故障树FTA分析

故障树分析（FTA）方法概念：FTA(FailureTreeAnalysis)故障树分析，又称失效树分析。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，已计算系统失效概率，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。故障分析(FTA)是以故障树作为模型对系统经可靠性分析的一种方法。故障树分析把系统最不希望发生的故障状态作为逻辑分析的目标，在故障树中称为顶事件，继而找出导致这一故障状态发生的所有可能直接原因，在故障树中称为中间事件。再跟踪找出导致这些中间故障事件发生的所有可能直接原因。直追寻到引起中间事件发生的全部部件状态，在故障树中称为底事件。用相应的代表符号及逻辑们把顶事件、中间事件、底事件连接成树形逻辑图，责成此树形逻辑图为故障树。故障树是一种特殊的倒立树状逻辑因果关系图，它用事件符号、逻辑门符号和转移符号描述系统中各种事件之间的因果关系。故障树分析（FTA）方法故障树分析法由美国贝尔电话研究所的沃森（Watson）和默恩斯(Mearns)于1961年首次提出并应用于分析民兵式导弹发射控制系统的。其后，波音公司的哈斯尔（Hasse）、舒劳德（Schroder）、杰克逊（Jackson）等人研制出故障树分析法计算程序，标志着故障树分析法进入了以波音公司为中心的宇航领域。1974年，美国原子能委员会发表了以麻省理工学院（MIT）拉斯穆森（Rasmussen）为首的有60名专家参与的安全组进行了两年研究而编写的长达3000页的“商用轻水反应堆核电站事故危险性评价”的报告，该报告采用了美国国家航空和管理部于60年代发展起来的事件树（ET:EventTree）和故障树分析方法，以美国100座核电反应堆为对象对核电站进行了风险评价，使FTA的应用得到很大发展。这一报告的发表引起了各方面的很大反响，被称为FTA发展进程中的一个重要里程碑。并推动了故障树分析法从宇航、核能进入电子、化工和机械等工业领域。原理通过对可能造成产品故障的硬件、软件、环境、人为因素进行分析，从而确定产品的故障原因的各种可能的组合方式和(或)发生概率。用途--复杂系统的功能逻辑分析；--分析同时发生的非关键事件对顶事件的综合影响;--评价系统可靠性与安全性；--确定潜在设计缺陷和危险；--评价采用的纠正措施；--简化系统故障查找。FTA分析的4个主要步骤建立故障树、故障树的规范化、简化和模块分解、故障树的定性分析和故障树的定量分析。建树步骤：选定顶事件--某一影响最大的系统故障；将造成系统故障的原因逐级分解为中间事件；直至底事件--不能或不需要分解的基本事件，构成一张树状的逻辑图--故障树。a选择和确定顶事件：顶事件是系统最不希望发生的事件，或是指定进行逻辑分析的故障事件。b分析顶事件：寻找引起顶事件发生的直接的必要和充分的原因。将顶事件作为输出事件，将所有直接原因作为输入事件，并根据这些事件实际的逻辑关系用适当的逻辑门相联系。c分析每一个与顶事件直接相联系的输入事件。如果该事件还能进一步分解，则将其作用下一级的输出事件，如同b中对顶事件那样进行处理。d重复上述步骤，逐级向下分解，直到所有的输入事件不能再分解或不必要再分解为止，即建成了一棵倒置的故障树。定性分析目的是为了弄清系统（或设备）出现某种故障（即顶事件）的可能性有多少，分析哪些因素会引发系统的某种故障。定量分析目的是得到在底事件互相独立和已知其发生概率的条件下，顶事件发生概率和底事件重要度等定量指标(GJB768)。常用的指标是：顶事件发生的概率、底事件重要度等。故障树FTA分析的程序故障树FTA的分析程序一般分为下面几种:（1）熟悉系统：要详细了解系统状态及各种参数，绘出工艺流程图或布置图。（2）调查事故：收集事故案例，进行事故统计，设想给定系统可能发生的事故。（3）确定顶上事件：要分析的对象即为顶上事件。对所调查的事故进行全面分析，从中找出后果严重且较易发生的事故作为顶上事件。（4）确定目标值：根据经验教训和事故案例，经统计分析后，求解事故发生的概率（频率），以此作为要控制的事故目标值。（5）调查原因事件：调查与事故有关的所有原因事件和各种因素。（6）画出故障树：从顶上事件起，逐级找出直接原因的事件，直至所要分析的深度，按其逻辑关系，画出故障树。（7）分析：按故障树结构进行简化，确定各基本事件的结构重要度。（8）事故发生概率：确定所有事故发生概率，标在故障树上，并进而求出顶上事件（事故）的发生概率。（9）比较：比较分可维修系统和不可维修系统进行讨论，前者要进行对比，后者求出顶上事件发生概率即可。（10）分析：原则上是上述10个步骤，在分析时可视具体问题灵活掌握，如果故障树规模很大，可借助计算机进行。目前我国故障树分析一般都考虑到第7步进行定性分析为止，也能取得较好效果。故障树分析FTA案例故障树分析是一种根据系统可能发生的事故或已经发生的事故结果，去寻找与该事故发生有关的原因、条件和规律，同时可以辨识出系统中可能导致事故发生的危险源。故障树分析是一种严密的逻辑过程分析，分析中所涉及到的各种事件、原因及其相互关系，需要运用一定的符号予以表达。故障树分析所用符号有三类，即事件符号，逻辑门符号，转移符号。图1故障树的事件符号事件符号如图1所示包括：（1）矩形符号矩形符号如图1a）所示。它表示顶上事件或中间事件，也就是需要往下分析的事件。将事件扼要记入矩形方框内。（2）圆形符号圆形符号如图1b）所示。它表示基本原因事件，或称基本事件。它可以是人的差错，也可以是机械、元件的故障，或环境不良因素等。它表示最基本的、不能继续再往下分析的事件。（3）屋形符号屋形符号如图1c）所示。主要用于表示正常事件，是系统正常状态下发生的正常事件。（4）菱形符号菱形符号如图1d）所示。它表示省略事件，主要用于表示不必进一步剖析的事件和由于信息不足，不能进一步分析的事件。图2故障树逻辑门符号逻辑门符号如图2所示包括：——逻辑与门。表示仅当所有输入事件都发生时，输出事件才发生的逻辑关系，如图2a）所示。——逻辑或门。表示至少有一个输入事件发生，输出事件就发生的逻辑关系，如图2b）所示。——条件与门。图2c）所示，表示B1、B2不仅同时发生，而且还必须再满足条件α，输出事件A才会发生的逻辑关系。——条件或门。图2d），表示任一输入事件发生时，还必须满足条件α，输出事件A才发生的逻辑关系。——排斥或门。表示几个事件当中，仅当一个输入事件发生时，输出事件才发生的逻辑关系，其符号如图2e）所示。——限制门。图2f）所示，表示当输入事件B发生，且满足条件X时，输出事件才会发生，否则，输出事件不发生。限制门仅有一个输入事件。——顺序与门。表示输入事件既要都发生，又要按一定的顺序发生，输出事件才会发生的逻辑关系，其符号如图2g）表示。——表决门。表示仅当n个事件中有m（m≤n）个或m个以上事件同时发生时，输出事件才会发生，其符号如图2h）所示。图3故障树转移符号转移符号包括：——转入符号。表示转入上面以对应的字母或数字标注的子故障树部分符号，其符号如图3a）。——转出符号。表示该部分故障树由此转出，其符号如图3b）。编制故障树应从以下几方面入手：——熟悉系统。了解系统的构造、性能、操作、工艺、元件之间的关系及人、软件、硬件、环境的相互作用和系统工作原理等；——收集、调查系统事故资料。收集、调查系统的已有事故资料和类似系统的事故资料。——确定顶上事件。根据对系统已掌握的资料，在分析系统一类危险源的基础上，确定系统事故类型作为顶上事件。——调查分析顶上事件发生的原因，从人、机、物、环境和信息各方面入手调查分析影响顶上事件发生的所有原因。下面以一液化石油气第一类危险源，选择顶上事件为火灾爆炸事故。故障树分析如图4。A1―形成混合气；A2―遇火源；A3―液态烃泄漏；A4―未报警；A5―静电火花；A6―附近有机动车通行；A7―罐爆裂；A8―静电未消除；A9―罐超压；A10―安全阀未起作用；A11―未报警；A12―未报警；A13―无显示；A14―液面未显示；A15―压力无显示X1―烟头未掐灭；X2―阀门泄漏；X3―法兰垫片断裂；X4―报警器故障；X5―无报警器；X6―收油或油排入事故罐过快；X7―未安装阻火器；X8―阻火器故障；X9―无接地线；X10―接地线断开；X11―收油过量；X12―安全阀下部阀门未开；X13―安全阀故障；X14―无报警器；X15―报警器故障；X16―液面计上下阀门未开；X17―液面计故障；X18―无液面计；X19―无压力表；X20―压力表故障。