失效模式影響分析和故障樹分析學(xué)時

失效模式影響分析和故障樹分析學(xué)時第1頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月綜合作業(yè)提交報告要求格式有完整的封面（1頁）、具體化作業(yè)內(nèi)容描述（1頁）、正文，以及課程感想；內(nèi)容XX裝置或系統(tǒng)的原理總圖或裝配總圖圖片或繪圖零件的編號功能原理解釋XX裝置或系統(tǒng)的可靠性功能框圖XX裝置或系統(tǒng)的可靠性預(yù)計與分配典型零件可靠性分析；課程總結(jié)與感想提交方式Word版本發(fā)送到wangam@打印版本提交到：求是樓410兩個版本都要提交。提交時間2013年6月9日之前其他要求選取裝置或系統(tǒng)，不得雷同；獨立完成；相關(guān)參數(shù)以及指標，根據(jù)實際情況可以自己確定，一切以體現(xiàn)對機械可靠性設(shè)計知識綜合為目標；第2頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月失效模式影響分析和故障樹分析FailureModeandEffectsAnalysis,FMEAFaultTreeAnalysis,FTA第3頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月

降落傘打不開啊!!!第4頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月

失效發(fā)現(xiàn)得太遲的后果7/10/2023第5頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月主要內(nèi)容7.1FMEA與FTA分析方法概述7.2失效模式影響分析(FMEA)7.3故障樹分析法故障樹分析法概述故障樹基本術(shù)語和符號故障樹的構(gòu)造故障樹定性分析故障樹定量分析第6頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月

1、FMEA的定義

FMEA是在產(chǎn)品設(shè)計階段和過程設(shè)計階段，對構(gòu)成產(chǎn)品的子系統(tǒng)、零件，對構(gòu)成過程的各個工序逐一進行分析，找出所有潛在的失效模式，并分析其可能的后果，從而預(yù)先采取必要的措施，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性的一種系統(tǒng)化的活動。什么是FMEA？第7頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月

失效還未產(chǎn)生，可能發(fā)生、但不是一定要發(fā)生

時機：在設(shè)計或過程開發(fā)階段前開始

合作：小組由各種有經(jīng)驗和專業(yè)知識的人構(gòu)成

FMEA分析的文件

——記錄專用表格

——作為動態(tài)文件使用

——按照過程/產(chǎn)品/服務(wù)壽命周期期間要求更改

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核心：預(yù)防

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對潛在失效模式的風險和后果進行評定

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是持續(xù)進行的—

指導(dǎo)貫穿整個過程、產(chǎn)品和服務(wù)周期

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動態(tài)的、文件化的、系統(tǒng)的小組活動

2．FMEA特點

第8頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月SFMEA——系統(tǒng)FMEA

DFMEA——產(chǎn)品FMEA（設(shè)計FMEA）

PFMEA——過程FMEA（制造/裝配FMEA）

AFMEA——應(yīng)用FMEA

SFMEA——服務(wù)FMEA

PFMEA——采購FMEA

3．FMEA的種類

第9頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月

功能：該設(shè)計/過程要做什么？（設(shè)計意圖）

失效模式：設(shè)計（產(chǎn)品）或過程失效的表現(xiàn)形式

后果：失效模式發(fā)生后會怎樣？

嚴重度：失效模式的后果有多嚴重？

起因：什么會導(dǎo)致失效模式的發(fā)生？

頻度：失效起因發(fā)生的頻率如何？

現(xiàn)行控制：探測或防止將失效傳遞到后續(xù)“顧客”的現(xiàn)行方法。

探測度：失效模式/起因一旦發(fā)生，能否探測得出？

4．FMEA涉及的主要概念

第10頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月FMEA與FTA分析方法概述失效：產(chǎn)品喪失規(guī)定的功能，產(chǎn)品不再能夠達到設(shè)計要求規(guī)定的產(chǎn)品功能。失效模式：就是失效或故障的形式，同一產(chǎn)品或部件可能以多種不同形式出現(xiàn)故障或失效，如管道系統(tǒng)中的閥門可能出現(xiàn)泄漏、破損、堵塞、誤動作等多種導(dǎo)致系統(tǒng)失效的模式，繼電器觸頭可能發(fā)生粘住、閉合或斷開失靈、振動失效等多種失效模式。第11頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月第7章失效模式影響分析和故障樹分析嚴重度就是一個部件失效時對系統(tǒng)功能影響的嚴重程度可靠性評定與預(yù)測->嚴重度分析第12頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月FMEA基本要素的組成部分FMEA計劃失效模式原因后果頻度探測度嚴重度風險分析和潛在的失效模式及后果分析解釋執(zhí)行建議措施并驗證其有效性實施措施第13頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月主要概念：水箱支架舉例原因（頻度）失效模式后果（嚴重度）

不平道路引起的振動與車體扭轉(zhuǎn)設(shè)計中應(yīng)力集中支架的材質(zhì)不符合強度要求水箱支架斷裂生產(chǎn)者消費者探測水箱后傾水箱與風扇碰撞產(chǎn)生異響水箱冷卻水管被風扇刮傷水箱冷卻液泄漏冷卻系統(tǒng)過熱發(fā)動機氣缸損壞汽車停駛功能：支撐第14頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月手機外殼PFMEA舉例原因（3）（頻度）失效模式后果（3）（頻度）爐溫太高（3）硫化時間太長生產(chǎn)者消費者外殼裂開探測（2）功能：防護第15頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月第16頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月第17頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月FMEA的順序過程功能要求潛在失效模式潛在失效的后果嚴重度數(shù)S級別潛在失效的起因/機理頻度數(shù)現(xiàn)行設(shè)計控制不易探測度數(shù)D風險順序數(shù)RPN建議措施責任和目標完成日期措施結(jié)果預(yù)防探測采取的措施嚴重度數(shù)頻度數(shù)不易探測度數(shù)R.P.N功能、特征或要求?會有什么問題?無功能部分功能功能過強功能降級功能間歇非預(yù)期功能有多糟糕?起因是什么?后果是什么?發(fā)生頻率如何?該方法在探測時有多好?能做些什么?設(shè)計更改過程更改特殊控制采用新程序或指南的更改

跟蹤評審確認控制計劃怎樣預(yù)防和探測?第18頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月一個潛在的失效事件的發(fā)生，如果沒有采取或來不及采取或事實上不可能采取措施，而使之引起下游系統(tǒng)或相關(guān)系統(tǒng)產(chǎn)生鏈鎖失效事件，我們稱之為“失效鏈”。水箱支架斷裂水箱后傾水箱與風扇碰撞水箱冷卻水管被風扇刮傷水箱冷卻液泄漏冷卻系統(tǒng)過熱發(fā)動機氣缸損壞汽車停駛

（2失效后果）

（3失效原因）

（1失效模式）

（2失效原因）（1失效后果）

（2失效模式）（3失效模式）

（3失效后果）（1失效原因）

時間

第19頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月

世界上首次采用FMEA這種概念與方法的是在20世紀60年代中期美國的航天工業(yè)。

進入20世紀70年代，美國的海軍和國防部相繼應(yīng)用推廣這項技術(shù)，并制訂了有關(guān)的標準。

20世紀70年代后期FMEA被美國汽車工業(yè)界所引用，作為設(shè)計評審的一種工具。二、FMEA的歷史第20頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月

1993年2月美國三大汽車公司聯(lián)合編寫了FMEA手冊，并正式出版作為QS-9000質(zhì)量體系要求文件的參考手冊之一，1995年2月出版了第2版，2001年7月了第3版，已

由中國汽車技術(shù)研究中心翻譯成中文。

1994年，美國汽車工程師學(xué)會SAE發(fā)布了SAEJ1739–潛在失效模式及后果分析標準。

FMEA還被廣泛應(yīng)用于其他行業(yè)，如糧食、衛(wèi)生、運輸、燃氣等部門。

2001年，SAEJ1739修訂，F(xiàn)MEA手冊也修訂為第三版，并已譯成中文。

第21頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月

FMEA是一種事前行為；

FMA（FailureModeAnalysis）是一種事后行為。

FMA是對產(chǎn)品/過程已經(jīng)發(fā)生的失效模式分析其產(chǎn)生的原因，評估其后果及采取糾正措施的一種活動。

類似項目的FMA是FMEA的重要的輸入?yún)⒖假Y料。

FMEA是“由下至上”進行分析

FTA（FailureTreeAnalysis）是“由上至下”進行分析三、FMEA和FMA、FTA第22頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月潛在失效模式及后果分析與失效分析比較

失效分析潛在的失效模式及后果分析失效已經(jīng)產(chǎn)生核心：糾正診斷已知的失效指引的是開發(fā)和生產(chǎn)失效還未產(chǎn)生，可能發(fā)生、但不是一定要發(fā)生核心：預(yù)防評估風險和潛在失效模式的影響開始于產(chǎn)品設(shè)計和工藝開發(fā)活動之前指引貫穿整個產(chǎn)品周期第23頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月第7章失效模式影響分析和故障樹分析FMEA與FTA分析方法概述第24頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月第7章失效模式影響分析和故障樹分析第25頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2失效模式影響分析(FMEA)FMEA分析是用一般的歸納方法以完成對系統(tǒng)可靠性和安全性的定性分析。所以該方法首先找出其本單元的故障模式，再到上一層系統(tǒng)去確定每一種故障模式對系統(tǒng)的影響，如此連續(xù)進行就可以在全部所需的各分析層上找出最后的故障效應(yīng)。這種分析過程包括失效影響模式分析(FMEA)和嚴重度分析(CriticalityAnalysis,CA)，合稱FMECA分析。第26頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月第7章失效模式影響分析和故障樹分析7.2.1FMECA實施方法第27頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月EFL2L1S1S2B供水系統(tǒng)如下圖所示供水系統(tǒng)，E為水箱，F(xiàn)為閥門，L1和L2為水泵，S1和S2為支路閥門。此系統(tǒng)的規(guī)定功能是向B側(cè)供水，“B側(cè)無水”是一個不希望發(fā)生的事件，即系統(tǒng)的故障狀態(tài)。G1G2第28頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月元部件名稱故障模式故障原因C1閥門（F）內(nèi)部泄露（M1）閥體閥座變形、損傷C2閥體閥座接觸面有異物C3外部泄露（M2）密封部損傷C4破損（M3）長期使用后疲勞破損C5腐蝕C6外力C7堵塞（M4）進入異物C8閥桿斷閥體落下C9誤關(guān)（M5）/錯開（M6）誤操作C10誤信號C11不關(guān)（M7）/不開（M8）異物阻礙C12驅(qū)動動裝置(電動機、傳動機構(gòu)等)故障C13喪失動力(電、壓縮空氣等)C14不能控制（M9）控制零件(如彈簧)失效C15第29頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月第7章失效模式影響分析和故障樹分析7.2.2故障等級與致命度第30頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月第7章失效模式影響分析和故障樹分析1～10第31頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月第7章失效模式影響分析和故障樹分析第32頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月第7章失效模式影響分析和故障樹分析7.2.3FMEA實例44第33頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月第7章失效模式影響分析和故障樹分析第34頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月第35頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月第7章失效模式影響分析和故障樹分析第36頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月燃料系統(tǒng)FMEA（部分）（續(xù)）編號名稱故障模式發(fā)生原因影響故障等級備注燃料系統(tǒng)發(fā)動機1.3過濾器網(wǎng)孔堵塞1.維護不好2.燃料不好3.過濾機構(gòu)不好功能不全運轉(zhuǎn)有問題II溢流1.結(jié)構(gòu)缺陷2.維護不好功能不全運轉(zhuǎn)有問題II1.4燃料泵膜片缺陷1.孔2.傷3.組裝不良不起作用不能運轉(zhuǎn)I第37頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月第7章失效模式影響分析和故障樹分析第38頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月§7.3故障樹分析法一、什么是故障樹它是把所研究系統(tǒng)的最不希望發(fā)生的故障狀態(tài)作為故障分析的目標，然后尋找直接導(dǎo)致這一故障發(fā)生的全部因素，再找出造成下一級事件發(fā)生的全部直接因素，一直追查到那些原始的、其故障機理或概率分布是已知的，因而毋需再深究的因素為止。故障樹是表示事件因果關(guān)系的樹狀邏輯圖故障樹分析(FTA)就是以故障樹(FT)為模型對系統(tǒng)進行可靠性分析的方法。在系統(tǒng)設(shè)計過程中，通過對可能造成系統(tǒng)故障的各種原因進行分析，由總體至部分按倒立樹狀逐級細化分析，畫出邏輯框圖(故障樹)，從而確定系統(tǒng)故障原因的各種可能組合方式或其發(fā)生概率。第39頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月用相應(yīng)的符號代表這些事件，再用適當?shù)倪壿嬮T把頂事件、中間事件和底事件聯(lián)結(jié)成倒立樹形圖。這樣的樹形圖稱為故障樹，用以表示系統(tǒng)的特定頂事件與它的子系統(tǒng)或各個元件故障事件之間的邏輯結(jié)構(gòu)關(guān)系。以故障樹為工具，分析系統(tǒng)發(fā)生故障的各種途徑，計算各個可靠性特征量，對系統(tǒng)的安全性或可靠性進行評價的方法稱為故障樹分析法(FTA)。最不希望發(fā)生的事件稱為頂事件；毋需再深入研究的事件（僅作為導(dǎo)致其它事件發(fā)生的原因，亦即頂事件發(fā)生的根本原因）稱為底事件，介于頂事件與底事件之間的一切事件（中間結(jié)果）為中間事件，第40頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月故障樹分析法的特點：根據(jù)上述特點，故障樹分析法適合于對復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)進行可靠性分析。（3）多目標、可計算。在設(shè)計中，可幫助弄清系統(tǒng)的故障模式，找出系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。由于故障樹是由特定的邏輯門和一定事件構(gòu)成的邏輯圖，因此可以用電子計算機來輔助建樹，并進行定性分析和定量計算。（2）故障樹分析法，不但可用于對系統(tǒng)的可靠性、安全性進行定性分析和定量計算，而且還可定量考慮造成系統(tǒng)故障的各種因素。（1）由于它是一種圖形演繹方法，故直觀、形象。第41頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月EFL2L1S1S2B供水系統(tǒng)如下圖所示供水系統(tǒng)，E為水箱，F(xiàn)為閥門，L1和L2為水泵，S1和S2為支路閥門。此系統(tǒng)的規(guī)定功能是向B側(cè)供水，“B側(cè)無水”是一個不希望發(fā)生的事件，即系統(tǒng)的故障狀態(tài)。第42頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月B側(cè)無水+L1故障S1故障+L2故障S2故障TOP+泵系統(tǒng)故障E故障F故障G1I支路故障II支路故障G2G3B側(cè)無水泵系統(tǒng)故障F故障E故障或I支路故障II支路故障與L1故障S1故障或L2故障S2故障或EFL2L1S1S2B第43頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)果事件：又分為頂事件和中間事件，是由其它事件或事件組合導(dǎo)致的事件。在框內(nèi)注明故障定義，其下與邏輯門聯(lián)接，再分解為中間事件或底事件底事件：是基本故障事件(不能再行分解)或毋需再探明的事件，但一般它的故障分布是已知的，是導(dǎo)致其它事件發(fā)生的原因事件，位于故障樹的底端，是邏輯門的輸入事件而不能作為輸出省略事件：又稱為未展開事件或未探明事件。發(fā)生的概率較小，因此對此系統(tǒng)來說不需要進一步分析的事件；或暫時不必或暫時不可能探明其原因的底事件。條件事件：是可能出現(xiàn)也可能不出現(xiàn)的故障事件，當給定條件滿足時這一事件就成立，否則不成立則刪去。類別符號意義事件符號表7-1故障樹常用的事件符號及其名稱與含義故障樹中所用的符號第44頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月與門：僅當輸入事件B1、B2同時全部發(fā)生時，輸出事件A才發(fā)生，相應(yīng)的邏輯關(guān)系表達式A=B1∩B2禁門：僅當條件事件發(fā)生時，輸入事件的發(fā)生才能導(dǎo)致輸出事件發(fā)生；否則若禁止條件不成立即使有輸入事件發(fā)生，也不會有輸出事件發(fā)生。表決門：n個輸入事件B1、B2…Bn中任意k個發(fā)生，A發(fā)生類別符號意義邏輯門符號表7-2故障樹常用的邏輯門符號及其名稱與含義B1B2AB1B2A或門：當輸入事件B1、B2中至少有一個發(fā)生，輸出事件A就發(fā)生，相應(yīng)的邏輯關(guān)系表達式A=B1∪B2KnAB1BnBAC第45頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月事件的轉(zhuǎn)移：將故障樹的某一完整部分(子樹)轉(zhuǎn)移到另一處復(fù)用，以減少重復(fù)并簡化故障樹用轉(zhuǎn)入符號（或稱轉(zhuǎn)此符號）、轉(zhuǎn)出符號（或稱轉(zhuǎn)向符號）加上相應(yīng)的標號，分別表示從某處轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)到某處類別符號意義轉(zhuǎn)移符號表7-3故障樹常用的轉(zhuǎn)移符號轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出第46頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月邏輯符號也稱為邏輯門符號，表示下級事件與上級事件的因果關(guān)系。門下面的事件稱為輸入事件，門上面的事件稱為輸出事件（也稱門事件）(1)與門表示只有當全部輸入事件都同時存在時，其輸出事件才發(fā)生。設(shè)與門共有n個輸入事件Bi(i=1,2,…,n)，則其輸出事件A和輸入事件的邏輯關(guān)系可表示為(2)或門表示只要輸入事件中的任何一個發(fā)生，則輸出事件發(fā)生。設(shè)與門共有n個輸入事件Bi(i=1,2,…,n)，則其輸出事件A和輸入事件的邏輯關(guān)系可表示為第47頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月水管凍堵無保溫層T≤0℃禁門故障樹(3)禁門只有一個輸入事件，側(cè)面的長圓框內(nèi)視條件事件C，只有當該條件存在時，輸入事件B才能導(dǎo)致輸出事件A發(fā)生。(4)表決門(n取k門)

表示n個輸入事件中有任意k個(k<n)同時存在時，則輸出事件發(fā)生。水泵ABC泵系統(tǒng)故障A故障2/3B故障C故障三取二系統(tǒng)故障樹BAC第48頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月TOPEFG111L1L2S1S2G2G3轉(zhuǎn)移符號a.

當故障樹需繪成多頁時，此符號表示各頁故障樹分支的連接關(guān)系；轉(zhuǎn)移符號也稱連接符號，其作用有三：每個轉(zhuǎn)出符號至少有一個轉(zhuǎn)入符號與之對應(yīng)，并標以相同的編號c.

利用此符號將故障樹拆開布置，使圖面布局均衡。b.

當故障樹中有相同的子樹時，為了不重復(fù)作圖以減少工作量，應(yīng)用此符號；第49頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月2．選擇和確定頂事件通常把最不希望發(fā)生的系統(tǒng)故障狀態(tài)作為頂事件。它可以是借鑒其他類似系統(tǒng)發(fā)生過的重大故障事件，也可是指定的事件。任何需要分析的系統(tǒng)故障事件都可作為頂事件。但頂事件必須有明確的含義，而且一定是可以分解的。1．熟悉系統(tǒng)在建樹之前，應(yīng)該對所分析的系統(tǒng)進行深入的了解。為此，需要廣泛收集有關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計、運行、流程圖、設(shè)備技術(shù)規(guī)范等技術(shù)文件和資料，并進行仔細的分析研究。二、如何建立故障樹3．定義故障樹的邊界條件即要對系統(tǒng)的某些組成部分(部件、子系統(tǒng))的狀態(tài)、環(huán)境條件等作出合理的假設(shè)。如當分析硬件系統(tǒng)時，可將“軟件可靠”和“人員操作可靠”作為邊界條件，分析線路時，“導(dǎo)線可靠”是常用的邊界條件邊界條件應(yīng)根據(jù)分析的需要確定。第50頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月在確定頂事件和邊界條件確定之后，就可以從頂事件出發(fā)展開故障樹，找出導(dǎo)致頂事件的所有可能的直接原因，作為下一級中間事件，把它們用相應(yīng)的事件符號表示出來，并用適合于它們之間邏輯關(guān)系的邏輯門符號與頂事件相連接，然后逐級向下發(fā)展，形成一棵倒置的故障樹。4.構(gòu)造故障樹(1)要有層次地逐級進行分析。可以按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次，也可按系統(tǒng)的功能流程或信息流程逐級分析。(2)找出所有矩形事件的全部、直接起因。(3)對各級事件的定義要簡明、確切。(4)正確運用故障樹符號。(5)所有中間事件都被分解為底事件時，故障樹建成。第51頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月例題：設(shè)一照明電路由電源開關(guān)、熔斷器、導(dǎo)線和燈泡組成，試建立燈泡不亮的系統(tǒng)故障樹該系統(tǒng)的基本事件有5項，其中任何一基本事件發(fā)生都會導(dǎo)致頂事件燈泡不亮。但如將原因歸類分析，導(dǎo)致頂事件發(fā)住的原因有3項:燈泡、開關(guān)和電源，所以將電源斷路設(shè)為一個中間事件。燈泡不亮電源斷路G1G3E1E3E5E2TOP開關(guān)失靈燈絲燒斷E4電源故障導(dǎo)線斷路熔斷器燒斷第52頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月例題：電風扇不能啟動的故障樹。其分為3類原因，其中指令故障包括按鈕誤動和環(huán)境電信號干擾等發(fā)生機率不大，故作為省略事件。其他二類電氣故障和機械故障都作為中間事件，兩個中間事件再向下層分析得到6個基本事件如圖所示。電風扇不能啟動G1+E1E1E5TOP軸承壞電源失效E2主軸彎曲熔斷器斷電機故障機械故障電氣故障+指令故障略E5E5開關(guān)合不上第53頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月例題：有一輸電網(wǎng)絡(luò)，如圖所示，A站向B、C站供電，共有線路5條。電網(wǎng)失效判斷是：①B和C中任何一站無輸入；②B和C共有單一條線路供電。試建立該電網(wǎng)系統(tǒng)的故障樹。第54頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月分析事件間的邏輯關(guān)系建立電網(wǎng)系統(tǒng)的故障樹模型第55頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月例7-7家用洗衣機故障樹分析潘存云教授研制上蓋控制面板進水口排水管外箱體盛水桶支撐拉桿脫水桶電動機帶傳動減速器波輪第56頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月解:(1)系統(tǒng)情況此處主要分析洗衣機主系統(tǒng)，主要由電動機、傳動系統(tǒng)和波輪組成。AB帶傳動脫水桶波輪傳動系統(tǒng)電機(3)確定邊界條件此處假設(shè)“管路及其聯(lián)接”、“導(dǎo)線和接頭”及電源均可靠(2)確定頂條件主系統(tǒng)不希望發(fā)生的故障有波輪不轉(zhuǎn)、波輪轉(zhuǎn)速過低、振動過大等。其中最嚴重的故障事件是波輪不轉(zhuǎn)。第57頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月(4)構(gòu)造故障樹按照功能流程對頂事件逐級向下分解其故障模式及其邏輯關(guān)系，得到故障樹電流過大保險絲失效B洗衣機波輪不轉(zhuǎn)波輪松脫主軸不轉(zhuǎn)波輪開裂緊固件失效桶底有異物未及時清理電容器失效定時器故障抱軸主軸阻力過大主軸無轉(zhuǎn)矩異物卡住電動機不轉(zhuǎn)傳動系統(tǒng)故障電動機燒壞BAB洗衣機系統(tǒng)簡圖波輪傳動系統(tǒng)電機第58頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月例7-8剪草機用內(nèi)燃機的故障樹分析解:(1)系統(tǒng)情況場地剪草機用內(nèi)燃機是一小型風冷汽油機，最大功率3kW。油箱在氣缸上方以重力方式給油，無燃料泵。啟動可用蓄電池供電的電動機，也可用拉索啟動。(2)確定頂條件以“內(nèi)燃機不能啟動”作為故障樹的頂事件。(3)確定邊界條件這里排除內(nèi)燃機機體、管路及其聯(lián)接和人員操作等故障，即認為它們是可靠的。第59頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月內(nèi)燃機不能啟動燃料不足壓縮不足無火花油箱內(nèi)無油活塞不能移動轉(zhuǎn)動能量不足G1G2G3G4G6G5G7油管堵塞密封漏氣活塞環(huán)故障火花塞故障磁電機故障上次用完未檢查油箱活塞楔住活塞桿斷裂線路故障電池用完拉索斷裂P1P2P3P4P5P6P7D1C1C2C3C4C5C10C11C12C6C7D2C8C9軸承膠合汽化器故障(4)構(gòu)造故障樹首先分析不能啟動的首要直接原因：“燃料不足”、“活塞不能壓縮”、“火花塞無火花”，以或門將其與頂事件連接，即形成故障樹第一級。再分別對這三個中間事件的發(fā)生原因進行分析，形成故障樹第二級。如此逐一分析，最終構(gòu)成故障樹第60頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月三、故障樹定性分析系統(tǒng)邏輯圖也是一種用或門和與門來反映事件之間邏輯關(guān)系的方法。對于串聯(lián)系統(tǒng)，均為或門的邏輯關(guān)系，對于并聯(lián)系統(tǒng)，則均為與門的邏輯關(guān)系。系統(tǒng)邏輯圖與故障樹的關(guān)系系統(tǒng)邏輯圖是指系統(tǒng)與元件間的功能關(guān)系，其終端事件是系統(tǒng)的成功狀態(tài)，各個基本事件是成功事件，所以在實質(zhì)上，系統(tǒng)邏輯圖(可靠性方框圖)是一種“成功樹”?？梢宰C明，邏輯圖中系統(tǒng)的不可靠度與故障樹的系統(tǒng)失效概率是完全—致的。第61頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月三、故障樹定性分析

故障樹定性分析的主要目的是為了找出導(dǎo)致頂事件發(fā)生的所有可能的失效模式——失效譜，或找出使系統(tǒng)成功的成功譜。換句話說，就是找出故障樹的全部最小割集或全部最小路集。割集是能使頂事件(系統(tǒng)故障)發(fā)生的一些底事件的集合，當這些底事件同時發(fā)生，頂事件必然發(fā)生。如果割集中的任一底事件不發(fā)生時，頂事件也不發(fā)生，這就是最小割集。一個最小割集代表了系統(tǒng)的一種失效模式。系統(tǒng)的全體最小割集構(gòu)成了系統(tǒng)的故障譜。因此，欲保證系統(tǒng)安全、可靠，就必須防止所有最小割集發(fā)生。反之，如果系統(tǒng)發(fā)生了不希望的故障事件，則必定至少有一個最小割集發(fā)生。第62頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月當?shù)资录L1、L2、S2]同時發(fā)生時則頂事件發(fā)生，就稱為系統(tǒng)故障樹的一個割集;該系統(tǒng)故障樹還存在多個割集，如[L1、S2、E、F]、[L1、F]等也都是割集；如上述3個割集都不是最小割集，因去掉它們其中的某個底事件后，頂事件仍會發(fā)生。比如第一個割集中去掉L2(或S2)第二個割集中去掉E和F(或L1,S2,F,或L1,S2,E)第三個割集中去掉L1而[L1、L2],[L1、S2],[E],[F]割集中的每個事件都是導(dǎo)致頂事件的必要集合條件，則它們都叫做最小割集。B側(cè)無水+L1故障S1故障+L2故障S2故障TOP+泵系統(tǒng)故障E故障F故障G1I支路故障II支路故障G2G3EFL2L1S1S2B第63頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月

路集也是一些底事件的集合，當這些底事件同時不發(fā)生時，頂事件必然不發(fā)生(即系統(tǒng)成功)，如果將路集中所有的底事件任意去掉一個就不再成為路集，這就是最小路集。一個最小路集代表了系統(tǒng)一種成功的模式。系統(tǒng)的全體最小路集構(gòu)成系統(tǒng)的成功譜在系統(tǒng)設(shè)計運行中要盡力降低最小割集發(fā)生的可能性，或者說，要保證系統(tǒng)正常工作，必須至少保證有一個最小路集存在。最小割集與最小路集是系統(tǒng)可靠性分析的重要信息，它們來自同一頂事件的相反分析，只知其一即可。第64頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月事件邏輯運算的基本法則設(shè)A、B、C為不同的事件或事件集合，事件邏輯運算基本法則如下：(1)冪等律AA=A，A+A=A(2)交換律AB=BA，A+B=B+A同種事件同時發(fā)生，事件性質(zhì)不變;同種事件多次發(fā)生，事件性質(zhì)不變

兩個事件交換位置或順序，其集合事件(相乘、相加)的結(jié)果不變第65頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月(4)分配律A(B+C)=AB+AC

A+

(BC)=(A+B)(A+C)(3)結(jié)合律(A+B)+C=A+(B+C)

(AB)C=A(BC)

多個事件集合(相乘、相加)的結(jié)果不受其中諸事件相互集合先后順序的形響

同時發(fā)生的兩事件與第三個事件的疊加。等于兩事件分別與第二事件疊加并同時發(fā)生第66頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月(5)吸收律A+AB=A

A(A+B)=A

事件A與另一個事件A集合事件的集合，等同于A（集合包括事件和或積的運算）第67頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月上行法求最小割集(布爾代數(shù)化簡法）自下而上求頂事件與底事件的邏輯關(guān)系。具體步驟：(1)從故障樹的最下一級開始，逐級寫出各矩形事件與其相鄰下級事件的邏輯關(guān)系表達式。(2)從最下一級開始，逐級將下一級的邏輯表達式代入其上一級事件的邏輯表達式。在每一級代入之后都要運用邏輯運算法則，將表達式整理、簡化為底事件表達的邏輯積、和形式，稱為積和表達式，當代換進行到頂事件時，則得到頂事件的積和表達式。(3)利用邏輯運算法則的冪等律去掉各求和項中的重復(fù)事件，則表達式的每一求和項都是故障樹的一個割集，但不一定是最小割集。(4)再運用邏輯運算法則的吸收律去掉多余的項，則表達式的每一求和項即是故障樹的一個最小割集。第68頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月TOPG1G2G3G4G51324562434例7-9a求下圖所示故障樹的全部最小割集解:為了不引起混淆，將該故障樹中1，2，…6各底事件分別用X1，X2，…，X6表示。求最小割集過程如下：(1)由下而上寫出各門事件的邏輯表達式G3=X4+X5;G4=X2+X4+X6;G5=X3

X4;G1=X3

G3

G4;G2=X2+G5TOP=X1+G1+G2(2)逐級代換并化簡G1=X3(X4+X5)(X2+X4+X6);遇到“或門”用“+”遇到“與門”用“乘”第69頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月運用邏輯運算法則的結(jié)合律與分配律，則G1=[X3(X4+X5)](X2+X4+X6)=(X3

X4+X3

X5)(X2+X4+X6)=

X2X3X4+X2

X3X5+X3X4X4+X3X4X5+X3X4X6+X3X5X6

運用邏輯運算法則的冪等律化簡第3項，再運用吸收率可得

G1=X2

X3

X5+X3

X4+X3

X5X6

G2=X2+X3

X4(3)頂事件表達式

TOP=X1+X2

X3

X5+X3

X4+X3

X5X6+X2

TOP=X1+(X2

X3

X5+X3

X4+X3

X5X6)+(X2+X3

X4)去掉括號并運用冪等律去掉重復(fù)項，可得上式右側(cè)各相加項都是此故障樹的割集。第70頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月

TOP=X1+X2+X3

X4+X3

X5X6故障樹的最小割集即上式右側(cè)各項(4)運用邏輯運算法則的吸收律消去上式右側(cè)第2項，則頂事件積和表達式為

TOP=X1+X2

X3

X5+X3

X4+X3

X5X6+X2

{X1}，{X2}，{X3

，X4}，{X3

，X5，X6}第71頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月上行法求最小割集遇到“或門”用“+”遇到“與門”用“乘”+頂事件TG1X1X2+·G2G4G5++X4X5X6X7G3+G6X3+X6X8第72頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月G0G1G2G3G4G5G6G7x1x2x3x4x5x6x7x8x9x10上行法求最小割集第73頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月第74頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月例7-3：試用下行法求上例的全部最小割集。第75頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月第76頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月第77頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月

路集也是一些底事件的集合，當這些底事件同時不發(fā)生時，頂事件必然不發(fā)生(即系統(tǒng)成功)，如果將路集中所有的底事件任意去掉一個就不再成為路集，這就是最小路集。一個最小路集代表了系統(tǒng)一種成功的模式。系統(tǒng)的全體最小路集構(gòu)成系統(tǒng)的成功譜或者在路集中可認為底事件是成功事件。串聯(lián)：相乘；并聯(lián)：相加；第78頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月上行法求最小路集步驟與求最小割集上行法相同，但須作如下改變第一：將各步驟中的“與門”改成“或門”，“或門”改成“與門”第二：將各步驟中的“割集”改成“路集”，“最小割集”改成“最小路集”第79頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月TOPG1G2G3G4G51324562434例7-9b求下圖所示故障樹的全部最小路集解:為了不引起混淆，將該故障樹中1，2，…6各底事件分別用X1，X2，…，X6表示。求最小路集過程如下：(1)由下而上寫出個門事件的邏輯表達式G3=X4

X5;G4=X2

X4

X6;G5=X3+X4;G1=X3+G3+G4;G2=X2

G5TOP=X1

G1

G2(2)逐級代換并化簡G1=X3+X4

X5+X2

X4

X6;遇到“或門”用“乘”遇到“與門”用“+”第80頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月運用邏輯運算法則的結(jié)合律與分配律，則G1=X3+X4X5+X2

X4X6

G2=X2X3+X2X4

TOP=X1X2X3+X1X2X3X4X5+X1X2

X3

X4X6+

X1X2X3X4+X1X2

X4X5+X1X2

X4X6

TOP=X1(X3+X4X5+X2

X4X6)(X2X3+X2X4)去掉括號并運用冪等律去掉重復(fù)項，可得上式右側(cè)各相加項都是此故障樹的路集。(3)頂事件表達式TOP=X1

G1

G2=(X1X3+X1X4X5+X1X2

X4X6)(X2X3+X2X4)=(X1X3

X2X3+X1X4X5X2X3+X1X2

X4X6X2X3)+(X1X3X2X4+X1X4X5X2X4+X1X2

X4X6X2X4)第81頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月故障樹的最小路集即上式右側(cè)各項(4)運用邏輯運算法則的吸收律消去上式右側(cè)第2項，則頂事件積和表達式為{X1

，X2，X3}，{X1

，X2，X4，X5}，{X1

，X2，X4，X6}

TOP=X1X2X3+X1X2X3X4X5+X1X2

X3

X4X6+

X1X2X3X4+X1X2

X4X5+X1X2

X4X6

TOP=X1X2X3+X1X2

X4X5+X1X2

X4X6第82頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月上行法求最小路集遇到“或門”用“乘”遇到“與門”用“+”+頂事件TG1X1X2+·G2G4G5++X4X5X6X7G3+G6X3+X6X8G0第83頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月第84頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月例用下行法求上例最小路集。第85頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月第7章失效模式影響分析和故障樹分析第86頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月1)最小割集的階數(shù)最小割集所含底事件的數(shù)目稱為最小割集的階數(shù)。如前面例子中系統(tǒng)的最小割集有4個，分別為2個一階割集[l]和[2]，一個二階割集[3、4]，一個三階割集[3、5、6」2)系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)分析階數(shù)越小的最小割集，其中割集元素的可靠性對系統(tǒng)可靠性影響就越大。比如上述一階割集中只有1個割集元素，即只要部件1出了故障系統(tǒng)就會出故障;而三階割集中有3個割集元素3,5,6，如果其中1（非編號1）個出了故障并不會引起系統(tǒng)故障，只有3個部件全都故障時系統(tǒng)才會出故障。顯然部件1對系統(tǒng)的影響大于部件3,5,6;所以為了提高系統(tǒng)的可靠性和效率，原則上要首先注意那些低階的最小割集，例如3階或4階以下的最小割集。在設(shè)計階段就要充分保證這些低階割集的可靠性，尤其對一階割集更要有足夠的技術(shù)保證。在運行階段，要采取措施防止屬于同一割集的事件同時發(fā)生，以避免對系統(tǒng)產(chǎn)生致命性影響，特別對復(fù)雜系統(tǒng)的安全運行更具有重要意義。{X1}，{X2}，{X3，X4}，{X3，X5，X6}第87頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月四、故障樹定量分析

假設(shè)故障樹由若干互相獨立的底事件構(gòu)成，底事件和頂事件都只有兩種狀態(tài)，即發(fā)生或不發(fā)生，也就是說元件和系統(tǒng)都只有兩種狀態(tài)，正常或故障，則根據(jù)底事件發(fā)生的概率，按故障樹的邏輯結(jié)構(gòu)逐步向上運算，即可求得頂事件發(fā)生的概率。故障樹定量分析的任務(wù)是利用故障樹這一邏輯圖形作為模型，計算或估計系統(tǒng)頂事件發(fā)生的概率，從而對系統(tǒng)的可靠性、安全性及風險作出評價。計算頂事件發(fā)生慨率的方法有多種，這里介紹最簡單的一種—結(jié)構(gòu)函數(shù)法。第88頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月ABFAB系統(tǒng)的可靠度R=P(A∩B)=P(A)P(B)

=RA·RB—“與門”

系統(tǒng)的不可靠度—“或門”

系統(tǒng)的失效概率—“或門”

串聯(lián)系統(tǒng)（或門）故障樹系統(tǒng)邏輯框圖（一）、概率計算法第89頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月系統(tǒng)的可靠度R=P(A∪B)

=P(A)+P(B)-P(A)P(B)

=RA+RB-RA·RB—“或門”

系統(tǒng)的不可靠度—“與門”

系統(tǒng)的失效概率—“與門”

并聯(lián)系統(tǒng)（與門）故障樹系統(tǒng)邏輯框圖ABFAB第90頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月1．與門結(jié)構(gòu)的輸出事件發(fā)生的概率為：xi為輸入事件、X為輸出事件2．或門結(jié)構(gòu)的輸出事件發(fā)生的概率為：xi為輸入事件、X為輸出事件（一）、概率計算法第91頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月第7章失效模式影響分析和故障樹分析7.5故障樹的定量分析第92頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月第7章失效模式影響分析和故障樹分析第93頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月第7章失效模式影響分析和故障樹分析第94頁，課件共108頁，創(chuàng)作于2023年2月故障樹定量分析舉例例7-10求內(nèi)燃機故障樹的頂事件發(fā)生的概率。已知各底事件發(fā)生的概率分別為：

C1=0.08,