故障樹分析(PPT 39頁).ppt

1、1,故 障 樹 分 析（FTA）,5-1 FTA 的基本概念,一、FTA的含義,內(nèi) 容 提 要,二、FTA的特點(diǎn),三、FTA的優(yōu)缺點(diǎn),四、FTA的發(fā)展及主要應(yīng)用方面,5-2 建立故障樹,一、建立故障樹的常用符號(hào),二、建立故障礙樹的基本方法,三、建立故障樹的示例,5-3故障樹的數(shù)學(xué)描述,一、故障樹的結(jié)構(gòu)函數(shù),二、故障樹與可靠性框圖的等價(jià)關(guān)系,2,第五章 故 障 樹 分 析（FTA）,5-1 FTA 的基本概念,第一步去尋找所有引起頂事件的直接原因；,一、FTA的含義,FTA：是一種系統(tǒng)化的演繹方法，它以系統(tǒng)不希望發(fā)生的一個(gè)事件（頂事件）作為分析的目標(biāo)。,第二步再分別找上述每個(gè)直接原因的所有直接原

2、因，依次進(jìn)行，直至最基礎(chǔ)的直接原因（底事件）。,3,用一定符號(hào)建樹，表達(dá)上面的關(guān)系，用以找出系統(tǒng)內(nèi)可能存在的元件失效、環(huán)境影響、軟件缺陷和人為失誤等各種因素（底事件）和系統(tǒng)失效（頂事件）之間的邏輯關(guān)系。,從而定量地研究“底事件”對“頂事件”的影響的一種分析方法。俗稱“打破砂鍋問到底”的方法。,4,1. FTA 是一種由上而下（由系統(tǒng)到元件）的系統(tǒng)完整的失效因果關(guān)系的分析程序。旨在不漏過一個(gè)基本故障模式。,二、FTA的特點(diǎn),2. FTA是一種定量分析的手段，它使用樹形圖來進(jìn)行分析。,3.因?yàn)镕TA使用嚴(yán)格的數(shù)學(xué)公式，故便于編成程序由計(jì)算機(jī)運(yùn)算。,5,三、FTA的優(yōu)缺點(diǎn),(2) FTA 邏輯推理嚴(yán)

3、謹(jǐn)，數(shù)學(xué)計(jì)算嚴(yán)密，既能定性地判斷，又能定量地計(jì)算各底事件對頂事件影響程度的大小。,1. FTA的優(yōu)點(diǎn)：,(1) FTA可追溯系統(tǒng)失效的根源到基礎(chǔ)元件失效（底事件）的組合關(guān)系。,因此，它是一種多因素的分析法，可以分析幾種因素同時(shí)起作用才能導(dǎo)致的某種后果。,6,2. FTA的缺點(diǎn)：,因?yàn)镕TA是一種系統(tǒng)化的演繹方法，所以分析過程比較繁瑣，計(jì)算量很大，需借助于計(jì)算機(jī)完成。且在分析過程中若稍有疏忽，有可能漏過某一后果嚴(yán)重的故障模式。,7,故障樹分析法（FTA）是1961年提出來的，首先用于分析導(dǎo)彈發(fā)射系統(tǒng)，后來推廣應(yīng)用到航天部門、核能及化工等許多領(lǐng)域，雖然其出現(xiàn)已經(jīng)近四十多年了，但其發(fā)展仍方興未艾。,

4、四、FTA的發(fā)展及主要應(yīng)用方面,本章我們僅介紹用FTA分析單調(diào)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)可靠性的方法。,FTA是分析復(fù)雜系統(tǒng)可靠性和安全性的有效方法，它便于分析單調(diào)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)、非單調(diào)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)、多狀態(tài)系統(tǒng)和多狀態(tài)非單調(diào)關(guān)聯(lián)等系統(tǒng)的可靠性和安全性。,8,建立故障樹（簡稱建樹）是FTA的關(guān)鍵，如有錯(cuò)、漏，定性和定量分析將失去意義。,5-2 建立故障樹,一、建立故障樹的常用符號(hào),關(guān)于故障樹的符號(hào)，現(xiàn)在我國已有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，今后大家需用時(shí)請?jiān)旈咷B4888-85故障樹名詞術(shù)語和符號(hào)。,為能正確建樹，首先應(yīng)了解建樹所用符號(hào)。,此處我們僅介紹幾種常用的有關(guān)符號(hào)。,9,1.事件符號(hào),底事件,結(jié)果事件 ,（1）底事件FTA中僅導(dǎo)致其他

5、事件 的原因事件。,在FTA中無需探明其發(fā)生原因的底事件，符號(hào)見圖1。,基本事件,10,在FTA中原則上應(yīng)進(jìn)一步探明其原因，但暫時(shí)不必或暫時(shí)不能探明其原因的底事件，符號(hào)見圖2。,FTA中由其他事件或事件組合所導(dǎo)致的事件。,FTA所關(guān)心的結(jié)果事件（最終研究的結(jié)果事件）符號(hào)見圖3 。, 未探明事件,(2) 結(jié)果事件, 頂事件,11,FTA中位于底事件和頂事件之間的結(jié)果事件。,中間事件符號(hào)見圖4。, 中間事件,12,2. 邏輯門符號(hào),表示僅當(dāng)所有輸入事件（原因事件）發(fā)生時(shí)，輸出事件（結(jié)果事件）才發(fā)生。符號(hào)如圖5-1(a)。,(1) 與門,13,(2) 或門表示至少一個(gè)輸入事件發(fā)生時(shí)輸出事件就發(fā)生。符

6、號(hào)如圖5-1(b)。,(3) 禁門當(dāng)給定條件滿足時(shí),則輸入事件直接引起輸出事件發(fā)生,否則不發(fā)生。橢圓形內(nèi)注明條件。符號(hào)如圖5-1(c)。,14,(4) 異或門輸入事件中任何一個(gè)發(fā)生都可引起輸出事件發(fā)生,但x1、x2不能同時(shí)發(fā)生。符號(hào)如圖5-1(d)。,15,轉(zhuǎn)移符號(hào)是為了避免畫圖時(shí)重復(fù)和使圖形簡明而設(shè)置的符號(hào)。,3. 轉(zhuǎn)移符號(hào),相似轉(zhuǎn)移符號(hào),相同轉(zhuǎn)移符號(hào), 相同轉(zhuǎn)移符號(hào)，見圖5所示。,16,(2) 相似轉(zhuǎn)移符號(hào)，見圖6所示。,17,小結(jié)：故障樹常用主要符號(hào)列于下表,18,由上述可見，故障樹是用事件符號(hào)、邏輯門符號(hào)和轉(zhuǎn)移符號(hào)描述系統(tǒng)中各事件之間的倒立樹狀因果關(guān)系圖。下面討論如可建樹。,19,二、

7、建立故障樹的基本方法,建立故障樹的基本方法分人工建樹和計(jì)算機(jī)自動(dòng)建樹兩種。,建立故障礙樹過程中應(yīng)注意以下問題：,1. 正確選取頂事件,頂事件就是最不希望發(fā)生的故障狀態(tài)。,2. 準(zhǔn)確寫出故障事件方框中的說明。,3. 正確劃分每個(gè)事件方框中的故障類型。,例5-1 如圖5-2所示某馬達(dá)系統(tǒng)故障類型 見表5-1。,20,圖5-2馬達(dá)電路,21,以上六大方面問題中易犯的毛病是忽視第4、5條。,4. 嚴(yán)格遵守循序漸進(jìn)的原則,5. 嚴(yán)格禁止“門門”短路,6. 建樹方法指導(dǎo)方面應(yīng)注意的問題,這些在以后建造故障礙樹中可有體會(huì)。,第5條嚴(yán)禁“門門”短路，這是在“建樹”時(shí)最易“顧此失彼”的問題。,第4條嚴(yán)格遵守循序

8、漸進(jìn)的原則（即應(yīng)逐級建立不要躍進(jìn)）。,22,例5-2圖53所示輸電網(wǎng)絡(luò)，有三個(gè)變電站，由A站向B、C兩站供電，共有五條線路。,三、建造故障樹的示例, B和C兩站由單線供電。,圖5-3電網(wǎng)系統(tǒng),電網(wǎng)失效的判據(jù)是：, B和C中任何一站無輸入；,請畫出電網(wǎng)失效的故障樹。,23,解：,(3)繪制故障樹見圖54。,(1) 選取頂事件,根據(jù)要求，選電網(wǎng)系統(tǒng)失效為頂事件T。,(2) 從T開始確定各失效事件之間的邏輯關(guān)系：,B 站無輸入 (P),C 站無輸入 (Q),B、C 單線供電 (R),T 與 P、Q、R的邏輯關(guān)系為或門。,根據(jù)圖5-3尋找產(chǎn)生P、Q、R的原因，一直到基本事件。,24,圖5-4 例5-2

9、的故障樹,25,例5-3：某輸電網(wǎng)絡(luò)的變電站和線路情況見圖5-5，電網(wǎng)失效判據(jù)同例5-2，請畫出其故障樹圖。,圖5-5電網(wǎng)系統(tǒng),解:,按例5-2的方法進(jìn)行分析，繪制該例子的故障樹見圖56。,26,圖5-6 圖5-5的故障樹,27,例5 4 已知某飛機(jī)有3個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)(A、B、C),當(dāng)其同時(shí)發(fā)生故障時(shí),飛機(jī)不能正常飛行。A、B、C的故障樹見圖57(a)、(b)、( c)。,使用相同和相似符號(hào)繪制飛機(jī)不能正常飛行的故障樹。,圖5-7 飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)故障樹,28,解：該飛機(jī)不能飛行的故障樹如圖5-8所示。,比較圖5-7和圖5-8優(yōu)缺點(diǎn)。,29,建造故障樹的根本目的是定量分析系統(tǒng)失效情況。前面已講過用系統(tǒng)的可

10、靠性框圖定量地計(jì)算系統(tǒng)的可靠度問題，現(xiàn)想用系統(tǒng)的故障樹定量地計(jì)算系統(tǒng)的失效概率。,30,5-3 故障樹的數(shù)學(xué)描述,一、故障樹的結(jié)構(gòu)函數(shù),1. 故障樹與門的結(jié)構(gòu)函數(shù),設(shè)由n個(gè)獨(dú)立事件組成的故障樹，事件間的故障相互獨(dú)立。(x)為故障樹的結(jié)構(gòu)函數(shù)，則與門的結(jié)構(gòu)函數(shù)為,只取 0 ，1二值時(shí)，則有,(5-1),31,其故障樹如圖5-9所示,相當(dāng)于可靠性框圖并聯(lián)系統(tǒng)。,2. 故障樹或門的結(jié)構(gòu)函數(shù),只取 0 ，1二值時(shí)，則有,32,（5-2）,其故障樹如圖5-10所示,相當(dāng)于可靠性框圖 串聯(lián)系統(tǒng)。,33,3. n中取k的結(jié)構(gòu)函數(shù),（5-3）,式中 k- 使系統(tǒng)發(fā)生故障的最少底事件。,其故障樹如圖5-11所示,相當(dāng)于可靠性框圖 k/nG的表決系統(tǒng)。,34,4. 簡單與門、或門混合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)函數(shù),如圖5-12所示。,其結(jié)構(gòu)函數(shù)為,(5-4),35,只取 0 ，1二值時(shí)，則有,（5-5）,該故障樹相當(dāng)于可靠性框圖的串并聯(lián)系統(tǒng)。,36,二、故障樹與可靠性框圖的等價(jià)關(guān)系,1. 可靠性串聯(lián)系統(tǒng),可靠性串聯(lián)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)函數(shù)為,（5-6）,由德摩根定律,即式(2-4)和式(2-5)得,該結(jié)構(gòu)函