故障树分析法范文

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1、故障树分析（FTA）是由上往下的演绎式失效分析法，利用布林逻辑组合低阶事件，分析系统中不希望出现的状态。故障树分析主要用在安全工程以及可靠度工程的领域，用来了解系统失效的原因，并且找到最好的方式降低风险，或是确认某一安全事故或是特定系统失效的发生率。故障树分析也用在航空航天、核动力、化工制程、制药、石化业及其他高风险产业，也会用在其他领域的风险识别，例如社会服务系统的失效。故障树分析也用在软件工程，在侦错时使用，和消除错误原因的技术很有关系。

2、在航空航天领域中，更广泛的词语“系统失效状态”用在描述从底层不希望出现的状态到最顶层失效事件之间的故障树。这些状态会依其结果的严重性来分类。结果最严重的状态需要最广泛的故障树分析来处理。这类的“系统失效状态”及其分类以往会由机能性的危害分析来处理。

（来源：文章屋网 ）

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对民用飞机而言，氧气系统一旦发生故障就有可能导致航班延误影响正点率，更严重的可能会危及飞行安全以及机组人员与乘客生命安全。因此，对飞机氧气系统的常见故障进行分析，提高飞机氧气系统的可靠性、安全性和有效性就具有非常重要的现实意义。

一、A320氧气系统

飞机的氧气系统作为飞机主要系统之一，它的任务就是在飞机座舱增压失效时为机组，乘务员和乘客提供生命活动所必需的氧气，保障生命安全。飞机氧气系统可分为机组氧气系统，旅客氧气系统和便携式氧气系统。如果驾驶舱压力突然减少或者有烟雾以及危险气体时，机长，副驾驶和观察员可以在任意时刻根据自身的需要选择是否使用氧气面罩；而只有在座舱失压时，乘务人员和旅客才能允许使用氧气面罩。便携是氧气系统主要用于急救和一些特殊需求的人员。下图为A320机组氧气系统原理图。

二、故障树分析法

故障树分析法（Fault Tree Analysis）简称FTA，是目前我们在研究系统可靠性中一种比较常用的方法。1961年由美国贝尔电话研究室的华特先生提出，其后在航空领域，原子反应堆等复杂动态系统中得到了充分利用。FTA是一种从系统到部件，再到零件的分析方法。它将系统失效和各种硬件软件因素用恰当的逻辑符号连接起来，构成一幅倒立树状图形，来分析系统失效发生的概率。FTA不仅可以对系统失效做出定性分析同时也可以做定量的分析，定性分析即找出各种底事件对系统失效的传播途径，而定量分析则是根据底事件对整个系统影响的轻重程度来计算系统失效的概率。

首先要确定顶事件，即导致系统失效的故障状态。确立好顶事件后，对其进行分析从而找出引起它发生的直接原因，并将所有找出的直接原因与顶事件用恰当的逻辑符号联系起来。然后分析每一个造成系统失效的直接原因，若还能进行进一步分解，则将其作为下一级的输入事件，如果对顶事件那样进行分析处理寻找其间接原因。循环往复逐级向下分解直到所有输入事件不能再分解为止，就构成了一幅完整的故障树图。

三、A320飞机氧气系统典型故障的分析

本文以A320的氧气系统为例，来进一步说明故障树分析法在飞机氧气系统失效时排除故障的具体方法。通过对A320氧气系统的工作原理和故障原因进行综合分析后，总结出氧气系统故障可以分为下列几种情况：首先，故障可分为机组氧气系统故障和旅客氧气系统故障；其次，机组氧气系统故障又可分为机组氧气系统丧失供氧能力和氧气管道压力低且警告系统失效两种情况：而旅客氧气系统故障可分为座舱失压氧气系统无法供氧和单个旅客服务组件（PSU）故障。机组氧气系统丧失供氧能力故障树见图1。

如图1所示，该故障树清晰明了的表达在机组氧气系统丧失供氧能力和两个中部时间以及四个底事件之间的逻辑关系。此时，对飞机而言，会导致其失去控制而损毁；对于机组而言，飞行员可能由于高空缺氧造成晕厥，甚至窒息死亡；而对于乘客来说，绝大多数无法幸免。从上图可以看出，造成该故障的主要原因为氧气渗漏及氧气瓶组件故障，对于驾驶舱氧气面罩无法使用的问题，其发生的概率是比较小的，所以应根据AMM35-12-41PB401中的规定排除故障。

图2显示为飞机氧气管道压力低且警告功能失效，这种情况与机务在航前检查时没有仔细检查氧气管路是否渗漏有关，会降低紧急情况下机组的工作能力，直接影响了安全飞行裕度。对于渗漏和氧气瓶组件故障，可以按照图1方法进行排故；对于低压开关故障，应按IPC35-32-09-10检查开关，重新安装后，测试是否正常。

故障树图3显示，单个PSU故障是由氧气面罩不能收放，氧气化学发生器故障和输送电缆及连接器故障造成的。氧气化学发生器故障通常是旅客在使用完氧气面罩后，机务人员应及时参考IPC35-32-09-33更换新氧气瓶及面罩，依据AMM35-32-42-210-001/002对氧气瓶以及压力检查，对其充氧使其压力达到规定水平；对于面罩不能收放，应依据AMM35-21-00重新整理和收纳氧气面罩，并检查其容器。对于A320来说，全机共有54套PSU，其中26套有3个氧气面罩，28套有4个氧气面罩，总共有190个氧气面罩可供使用，而A320客舱座位数为150个，根据CCAR25（运输类飞机适航标准）规定的客舱氧气面罩的总数必须比座位数多10%以上。也就是说在A320客舱中，比规定值10%还要富裕17%，即不会造成灾难性或危险事件的发生。

四、结束语

通过对飞机氧气的典型失效形式用故障树的方法进行分析，显而易见，故障树分析法与传统的排故方法相比，具有其独特的优势。传统的维修方法是在其发生故障后，一一检查所有可能失效的部件，而故障树分析法则是根据故障形式及故障原因直接找出最根本的失效事件，节约了维修的时间和成本，提高了排除故障的速度和精度。综合故障树分析在飞机氧气系统中实践的成功性，建议可以将这种分析方法用在更多的复杂动态系统中。

参考文献：

[1] AMM操作手册[M]. ATA-35.2004.

[2] 陈，王晓春. A320 飞机机组氧气系统[J].科技资讯，2012（27）：44-45.

[3] 李洪宁.基于CBR与FTA的飞机故障诊断专家系统的研究与设计[D].山东：青岛科技大学，2012.

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1 概述

1.1 故障树分析法

故障树分析是系统可靠性和安全性分析的工具之一，于1961年由美国贝尔实验室开发。它用事件符号、逻辑门符号和转移符号描述系统中各种事件之间的因果关系。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，找出直接导致这一故障发生的全部因素，再找出导致下一级事件发生的全部直接因素，直至不需再查的因素为止。故障树分析法以故障树为根据，分析系统发生故障的各种原因和途径，在系统使用维修阶段，可帮助故障诊断、改进使用维修方案。

1.2 节段梁架桥机

某公司用于某跨海大桥的TP50/2300型节段梁架桥机，设计吊重荷载2300吨，为该项目施工的关键设备。该架桥机由主体结构（主梁、前支腿、后支腿、前后中支腿）、起升系统（起重天车、卷扬机具）、液压系统和电控系统等组成。该架桥机有前后两个中支腿。中支腿是整个架桥机的关键部件之一，其主要起着支撑和顶升整个架桥机、驱动架桥机前移过孔等作用。它由滑动支承、回转铰座、纵移机构、主桁架支撑、旋转台、横移机构、支撑梁和顶升装置等组成。中支腿纵移机构位于主桁轨道正中的带孔槽钢滑道平面内，其工作原理是通过液压站控制液压纵移油缸伸缩，利用纵移车上的两个Φ60销子在主桁槽钢滑道上来回插拔来实现整个架桥机的前进。其液压系统工作原理见图1。图中：1-油路开关，2-油泵，3-滤油器，4-溢流阀，5-单向阀，6-换向阀，7-单向阀，8-分流集流阀，9-快速接头，10-液压油缸，11-带排气测压接头。在施工过程中发现架桥机两边主梁走行不同步，由于架桥机过孔时两边主梁走行不同步会造成整机失稳，具有极大的危害性，因此必须及时解决该故障。

2 故障树的建立

建造故障树的目的是通过建树过程更好地对系统进行了解，从中找出容易发生故障的环节，以便更好地进行维修，并为故障树定性分析提供前提。

2.1 建树的方法和步骤

在建树之前，应收集并分析相关技术资料。建树的方法有很多，对文章中的故障可以采用演绎法进行人工建树。演绎法建树应从顶事件开始由上而下，循序渐进逐级进行，步骤如下：（1）分析顶事件，寻找引起顶事件发生的直接的必要和充分的原因。将顶事件作为输出事件，将所有直接原因作为输入事件，并根据这些事件实际的逻辑关系用适当的逻辑门相联系。（2）分析每一个与顶事件直接相联系的输入事件。如果该事件还能进一步分解，则将其作为下一级的输出事件，如同（1）中对顶事件那样进行处理。（2）重复上述步骤，逐级向下分解，直到所有的输入事件不能再分解或不必要再分解为止。这些输入事件即为故障树的底事件。

2.2 构建故障树

文章针对“两主梁纵移走行不同步”这一故障采用故障树分析法进行系统分析，建造故障树，以快速发现故障原因，及时解决该故障。首先做如下假设：（1）各底事件之间相互独立；（2）事件均为二值性且不存在外界干扰因素；（3）各管路和连接接头完好。在故障树中，顶事件、中间事件、底事件分别用T、M、X符号表示，树中各符号的意义分别为：（1）顶事件T：两主梁纵移走行不同步。（2）中间事件M：M1为主梁摩擦力相差过大，M2为主梁荷载不同，M3为同步阀故障，M4为纵移油缸故障，M5为同步阀失灵，M6为纵移油缸外泄，M7为纵移油缸内泄。（3）底事件X：X1为主梁摩擦系数相差过大，X2为主梁荷载相差过大，X3为同步阀误差大，X4为固定节流孔堵塞，X5为主阀芯移动受阻，X6为系统压力不足，X7为减压阀弹簧失灵，X8为密封圈破损，X9为液压缸体变形，X10为液压缸体有划痕，X11为柱塞与缸体配合磨损严重。通过分析，建立该故障的故障树见图2。

3 故障树的分析

3.1 定性分析

故障树定性分析的主要目的是：寻找导致与系统有关的不希望事件发生的原因和原因的组合，即寻找导致顶事件发生的所有故障模式，辨明潜在的故障。一个系统的最小割集代表一种故障模式，故障树定性分析的任务就是要寻找故障树的全部最小割集。计算最小割集的常用方法有上行法和下行法两种。针对本故障，文章采用“下行法”求最小割集。由于本故障树均由或门构成，因此它的最小割集为{X1}、{X2}、{X3}、{X4}、{X5}、{X6}、{X7}、{X8}、{X9}、{X10}、{X11}，即这些事件中只要有1个发生就会导致顶事件的发生，在诊断过程中需要根据实际工况逐个进行分析判断。

3.2 故障排查及诊断分析

由故障树可以清楚地看出造成该故障的所有因素，可以用排除法对最小割集进行排查。步骤1：对于造成M1主梁摩擦力相差过大的所有底事件X1、X2，通过观察可以发现两主梁下部与滑板接触面均平滑且良好，两边主梁荷载基本相同，故可排除{X1、X2}。步骤2：对于M6纵移油缸外泄，通过外观检查发现液压缸无漏油现象，可排除{X8、X9}。对于M7纵移油缸内泄，将两纵移油缸不通过同步阀而通过两单动阀进行联动试验，发现两油缸离一个行程还有300mm左右时，两油缸均较架桥机滞后15mm，说明两油缸同步，无内泄现象，可排除{X10、X11}。步骤3：针对M3同步阀故障，将纵移油缸通过同步阀进行过孔联动，通过测量发现，施工方向左侧油缸在伸出500mm时，较右侧油缸滞后20mm；将左右侧纵移油缸的油管对换，并通过同步阀进行过孔联动，通过测量发现，施工方向右侧油缸在伸出500mm时，较左侧油缸滞后16mm。因此，可初步判定是同步阀故障。为避免发生误判，采用“比较法”，即把同步阀卸下，换上同型号的合格的同步阀，重复上述检查过程，发现两纵移油缸伸出速度相同，两主梁纵移走行同步，从而可确定故障的真实原因在同步阀。故障原因缩小在{X3、X4、X5、X6、X7}中。步骤4：对卸下的同步阀进行解体检查，发现主阀芯被污物卡死，无法移动，使两出口流量不同，从而导致进入两纵移油缸的液压油量不同，致使两主梁走行不同步。对主阀芯进行清洗、装配好后重新安装在油路中，运行发现两主梁纵移走行同步良好，从而确定故障原因为X5。

4 结束语

文章介绍了故障树分析法，并通过发生的故障实例介绍了故障树的分析程序。通过对故障树进行定性分析，快速有效地找出故障发生的原因，减少了不必要的工作，节省了诊断时间，取得了较好的效果。

参考文献

[1]苏凡囤.基于FTA的轮式推土机液压系统故障模式研究[J].中国工程机械学报，2012（3）：21-26.

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中图分类号：TP277 文献标识码：A

1故障树分析法的特点

故障树分析法简称FTA（Failures Tree Analysis）模型是一个根据被诊断对象结构、功能特征的建立的模型，是一种定性的因果模型，顶事件作为系统最不希望发生的事件，中间事件和底事件是可能导致顶事件发生的其它事件，用逻辑门表示事件与事件之间联系，故障树是一种倒树状的结构。反映了特征向量与故障向量（故障原因）之间的全部逻辑关系。

故障树分析法的特点是：

（1）通过定性分析，可帮助弄清系统的故障模式，找出系统的薄弱环节。通过对各种基本事件进行安全控制的优先级别顺序，采取措施以确定各基本事件对故障影响的程度，为制定科学合理的故障树提供了基本依据。

（2）故障树的因果关系直观、清晰。对导致出现故障的各种原因及逻辑关系可以做出全面、形象、简洁的判断，使有关人员了解故障点的出现原因和处理措施。

（3）通过定量分析，再依据各基本事件可能出现的概率，计算出故障发生的概率，为实现系统的最优安全控制目标提供一个具体量的概念，这也有助于其它各项指标的量化处理。

2故障树的生成方法及步骤

近年来相继出现了一些较好的算法和程序，但计算机建树系统仍不完善，对于近年出现的计算机算法所适用范围各有差异，至今未出现比较规范和系统化的算法。本文采用传统的故障树分析法，由于有前期大量工作的基础，对系统设备故障的统计分析，继而采用传统故障树分析方法。

以系统化和规范化的算法作为故障树分析法的出发点，通过提出的在建立在描述元件（部件）故障模型的基础上，基于系统分析利用邻接矩阵确定系统故障树顶部结构。通过子要素级别分析，强连接关系识别和基本子要素的确定，最终自动生成故障树的方法。应用该方法大大增强了故障树的可读性，简化了系统故障树生成的复杂性，为故障树生成节省大量重复劳动，使生成的故障树具有更强的理论依据和可行性。

根据以上特点，故障树分析法可适用于对复杂的动态系统进行可维修性及可靠性分析。图1为一个简单的故障树原理图。图中顶事件：系统故障，由部件A或部件B引发，而部件A的故障又是由两个元件1、2中的一个失效引起，部件B的故障是在两个元件3、4同时失效时发生。

故障树分析诊断法步骤如下：

（1）调查故障的概率。收集故障发生的概率，进行概率统计；

（2）选择合理的顶事件。一般以待诊断故障为顶事件对象；

（3）建造正确合理的故障树。这是诊断的核心与关键；

（4）故障搜寻与诊断。根据建立的故障树，对故障进行搜寻和诊断，搜寻方法有逻辑推理诊断法、最小割集诊断法等。

在建树之前，应该对所分析的系统深入细致地进行了解。因此，需要广泛收集有关系统的设计、设备技术规范、流程图、运行等技术文件和资料，并进行仔细的分析研究具体方法为：

（1）选择和确定顶事件：最不希望发生的系统故障我们确定为顶事件。一般这个事件具有明显地影响系统的正常运行、产生不稳定因素、使技术性能下降等特征。但顶事件必须有明确的定义，而且一定是可以分解的。有时最不希望发生的故障状态不止一个，因而一个系统需要建几棵树，所以一般顶事件并不是唯一的。

（2）自上而下的建造故障树：在确定顶事件之后，将它作为第一行，找出导致顶事件的所有可能的直接原因，作为第一级中间事件，把它们用相应的事件符号表示出来，并用适合于它们之间逻辑关系的逻辑门符号与顶事件相连接，然后逐级向下发展，直到找出引起系统失效的全部原因，作为底事件。这样，就得到了一棵倒置的故障树。

建立故障树应从以下几方面入手：

（1）收集和调查系统事故资料。收集、调查系统的已有故障资料和类似系统的故障资料。

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中图分类号：U292 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）11（b）-0078-02

1 故障树分析方法概述

1.1 故障树分析法简介

故障树定性分析就是将致命性故障或灾难性危险等产生的原因由树干到树枝逐级细化，进而分析致命性故障或灾难性危险与其产生原因之间的因果关系，进而找出所有可能的风险因素。故障树定量分析是由下至上依据底层事件发生的概率以及逻辑门关系，算出系统总事故的概率，并且还能将底层事件风险依据概率大小排序，并针对性确定风险控制措施和方案。其一般流程为：选择顶事件+构造故障树+定性识别出导致顶事件发生的所有底层事件+定量分析计算顶事件发生概率及底事件的重要度+提出各种风险控制措施和方案。

在轨道车辆工程中，可运用故障树分析车辆已暴露的故障，进而获得影响车辆正常工作的关键要素，并进行针对性质量控制，也可以在车辆研制的初始阶段对其进行建树分析，进而确定设计中的薄弱环节，提出改进措施。

1.2 故障树的建立

在故障树分析中，位于故障树顶端的是故障树分析的目标和关心的结果事件，定义为“顶事件”，将所分析系统的各种故障和失效、不正常情况等定义为“故障事件”，用“成功事件”定义所分析系统各种正常状态和完好情况。将位于顶事件与底事件之间的中问结果事件定义为中间事件。常用的符号包括事件符号、逻辑门符号和转移符号等。

在建立故障树前，首先要对系统进行全面深入的了解。系统的设计、制造、安装调整、使用运行、维修保养等方面的技术文件和数据资料等都要被分析和研究。除了要考虑系统本身的因素外，还要考虑人为因素及环境因素的影响。对系统及单元的功能和失效以及人为因素及环境因素，应给予明确的定义。在故障树分析中，将由单元本身引起的事件称为“一次事件”，将由人的因素或环境条件引起的事件称为“二次事件”。建立故障树的具体步骤如下。

1.2.1 确定顶事件

通常将所分析系统最不希望发生的致命性故障或灾难性危险作为该系统故障树分析的顶事件。因此，对一个系统而言，顶事件并不唯一，可以有多个。任何需要分析的系统故障或灾难性危险，只要是可以分解且有明确定义，则都可以作为该系统故障树的顶事件。

1.2.2 确定其他层级事件

确定了系统的顶事件之后，把顶事件作为起始端向下建立故障树。先是找出导致顶事件发生的所有可能直接原因，将其作为第一级中间事件。用相应的事件符号表示第一级中间事件，再选取恰当的能表达中间事件与上一级事件逻辑关系的逻辑门符号连接中间事件与上一级事件。依此逐级向下建立故障树，直到找出所有能够引起系统故障的无法再向下追究的原因为止，将最末层事件作为底事件，至此，建树完成。

1.2.3 需注意的问题

建立故障树的过程中需要注意以下几个方面的问题。

一是通常采用以系统的功能为主线来确立故障树各层级事件进而建立完整故障树，建树过程始终按照演绎的逻辑进行。同时要注意到复杂系统通常有多个流程分支，主流程不唯一，因此在建树时要依据具体系统情况而定。

二是在建立故障树前要合理地选取和设定所分析系统及单元（部件）的边界条件。所谓边界条件是指系统和单元（部件）的若干变动参数，参数设定合理，将有助于在建故障树过程中抓住主线和明确范围。

三是故障树各层级事件的定义要精确唯一，不易造成歧义。

四是故障树各层级事件间有清楚、严谨的逻辑关系。

五是应注意逻辑多余事件的删减，尽量简化故障树，且故障树应便于定性和定量分析。

2 故障树定性分析实例

故障树定性分析某型轨道客车系统的目的是要找出该型轨道客车故障的全部可能原因，并定性地识别该型轨道客车系统设计、制造、安装调整、使用运行、维修保养等方面的薄弱环节。

在用故障树定性分析某型轨道客车系统时，最为关心的是最小割集，即导致顶事件发生的必要而充分的底事件的集合。仅当最小割集包含的底事件都同时存在时则顶事件发生，或者是只要最下割集中有任何一个事件不发生，则顶事件不发生――最小割集的性质。如果系统出现了故障事件，则必然至少有一个最小割集发生。系统的一种故障模式可以用一个最小割集表示，系统的故障谱即可以表示为全体最小割集。因此，防止所有最小割集发生是保证顶事件不发生的可靠措施。在轨道客车的设计中要采取必要的措施降低最小割集发生的概率，在轨道客车的运转中要努力确保不使最小割集发生。

3 故障树定量分析实例

故障树定量分析某型轨道客车系统的任务是，在已知底事件发生概率的条件下，利用故障树作为计算模型，求解出顶事件即某型轨道客车系统故障或失效发生的概率，从而可以评估出该轨道客车系统的可靠性、安全性及风险性。

假定故障树的顶事件及相互独立的全部底事件均只有“不发生”和“发生”，亦即“正常”和“故障”两种状态，则根据底事件发生的概率，由下往上按故障树的逻辑结构逐级运算即可求得顶事件发生的概率。

其中底事件发生概率的定量分析来源于单元或部件失效数据的收集和统计分析。失效数据是故障树定量分析的基础，直接影响系统可靠性、安全性及风险性分析的精确性和适用性。由于来源于寿命试验产生的失效数据受到财力、物力和人力等方面因素的限制，数据来源很少。而来源于生产现场的寿命试验，虽然条件现成、真实，失效数据来源多，但受限于不够重视现场失效数据的搜集，或者失效数据丢失，或者失效数据记录不完整或不正确。目前，失效数据不足已经成为影响可靠性定量分析和风险评估的一个难点问题，因此要建立失效数据库是一个长期且重要的任务，要十分重视对轨道客车系统单元或部件失效数据的收集和统计。

4 故障树分析法的注意事项

故障树分析是由一个或多个不希望发生的顶事件开始，向下逐级分析导致顶事件发生的直接原因和潜在原因的方法。在运用故障树分析轨道客车系统时，需要根据故障树分析的特点，注意以下几个方面的问题：一是无论是进行定性还是定量故障树分析，在建立故障树时，都应尽量确保故障树完整、准确，以使故障树不会影响分析结果的准确性。因此在该型轨道客车事故树分析的过程中，采用了由熟悉该型轨道车辆系统的多个工程师共同参与建树的方法，实践证明这种由多个工程师共同参与建树的方法相比于由一个人建立起来的故障树更为有效、完整和准确。二是常用故障树的定性分析法进行系统故障诊断，因此在故障树分析过程中可先求出最小割集，并按照从小到大的顺序将割集排序，进而依据最小割集的阶数进行故障诊断。三是故障树的定量分析法常用于对系统进行安全性分析。通过自上而下的指标分配，可确定对于各底事件的安全性要求指标。通过自下而上的计算，可用于对顶事件的安全性要求进行验证。因此各底事件概率的准确性将影响故障树定量分析的准确性。

参考文献

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1.引言

电力变压器是用来改变电压和电流、传输电能的一种静止电器，是电力系统中最重要的电气主设备，是电网安全运行的基础。随着现代社会工业化程度不断提高，对能源的巨大需求促进电力工业飞速发展，电力设备朝着大容量、超高压的方向发展。电力网络也是日趋发展为庞大的区域性甚至地区性大电网。

同时随着电力设备容量的增大和电网规模的扩大，电力设备的故障给人们的生产和生活所带来的影响也越来越大，因而对变压器发生故障原因进行研究，能找出变压器的故障特性，给变压器的检修工作提供一定的数据支持和事实依据，同时也能在一定程度上有效降低检修维护工作的复杂程度。

本文提出了一种基于FTA法的变压器的运行状态评估分析方法。该方法应用最小割集建立故障树，给出了变压器运行状态可靠性评估的计算公式。

2.基本原理

2.1 故障树分析法的定义

故障树分析法，简称(FTA Fault Tree Analysis)，是一种评价复杂系统可靠性与安全性的分析方法。故障树分析把系统不希望发生的失效状态作为失效分析的目标，这一目标在故障树分析中定义为“顶事件”。在分析中要求寻找出导致这一失效发生的所有可能的直接原因和间接原因，这些原因在故障树分析中称之为“中间事件”。然后再跟踪找出导致每一个中间事件发生的所有可能的原因，顺序渐进，直至追踪到对被分析对象来说是一种基本原因为止。这种基本原因，故障树分析中定义为“底事件”[2]。

2.2 故障树最小割集的评估方法

本文采用最小割集分析法[1]对变压器的运行状态进行定量分析评估。FTA法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，即求出故障树的所有最小割集。一棵故障树往往有几个最小割集，或至少有一个最小割集(对应一种基本故障事件的组合)的事件发生，则顶事件必然发生。通过分析最小割集可以告诉运行人员，哪些元件是系统可靠性最薄弱的环节。

2.3 最小割集分析法概率的求解

设系统的最小割集有n个，分别为：{}，{}…{}…{}，割集{}发生的状态概率为{}，则系统失效的概率可以按下式求得[2]：

={∪∪…∪} (1)

一般Cj(j=1，2，3，…，l)是相互包含的，则系统状态概率可以按照下式求得：

={∪∪…∪}-+…{∩…∩}(2)

并有如下的关系：

{-}≤≤ (3)

我们称为系统的状态概率的上界，而-为系统状态概率的下界。

以上的精确计算，显然是非常费时和烦琐的，以至对于复杂网络的计算将变的非常困难。为了克服这一困难，在工程设计中通常采用状态概率的上界算法来求解[3]，这样会大大提高计算速度。对于高可靠度的系统，带来的误差在允许范围之内可忽略不计。这样既保证了工程要求，又节省了大量计算时间，这种方法就是最小割集状态概率的上界算法[3]。在对配电变压器运行状态的评估计算中，本文采用上界算法计算配电变压器运行的状态概率。系统的故障概率Ps可以简化成各个最小割集故障概率的总和，即：

= (4)

3.变压器故障树的建立

在对变压器运行状态进行评估时，首先根据现场记录收集整理被评估变压器的基本事件信息，统计各基本事件运行状态的基本数据；接着设顶事件为变压器运行状态，二级事件为能导致变压器故障的主要部件故障，也称为故障树的中间事件。中间事件是导致变压器故障的直接因素和原因，这里的中间事件为：绕组故障、铁芯故障、分接头故障、套管故障、油道故障和引线故障；然后再逐步深入分析，找出故障的基本原因，即故障树的底事件，底事件又称为基本事件，这些基本事件的数据是已知的，通过现场采集到的变压器部件故障数据，可以确定基本事件由以下状态组成[5]：

1）绕组故障（X）：X1为变压器电流激增；X2为大气（雷击）过电压；X3为操作过电压；X4为制造工艺不良；X5为绝缘受潮。

2）铁芯故障（Y）：Y1为铁芯多点接地；Y2为铁芯局部过热；Y3为对地电阻降低。

3）分接头故障（Z）：Z1为分接开关受潮；Z2为高温过热；Z3为接触点压力不够；Z4为接触点污秽。

4）套管故障（A）：A1为套管的机械损伤；A2为套管密封不良；A3为套管过热导致的热应力损伤。

5）其他故障包括油道故障(B)和引线故障(C)。

由此建立的配电变压器故障树如图1所示：

图1 配电变压器故障树图

4.变压器运行状态评估

根据以上提出的基本原理，变压器的FTA法计算过程如下：

(1)各二级事件运行状态概率的计算公式为：

P(N)=，(N=X，Y，Z，A，B，C) (5)

在以上的公式中P(N)为各二级事件的故障状态概率；为各个基本事件整体设备元件的总数；为各基本事件设备元件处于不良状态个数；为各基本事件的权系数；n为基本事件的个数。

(2)变压器的运行状态的概率计算公式为：

=P(X)·+P(Y)·+P(Z)·+P(A)·+P(B)·+P(C)· (6)

在以上的公式中：P(X)，P(Y)，P(Z)，P(A)，P(B)，P(C)分别为绕组、铁芯、分接头、套管、油道和引线的故障状态概率，为各二级事件的权系数。

(3)故障概率和可靠度的关系：

5.实例分析

本文通过对某变电工区配电网同电压等级配电变压器的故障数据进行的收集整理和统计计算，得到的基本事件原始数据如表1所示，由此可计算得出配电变压器各基本事件故障概率如表2所示：

根据公式（6），得出该城区电网变压器的故障状态概率：

=P(X)·+P(Y)·+P(Z)·+P(A)·+P(B)·+P(C)·

=0.0950425%+0.053765%+0.025912%+0.0259130%+0.1193810%+0.075178%+0.0623320%

=0.0652

由以上的计算可知，通过公式（7）可得出该城区变压器无故障运行的概率为：

==1-0.0652=0.9348

根据变压器各部件的故障概率可知，该城区变压器套管的故障概率较高，因而可以确定变压器绕组是该运行工区变压器检修的薄弱环节，需要加强检修和维护。

6.结论

(1)本文根据故障树分析法的原理，结合最小割集算法，对传统的故障树分析法计算方法进行改进，提出了加权分析的FTA算法，使该算法在工程中的应用中更贴近实际。

(2)结合具体算例对变压器故障状态进行定量分析计算，找出了某地区变压器检修工作的薄弱环节，给出了相应的维修建议。

参考文献

[1]王巍,崔海英,黄文虎.基于故障树最小割集的诊断方法研究[J].数据采集处理,1999,14(1),26-29.

[2]魏选平,卞树檀.故障树分析法及其应用[A].计算机科学与技术,2004.

[3]陈文高.配电系统可靠性实用基础[M].北京:中国电力出版社,1998.

[4]张余庆,吴桂涛,崔文彬,玑大志.基于FTA方法降低涡轮增压器失效风险的研究[OL]中国科技论文在线.

[5]邹杰慧,彦运昌.电力变压器故障诊断模糊专家系统的研究开发,1994.

篇7

关键词：供应链 故障树 最小割集

随着商业竞争的日益加剧，人们对供应链可靠性也越来越高度关注，供应链管理在企业活动中的地位日益突出，已经成为竞争优势的重要组成部分，供应链系统是一种较为复杂的系统，它的正常运行会受到许多不确定因素影响，既受到外在环境的影响又受到内在条件的制约。供应链作为一个连续的动态系统，各环节环环相扣、彼此依赖、相互影响；任何一个环节出现问题，都可能波及其他环节，影响到整个系统的可靠运行。所以分析和提高企业供应链的可靠性也变得日益迫切。本文运用故障树来对企业工业链进行研究，从中发现供应链系统中的薄弱环节，从而引起对这些薄弱环节的重视，降低供应链发生失效的概率。

故障树分析法及相关定义

故障树分析法（FTA）是将系统故障的各种原因（包括硬件、软件、环境、人为因素），由总体到部分，按树状层次结构，自上而下，逐层细化，画出故障原因的各种可能组合方式和（或）其发生概率的一种分析技术的分析方法。王少萍（2000）以及陈国华、张根宝、任显林、赵喜（2009）指出在故障树分析法中，把最不希望发生的故障状态称为顶事件，追查导致这一状态发生的直接原因称为中间事件，位于故障树底部的事件称为底事件，所讨论的是故障树中某个逻辑门的输入事件，在故障树中不进一步往下发展。顶事件、中间事件和底事件分析出来后再用逻辑门把这些事件进行连接，“逻辑或”表示的是：下端的输入事件至少有一个发生，上端输出事件就发生。“逻辑与”表示的是：下端的输入事件同时发生，其上端输出事件才发生。

供应链系统的故障树模型建立

（一）基本假定

对于供应链的结构模型不同研究有着不同的解释，有研究认为它是线状结构，有的则认为它是链状结构，还有研究认为它是网状结构。本文认为，供应链是由供应商、制造商和销售商构成的三级结构模型。在这里供应商也有自身的供应商（它有m个供应商组成），销售商同样也有自身的销售商组成（它有n个销售商），如图1所示。整个供应链出现故障，肯定是由于供应商出现失效，制造商失效或者销售商失效。本文只研究一种拉动生产即供应商只在制造商下订单的时候才准备备货（也就是制造商是没有库存的），销售商在制造商有货的时候进行销售，所以只要其中任意发生失效，整个供应链产生失效。笔者将供应商失效的直接原因归为7类：信息沟通不畅、设备不够完备、技术水平有限、资金周转不灵活、原材料质量和性能的问题、运输设备不完善和其他人为问题。制造商失效的原因有6类：设备不够完备、技术水平有限、资金周转不灵活、原材料质量和性能的问题、运输设备不完善和其他人为问题。销售商失效的直接原因有7类：信息沟通不畅、市场预测不准确、销售计划不合理、运输计划不合理、运输设备不完善、市场信息反应迟缓和其他人为过失。

（二）故障树的建立

整个供应链的失效可以作为一个顶事件，供应商、制造商、销售商作为中间事件，只要有一个失效，整个供应链失效，所以供应商失效、制造商失效、销售商失效与整个供应链失效是一个“逻辑或”的关系，供应商下面有m个供应商（i=1，2…m），只有它们全部失效，供应商才会失效，所以它们之间的关系是“逻辑与”的关系，销售商与下面的分销商（i=1，2，3…n）同样也是这种关系，导致那些分供应商与分销售商失效的直接原因可以作为底事件，与上一层是种“逻辑或”的关系，这样供应链的故障树就可以用图2表示。

（三）供应链故障树的诊断

1.对故障树进行定性分析。每个最小割集代表一种故障模式，只要把最小割集（c1，c2..省略）求出来，则顶事件T就可以由故障树的最小割集表示：

式中，D表示最小割集C中基本事件的下标集。通过下行法我们可以求出供应链故障树的最小割集，由于现在建的故障树有m个分供应商和n个分销商构成，从而形成7m+7n+6个最小割集。

2.供应链故障树的诊断。最小割集发生是导致系统故障的直接原因，把最小割集作为整体逐个进行诊断，最小割集的诊断顺序就是按着最小割集的诊断重要度来进行排序的，诊断重要度大的最小割集进行最优先的诊断，最小割集诊断重要度是指当系统发生故障时，最小割集发生的概率。最小割集诊断重要度公式为：

DIFMCSi=P(MCSi | S)（1）

根据条件概率可以计算公式（1）得到：

DIFMCSi=P(MCSi | S)=

= （2）

公式（1）中MCSi是指第i个最小割集，DIFMCSi是最小割集诊断重要度，P（MCSi | S）是指在供应链系统发生故障的情况下，第i个最小割集发生的概率。在公式（2）中如果最小割集发生故障，那么整个供应链系统肯定会发生故障，所以P（MCSi | S）=1，所以公式最小割集重要度的排序就完全依赖于最小割集发生故障概率的大小。当了解到最小割集的重要度之后，才可以知道哪个环节最能引起系统出现故障，从而加以诊断，再进行细分可以进一步确定最小割集组成单元的重要度，对优化整个故障树更有益，组成单元的诊断顺序是受其诊断重要度决定的，诊断重要度大的优先进行诊断，组成单元的诊断重要度公式：

（3）

其中，I（i）pk（t）是指第i个最小割集第k个组成单元的诊断重要度，任意一个第i个最小割集第k个组成单元故障概率是用Fk（t）表示，系统与各个组成单元部件的结构关系用其可靠性模型Fs（t）=g{Fk（t），k=1，2…7m+7n+6}表示，在（3）式中，Q（t）为除k组成单元外各个部件的故障概率。公式表示的意义是：由于第i个割集第k个组成单元变化使系统顶事件概率发生变化而变化，即第k个部件状态取1值时（部件k发生故障）和第k个部件状态取0值时顶事件的概率之差。

通过最小割集重要度和最小割集组成单元重要度的诊断，就可以完成对故障树的诊断。首先，列出供应链故障树的所有最小割集，根据其诊断重要度对最小割集从大到小排列。其次，选定诊断重要度大的最小割集假定供应链故障树的最小割集为C1，并对其重要度最大的组成单元假设为E1进行诊断。再次，把最小割集分成两部分，一部分为包含E1的，一部分是不包含E1的，如果E1诊断出现故障则选定包含E1的那部分最小割集，反之则选定不包含E1的那部分最小割集。最后再选定诊断重要度最大的最小割集E2来代替E1重复第二、三步直到整个故障树诊断完毕，使得供应链系统出现失效时，我们能够快速地对其进行维护，节约更多的人力、成本和时间。

实例分析

某一大型国营企业的供应链由两个零部件供应商、一个制造商和三个分销售商组成，经过此家企业多年的资料的分析，供应商（x1 x2）失效的原因分别是（x12 x14 x15）（x23 x25 x26），概率为（0.310、0.125、0.090）（0.150、0.233、0.070），制造商z失效的原因为（z1 z3 z4 z6），概率为（0.253、0.062、0.038、0.132）；分销商（Y1 Y2 Y3）失效的原因分别是（Y14 Y17）（Y23 Y25）（Y31 Y36），概率为（0.280、0.100）（0.170、0.340）（0.120、0.210）。由此可以得到这个供应链的最小割集和相关的重要度（见表1）。

总之，从表1可以看出Z1的最小割集发生的概率是最大的，它的组成单元重要度也是最大的，所以如果系统供应链发生故障我们应该从Z1开始进行检验，然后按照本文前面所提的诊断步骤进行诊断，从而可以有效地节省时间和成本。

参考文献：

1.王少萍.工程可靠性[M].北京航天航空大学出版社，2000

2.陈国华，张根宝，任显林，赵喜.基于故障树分析法的供应链可靠性诊断方法及仿真研究[J].计算机集成制造系统，2009，15（10）

3.周经伦，孙权.一种故障树分析的新算法[J].模糊系统与数学，1997，11（3）

4.张得海，刘德文.物流服务供应链的故障树分析及优化[J].企业管理，2009，290（14）

5.LI Hui,LI Xiangyang,SUN Jie. Supply chain partnerships diagnosis management [J].Computer Integrated Manufacturing Systems,2007,13 (10)

6.刘元洪，罗明，刘仲英.供应链的可靠性管理[J].现代管理科学，2005（5）

作者简介：

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中图分类号：TN83 中图分类号：A

1 概述

故障树分析法（FTA——Fault Tree Analysis）是目前国内外进行系统安全性分析和风险评价所普遍采用的方法之一，它用逻辑推理的方法，形象地进行危险的分析工作，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，目前已在多个领域得到了广泛应用。

2 创新点

（1）首次定量分析了飞机的安全风险，将FTA技术运用机飞行全阶段的事故分析，填补了安全性量化分析的空白。

（2）首次从可靠性、安全性的角度系统地分析了飞机余度设计的合理性，找出薄弱环节与重点产品，为确定生产与维护中的重点控制范围提供了更为科学的依据。

3 相关概念

FTA技术是通过对可能造成系统故障的各种因素（包括硬件、软件、环境、人为因素等）进行分析，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及其发生概率，以便采取相应的纠正措施提高系统可靠性的一种设计方法。它不仅能反映单元故障对系统的影响，还能反映几个单元故障组合对系统的影响，并把这种影响的中间过程用故障树清楚地表示出来。这些优点使FTA更适合于对复杂系统故障的全面综合分析。它的指导标准：GJB/Z 768A-98《故障树分析指南》。

故障树分析（FTA）的目的是：通过建造故障树透彻了解系统的故障逻辑关系，找出导致顶事件的所有基本故障原因事件或基本故障原因事件组合，并量化其故障概率，从而辨识出系统在安全性或可靠性设计上的薄弱环节，以便改善设计或完善维修方案，有效降低风险。

4 无人机的FTA工作

为了对无人机首飞的损失概率进行预计评估，将采用FTA技术进行分析。结合工程实际，把这项工作分解成了几个阶段。

（1）系统级FTA

结合工程经验，对飞机在整个典型任务剖面内，从滑跑起飞、爬升、巡航、下滑、着陆等每个阶段可能发生的致命故障作了详细全面的分析，共找出5个顶事件。

（2）设备级FTA

正确建立故障树是FTA工作的基础及关键，它直接影响到最终的分析结论。保证故障树的正确性，要求对各系统对本系统的工作原理、设计意图、工作方式进行清理。在此基础之上，各专业依据FTA工作指南和我们分析得出的各专业的顶事件进行了详细的FTA，并建立设备/组件级故障树分析如图1，通过分析找出4个最小割集如表1。

a.定性分析：按照上行法或下行法分析发现系统最小割集均为2阶割集，无单点故障，但从发生的故障率可以判断系统主要薄弱环节是1#继电器故障断开、2#继电器故障断开，均属于外协成品燃油测量控制盒EUC-15，在产品研制中，应将特别注意保证1#继电器与2#继电器的设计与生产质量；在使用中，应着重注意该薄弱环节的维护检查。

b.定量分析：先根据成品技术协议或统计数据等确定底事件的故障率λ，通过仔细认真的分析，合理确定故障模式频数比，后根据逻辑门的计算公式计算出上一级的事件的故障率λ或故障概率P，这样一级一级从下而上可以推算出顶事件的故障率或故障概率。逻辑门计算公式如下：

根据上述方法最后得出燃油系统不能按要求供油的故障概率。

（3）结论

根据各系统分析出的分系统的顶事件（即飞机顶层原因分析的底事件）的发生概率和故障树，再进行整机的致命故障概率计算，找出顶事件发生的各种原因和原因组合。各设备级的FTA工作结果是系统级FTA的输入，依据逻辑门的计算公式就能计算出各事故的发生概率，从而算出飞机首飞成功的概率为0.99。

5 难点和解决措施

本次工作的难点是准确合理的建树和找出各底事件的发生概率。为了解决这两个难点，采取了以下措施：

（1）熟悉各系统方案，工作原理和工作方式，及各系统之间的交联关系，清理各系统的余度配置情况以及单点故障环节。并与相关设计人员进行了多轮协调讨论，确定了系统级和设备级的故障树。

（2）充分挖掘数据资源，根据产品的协议指标或预计值并结合工程经验进行的初步估算，或根据相似产品的数据进行适当修正而得出的，或查找相关的手册数据。

6 总结

（1）飞机涉及的系统设备很多，工作原理、工作方式等都必须透彻了解，并要理清各系统的复杂交联关系，需要很全面很丰富的专业知识才能正确建立故障树。

（2）在技术审查各专业的FTA报告中要深入、准确，并尽量将资源共享，互相多沟通，尽量多了解一些，以便更快的把握产品的可靠性水平，提升飞机的竞争力。

（3）设计人员应该对可靠性的基础知识有较好的了解，各级审核人员应该认真把关，可靠性人员应该多学习了解各专业知识，以便更好的指导校正各专业开展可靠性工作。

（4）数据缺乏是整个行业普遍的现象，应尽快建立完善的数据信息系统，广泛收集飞机从试飞试验开始到使用报废发生的所有问题和故障，充分利用这些宝贵的资源。

篇9

目前，我国智能化、大型化基础设施建设进入了重要时期。而这些包含工程机械的大型化基础设施建设与人民的日常生活息息相关。其中，在大型化基础建设施工项目中，工程机械的工具与设备有着不可或缺的作用。而在《资本论》中，马克思曾提到：“一台机器的构造，不管怎样完美无缺，进入生产过程后，在实际使用上就会出现一些欠缺，必须用补充劳动来纠正。”可见，对工程机械进行维修与管理，是意义重大且极为必要的事情。但工程机械修与管理过程中，通常会出现诊断错误，从而浪费了大量的物力、人力和财力。尤其是大规模的工程项目施工中，关键设备及其关键部位的安全性能够直接影响工程施工质量和施工进度。同时，工程项目的施工现场一般没有复杂诊断设备，因而，可靠的诊断方法在分析工程机械故障问题时，显得极为重要。

1. 故障树分析法概念及特点

故障树分析法，即故障树分析技术是在1962年由美国贝尔电报公司开发研究的，其在系统故障分析、系统可靠性设计、安全工程等有广泛应用。故障树分析法，是将系统故障的形成原因从总体到部分，根据树枝状的逐级细化的一种分析方法。首先，故障树分析法将研究系统中最不期望发生的故障，作为故障分析目标，即“顶事件”，接下来逐级探查可直接导致故障发生的“中间事件”与“底事件”，最后，使用适当逻辑门将“顶事件”、“中间事件”与“底事件”联系在一起，形成故障树，并根据故障树图形化分析导致系统出现故障及证实体统故障的诸多因素之间逻辑关系。

故障树分析法的主要特点包括：①自大系统至小系统、自整机各个系统至零件，采取逐级细化方法进行分析；②可进行单因素故障分析，也可进行多因素故障分析，不仅可采取定性方法分析系统故障，同时也可采取定量分析法进行系统故障分析；③故障树系基于逻辑门所构建的逻辑图，可由计算机完成。同时，故障树分析法还具有知识库容易更新、诊断高效以及简单直观的特征。

2. 故障树分析法的流程、基本事件及符号

故障树分析法流程共计5步，主要是定义边界条件与初始条件、定一定时间、构建故障树、定性分析与输出诊断结果。同时，故障树分析法的基本事件与符号均有不同的代表意义，具体见表1.

3. 故障树分析法――定性分析

在故障树中所对应的底事件中，如果某几项底事件在同一时间发生，且必定引发故障树中对应的顶事件时，则可将这几项底事件所构建形成的集合称为“割集”。显而易见，每个割集可对应整个系统中故障的某种情况。如果割集中，某个割集去除其中任何一项底事件之后，这个割集就不再成为割集，那么可将这个割集定义为最小割集。由最小割集定义可知，整个系统中所包含的全部的最小割集，即代表系统出现故障的全部故障种类与故障模式。在故障树分析法当中，最小割集作用体现于为维修系统故障提供了必须维修的最基本的故障点。对工程机械故障诊断而言，故障树分析法中的定性分析目标，是探寻整个体统中全部的最小割集。此外，还有除割集与最小割集以外的定义，即路集与最小路集，如果某几项底事件集合均不发生，则顶事件同样不发生，那么这几项底事件所构成的集合为路集。相应的，去掉整个路集中任意一个底事件，此路集不再为路集，那么这个路集即为最小路集。路集与最小路集的定义，同割集与最小割集的定义相反。最小路集可代表整个系统确保顶事件正常运行时所有的可能途径。

4. 故障树分析法在工程机械维修与管理中的作用

故障树分析法于实际工程机械维修与管理应用中，具有以下四方面的作用和优越性：①故障树分析属于一种图形演绎的方法，故障树的图形可清晰表达整个体统内在的联系，同时揭示出体统和零件之间逻辑关系。故障树分析法，是故障事件在一定条件下的逻辑分析法，其可围绕特定故障状态进行层层深入的研究分析，以此寻找出整个体统所有的故障谱和薄弱环节。②在工程机械维修和管理中使用故障树分析法，可考虑所有的有可能导致系统失效的各类因素，如此不但能分析出某些机械零件故障对于整个体统的影响，还能考虑到环境因素、人为因素和软件因素等。 ③故障树图建成之后，对于不曾参与过系统设计的维修人员和管理人员而言，相当于一个形象管理与维修指南，因而，可以用故障树分析法来培训系统管理及维修人员，同时也可检查系统发生故障的原因。④故障树分析法对系统发生的故障作定量分析和定性分析。其不仅能分析因单个零件引发的系统故障，还能分析多个部位出现故障所引发的系统故障。

5. 结语

综上所述，故障树分析法具有以下优点：能将故障发生原因全面而直观的表现出来，有利于管理人员进行定量分析和定性分析；有利于管理人员探寻原本未发现的机械问题，从而找到系统潜在故障；通过故障树的建立，清晰的列出各种导致故障发生的可能，为施工现场维修人员进行准确而快速的检查、维修提供依据；可经过建立故障树而发现由环境因素或者人为因素形成的故障，方便在不同施工环境中设置并完善机械检查与维修制度。

参考文献

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中图分类号：TK4文献标识码： A

一、前言

随着科技水平的不断提高，人们对内燃机可靠性的要求也越来越高。因此，我们要加强模糊故障树分析法的学习与应用，不断进行模糊故障树分析法在内燃机可靠性中的应用的探讨，使内燃机系统更加适用、安全、可靠与经济。

二、故障树分析法的概述

在系统设计过程中通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）进行分析，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，已计算系统失效概率，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。故障树分析方法是一种安全可靠的分析技术，也是目前故障诊断中应用较多的方法之一，它建立在对系统的故障经验库基础上，采用逆向推理，将系统级的故障现象(顶事件)与最基本的故障原因(底事件)之间的内在关系表示成树形的网络图，各层事件之间通过“与”、“或”“非”、“异或”等逻辑关系相关联。它通常把系统的故障状态称为顶事件，然后找出系统故障和导致系统故障的诸原因之间的逻辑关系。并将这些逻辑关系用逻辑符号表示出来，由上而下逐层分解，直到不能分解为止，推导出各故障和各单元故障之间的逻辑关系，利用这种逻辑关系从观测到的顶层事件故障出发，逐渐向下演绎，最终找出对应的底层故障原因。故障经验库描述了系统的动态参量与各个故障之间的逻辑关系，并将这种逻辑关系储存于计算机中，通过对此关系树的启发式搜索查找到系统的故障原因。

任何复杂的工程车辆都是一个集机、电、液于一体的复杂系统，该系统包括:发动机子系统、液压子系统、电气子系统、冷却子系统、机械子系统、附属子系统等。由于系统复杂，因此对其故障的定位准确度要求很高。一个系统部件的不正常可能引起多个检测参数的异常响应，而一个系统参数的不正常或系统的失效可能由多个系统部件的损坏造成。故障树分析方法是一种安全可靠的分析技术。它通常把系统的故障状态称为顶事件，然后找出系统故障和导致系统故障的诸原因之间的逻辑关系，并将这些逻辑关系用逻辑符号表示出来，由上而下逐层分解，直到不能分解为止。由于工程车辆系统的故障是建立在实验和人的经验的基础上的，因此这里用人工演绎法来建立故障树。

选择和确定顶事件，顶事件是系统最不希望发生的事件，或是指定进行逻辑分析的故障事件。分析顶事件，寻找引起顶事件发生的直接的必要和充分的原因。将顶事件作为输出事件，将所有直接原因作为输入事件，并根据这些事件实际的逻辑关系用适当的逻辑门相联系。分析每一个与顶事件直接相联系的输入事件。如果该事件还能进一步分解，则将其作用下一级的输出事件，如同步骤中对顶事件那样进行处理。重复上述步骤，逐级向下分解，直到所有的输入事件不能再分解或不必要再分解为止，即建成了一棵倒置的故障树。

由于工作环境恶劣且负荷很大以及使用保养的不当，发动机系统经常会发生故障，从而降低生产率，并带来不必要的损失。因此，将发动机子系统作为影响该机正常工作可靠性的重要环节进行故障分析，探讨提高其可靠性的途径是很有意义的。

三、故障树分析系统可靠性

1、常规的基于布尔代数和概率论的系统

故障树分析的理论研究已取得了较大成功，工程应用也取得了一定成果。但是，现有的理论和方法需要将故障树顶事件和底事件发生的概率视为一精确值，在实际情况中，这样做是很困难的。其原因是：一是系统组成单元失效的原因不仅仅是由客观不确定因素造成的，而且还有一些是人为的主观原因，如人为失误、设计经验等模糊不确定性因素所造成的；二是精确的概率量化需要大量的数据供统计之用，而在一些高可靠性系统中，故障发生频率很低，无法获取大量的数据；三是在复杂的人―机系统中，由于人的因素、相关失效、共因失效等造成系统建模的不精确性，纯概率方法难以奏效。

此外，由于系统受外界环境的影响，上述概率值通常也会发生变化。因此，在对大型复杂系统进行故障树分析时，某些情况下，各底事件发生的故障概率本身带有一定的不确定性，即模糊性，这时，传统的故障树分析难以处理此类问题，而必须应用模糊数学中的相关理论和方法来解决。通过大量文献的查阅发现，国内外在模糊!研究中，大部分都是局限于算法本身的研究，应用方法的研究都带有试探性，没有形成完整的理论体系。

2、对于故障树基本事件

隶属函数的确定、模糊算子的选取、基本事件不相互独立情形、模糊重要度指标函数确定等尚没有突破性进展，同时分析结果缺乏工程验证和可比较性。

自动化立体仓库系统结构复杂，层次性、模块性强，系统的诊断信息繁多，同时引起系统不能正常运行的各原因事件故障发生的概率又具有不同层次的模糊性、不确定性。笔者将运用模糊数学这一数学手段，将模糊集理论引入故障树分析，将基本事件发生的概率描述为一模糊数，然后通过模糊数的运算规则，对立体仓库各个环节发生故障时所遇到的各种模糊信息进行科学的、定量的处理，从而估算出整个系统的模糊故障率。

3、故障树的逻辑结构

可以帮助确定在哪些基本事件或部位进行检测。例如，若故障树中一个不期望的事件是一个或门的输出，则该或门的每一个输入都应被穷举检测，才能避免不期望事件的发生；可是，如果故障树中一个不期望的事件是一个与门的输出，则对其中一个输入的保护就可避免不期望事件的发生。在故障树的低层，检测可以用来避免可以导致系统失效的中间事件的发生，在故障树中接近顶层的检测效率比较高，该方法在一些故障危害性不是很高的系统中应用，可以付出较小的代价达到系统的可靠性要求。

四、内燃机可靠性的模糊故障树分析

内燃机作为一个复杂的系统，其系统可靠性取决于各子系统的可靠性及各子系统之间的相互联结关系，各子系统的可靠性又由组成它们的所有零部件的可靠性所决定，下面以某一柴油机涡轮增压系统为例进行模糊故障树方法的可靠性分析。以该柴油机的增压器出现异常噪声或异常振动为顶事件建造故障树，根据有关试验数据和工程技术人员的经验构造出的故障树，其基本事件列于表1中，表1中还列有这些基本事件故障率的均值m和置信上、下限T、U。

由上行法(Semanderes法)，可得到该故障树的9个最小割集，即{A}，{B}，{C}，{D}，{E}，{F}，{G}，{H}，{M，E}，这9个最小割集即为造成该故障树顶事件的最薄弱环节。

假设各基本事件相互独立，则顶事件W的真值函数为：

T=J+K+LP=I+TS=G+H

N=E+F+SR=M×E

W=A+B+N+P+R+C+D(12)

由式(10)～式(12)，可得到相应的顶事件发生概

率的模糊函数为：

F~T=1-(1-F~J)(1-F~K)(1-F~L)

F~P=1-(1-F~I)(1-F~T)

F~S=1-(1-F~G)(1-F~H)

F~N=1-(1-F~E)(1-F~F)(1-F~S)

F~R=F~M×F~E

F~W=1-(1-F~A)(1-F~B)(1-F~N)・

(1-F~P)(1-F~R)(1-F~C)(1-F~D)

由式(5)，对基本事件A到M作λ截集可得到下

列区间数:

F~λA=(0.003224+0.006776λ，0.016776-0.006776λ)

F~λB=(0.003224+0.006776λ，0.016776-0.006776λ)

F~λL=(0.003224+0.006776λ，0.016776-0.006776λ)

F~λM=(0.003224+0.006776λ，0.016776-0.006776λ)(14)

由式(13)和式(14)，取3位有效数字，则可得该增压器出现异常噪声或异常振动的概率F~W的λ截集为F~λW=[0.051+0.07λ，0.203-0.076λ，F~λW为一区间数，对λ取不同的值，则可得到不同的F~W的置信区间。表2中列出了λ从0到1取值，间隔为0.1时，F~W对应的不同的置信区间值。F~W作为一个三角模糊数，它的隶属函数如图5所示。

当λ=1.0时，F~W=0.127，即在不考虑各基本事件发生概率的模糊性时，该增压器出现异常噪声或异常振动的概率为12.7%。当λ取值为0时，该增压器出现异常噪声或异常振动的概率在[5.1%，20.3%]之间，表明在充分考虑了该增压器发生故障的随机不确定性因素和模糊不确定性因素时，其出现异常噪声或异常振动的概率在5.1%和20.3%之间变化。该结果比较接近于该增压器的实际状况，同时该结果作为。

五、结束语

通过对新时期下，模糊故障树分析法的探讨，进一步明确了模糊故障树分析法在内燃机可靠性中的应用方向，为内燃机可靠性的优化完善奠定了坚实基础，有助于内燃机的不断完善。

参考文献

[1]袁名伟，谭积明，蒋丽1宏程序在数控加工中的应用[J]1机械制造与自动化，2005

篇11

Fault tree analysis of lifting injury accident prevention approach

Luo Xin

（China Railway 11 Bureau Group CorporationWuhan, Huei Post code: 430061 ）

[Abstract] Fault Tree Analysis method is used to analyze the basic cause of the accident and successful way to prevent accidents and provide a theoretical basis for the lifting operation safety management.

[Key words] FTA; Lifting operation; Accident prevention

中图分类号：TH21文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

1 引言

故障树是一种特殊的倒立树状逻辑因果关系图，它用事件符号、逻辑门符号和转移符号描述系统中各种事件之间的因果关系。逻辑门的输入事件是输出事件的"因"，逻辑门的输出事件是输入事件的"果"。它采用逻辑的方法和因果关系图来形象地进行危险分析，以图形化"模型"路径的方式从上到下逐级建树并且根据事件而联系，直观地显示一个系统能导致一个可预知的或不可预知的故障事件（失效），路径的交叉处的事件和状态。并在此基础上开展定性、定量分析。体现了以系统工程方法研究安全问题的系统性、准确性和预测性。

起重作业是利用起重机械或起重工具移动重物的操作活动，广泛应用于建筑施工、物流组织、工农业生产、航天等多个领域。起重伤害事故是指在进行起重作业（包括吊运、安装、检修、试验）中发生的重物（包括吊具、吊重或吊臂）坠落、夹挤、物体打击、起重机倾翻等事故。起重伤害事故可造成重大的人员伤亡或财产损失。根据不完全统计，在冶金、机电、铁路、港口、建筑等生产部门，起重机械所发生的事故高达25％左右，其中死亡事故占15％左右，已引起生产经营企业、政府监管部门、科研及检测、咨询中介机构等有关方面的高度重视，国家有关部门已经明确下文将起重机定为特种(危险)设备、起重作业人员定为特殊工种。因此研究事故的致因理论和预防理论,进而预防起重机伤害事故的发生是很有必要的。

2 起重伤害事故的特点

从安全角度看，与一般纯手工作业、使用简单或小型机具作业、一人一机在较小范围内的固定作业方式不同，起重机的功能是将重物提升到空间进行装卸吊运，它的作业运动轨迹是立体的。为满足作业需要，起重机械需要有特殊的结构形式，使起重机和起重作业方式本身就存在着诸多危险因素。概括起来起重作业有如下特点：

2.1吊物具有很大的重量和可变的势能

被搬运的物料个大体重（一般物料均上吨重、目前世界起重量最大的移动式门式起重机“宏海号”桁架式拱形起重机的设计起重量达22000吨）、种类繁多、形态各异（包括成件、散料、液体、固液混合等物料），起重搬运过程是重物在高空中的悬吊运动。

2.2 起重作业是多种运动的组合

起重机的起升机构、运行机构、旋转机构和变幅机构四大机构组成多维运动，体形高大金属结构的整体移动，大量结构复杂、形状不一、运动各异。速度多变的可动零部件，形成起重机械的危险点多且分散的特点，给安全防护增加难度。

2.3作业范围大

金属结构横跨车间或作业场地，高居其他设备、设施和施工人群之上，起重机带载可以部分或整体在较大范围内移动运行，使危险的影响范围加大。

2.4 多人配合的群体作业

起重作业的程序是地面司索工捆绑吊物、挂钩；起重司机操纵起重机将物料吊起，按地面指挥，通过空间运行，将吊物放到指定位置摘钩、卸料。每一次吊运循环，都必须是多人合作完成，无论哪个环节出问题，都可能发生意外。

2.5作业条件复杂多变

在车间内，地面设备多，人员集中；在室外，受气候、气象条件和场地限制的影响，特别是流动式起重机还涉及水文、地质、地形地貌和周围环境等多因素的影响。

总之，重物在空间的吊运、起重机的多机构组合运动、庞大金属结构整机移动性，以及大范围、多环节的群体运作，使起重作业的安全问题尤其突出。

3起重伤害进行故障树分析

3.1以吊物挤、撞打击伤害为例绘制起重伤害故障树。用矩形符号表示顶上事件或中间事件，用圆形符号 它表示基本(原因)事件，表示人的差错或设备、机械故障、环境因素等。用屋形符号 表示正常事件，是系统在正常状态下发生的正常事件，用菱形符号表示省略事件，即表示事前不能分析，或者没有再分析下去的必要的事件。用与门符号 表示输入事件同时发生的情况下，输出事件A才会发生的连接关系。用或门符号 表示输入事件中任何一个事件发生都可以使输出事件发生。用条件与门符号 表示只有当输入事件同时发生，且满足给定的条件时输出事件才会发生。本故障树如图1所示：

图1起重伤害故障树图

3.2 故障树定性分析。根据故障树最小割（径）集最多个数的判别方法判定发生事故的可能性。最小割集计算如下：

T=A1×A2×X15 =（B1+B2+B3+B4）×（X12+X13+X14）×X15

=（ X1+X2+X3+X4+X5+X6+X7+X8+X9+X10+X11）×（X12+X13+X14）× X15

=X1X12X15+X2X12X15+X3X12X15+X4X12X15+X5X12X15+X6X12X15

+X7X12X15+X8X12X15+X9X12X15+X10X12X15+X11X12X15+X1X13X15

+X2X13X15+X3X13X15+X4X13X15+X5X13X15+X6X13X15+X7X13X15

+X8X13X15+X9X13X15+X10X13X15+X11X13X15+X1X14X15+X2X14X15

+X3X14X15+X4X14X15+X5X14X15+X6X14X15+X7X14X15+ X8X14X15

+X9X14X15+X10X14X15+X11X14X15

图1所示故障树最小割集最多有33个。说明导致事故的因素多、发生事故的可能性特别大。我们反过来从对立事件考虑预防事故成功来分析其逻辑结构图，如图2所示

图2预防起重伤害成功树图

篇12

电力系统运行中，如果变压器出现故障而没有及时采取有效措施，就会导致整个电力系统停滞运行，不仅供电质量难以保证，还会给电力企业造成巨大的经济损失。目前变压器在运行的过程中，因噪声、绕组等故障的存在而导致运行质量下降。采用变压器试验方法判定其性能，可以对变压器故障问题及早发现，以及时地采取措施进行处理，从而提高变压器运行的可靠性。

一、变压器试验及其试验原理

（一）变压器试验

变压器试验是在对变压器进行检修的时候，对变压器是否出现故障进行判断，并制定相应的解决方案。在对变压器检修之前，首先要对试验环境以测试，要求试验环境温度为22℃至25 ℃，环境湿度要符合变压器设备正常运转要求；其次要严格排查周围环境，对于影响绝缘体的杂质要及时清理，否则就会出现电力泄露。

变压器试验的主要目的是发现故障，并对故障以准确定位；对电阻的使用情况加以确定。变压器试验的具体操作中，就是在不影响电力系统正常运行的同时，对部分线路实施闭合放电试验；对变压器的电阻采用多种方法进行测试。比如，通过增加电压的方法，就可以对电阻的电流反应进行判断，一旦发现异常，就意味着变压器的绝缘性不符合规定标准，根据所获得的测试数据选择新的电阻的绝缘线圈，以确保电阻处于最佳工作状态[1]。

（二）变压器的试验原理

关于变压器试验，从原理的角度而言，变压器的工频电源被输入到操作箱中之后，自耦调压器对于工频电源进行调节，将电压输入，进行变压器初级绕组的试验。按照传统的变压器使用方式，往往是变压器运行中出现故障后，才会实施维修操作。但是，出现故障的变压器很多的零部件遭到损坏，需要及时更换，否则，变压器“带病”运行，就必然会导致变压器烧毁。

实施变压器试验也是规避变压器运行风险的措施。当进行变压器试验中，按照电磁感应原理可以获得工频高压，由此而对变压器的运行情况进行测试，发现问题就会及时采取处理措施，对于变压器运行风险得以有效避免，使变压器的运行效率有所提升。

二、 变压器试验故障分析方法

（一）变压器运行噪声故障

变压器噪声来源于本体和冷却系统。从变压器噪声产生机理来分析，漏磁的作用是变压器产生噪声的重要因素。铁心的硅钢片处于磁致伸缩状态，在交变磁场的作用下，小幅度的磁致伸缩就会引发铁心周期性地震动，在硅钢片的接缝处与叠片之间就会有电磁吸引力，这是由于漏磁现象的存在而引发的。电力变压器之所以会发生噪声，在于漏磁的作用而使电磁吸引力产生，绕组中所形成的电磁力会使绕组振动，噪声产生。

（二）变压器绕组故障

变压器运行的核心就是绕组。在变压器运行的过程中，绕组故障主要是受到其他因素的影响，而是变压器的运行效率有所下降。比如，绕组出现短路、变形等现象，引发变压器故障。导致变压器绕组故障出现故障的原因在于绕组结构的不合理性，加之一些不可抗拒的自然因素的影响，都会导致变压器绕组故障。

三、变压器试验故障处理措施

（一）严格要求变压器试验条件

为了确保变压器试验的精确性，对于实验条件就要有所要求。通常变压器试验环境温度为零下20℃至零上40℃ 之间，实验室的室内温度为25℃至30℃之间，空气湿度不可以超过85%。在实验室安装变压器的时候，对于试验环境有效控制，可以避免灰尘、污垢等等的存在，保证变压器的绝缘性。

变压器试验时，要严格按照接线原理图进行引线连接。变压器与控制箱接地时，要确保其安全可靠性，且能够稳定运行，就要在变压器试验之前，检查接线的接触点。随着电压的升高，试验人员要使用调压器对电压进行调节，观察变压器的运转变化。当变压器试验完成之后，就要停止变压器运行，将电源切断，去除所有的引线连接[2]。

（二）噪声的弱化和消除

1.噪声的弱化

当变压器运行中有噪声产生，采用多级接缝设计，磁通在接缝处会均匀分布，随着气隙中的磁密逐渐降低，噪声也会相对弱化。变压器所产生的噪声部分是由于自振而产生。调整窗口尺寸，对于变压器的自振频率有效避开，就不会在铁心处有共振现象产生。

2.噪声的消除

要消除变压器噪声，可以在变压器的1米范围内放置噪声发生器。由于噪声发生器所发出的声音会使得噪声信号有所转变，使得噪声在发生器的干扰下相互抵消。

（三）变压器试验要周期性展开

变压器试验可以避免发生绕组故障。试验中采用先进的仪器，从绕组的线圈开始试验，需要注意在仪表线圈更换中，要对于实验场所清理干净，以避免绕组线圈被杂物所损坏。可在线圈取下的过程中，要使用干净的布包好后，放到安稳的位置，当变压器试验完毕后，就可以对变压器的所有设备按照顺序进行安装。变压器试验中，如果测试出仪表线圈损坏，就要将线圈取下来更换，然后重新测试，以确保变压器能够正常工作[3]。变压器试验的周期性展开，要对于实验周期合理安排，根据试验环境使当地调整试验周期，以避免由于故障问题而影响到变压器的正常运行。

四、结论

综上所述，变压器运行中发生故障问题是不可避免的，但是变压器的运行质量会受到影响。通常电力系统运行中，变压器故障为绕组故障、噪声故障等等。通过变压器试验对故障进行判断，并采取故障处理措施，以提高变压器的运行效率。

参考文献：