故障树分析培训资料

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1、设备的故障与事故 一、故障的分类 （l）按故障发生的速度分类 按故障发生的速度可分为突发性故障和渐发性故障。 突发性故障是由于各种不利因素和偶然的外界影响的共同作用超出了设备所能承受的限度而突然发生的故障。这类故障一般无明显征兆，是突然发生的，依靠事前检查或监视不能预知的故障。 如因使用机器不当或超负荷使用而引起零部件损坏； 因润滑油中断而使零件产生热变形裂纹； 因电压过高、电流过大而引起元器件损坏而造成的故障。,渐发性故障 是由于各种影响因素的作用使设备的初始参数逐渐劣化、衰减过程逐渐发展而引起的故障。一般与设备零部件的磨损、腐蚀、疲劳及老化有关，是在工作过程中逐渐形成的。这类故障的发生一般

2、有明显的预兆，能通过预先检查或监视早期发现，如能采取一定的预防措施，可以控制或延缓故障的发生。,(2)按故障发生的后果分类 按故障发生的后果可分为功能性故障与参数型故障。 功能故障是指设备不能继续完成自己规定功能的故障。这类故障往往是由于个别零件损坏造成的，如内燃机不能发动，油泵不能供油。 参数故障是指设备的工作参数不能保持在允许范围内的故障。这类故障属渐发性的，一般不妨碍设备的运转，但影响产品的加工质量，如机床加工精度达不到规定标准，动力设备出力达不到规定值的故障。,(3)按故障的损伤程度分类 按故障的损伤是否容忍分为允许故障和不允许故障。 允许故障是指考虑到设备在正常使用条件下，随着使用时

3、间的增长，设备参数的逐渐劣化是不可避免的，因而允许发生某些损伤但不引起严重后果的故障，如零件的某些正常磨损、腐蚀和老化等。 不允许故障是由于设计时考虑不周，制造装配质量不合格，违反操作规程所造成的故障，如设计强度不够造成的零件的断裂，超负荷使用设备造成的设备损坏等。,(4)按故障的易见性分类 明显安全性故障是指可能直接危及作业安全的故障，这种故障发生在具有明显功能部件上。 明显使用性故障是指对使用能力或完成作业任务有直接影响的故障。这种故障不是安全性的，也是发生在具有明显功能的部件上。 明显非使用性故障是指对使用能力或完成作业任务没有不利的直接影响的故障。 隐蔽安全性故障是指同另一故障（明显功

4、能故障）结合后会危及作业安全的隐蔽功能故障。 隐蔽经济性故障是指同另一故障（明显功能故障）结合后不会产生安全性后果，只有经济性影响的故障。,二、故障树分析法,1、故障树的概念 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（故障树），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，以计算系统故障概率，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。,2、故障树分析FaultTree 故障分析是以故障树作为模型对系统的可靠性进行分析的一种方法。 故障树分析把系统最不希望发生的故障状态作为逻辑分析的目标，在故障树中称为顶事件，继

5、而找出导致这一故障状态发生的所有可能直接原因，在故障树中称为中间事件。再跟踪找出导致这些中间故障事件发生的所有可能直接原因。直追寻到引起中间事件发生的全部部件状态，在故障树中称为底事件。,用相应的代表符号及逻辑门把顶事件、中间事件、底事件连接成树形逻辑图，则称此树形逻辑图为故障树。 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。 故障树符号见p129图7-2和7-3,GB7829故障树分析程序告诉我们，在绘制故障树时，要熟悉产品系统，列出故障事件，分析各故障之间的逻辑关系，逐级有层次地放置基本的独立的故障事件，采用故障树符号联接表

6、示因果关系，简化和整理故障树，消除任何反馈通道等。,3、故障树的建立步骤 a、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。 b、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。,c、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b中对顶事件那样进行处理。 d、 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。,4、建树时要注意： (1)忽略小概率

7、事件并不意味着可以忽小 部件的故障和小故障事件，这是两个不同的概念。挑战者号航天飞机的爆炸就是一个密封圈失效的“小故障”； (2)有的故障发生概率虽小，可是一旦发生则后果严重，为了安全以备万一，这种事件就不能忽略； (3)故障定义必须明确，避免多义性，否则会使故障树逻辑混乱出现错误；,(4)先抓主要矛盾，开始建树应先考虑主要的、可能性很大的以及关键性以致命度、重要度衡量)的故障事件，然后在逐步细化分解过程中再考虑次要的、不常发生的以及后果不严重的次要故障事件； (5)强调严密的逻辑性和系统中事件的逻辑关系，条件必须清楚，不可紊乱和自相矛盾。,泰坦尼克海难,海难后果,船体钢材不适应海水低温环境，

8、造成船体裂纹,观察员、驾驶员失误，造成船体与冰山相撞,船上的救生设备不足，使大多数落水者被冻死,距其仅20海里的无线电通讯设备处于关闭状态，无法收到求救信号，不能及时救援,顶事件,逻辑门,中间事件,底事件,画出“粒子毛屑”的故障树。（以下電機供參考）,故障树分析（ FTA ） 通过对可能造成产品故障的硬件、软件、环境、人为因素进行分析，画出故障树，从而确定产品故障原因的各种可能组合方式和(或)其发生概率。 定性分析 定量分析,FTA目的,帮助判明可能发生的故障模式和原因； 发现可靠性和安全性薄弱环节，采取改进措施，以提高产品可靠性和安全性； 计算故障发生概率； 发生重大故障或事故后，FTA是故

9、障调查的一种有效手段，可以系统而全面地分析事故原因，为故障“归零”提供支持； 指导故障诊断、改进使用和维修方案等。,FTA的应用 各工程领域广泛应用：核工业、航空、航天、机械、电子、兵器、船舶、化工等。 切尔诺贝利核泄露事故、美国的挑战者号升空后爆炸和印度的博帕尔化学物质泄露。,故障树示例,建立故障树的结构函数： 1）与门结构故障树的结构函数: 2)或门结构故障树的结构函数: 3）“与”门“或”门之间的关系：,1）故障树定性分析,寻找顶事件的原因事件及原因事件的组合（最小割集） 发现潜在的故障 发现设计的薄弱环节，以便改进设计 指导故障诊断，改进使用和维修方案 割集、最小割集概念 割集：故障树

10、中一些底事件的集合，当这些底事件同时发生时，顶事件必然发生； 最小割集：若将割集中所含的底事件任意去掉一个就不再成为割集了，这样的割集就是最小割集。,最小割集的意义,最小割集对降低复杂系统潜在事故风险具有重大意义 如果能使每个最小割集中至少有一个底事件恒不发生(发生概率极低)，则顶事件就恒不发生(发生概率极低) ，系统潜在事故的发生概率降至最低 消除可靠性关键系统中的一阶最小割集，可消除单点故障 可靠性关键系统不允许有单点故障，方法之一就是设计时进行故障树分析，找出一阶最小割集，在其所在的层次或更高的层次增加“与门”，并使“与门”尽可能接近顶事件。,最小割集可以指导系统的故障诊断和维修 如果系

11、统某一故障模式发生了，则一定是该系统中与其对应的某一个最小割集中的全部底事件全部发生了故障。进行维修时，如果只修复某个故障部件，虽然能够使系统恢复功能，但其可靠性水平还远未恢复。根据最小割集的概念，只有修复同一最小割集中的所有部件故障，才能恢复系统可靠性、安全性设计水平。,写出该树的结构 函数，并找出 最小割集 和最小路集。,如何找出故障树的最小路集和最小割集？ 最小割集：常用的方法有观察法（对于简单的小故障树）、故障树结构函数法和下行法求故障树的最小割集。 最小路集：用对偶故障树求最小路集。 下面介绍一下用下行法求最小割集的方法：,故障树定性分析,示例 根据与、或门的性质和割集的定义，可方便

12、找出该故障树的割集是： X1,X2,X3,X1,X2,X3,X2,X1，X1,X3 根据与、或门的性质和割集的定义，可方便找出该故障树的最小割集是： X1,X2,X3 最小割集求解方法 常用的有下行法与上行法两种,Fussell将Vesely提出的下行法应用于手工算法中。其原理是，与门增加割集的大小，或门增加割集的数量。其步骤是由顶事件开始逐渐向下以输入事件替换输出事件，把与门的输入写成一行，把或门的输入写成一列，直到完全变成底事件的矩阵为止。矩阵的每一行代表一个割集，整个矩阵代表故障树的全部割集。将非最小割集剔除，剩下的就是最小割集了。,故障树示例,写出故障树的结构函数并求解最小割集,下行法

13、求解最小割集,故障树,最小割集比较,根据最小割集含底事件数目(阶数)排序，在各个底事件发生概率比较小，且相互差别不大的条件下，可按以下原则对最小割集进行比较： 阶数越小的最小割集越重要 在低阶最小割集中出现的底事件比高阶最小割集中的底事件重要 在最小割集阶数相同的条件下，在不同最小割集中重复出现的次数越多的底事件越重要,写出故障树的结构函数,结构函数,7.2事故的管理 1 事故的分级管理 1）生产设备事故等级划分 生产事故、设备事故分为小事故、一般事故、重大事故和特大事故。 （1）小事故（下列之一） 一次事故直接经济损失10万元以下（含10万元）。 一次事故跑、串物料10吨以下（不含10吨）。

14、无论回收多少，均以跑损数量为准（以下同）。 一次事故造成1套装置停产，影响日产量的50或2套装置停产影响日产量的25及以上。,（2）一般事故（下列之一） 一次事故直接经济损失在10万元以上，100万元以下（含100万元）。 一次跑物料10吨及以上。 一次事故造成3套及以上生产装置或全厂停产，影响日产量的50及以上。 （3）重大事故 一次事故造成直接经济损失100万元以上，500万元以下（含500万元）。 （4）特大事故 一次事故直接经济损失500万元以上。,2）故障典型调查程序 迅速进行事故现场调查工作 凡发生重大设备事故后应保护好现场。若有伤员则应组织抢救。上级主管部门到场前，任何人不得改变

15、现场状况。 设备科接到事故报告后，应立即派人前往事故现场，着手进行调查，不能拖延。因为事故现场是分析事故的客观基础，为了掌握事故原因的第一手材料，避免发生错误判断，把本来属于操作不当或工艺不合理等原因造成的事故误认为设备自身出现了事故，所以机动科人员尽快赶到事故现场是非常必要的。这项工作开展越早，可得到的原始数据越多，分析事故的根据就越充足，防范措施就可以越准确。,.拍照、绘图、记录现场情况 事故，特别是重大事故发生后，事故现场存在许多遗迹。为避免“时过境迁”或因抢修工作需要，现场很快要施工，所以立即将这些遗物、痕迹拍摄成照片，收集起来是很重要的；以便用这些照片较长时间进行细致的分析研究，以得

16、到正确的结论。特别是在发生设备、压力容器爆炸；吊车、建筑物倒塌等重大事故时，更是必不可少的手段。 若有些情况难以拍摄，则要绘制示意图，并做好化工工艺或设备工艺原始记录的收集工作。,成立专门组织，分析调查 按事故严重程度由厂长或车间主任负责组织成立由安全、设备等有关部门参加的事故调查组。若发生设备事故的同时也发生了人身伤亡或使生产受到重大损失时要由上级局、公司及政府相关部门参加调查组指导事故调查组工作。 调查的笔录，至少要有二人负责，要经当事人过目并签名。要由主要当事人写出事故发生情况，并存入档案。向主要当事人了解情况时要问清操作方法，操作次序，当时外界条件等情况，同时要本着实事求是的态度，耐心、细致地做好当事人的思想工作，使当事人能反映出真实情况，给分析提供可靠材料。,.模拟实验、分析化验 在调查中除了查阅有关技术档案、运行日志外，为弄清事故原因，可以进一步做分析和化验工作，以取得所要求的数据。如润滑油是否变质，亦可分析气体成