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故障樹分析法

   一般來講,安全系統工程的發展也是以故障樹分析為主要標志的。1974年美國原子能委員會發表了關于核電站危險性評價報告,即“拉姆森報告”,大量、有效地應用了FTA,從而迅速推動了它的發展。

  故障樹圖 ( 或者負分析樹)是一種邏輯因果關系圖,它根據元部件狀態(基本事件)來顯示系統的狀態(頂事件)。就像可靠性框圖(RBDs),故障樹圖也是一種圖形化設計方法,并且作為可靠性框圖的一種可替代的方法。 一個故障樹圖是從上到下逐級建樹并且根據事件而聯系,它用圖形化"模型"路徑的方法,使一個系統能導致一個可預知的,不可預知的故障事件(失效),路徑的交叉處的事件和狀態,用標準的邏輯符號(與,或等等)表示。在故障樹圖中最基礎的構造單元為門和事件,這些事件與在可靠性框圖中有相同的意義并且門是條件。

  從系統的角度來說,故障既有因設備中具體部件(硬件)的缺陷和性能惡化所引起的,也有因軟件,如自控裝置中的程序錯誤等引起的。此外,還有因為操作人員操作不當或不經心而引起的損壞故障。

  20世紀60年代初,隨著載人宇航飛行,洲際導彈的發射,以及原子能、核電站的應用等尖端和軍事科學技術的發展,都需要對一些極為復雜的系統,做出有效的可靠性與安全性評價;故障樹分析法就是在這種情況下產生的。

  故障樹分析法簡稱FTA (Failure Tree Analysis),是1961年為可靠性及安全情況,由美國貝爾電話研究室的華特先生首先提出的。其后,在航空和航天的設計、維修,原子反應堆、大型設備以及大型電子計算機系統中得到了廣泛的應用。目前,故障樹分析法雖還處在不斷完善的發展階段,但其應用范圍正在不斷擴大,是一種很有前途的故障分析法。

 總的說來,故障樹分析法具有以下一些特點。

  它是一種從系統到部件,再到零件,按“下降形”分析的方法。它從系統開始,通過由邏輯符號繪制出的一個逐漸展開成樹狀的分枝圖,來分析故障事件(又稱頂端事件)發生的概率。同時也可以用來分析零件、部件或子系統故障對系統故障的影響,其中包括人為因素和環境條件等在內。

  它對系統故障不但可以做定性的而且還可以做定量的分析;不僅可以分析由單一構件所引起的系統故障,而且也可以分析多個構件不同模式故障而產生的系統故障情況。因為故障樹分析法使用的是一個邏輯圖,因此,不論是設計人員或是使用和維修人員都容易掌握和運用,并且由它可派生出其他專門用途的“樹”。例如,可以繪制出專用于研究維修問題的維修樹,用于研究經濟效益及方案比較的決策樹等。

  由于故障樹是一種邏輯門所構成的邏輯圖,因此適合于用電子計算機來計算;而且對于復雜系統的故障樹的構成和分析,也只有在應用計算機的條件下才能實現。

  顯然,故障樹分析法也存在一些缺點。其中主要是構造故障樹的多余量相當繁重,難度也較大,對分析人員的要求也較高,因而限制了它的推廣和普及。在構造故障樹時要運用邏輯運算,在其未被一般分析人員充分掌握的情況下,很容易發生錯誤和失察。例如,很有可能把重大影響系統故障的事件漏掉;同時,由于每個分析人員所取的研究范圍各有不同,其所得結論的可信性也就有所不同。

  故障樹分析的方法有定性分析和定量分析兩種.

定性分析

  找出導致頂事件發生的所有可能的故障模式,既求出故障的所有最小割集(MCS).

定量分析

  主要有兩方面的內容:一是由輸入系統各單元(底事件)的失效概率求出系統的失效概率;二是求出各單元(底事件)的結構重要度,概率重要度和關鍵重要度,最后可根據關鍵重要度的大小排序出最佳故障診斷和修理順序,同時也可作為首先改善相對不大可靠的單元的數據.

  1.熟悉系統:要詳細了解系統狀態及各種參數,繪出工藝流程圖或布置圖。 2.調查事故:收集事故案例,進行事故統計,設想給定系統可能發生的事故。

3.確定頂上事件:要分析的對象即為頂上事件。對所調查的事故進行全面分析,從中找出后果嚴重且較易發生的事故作為頂上事件。

4.確定目標值:根據經驗教訓和事故案例,經統計分析后,求解事故發生的概率(頻率),以此作為要控制的事故目標值。

5.調查原因事件:調查與事故有關的所有原因事件和各種因素。

6.畫出故障樹:從頂上事件起,逐級找出直接原因的事件,直至所要分析的深度,按其邏輯關系,畫出故障樹。

7.分析:按故障樹結構進行簡化,確定各基本事件的結構重要度。

8.事故發生概率:確定所有事故發生概率,標在故障樹上,并進而求出頂上事件(事故)的發生概率。

9.比較:比較分可維修系統和不可維修系統進行討論,前者要進行對比,后者求出頂上事件發生概率即可。

10.分析:原則上是上述10個步驟,在分析時可視具體問題靈活掌握,如果故障樹規模很大,可借助計算機進行。目前我國故障樹分析一般都考慮到第7步進行定性分析為止,也能取得較好效果。

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