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1、故障树分析法(FaultTreeAnalysis简称FTA)概念 什么是故障树分析法 故障树分析(FTA)技术是美国贝尔电报公司的电话实验室于1962年开发的，它采用逻辑的方法，形象地进行危险的分析工作，特点是直观、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。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，它是安全系统工程的主要分析方法之一。一般来讲，安全系统工程的发展也是以故障树分析为主要标志的。1974年美国原子能委员会发表了关于核电站危险性评价报告，即“拉姆森报告”，大量、有效地应用了FTA，从而迅速推动了它的发展。目前，故障树分析法虽还处在不断完善的发展阶段，
2、但其应用范围正在不断扩大，是一种很有前途的故障分析法。 故障树分析(Fault Tree Analysis)是以故障树作为模型对系统进行可靠性分析的一种方法，是系统安全分析方法中应用最广泛的一种自上而下逐层展开的图形演绎的分析方法。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，以计算的系统失效概率，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。 故障树分析方法在系统可靠性分析、安全性分析和风险评价中具有重要作用和地位。是系统可靠性研究中常用的一种重要方法。它是在弄
3、清基本失效模式的基础上，通过建立故障树的方法，找出故障原因，分析系统薄弱环节，以改进原有设备，指导运行和维修，防止事故的产生。故障树分析法是对复杂动态系统失效形式进行可靠性分析的有效工具。近年来，随着计算机辅助故障树分析的出现，故障树分析法在航天、核能、电力、电子、化工等领域得到了广泛的应用。既可用于定性分析又可定量分析。故障树分析（Fault Tree Analysis）是一种适用于复杂系统可靠性和安全性分析的有效工具，是一种在提高系统可靠性的同时又最有效的提高系统安全性的方法。当前，超大型工程的建设，对可靠性，安全性提出了更高的要求，因此，故障树分析法已经广泛的应用到宇航，核能，化工，电子
4、，机械和采矿等各个领域。故障树分析法(Fault Tree Analysis) 简称故障树法，记作FTA 21，21 R G B . On the Analysis of Fault Trees ，J . IEEE Trans .1975 : 175 一185是一种采用逻辑推理，将系统故障形成原因由总体至部分按树枝状逐级细化，并绘出逻辑结构图（即故障树）的分析方法。其目的在于判明基本故障，确定故障的原因、影响和发生的概率。这种方法形象直观，并且能为使用单位提供明确的改进信息，所以为广大的工程技术人员所欢迎。故障树分析法（Fault Tree Analysis，简称FTA）是在一定条件下用逻辑推
5、理的方法，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，计算系统故障概率，以采取相应的纠正措施，是提高系统可靠性的一种设计分析方法。同时，故障树分析法是可靠性工程的重要分支，是目前国内外公认的对复杂系统安全性、可靠性分析的一种实用方法。该方法可以让分析者对系统有更深入的认识，对有关系统结构、功能故障及维护保障知识更加系统化，从而使在设计、制造、使用和维护过程中的可靠性的改进更富有成效。原理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，然后找出直接导致这一故障发生
6、的全部因素，再找出造成下一级事件发生的全部直接因素，直到那些故障机理已知的基本因素为止。在故障树分析中，对于所研究系统的各类故障状态或不正常工作情况统称为故障事件。与故障事件对应的是成功事件。两者均称为事件。通常把最不希望发生的事件称为顶事件，不再深究的事件为基本事件，而介于顶事件与基本事件之间的一切事件称为中间事件，用相应的符号代表这些事件，再用适当的逻辑门把顶事件、中间事件和基本事件联结成树形图，即得故障树。它表示了系统设备的特定事件 (不希望发生事件)与各子系统部件的故障事件之间的逻辑结构关系。以故障树为工具，分析系统发生故障的各种原因、途径，提出有效防止措施的系统可靠性研究方法即为故障
7、树分析法。 故障树是一种为研究系统某功能故障而建立的一种倒树状的逻辑因果关系图作用故障树分析法有以下三个作用11：11杨晓庆，谢庆华，基于故障树的模糊诊断方法N 同济大学学报2001(9)：58-60.（1）帮助弄清某种故障发生的机理；（2）发现设备系统中产生某种故障的薄弱环节，作为今后设计改进和加强管理的目标；（3）分析各层次故障发生的概率，了解设备系统可靠性的大小。特点它是一种从系统到部件，再到零件，按下降形分析的方法它从系统开始，通过由逻辑符号绘制出的一个逐渐展开成树状的分枝图，来分析故障事件（又称顶端事件）发生的概率 同时也可以用来分析零件部件或子系统故障对系统故障的影响，其中包括人为
8、因素和环境条件等在内它对系统故障不但可以做定性的而且还可以做定量的分析；不仅可以分析由单一构件所引起的系统 故障，而且也可以分析多个构件不同模式故障而产生的系统故障情况因为故障树分析法使用的是一个逻辑图，因此，不论是设计人员或是使用和维修人员都容易掌握和运用，并且由它可派生出其他专门用途的树 例如，可以绘制出专用于研究维修问题的维修树，用于研究经济效益及方案比较的决策树等FTA的特点：是一种图形演绎法，是故障事件在一定条件下的逻辑推理方法，可针对某一故障事件，作层层追踪分析(自上而下)；这种图形化的方法清楚易懂，使人们对所描述的事件之间的逻辑关系一目了然，而且便于对各种事件之间复杂的逻辑关系进
9、行深入的定性和定量分析；由于故障树将系统故障的各种可能因素联系起来，可有效找出系统薄弱环节和系统的故障谱，在系统设计阶段有助于判明系统的隐患和潜在故障，以便提高系统的可靠性；故障树可作为管理和维修人员的一个形象的管理、维修指南，可用于培训使用、维修和管理人员，可用来制订维修计划和检修排故方案FTA是一种系统化的演绎方法，它尽管比较繁琐，但可以按部就班地演绎下去，很适合于变成程序由计算机完成。故障树分析方法具有以下几个特点141516：（1）FTA具有很大的灵活性，不是局限于对系统可靠性进行一般的分析，而是可以分析系统的各种故障状态。FTA不仅可以分析某些元部件故障对系统的影响，还可以对导致这些
10、元部件故障的特殊原因(例如环境的、甚至人为的原因)进行分析，予以统一考虑。（2）FTA是一种图形演绎法，所以非常的形象、直观。而且它还是一种对故障事件在一定条件下的逻辑推理方法。FTA可以围绕某些特定的故障状态进行层层深入的分析，因而在清晰的故障树图形下，表达系统内在联系，并指出元部件故障与系统故障之间的逻辑关系，找出系统的薄弱环节。（3）进行FTA的过程，也是一个对系统更深入认识的过程，它要求分析人员非常清楚地把握系统的内在联系，弄清各种潜在因素对故障发生影响的途径和程度，因而许多问题在分析的过程中就被发现和解决了，从而提高了系统可靠性分析的精度。（4）由于故障树是由特定的逻辑门和一定的事件
11、构成的逻辑图，因此可以用计算机辅助建树和分析。（5）通过FTA可以定量地计算复杂系统的故障概率和其他可靠性参数，同时也为改善和评价系统可靠性提供定量数据。（6）FTA不但可用于解决工程技术中的可靠性问题，而且还可用于经济管理的系统工程问题，因而FTA对不曾参与系统设计的管理和维修人员来说相当于一个形象的管理维修指南，因此对培训使用系统的人员更有意义。故障树分析法的优缺点21.故障树分析法的优点（1）事故树的果因关系清晰、形象。对导致事故的各种原因及逻辑关系能做出全面、简洁、形象地描述，从而使有关人员了解和掌握安全控制的要点和措施。（2）根据各基本事件发生故障的频率数据，确定各基本事件对导致事故
12、发生的影响程度结构重要度。（3）既可进行定性分析，又可进行定量分析和系统评价。通过定性分析，确定各基本事件对事故影响的大小，从而可确定对各基本事件进行安全控制所应采取措施的优先顺序，为制定科学、合理的安全控制措施提供基本的依据。通过定量分析，依据各基本事件发生的概率，计算出顶上事件（事故）发生的概率，为实现系统的最佳安全控制目标提供一个具体量的概念，有助于其它各项指标的量化处理。2.故障树分析法的缺点（1）FTA分析事故原因是强项，但应用于原因导致事故发生的可能性推测是弱项。（2）FTA分析是针对一个特定事故作分析，而不是针对一个过程或设备系统作分析，因此具有局部性。（3）要求分析人员必须非常
13、熟悉所分析的对象系统，能准确和熟练地应用分析方法。往往会出现不同分析人员编制的事故树和分析结果不同的现象。（4）对于复杂系统，编制事故树的步骤较多，编制的事故树也较为庞大，计算也较为复杂，给进行定性、定量分析带来困难。（5）要对系统进行定量分析，必须事先确定所有各基本事件发生的概率，否则无法进行定量分析。故障树分析法的应用范围2（1）在事故树分析中顶上事件可以是已经发生的事故，也可以是预想的事故。通过分析找出事故原因，采取相应的对策加以控制，从而可以起到事故预防的作用。（2）查明系统内固有的或潜在的各种危险因素，为安全设计、制定安全技术措施和安全管理提供科学、合理的依据。故障树分析中常用符号见
14、下表:我们将系统的最不希望发生的顶事件作为故障分析的目标。用逻辑演绎法先找出顶事件发生的直接原因（中间事件或基本事件），再进一步跟踪追迹找出导致这些中间事件的所有直接原因，一直找到全部发生故障的基本原因（基本事件）。用相应的符号和逻辑门把顶事件、中间事件和基本事件联结成树形图，并称此图为所研究系统的故障树7。7朱继洲.故障树原理和应用.西安:西安交通大学出版社，1989用故障树对系统的故障进行定性分析和定量计算的方法称为故障树分析法。如果系统或元、部件，能够完成指定功能，则称为正常事件。如果系统或元、部件，不能完成指定功能，则称为故障事件。凡是能产生故障事件的元、部件及设备、子系统、环境条件、
15、人为因素等，在故障树中定义为部件。故障树分析中应用的符号可分为两类，即代表故障事件（事件是对系统及元、部件状态的描述）的符号和联系事件的逻辑门符号。表 2.1 即为故障树分析法的常用符号23：23 肖云魁. 汽车故障诊断学M . 北京: 北京理工大学出版社，2006分类符号名称说明事件基本事件底事件：位于故障树最底层无需再深究的事件称为底事件，它是某个逻辑门的输入事件。底事件又可以分成基本事件与未探明事件。基本事件：已经探明或尚未探明发生原因但有失效数据的底事件。未探明事件：原则上应进一步探明其原因但暂时不必或者暂时不能探明其原因的底事件。未探明事件。结果事件结果事件：由其他事件或事件组合所导致的事件，分为顶事件和中间事件。顶事件：故障树分析中所关心的结果事件，位于故障树的顶端，即系统不希望发生的事件。中间事件：位于底事件和顶事件之间的中间结果事件。它既是某个逻辑门的输出事件，同时又是别的逻辑门的输入事件。中间事件转移符号（转入、转出符号）转移符号：为了避免画图重复，简化故障树的结构，而使用了转移符号，分为转入符号和转出符号。转入符号用于故障树的底部，表示树的部分分支在另外的地方；转出符号用于故障树的顶部，表示该树是另外一棵故障树的子树。逻辑门与门与门：仅当所有
