GB-T 7829-1987 故障树分析程序

中华人民共和国国家标准故障树分析程序总则目的故障树分析是系统可靠性和安全性分析的工具之一故障树分析包括定性分析和定量分析定性分折的主要目的是寻找导致与系统有关的不希望事件发生的原因和原因的组合即寻找导致顶事件发生的所有故障模式定量分析的主要目的是当给定所有底事件发生的概率时求出顶事件发生的概率及其他定量指标在系统设计阶段故障树分析可帮助判明潜在的故障以便改进设计包括维修性设计在系统使用维修阶段可帮助故障诊断改进使用维修方案范围本标准规定了系统可靠性和安全性的故障树分析的一般程序主要适用于底事件和顶事件均为两状态的正规故障树引证标准可靠性基本名词术语及定义故障树的名词术语和符号术语本标准采用和中规定的术语定义并补充以下术语模块对于已经规范化和简化见和的正规故障树模块是至少有两个底事件但不是所有底事件的集合这些底事件向上可到达同一个逻辑门并且必须通过此门才能到达顶事件故障树的所有其他底事件向上均不能到达该逻辑门最大模块经规范化和简化的正规故障树的最大模块是该故障树的一个模块且没有其他模块包含它割集割集是导致正规故障树顶事件发生的若干底事件的集合最小割集最小割集是导致正规故障树顶事件发生的数目不可再少的底事件的集合它表示引起故障树顶事件发生的一种故障模式结构函数故障树的结构函数定义为若顶事件发生若顶事件不发生国家标准局批准实施其中为故障树底事件的数目为描述底事件状态的布尔变量即若第个底事件发生若第个底事件不发生底事件结构重要度第个底事件的结构重要度为其中是故障树的给构函数是对分别取或的所有可能求和底事件结构重要度从故障树结构的角度反映了各底事件在故障树中的重要程度底事件概率重要度第个底事件的概率重要度为其中为顶事件发生的概率在底事件相互独立的条件下它是各底事件发生概率的一个函数第个底事件的概率重要度表示当第个底事件发生概率的微小变化而导致顶事件发生概率的变化率底事件的相对概率重要度第个底事件的相对概率重要度为第个底事件的相对概率重要度表示当第个底事件发生概率微小的相对变化而导致顶事件发生概率的相对变化率故障树分析的预备步骤确定分析的范围定义系统包括系统的设计意图实际结构功能边界包括接口运行模式环境条件和故障判据确定分析的目的和内容明确对系统所作的基本假设包括对系统运行和维修条件的假设以及在所有可能的使用条件下与性能有关的假设熟悉系统对系统应有详细的和透彻的了解为此需要系统设计人员使用维修人员和可靠性或安全性分析人员的合作对系统进行故障模式和效应分析将会促进对系统故障规律的深入了解从而有助于正确确定顶事件和建立故障树工作项目确定顶事件根据分析的目的系统的故障判据和对系统的了解确定与系统有关的不希望发生的事件即顶事件通常这个事件明显地影响系统的技术性能经济性可靠性安全性或其他所要求的特征顶事件必须有明确的定义它是故障树分析的中心当我们关心的与系统有关的不希望事件不止一个时可以将所有这些不希望事件作为同一个假设顶事件的输入事件从而把问题归结为仅有一个顶事件的情形来进行统一处理建立故障树建立故障树是一个反复深入逐步完善的过程通常应该在系统早期设计阶段开始随着系统设计的进展和对故障模式的不断增加的理解故障树随之增大建立故障树要避免遗漏重要的故障模式分析中考虑的事件建立故障树时考虑的事件应包括硬件故障也要包括可能发生的软件故障和人为失误以及所有与系统运行有关的条件环境和其它因素所有故障事件必须有明确的定义并需指出每个故障事件发生的条件共因事件的处理出现在故障树不同分支中的同一个原因事件称为共因事件它影响两个或两个以上不同的结果事件如果某个故障事件是共因事件则在故障树不同分支中出现的该事件必须用同一个事件标号当该共因事件不是底事件时则应该用相同转移符号简化建立故障树的方法建立故障树的方法有演绎法判定表法和合成法等演绎法主要用于人工建树判定表法和合成法主要用于计算机辅助建树演绎法建树演绎法建树应从顶事件开始由上而下循序渐进逐级进行步骤如下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为下一级的输出事件如同中对顶事件那样进行处理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这些输入事件即为故障树的底事件对每一级结果事件的分解必须严格遵守寻找直接的必要和充分的原因以避免某些故障模式的遗漏故障树规范化为了对故障树作统一的描述和分析必须将建造出来的故障树规范化成为仅含有底事件结果事件以及与或非三种逻辑门的故障树故障树规范化的主要内容包括将未探明事件或当作基本事件或删去将顺序与门变换为与门将表决门变换为或门和与门的组合将异或门变换为或门与门和非门的组合将禁门变换为与门故障树的简化和模块分解故障树的简化和模块分解是减小故障树规模从而节省分析工作量的有效措施故障树简化去掉明显的逻辑多余事件和明显的逻辑多余门用相同转移符号表示相同子树用相似转移符号表示相似子树故障树模块分解按模块和最大模块的定义见和找出故障树中的尽可能大的模块如果有计算机软件可用的话求出故障树的所有最大模块每个模块构成一个模块子树可单独地进行定性分析和定量分析对每个模块子树用一个等效的虚设底事件来代替使原故障树的规模减小在故障树定性分析和定量分析后可根据实际需要将顶事件与各模块之间的关系转换为顶事件与底事件之间的关系定性分析用下行法或上行法求故障树的所有最小割集下行法下行法的基本原则是对每一个输出事件若下面是或门则将该或门下的每一个输入事件各自排成一行若下面是与门则将该与门下的所有输入事件排在同一行下行法的步骤是从顶事件开始由上向下逐级进行对每个结果事件重复上述原则直到所有结果事件均被处理所得每一行的底事件的集合均为故障树的一个割集最后按最小割集的定义对各行的割集通过两两比较划去那些非最小割集的行剩下的即为故障树的所有最小割集下行法求故障树所有最小割集的释例见附录的上行法上行法的基本原则是对每个结果事件若下面是或门则将此结果事件表示为该或门下的各输入事件的布尔和事件并若下面是与门则将此结果事件表示为该与门下的输入事件的布尔积事件交上行法的步骤是从底事件开始由下向上逐级进行对每个结果事件重复上述原则直到所有结果事件均被处理将所得的表达式逐次代入按布尔运算的规则将顶事件表示成底事件积之和的最简式其中每一项对应于故障树的一个最小割集从而得到故障树的所有最小割集上行法求故障树所有最小割集的释例见附录的定量分析如有足够数据能够估计出故障树中各底事件发生的概率则在所有底事件相互独立的条件下可对故障树进行下述定量分析顶事件发生的概率求顶事件发生的概率的方法有真值表法概率图法容斥公式法不交布尔代数法等真值表法和概率图法仅适用于故障树底事件个数少的情形容斥公式法仅适用于故障树最小割集个数少的情形当故障树的规模比较大的情况可用不交布尔代数法用不交布尔代数法求顶事件发生概率的释例见附录的重要度根据实际需要选择某个或某几个重要度指标并定量计算出来在故障树分析中最基本的重要度是底事件的结构重要度概率重要度和相对概率重要度释例见附录的故障树分析报告以下只是规定了故障树分析报告的基本条款目的和范围系统描述设计描述系统运行详细的系统边界定义假设系统设计的假设运行维修试验和检测的假设可靠性模型化的假设系统故障的定义和判据故障树分析分析数据和所使用的符号表结果和结论根据特定系统分析的需要可补充其他的条款例如系统的功能框图或电路图所用的可靠性数据和资料的摘要以计算机可读形式表示的故障树描述附录故障树定性分析的释例参考件下行法求故障树的所有最小割集对于图所给的故障树下行法的步骤可见下表步骤步骤顶事件下面是或门将该门下的输入事件和各自排成一行步骤事件下面是或门将该门下的输入事件和各自排成一行事件下面是与门将该门下的输入事件和排在同一行步骤事件下面是与门将该门下的输入事件和排在同一行事件下面是与门将该门下的输入事件和排在同一行事件下面是或门将该门下的输入事件和各自排成一行并与事件组合成和步骤事件下面是或门将该门下的输入事件和各自排成一行并与事件组合成和与事件组合成和至此故障树的所有结果事件都已被处理步骤所得的每行均为一个割集步骤进行两两比较因为是割集故和不是最小割集必须划去最后得该故障树的所有最小割集为上行法求故障树的所有最小割集对于图所给的故障树从底事件开始故得故障树的所有最小割集附录故障树定量分析的释例参考件对于附录中图所给的故障树已知所有底事件相互独立且给定所有底事件发生的概率不交布尔代数法求顶事件发生的概率用不交布尔代数法求顶事件发生的概率步骤如下由附录求得的所有最小割集立即可将顶事件表示为各底事件积之和的最简布尔表达式将上式化为互不相交的布尔和其中表示底事件的对立事件即表示第个底事件不发生将中已不交化的表达式两端求概率得顶事件发生的概率其中表示第个底事件不发生的概率作数值计算得到顶事件发生的概率为重要度底事件的概率重要度由第个底事件的概率重要度为将中的代入得作数值计算得各底事件的概率重要度为底事件的相对概率重要度由底事件的相对概率重要度为其中和已分别由和求得作数值计算得各底事件的相对概率重要度为底事件的结构重要度在给出了底事件结构重要度的定义底事件的结构重要度完全由故障树的结构所决定与底事件发生概率的大小无关理论上已经证明当所有底事件发生的概率都取时底事件的概率重要度等于底事件的结构重要度故在的表达式中用代入作数值计算得各底事件的结构重要度为附加说明本标准由中华人民共和国电子工业部提出本标准由全国电工电子产品可靠性与维修性标准化技术委员会归口本标准主要起草人曹晋华廖炯生史定华苏德清