设备故障分析方法

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1、设备故障分析方法一故障树分析法1. 故障树分析法的产生与特点从系统的角度来说，故障既有因设备中具体部件（硬件）的缺陷和性能恶 化所引起的，也有因软件，如自控装置中的程序错误等引起的。此外，还有因为 操作人员操作不当或不经心而引起的损坏故障。20世纪60年代初，随着载人宇航飞行，洲际导弹的发射，以及原子能、 核电站的应用等尖端和军事科学技术的发展，都需要对一些极为复杂的系统，做 出有效的可靠性与安全性评价；故障树分析法就是在这种情况下产生的。故障树分析法简称FTA （Failute Tree Analysis），是1961年为可靠性及安 全情况，由美国贝尔电话研究室的华特先生首先提出的。其后，在

2、航空和航天的 设计、维修，原子反应堆、大型设备以及大型电子计算机系统中得到了广泛的应 用。目前，故障树分析法虽还处在不断完善的发展阶段，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。总的说来，故障树分析法具有以下一些特点。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

3、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。由于故障树是一种逻辑门所构成的逻辑图，因此适合于用电子计算机来计 算；而且对于复杂系统的故障树的构成和分析，也只有在应用计算机的条件下才 能实现O显然，故障树分析法也存在一些缺点。其中主要是构造故障树的多余量相 当繁重，难度也较大，对分析人员的要求也较高，因而限制了它的推广和普及。 在构造故障树时要运用逻辑运算，在其未被一般分析人员充分掌

4、握的情况下，很 容易发生错误和失察。例如，很有可能把重大影响系统故障的事件漏掉；同时， 由于每个分析人员所取的研究范围各有不同，其所得结论的可信性也就有所不 同。2. 故障树的构成和顶端事件的选取个给定的系统，可以有各种不同的故障状态（情况）O所以在应用故障 树分析法时，首先应根据任务要求选定一个特定的故障状态作为故障树的顶端事 件，它是所要进行分析的对象和目的。因此，它的发生与否必须有明确定义；它 应当可以用概率来度量；而且从它起可向下继续分解，最后能找出造成这种故障 状态的可能原因。构造故障树是故障树分析中最为关键的一步。通常要由设计人员、可靠性 工作人员和使用维修人员共同合作，通过细致的

5、综合与分析，找出系统故障和导 致系统该故障的诸因素的逻辑关系，并将这种关系用特定的图形符号，即事件符 号与逻辑符号表示出来，成为以顶端事件为“根”向下倒长的一棵树一故障树。它 的基本结构及组成部分如图1-1所示。fit尽循话箱i刁挺山止向亍巫布连曜时第F 3行顽顽面可 峻督败某蝴冬融溜河同抻r节氟3而我切再募祈思丽i苟机 :炬彩的事将符号.二二1束毒术井昭大字闻以说明-CT :厂丽后圾叩:F能濯京君鬻航广与箔丽瓦宥T荷j 供影的刊神弓，;括&一：寸戳率廊*效的事布原tsJ- . n - - 图1-1故障树的基本结构3. 故障树用的图形符号在绘制故障树时需应用规定的图形符号。它们可分为两类，即逻

6、辑符号和事件符号，其中常用的符号分别如图1-2和图1-3所示。图1-3事件符特号角廊h籍人端所有麻件同时也现时 才有输出成门填人柴,只野有一个暮得出珊 时即折*盅c舞门部人蜀雨条件事件时才有 岫辛jHffhMA4JW有*件摘盅左到右 的膜序由理酎才有推出*输A堆事件归只能有皆耶件出鸵时才何整出符号名怀一含危!6基忒事料.市是城的晚雌敕据j6LZ矩形1菱形由避拇门表示出的失效事件区因未知的失敦事件3对整个故障树有璋响. 有待避步僻究的、睇因 尚未旬的失敕事件可艇出现也而能不由现 的失教事件联捶艮传学符号图1-2 逻辑符号图1-4是应用这些图形符号绘制的一个较为简单的故障树形式。根据这种 故障树，

7、就可以从选定的系统故障状态，即顶端事件开始，逐级地找出其上一级 与下一级的逻辑关系，直至最后追溯到那些初始的或其故障机理及故障概率为已 知的，因而不需要继续分析的基本事件时为止。这样，就可得出这个系统所有基 本事件与其顶端事件之间的逻辑关系。在大多数情况下，故障树都是由与门及或 门综合组成。因此，在各基本事件均为独立事件的条件下，即可利用事件的和、 积、补等布尔代数的基本运算法则，列出这个系统的故障函数（系统故障与基本 事件的逻辑关系）。随后，就可进一步对顶端事件做出定性的或定量的分析。下 面我们以图1-4所示的故障树为例，试用上述方法进行系统故障分析。图1-4故障树的形式，-基本事件X1，X

8、2，X3，X图1-5 一项轴承故障分析的典型故障树自或门；不完全事件；口与门；口事件；。基本事件；事件转移【例1】试分析图1-4所示的故障树，并列出该系统的故障函数。解：由图可知，本例为一个两级故障树。即系统故障的顶端事件F是由第 级部件A的故障事件XA和部件B的故障事件XB的或门组成(图中还有一个 菱形事件符号，表示该事件的原因未明或者对系统故障影响很小，可不予考虑)， 故有：F(x) =XA U XB 的逻辑关系；而第二级则有由基本事件X1和X2组成的 或门，还有由基本事件X3和X4所组成的或门。因此有：XA= X1UX2 及 XB=X3 nX4 ；代入第一级关系式中得：F=XAUXB = (X1UX2 )U(X3 nX4 )，故系统失效函数可简写为：F(x)=X1+X2+X3+X4上式表示出了顶端事件即这个系统的故障与其四个基本事件X1，X2，X3，X4之间的逻辑关系。图1-5是一个分析轴承事故的故障树例子。图中使用了三角形符号，其作 用相当于一个注释符*，表示事件将由此转向标号相同的此类符号处继续展开。 其目的是为了避免画面线太多造成分析上的困难。