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1、 江蘇晉倫塑料科技有限公司 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。 江蘇晉倫塑料科技有限公司 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
2、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。 江蘇晉倫塑料科技有限公司 (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 。 江
3、蘇晉倫塑料科技有限公司 (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。 江蘇晉倫塑料科技有限公司 (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
4、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。 江蘇晉倫塑料科技有限公司 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
5、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。 江蘇晉倫塑料科技有限公司 江蘇晉倫塑料科技有限公司 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 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。 江蘇晉倫塑料科技有限公司 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
6、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 江蘇晉倫塑料科技有限公司 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示因 果关系，简化和整理故障树，消 除任何反馈通道等。 江蘇晉倫塑料科技有限公司 江蘇晉倫塑料科技有限公司 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
7、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。 江蘇晉倫塑料科技有限公司 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。 江蘇晉倫塑料科技有限公司 4、建树时要注意： (1)忽略小概率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
8、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； 江蘇晉倫塑料科技有限公司 (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。 江蘇晉倫塑料科技有限公司 泰坦尼克海难 海难后果 船体钢材不适应海水 低温环境，造成
9、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 江蘇晉倫塑料科技有限公司 画出“粒子毛屑”的故障树。（以下電機供參考） 江蘇晉倫塑料科技有限公司 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 江蘇晉倫塑料科技有限公司 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
10、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。 江蘇晉倫塑料科技有限公司 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。 江蘇晉倫塑料科技有限公司 故障树示例 江蘇晉倫塑料科技有限公司 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
11、： 江蘇晉倫塑料科技有限公司 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 。 江蘇晉倫塑料科技有限公司 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
12、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。 江蘇晉倫塑料科技有限公司 最小割集可以指导系统的故障诊断和维修 如果系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。 江蘇晉倫塑料科技有限
13、公司 写出该树的结构 函数，并找出 最小割集 和最小路集。 江蘇晉倫塑料科技有限公司 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： 江蘇晉倫塑料科技有限公司 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
14、行法与上行法两种 江蘇晉倫塑料科技有限公司 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。 江蘇晉倫塑料科技有限公司 故障树示例 写出故障 树的结构 函数并求 解最小割 集 江蘇晉倫塑料科技有限公司 下行法求解最小割集 步骤123456 过程x1 x1 x1 x1 x1 x1 M1 M2 M4, M5 M4, M5 x4, M5 x4, x6 x2 M3 M3 x3 x5, M5 x4, x7 x2 x2 M6 X3 x5, x6 x2 M6 x5, x7 x2 x3 x6 x8 x2 故障树 江蘇晉倫塑料科技有限公司 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
