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1、 可 靠 性理论 第4章 故障与故障树分析可靠性理论 故障与故障树分析41 故障的概念故障的概念4.1.1故障与失效的区别故障与失效的区别 在通常情况下，“失效”针对不可修产品，而 “故障”则针对可维修产品。汽车属于可维修产品，所以更多地使用“故障”这一术语。 （在可靠性研究中，故障和失效这两个术语常常混用。产品在规定的条件下，丧失规定的功能，就称为失效。一般地讲，对可修复产品的失效，通常也称故障。在一定意义上说，失效与故障，具有同等概念，都指丧失规定功能，等待修复或报废。)可靠性理论 故障与故障树分析4.1.2故障的定义故障的定义 产品在规定的条件下，不能完成规定功能的现象，称为故障故障。故
2、障的表现形式被称为故故障模式障模式。 汽车故障的发生不但同使用环境和汽车本身的原因有关，同也与使用者能否正确地操作汽车有关。 由汽车本身的毛病而引起的故障，称为本本质故障质故障; 由操作者失误而引起的故障，称误用故障误用故障。 n 在汽车质量考核评定中，仅考核本质故障。 可靠性理论 故障与故障树分析故障的定义故障的定义 从汽车故障发生的原因或后果来描述，可分为一次故障一次故障或初次故障和二次故障二次故障等。 把最初发生的故障称为一次故障一次故障，把由此导致发生的相关部分或上一级系统的故障称为二次故障二次故障。 描述故障模式时原则上说的是一次故障，而将二次故障作为该一次故障的后果。 但当二次故障
3、或更高次故障不可避免时，可以用二次故障或更高的故障模式来描述，而将一次故障视为故障的原因。 可靠性理论 故障与故障树分析4.2汽车故障汽车故障 (失效失效)的危害的危害l故障对用户的危害: 影响载客或运输任务的完成。造成人身伤亡事故。损毁车辆。维修费用损失。使用户产生厌烦、埋怨和不愉快心理。l故障对社会的危害: 造成社会不良影响，对公务用车还会造成政治影响。对客运或货运企业，因故障而停驶，不仅影响服务信誉，而且造成经济损失。造成人身伤亡事故。造成交通堵塞。造成交通、公路、城市设施的损坏。维修费用损失。材料和能源的浪费。社会公害加剧。l故障对汽车制造厂的危害: 赔偿用户的损失。产品的市场信誉下降
4、，缺乏同类产品的市场竞争力，销售数量减少，售价不高以至削价处理，工厂经济效益下降，甚至亏损。企业形象和声誉变差，影响企业的生存和发展。职工产生埋怨情绪，生产效率下降，工作信心不足。可靠性理论 故障与故障树分析4.3故障的防范故障的防范 防止故障发生，与汽车的设计、制造、检测、维修、保养、保管、营销、售后服务、运行环境、运行管理等各个环节有关，但从人机配合角度来看，应着重从操作方面予以防范。4.3.1 防止误操作防止误操作 在汽车可靠性设计中，要十分重视如何防止误用故障的发生，即在容易因误操作而产生故障的结构中，应采取防止误操作的设计，以减少汽车的误用故障。 4.3.2 排排除除局局部部故故障障
5、（及及时时维维护护、保保养养、检检查查监监测测、更更换易损件。）换易损件。） 汽车是一种非常复杂的系统，任何一个零部件的故障都可能导致系统的故障。一个具体的故障常常是由某一个局环节的出现问题，如局部的缺陷、裂纹、松动、磨损、老化等现象的逐渐发展而造成的。可靠性理论 故障与故障树分析4.4汽车故障的分级汽车故障的分级 汽车是一个复杂的可维修机电产品，权衡经济、技术、成本等诸方面因素，在有效的寿命期间内，允许存在一定的故障。 由于汽车的设计水平、制造水平、可靠性水平、应用条件存在许多差别，因而汽车发生故障的形式、程度及其危害大小也是千差万别的。 从汽车可靠性工程角度来看:首要目标是杜绝或有效地减少
6、危害性大的故障;其次是降低一般故障的发生频率。 汽车故障的分级，主要根据故障危害度大小，从定性和定量两个方面考虑。可靠性理论 故障与故障树分析4.4.1定性分级定性分级 致致命命故故障障 危及人身安全;引起主要总成报废，造成了重大经济损失;对周围环境造成严重危害。如：汽缸体裂纹（将导致发动机报废），行驶时前轴断裂、转向系统失效、前轮脱落、制动管堵塞、制动管接头脱落等。 严严重重故故障障 引起主要零部件、总成严重损坏或影响行车安全，不能用易损备件和随车工具在短时间排除。如：曲轴、连杆断裂，制动跑偏（经调整不能排除），变速器脱档等 一一般般故故障障 不影响行车安全的非主要零部件故障，可用易损备件和
7、随车工具在较短时间内排除。如发动机过热，活塞烧蚀，转向器漏油，制动跑偏（经调整可排除）。 轻轻微微故故障障 对汽车正常运行基本没有影响，不需要更换零部件，可用随车工具较容易地排除。如放水阀漏水，后视镜松动等。 可靠性理论 故障与故障树分析4.4.2定量分级定量分级 所谓定量分级法就是概概率率损损失失分级法。在概率损失分级法中，用损失来度量故障的危害度。一个故障可能带来的损失一般可以用三方面的损失来衡量，即L=Ll+L2+L3 (12-1)式中L1人身伤亡事故、环境损害的损失，如赔偿费等; L2盈利损失或不能完成任务造成的损失，如因停车造成的运输利润损失等; L3维修费用，包括材料、人工、设备、
8、管理等方面的总费用。总体的概率损失Lp为n该故障可能产生的后果数;Pi发生第i种后果的概率;Li发生第i种后果的损失。可靠性理论 故障与故障树分析4.5 故障树分析故障树分析法是故障树分析法是利用故障树确定系统故障原因的各种可能组合方式或其发生概率，以便计算系统故障概率，并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。通常称FTA法 (Fault Tree Analysis)。电路开关合上后马达不转开关合上后无电源马达故 障电源故 障线路故 障开关电机(马达)电源故障树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可靠性理论 故障与故障树分析4.5.1、基本符号、
9、基本符号故障树中所用的符号分为三类:事件事件符号;逻辑门逻辑门符号;转移符号转移符号。（1）事件及符号）事件及符号事件：系统或部件所处的正常和不正常的状态。事件：系统或部件所处的正常和不正常的状态。 1)底事件底事件 它是故障树分析中导致其它事件发生的原因事件，它位于故障树的底端，是逻辑门的输入事件而不是输出事件。底事件又分为基本事件和末探明事件。基本事件基本事件 是在特定的故障树分析中无须探明其发生原因的底事件。用圆形符号表示。未探明事件或省略事件未探明事件或省略事件 表示因事件概率很小，暂时不必或暂时不能探究的底事件，用菱形表示，顶事件或中间事件基本事件 省略事件可靠性理论 故障与故障树分
10、析2)结结果果事事件件 它是故障树分析中由其它事件或事件组合所导致的事件，它位于逻辑门的输出端，其符号为矩形，因而也称矩形事件。结果事件也可分为顶事件和中间事件。顶顶事事件件 是故障树分析中所要关心的事件，位于故障树的顶端。顶事件总是逻辑门的输出事件而不是输人事件。中中间间事事件件 是位于底事件和顶事件之间的结果事件，它既是上一层次逻辑门的输出事件，又是下一层次逻辑门的输人事件。基本事件 省略事件 结果事件（顶事件或中间事件）可靠性理论 故障与故障树分析 （2 2） 逻辑门及其符号逻辑门及其符号 逻辑门分为与门、或门、非门等。 1)1)逻逻辑辑与与门门 (AND(AND门门) 仅当门的全部输入
11、事件同时存在时，输出事件才发生，用符号图a表示。设与门有n个输入事件Bi(i=1，2，n)，则与门的逻辑关系表达式为（集合的交）:与门 或门 非门式中A为输出事件当事件Bi相互独立时，有可靠性理论 故障与故障树分析 逻辑门及其符号逻辑门及其符号 2 2）逻辑或门）逻辑或门(OR(OR门门) ) 当门输入事件中至少一个事件发生时，门的输出事件发生。设或门的输入:事件为Bi (i=1，2，.，n)，则或门的逻辑关系表达式为（集合的并）: 3) )非门非门 表示输出事件是输人事件的对立事件。若输出事件为A，输人事件为B， ，与门 或门 非门可靠性理论 故障与故障树分析4.5.2故障树的建立故障树的建
12、立 位于故障树顶端的事件应是分析对象 (故障)。围绕这一对象往下逐级建立目标 (可能原因)、子目标 (原因)，并用规定的符号表示分析对象与目标、子目标之间的逻辑关系。 右图是双管路行车制动系统失效的故障树。+可靠性理论 故障与故障树分析4.5.3、失效树的定性分析、失效树的定性分析定性分析的目的是寻找失效树的最小割集（通俗点讲，系统故障的基本模式）（1）、割集的概念）、割集的概念割割集集是故障树的若干底事件的集合，如果这些底事件都发生,则顶事件必然发生。最最小小割割集集是底事件数目不能再减少的割集，即在最小割集中任意去掉一个底事件之后，剩下的底事件集合就不是割集。一个最小割集代表引起故障树顶事
13、件发生的一种故障模式。研究最小割集可以找出故障树的薄弱环节可靠性理论 故障与故障树分析割集 X1, X2, X3， x1,X2，X3最小割集：X1, X2,X3一个最小割集代表引起故障树顶事件发生的一种故障模式研究最小割集可以找出故障树的薄弱环节可靠性理论 故障与故障树分析（2） 求最小割集的方法求最小割集的方法可靠性理论 故障与故障树分析1）Fussell-Vesely（富塞尔凡斯列）算法步骤123456割集X1G1X2X1G2G3X2X1G4 G5G3X2X1X4 G5X5 G5X3G6X2X1X4 X6X4 X7X5 G5X3G6X2X1X4 X6X4 X7X5 X6X5 X7X3X6X
14、8X2逻辑门的性质逻辑门的性质：逻辑与门仅增加割集的容量，逻辑或门增加割集的个数。方法方法：按故障树从上到下，遇到与门，在分析表的下一步中将事件分解在原割集，增加割集的容量。 遇到或门，在分析表的下一步中将事件分解到不同的割集（增添割集数）。可靠性理论 故障与故障树分析步骤123456123456789X1G1X2X1G2G3X2X1G4 G5G3X2X1X4 G5X5 G5X3G6X2X1X4 X6X4 X7X5 G5X3G6X2X1X4 X6X4 X7X5 X6X5 X7X3X6X8X2最小割集：X1, X4,X7,X5,X7, X3, X6, X8, X2可靠性理论 故障与故障树分析2
15、2） SemanderesSemanderes（西门德勒斯）法（西门德勒斯）法（西门德勒斯）法（西门德勒斯）法方法方法：按故障树从下往上进行，利用集合运算规范列出等式集合运算集合运算：或门，集合的并，用表示。与门，集合的交，用乘号表示（可省略）。G4=X4+X5, G5=X6+X7 G6=X6+X8G2=G4G5=(X4+X5)(X6+X7)G3=X3+G6=X3+X6+X8可靠性理论 故障与故障树分析G4=X4+X5, G5=X6+X7 G6=X6+X8G2=G4G5=(X4+X5)(X6+X7)G3=X3+G6=X3+X6+X8G1=G2+G3 =X4X6+X4X7+X5X6+X5X7+X
16、3+X6+X8 =X4X7+X5X7+X3+X6+X8G=X1+G1+X2 =X1+X2+X4X7+X5X7+X3+X8+X6可靠性理论 故障与故障树分析G4=X4+X5, G5=X6+X7 G6=X6+X8G2=G4G5=(X4+X5)(X6+X7)G3=X3+G6=X3+X6+X8G1=G2+G3 =X4X6+X4X7+X5X6+X5X7+X3+X6+X8 =X4X7+X5X7+X3+X6+X8G=X1+G1+X2 =X1+X2+X4X7+X5X7+X3+X8+X6最小割集为X1 X2 X4,X7 X5,X7 X3 X8 X6可靠性理论 故障与故障树分析4.5.4、故障树的定量分析、故障树的定量分析 概率的运算 设事件A和B相互独立，事件的交（与门）P(AB)P(A)P(B)事件的并（或门） P(AUB)=11-P(A)1-P(B) 当A和B发生的概率很小时， 则近似为 可靠性理论 故障与故障树分析与或可靠性理论 故障与故障树分析0.010.020.020.010.020.040.0008可靠性理论 故障与故障树分析第4章 故障和故障树分析 思考题1.故障与失效有何区别和联系?2.故障对用户、社会、开发制造商产生哪些危害?3.汽车故障如何分级?4.什么叫割集和最小割集？5.故障树有何用途?6.如何利用故障树进行故障的定性分析和定量分析？可靠性理论 故障与故障树分析
