文档介绍：故障树分析(FTA)
故障树分析(FTA)
一、概述
故障树分析FTA(英文为Fault Tree Analysis)是一种图形演绎的故障分析方法,是故障事件在一定条件下的逻辑推理方法。它将系统故障形成的原因(包括硬件、软件、环境、人为因素等)进行分析,画出逻辑关系图(即故障树),从而确定系统故障的原因和发生的概率。由FTA结果可以确定被分析系统的薄弱环节、关键部位、应采取的措施、对可靠性试验的要求等。同时FTA还可通过分析各种可能的潜在故障,揭示系统内部的联系,指导维修方案及维修策略的制定,确定检修装置的最佳配置,为故障诊断提供依据;另外还为后勤保障、运用维修管理打下相应的基础。
FTA从20世纪60年代首先在宇航,以后在核能领域内得到了重视和发展,目前已在电子、化工、电力、机械、交通等行业中得到了广泛的应用,用来作为评价系统可靠性和安全性的有力工具。
(一)FTA概念
在故障树分析中,对于所研究系统的各种故障状态或不正常的情况均称为故障事件。各种完好状态或正确情况皆称为成功事件。两者均称为事件。FTA所研究的一个事件,也就是系统所不希望发生的事件或FTA中所关心的结果事件称为顶事件,位于故障树的顶端。在FTA中仅导致其它事件发生的原因事件称为底事件,它是可能导致事件发生的基本原因,位于故障树的底端。FTA 是以顶事件为分析目标,通过逐层向下查找所有可能发生的原因。每层均查找其直接原因,从而找出系统内可能存在元件失效、环境影响、人为失误以及程序处理等硬件和软件因素(各种底事件)与系统故障(顶事件)之间的逻辑关系,并通过各种符号(事件符号、逻辑符号和转移符号)来描述系统中各种事件间的因果关系,从而形成倒立树状图形,这种图形称之为故障树。图2
—16表示出水泵驱动系统故障树,其中图2—16(a)为直流电动机驱动水泵系统的原理图,图2—16(b)为该系统顶事件电机不转的故障树。在建造完故障树以后,再定性分析各底事件对顶事件发生影响的组合方式和传播途径,识别可能的系统故障模式,以及定量计算这种影响的轻重程度,计算出系统在该项事件时的故障概率。
系统的可靠性分析基本上分为两种方法,一种是归纳法。另一种是演绎法。FMECA属于归纳法,FTA属于演绎法。FMECA是由下而上,确定产品可能的故障模式,确定各种故障对系统的影响,基本上是面向系统的各种组成部分。而FTA则是由上而下,假设系统故障,分析其可能的原因,基本上是面向整个系统。进行FMECA分析的着眼点在于不漏掉一种可能的故障模式,因此在新产品研制时,原则上要普遍分析各主要零部件可能发生的故障对系统的影响,所以在工程上总是首先进行FMECA,从中确定一切灾难性和严重的故障事件,针对FMECA的分析结果先取一些重要的故障事件来进行FTA。FMECA和FTA两种方法是互相补充的、相辅相成的。
(a)系统原理图(b)故障树
图2-16 水泵驱动系统故障树
E-110 V直流电源;M-直流电动机;K1-手动开关;K2-电磁开关;P-水泵
电动机不转
M两端无110V直流电压
M失效
+
+
E电压
<110V
开关失效
K1失效
K2失效
M
P
E
K2
K1
(二)FTA特点
(1)FTA法直观、形象。它通过从系统到部件再到零件层层下降的分析,采用逻辑符合绘制出树状图形,将系统的故障与导致该故障的各处因素直观而又形象地表现出来,从而评价各种零部件故障原因及其对系统可靠性、安全性的影响程度。
(2)FTA法具有灵活性和多用性。它不局限于对系统可靠性做一般的分析,而可以分析系统的各种故障状态,它不仅可以分析由单一部件故障引起的系统故障,还可以分析多个零部件同时故障而导致的系统故障;它不仅可以分析系统中零部件故障树对系统的影响,还可以考虑环境、人为因素或决策失误以及维修状态的影响;FTA不仅可应用于工程技术问题,而且还可应用于经济管理系统工程,可以作为管理和维修人员的管理、维修指南。
(3)FTA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。它可以围绕某些特定的故障树状态做层层深入的分析。在清晰的故障树图形下表示出系统的内在联系,指出单元故障与系统故障之间的逻辑关系。
(4)FTA不但可以进行多目标的定性分析,还可以进行复杂的定量计算。故障树分析的理论基础,除概率论和数理统计外,布尔代数及可靠性数学中的理论均可用于FTA的定量分析中,并且随着计算机技术的发展,图像信息技术、各种计算方法也都在FTA中得到广泛应用。通过FTA定量计算可以求出复杂系统中的故障概率和其它可靠性特征量,为评估和改进产品的可靠性提供定量数据。
(5)FTA的缺点是建造过程复杂,耗时太长,收集数据困难。FTA首先需要建树,建树