fā)生時，輸出事件A發(fā)生，稱為事件并。 用邏輯或門描述，邏輯表達式為A=B1UB2UB3UUBn2、故障樹構建圖1中：T：達良故障一一總評成績80總評成績二0. 2*平時成績+0. 8*期末成績A1：平時成績80而且期末成績80而且綜合成績80A2：平時成績80而且期末成績80A3：平時成績80而且期末成績80而且綜合成績80XI：期末成績80X2：平時成績80X4：期末成績80X5：平時成績

9、80X3： 0.2*X5+0. 8*X480X6： 0. 2*X2+0. 8*Xl80圖i一一達良故障樹三、系統(tǒng)故障樹定性分析定性分析可以查明頂事件發(fā)生所有途徑中最低限度基本事件組合；可以 發(fā)現(xiàn)已有安全措施中的薄弱環(huán)節(jié)，以及對未加保護的事件應采取措施。 定性分析為故障樹的定量分析提供基礎。1、故障樹的數(shù)學表達及運算故障樹可以認為是系統(tǒng)故障(頂事件)和導致故障發(fā)生的諸多元素 之間的布爾關系的圖形話表示。因此，可用布爾代數(shù)來給出故障樹的數(shù) 學表達，這樣有助于進行故障樹的簡化，從而有利于故障樹的定性分析 和定量分析。故障樹的數(shù)學表達可用其結構函數(shù)來表示:邏輯門符號數(shù)學表達與門ABlBnA=B1 n

10、B2 n B3 AABn或門ALBlBnA=B1 U B2 U B3UUBn在本人理論課程總評成績80分達良故障樹中，其結構函數(shù)為:T=A1UA2UA3= (X1CX2CX3) (X2AX4) (X3CX4CX5)2、定性分析方法最小割集求解方法的簡述故障樹定性分析的實質(zhì)就是找出導致頂事件必然發(fā)生的所有最小 基本事件的集合，即求解頂事件發(fā)生的最小割集，因此此分析方法指的 就是最小割集的求解方法。最小割集的求解方法有以下幾種：行列法下行法v布爾代數(shù)法1矩陣列表法行列法：提出：1972年由Fussell提出，所以也稱Fussel 1法。原理：首先，從緊接頂事件的邏輯門出發(fā)，如果是或門就將該門的各個

11、 輸入事件縱向排列；如果是與門，就將該門的各個輸入事件橫向排列， 依次將門的輸出用輸入事件替換，直至全部門事件均被基本事件替換為 止；然后，再根據(jù)布爾代數(shù)運算規(guī)則進行簡化。特點：簡單易行，可編程實現(xiàn)，因此得到廣泛應用。布爾代數(shù)法：原理：從頂事件開始，依次根據(jù)邏輯關系，用輸入事件替換輸出事件 (“與門為“，“或門”為“ + 直到全部中間事件均被基本事件 替換為止，即將頂事件化簡到全部用基本事件的表達形式，然后再根據(jù) 布爾代數(shù)運算規(guī)則進行簡化。矩陣列表法：原理：從頂事件開始，首先將頂事件寫入矩陣第一行第一列；然后根據(jù) 其與輸入事件的邏輯關系進行替換，如果是與門，就將該門的各個輸入 事件橫向排列，依

12、次將門的輸出用輸入事件替換，直至全部門事件均被 基本事件替換為止；然后，再根據(jù)布爾代數(shù)運算規(guī)則進行簡化。2）上行法：原理：從底事件開始，右下而上逐級進行處理，對每一個輸出事件而言， 如果它是或門的輸出，則將該或門的輸出事件的布爾和形式表示，如果 它是與門的輸出，則將該與門的輸出事件的布爾積形式表示，最后得到 頂事件的基本事件布爾表達式并簡化。3）最小路集法：原理：首先對偶先將故障樹轉化為對偶成功樹（就是將原來故障樹的與 門換成或門、或門換成與門、各類事件發(fā)生換成不發(fā)生）然后根據(jù)最小 路集求解方法求解最小路集，最后再根據(jù)最小路集求解最小割集。3、求圖1的最小割集用行列法求解最小割集解： AlX1

13、X2X6J A2 4 X2X4 A3I X3X4X5所以得出最小割集為（X1X2X6） X2X4） X3X4X5）。、系統(tǒng)故障樹定量分析1、介紹在故障樹定性分析的基礎上，根據(jù)基本事件的故障發(fā)生數(shù)據(jù)， 運用數(shù)學方法和計算技術，對故障樹的各項可靠性參數(shù)進行計算，即求 出頂事件發(fā)生的概率和基本事件重要度。重要度：指的是底事件或最小割集對頂事件發(fā)生的貢獻。重要度分析目的：確定薄弱環(huán)節(jié)和改進設計方案。2、根據(jù)個人成績單，計算各基本事件的發(fā)生概率解出：A1=O A2=6/48=0. 125A3=22/48=0. 458XI=17/48=0.354X2=7/48=0. 146X3=22/48二0. 458X

14、4=31/48=0.646X5=41/48=0.854X6=03、計算頂事件發(fā)生概率值解：1最小割集不交化處理：S = X1X1X6 + X1X2X6 X2X4 +X1X2X6X2X4 X3X4X5=X1X2X6 + （XI + X1X2 + X1X2 品）X2X4+ （XI +X1X2 + X1X2X6）（X2 + X2 莉）X3X4X5=71 X2X4 + X1X2 X6X4 + X2 X3X4X52求頂事件發(fā)生概率：帶入數(shù)據(jù)得：Fs二(1-0. 354)*0. 146*0. 646+0. 354*0. 146*(1-0. 583)+ (1-0. 146) *0.458*0. 646*0.

15、 854=0. 2984、介紹結構重要度和概率重要度1）概率重要度定義：第i個單元不可靠度（失效概率）的變化引起系統(tǒng)不可靠度（失效概率） 變化的程度。其數(shù)學公式表達如下所示：)=姬景蕓*普gjt) _ 第i個單元的概率重要度Ft Ct)單元的不可靠度玲(1)頂事件(系統(tǒng))的不可靠度W) = Fi(t),F2 0),，&(1)關鍵重要度定義：第i個單元故障概率變化率所引起系統(tǒng)故障概率變化。結構重要度定義：指的是i單元在故障樹中重要順序的量值，其由單元在故障樹中所處位 置決定，與單元本身故障概率無關。/?：i單元的結構重要度n：系統(tǒng)所含單元數(shù)目合數(shù)目，一般可用布爾真值表求出。對于i單元由。變?yōu)?,

16、系統(tǒng)的可能變化有四種：0（y）=o(y) = (y)=i(y) = （y）=i0（0叩）=1-0（偵；）=00（0叩）=1 T 0由于第4種情況不存在，第2、3種情況貢獻為0,所以71?可表示為”? = 2。（1”；）-0（響）即：=對。（比寸：（。嶗）125、計算結構重要度系統(tǒng)有5個單元，共有26二64個狀態(tài)。列出布爾真值表:系統(tǒng)狀態(tài) 編號X6XIX2X3X4X5系統(tǒng)狀態(tài)1000000020000010300001004000011050001000600010107000110080001111900100001000100101100101011200101111300110001400

17、110103 53 4333232928bO2 6252 4232222865iiiOOoOOoOOOOOoooOoooOooi11ii1iii1i111i1ooOooOOoooooooooOoOooooooooOooooooo1oiO1oio1oio1o1o1o1oooo444ooooooooo4436100011037100100038100101039100110040100111141101000042101001043101010144101011145101100046101101047101110148101111149110000050110001051110010052110

18、0110531101000541101010551101100561101111571110001581110011591110101601110111611111001621111011631111101641111111由諸=0(1叩)一0(0叮)得,71?二6, 71?二 18, 71?二6, 71?二 14, 71-5=4, 71? = 22九-1 = 25 = 32所以：/?=旦=0. 188, 苴=叢0. 563, /? = -=0. 186,132232332/? = 0. 438, /? =、0. 125, I? = -=0. 0625 432532532由結果可知，X2, X

19、4在結構重要度中比較重要。其次依次是XI, X3, X5,X6.6、計算概率重要度解：&0) = 1 - (1 - X1X2X6) * (1 - X2X4) * (1-X3X4X5 )勿(t)= 孫s( X2X6* (1-X2X4) * (1-X3X4X5) =0OF】(t)勿。)=蕓:=(X4 + X1X6 - 2X1X2X6X4) * (1 - X3X4X5)=0. 483所=&)=X4X5*(1-X1X2X6)*(1-X4X2)二0. 499757*3 (t )4(t)=若% =(1T1X2X6)*(X3X5+X2+2X2X3X4X5)=0. 463，5(t) = dFs(tl = (1

20、-X1X2X6) *(1-X2X4) *X3X4=0. 268 6Fs (t)孫s( =X1X2*(1-X2X4) (1 -X3X4X5)=0. 0352 BF& (t)由結果知,X3的變化引起系統(tǒng)不可靠度變化的程度最大。然后依次是X2,X4, X6, X5.7、計算關鍵重要度解：Fs (t)=l -(1- X1X2X6) * (1 一 X2X4) * (1 一 X3X4X5) =0. 323Egi(t) =0492(1)=0. 218/g3 (t) =0. 70855*碩。)=0.926495 0)=0. 70858*496。)=0R clrIK rIK R RC2 C3R 4rIK rIK

21、 R R c 5 c 6其&凡一&竺&竺&耳一&允一&由結果知：X4單元故障概率變化率所引起系統(tǒng)故障概率變化率變化的程度最大，然后依次是X5, X3, X2.五、改進及優(yōu)化對策結論：表1個單元重要度單元代號結構重要度概率重要度關鍵重要度XI0. 18800X20. 5630. 4830.218X30. 1860. 49970.70855X40. 4380. 4630.926X50. 1250. 2680.70858X60.06250.03520由表1可知，從結構重要度來分析，單元重要度依次為2、4、1、3、 5、6,因此因該在2、4單元上加強可靠度，在注重平時成績的同時， 也要努力提高期末成績

22、。從概率重要度來分析，單元重要度排序為3、2、 4、5、6、1,這就對已設計的成績系統(tǒng)，降低每個單元故障概率對于降 低頂事件故障概率的貢獻大小提供了依據(jù)。從關鍵重要度來分析，單 元4重要度最大，然后依次為5、3、2,這就給對單元排次序，找出最 佳的故障診斷和維修順序提供了依據(jù)。首先應該多加努力，提高期末成 績，盡量使各個科目的成績80,達良故障的概率才會減小。改進的措施：首先應該多加努力，提高期末成績，盡量使各個科目 的成績80,達良故障的概率才會減小。對于幾個科目平時成績較低, 應該在課堂上積極發(fā)言，積極的配合老師，認真思考老師給的每一個話 題，多得一些平時成績?？傊喔冻雠Σ艜屵_良

23、故障的概率減 小。六、總結親自動手做了課程設計之后，感覺一切東西做的很麻煩，很焦急, 畫故障樹的很多細節(jié)都要很是注意，初次用電腦畫故障樹，改了好多次 才讓故障樹看起來比較美觀。還有在故障樹的分析中，公式的編輯也很 惱人，不耐煩的感覺好多次的爬上眉頭，不過還是要耐著性子繼續(xù)做下 去，因為只有堅持做了才能體會到這個過程的艱辛，只有堅韌的毅力才 能支持著自己做完課程設計。因為這不像在紙上寫，對一些細節(jié)的原先 在紙上打草稿的時候很多都沒有想到，所以在很多操作上浪費了很多時 間，這也是由于對電腦做圖和編輯公式的不熟悉導致的，在這方面以后 一定要多加練習彌補這方面的不足。這次課程設計讓我對故障樹的構建與分

24、析有了有深刻的了解，對一 些細節(jié)知識更好的領會。通過理論成績達良故障的分析，深刻的認識到 自己成績的缺點，應該多努力學習知識，收收玩的心，努力更加優(yōu)秀。參考文獻1劉品，劉嵐嵐，可靠性工程基礎第三版。中國計量出版社，2010, 2附件:平時 期末 總評 補考 最高90510338毛澤東思想和中國特色社會 主義理論體系概論6069676790510338計算機應用基礎6564646490510338企業(yè)資源計劃（ERP）7096919190510338系統(tǒng)建模與仿真7071717190510338全面質(zhì)量管理7568696990510338質(zhì)量統(tǒng)計分析7563656590510338概率論與數(shù)理統(tǒng)計7962656590510338大學英語讀寫譯（四）8056616190510338大學英語視聽說（四）8055606090510338機械制造概論8084838390510338馬克思主義基本原理概論8061656590510338ERP沙盤模擬8181818190510338大學英語視聽說（一）8285848490510338紅樓夢人物研究858585