基于故障树的锅炉汽包可靠性分析
基于故障树和层次分析的可靠性分配方法
算 例检 验 了该 方 法 的实 用 性 和 有 效 性 。 关 键 词 ：可 靠 性 分 配 ； 故 障树 ； 层次分析 法 ； 最 小 割 集 中 图分 类 号 ： Ｘ９ １ ３ ． ４ 文献标识码 ： Ａ Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． １ ３ ５ ７ ８ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ １ １ ５ ５ ６ ． ２ ０ １ ５ ． ０ １ ． ０ ２ ｌ
第 ２ ２卷 第 １期
２ ０１ ５生
安 全 与 环 境 工 程
Ｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｙ ａ ｎｄ Ｅｎ ｖ ｉ ｒ ｏｎ ｍｅ ｎｔ ａ ｌ Ｅｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ
Ｖｏ １ ． ２ ２ ＮＯ ． １ Ｊ ａ ｎ ． ２ ０ １ ５
１月
中子 运 输 理 论 与 辐 射 安 全 重 点 实验 室 ， 安徽 合肥 ２ ３ ０ ０ ３ １ ）
摘 要 ：呵 靠 性 分 配 是 可 靠 性 设 计 的一 个 重 要 环 节 ， 是 一 个 在 达 到 系 统 整 体 安 全 要 求 的 同 时 减 少 花 费 并 提 高 公 共
安 全 的 优 化 过 程 。面 向复 杂 系统 ， 提 出一 种 基 于故 障树 分 析 和 层 次 分 析 的 可 靠 性 分 配 方 法 ， 分 两 步 将 可 靠 性 目标
Ａ Ｒｅ ｌ ｉ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ Ａｌ ｌ ｏ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｍ ｅ ｔ ｈｏ ｄ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＦＴＡ ａ ｎ ｄ ＡＨ Ｐ
蒸汽锅炉事故树分析报告
F4.3.3 锅炉结垢、腐蚀、缺水和超压事故树分析为了科学地分析蒸汽锅炉爆炸事故，并从中得到有益的教训，制定出有效防范措施，特对锅炉结垢、锅炉腐蚀、缺水和超压四个引起锅炉爆炸的主要事件，用事故树分析法加以分析。
4.3.3.1 锅炉结垢定性分析锅炉结垢事故树分析见图4-2。
4.3.3.1.1 求最小割(径)集事故树结构函数如下：T=A+A= X1+X2+B1+X3+B2=X i+X^+XiG+X+X+X=X1+X. +X4X5 +X1X6+X3+X/+X8从而得出7个最小割集：K = {X i}, K2 = {X2}, K3 = {X3}, K4 = {X4X5}, K5 ={XX6}, 6 = {X7}, K7 = {X B}4.3.3.1.2 结构重要度分析按一次近似计算得：(1)因为X、X X、X X8是一阶最小割集中的事件，所以I °(1) , I °( 2) , I °( 3) , I °( 7) , I °(8) 最大。
(2)由计算得：1网)=士 +士=1 L(5 —Ir「=古=-^-各基本事件结构重要顺序为：F4.3.3 锅炉结垢、腐蚀、缺水和超压事故树分析I °( 1 ) =I °( 2) =I °(3) =I °( 7) =I °(8) > I °(4) > I °(5) =I °(6)F4.3.3.2 锅炉严重腐蚀定性分析锅炉严重腐蚀事故树分析见图4-3。
F4.3.3.2.1 求最小割(径)集直接计算最小割集，事故树结构函数如下：T= X1A1= X1(B1+B2)= X1( C1+C2+X8+X9)= X1(X2+X3+X4+X5+X6+X7+X8+X9)= X1X2+X1X3+X1X4+X1X5+X1X6+X1X7+X1X8+X1X9从而得到8 组最小割集为：K = {X%}, K 2 = {X1X3}, K 3 = {XX}, K 4 = {X1X5}, K = {X%},K 6 = {XX7}, K 7 = { XXJ, K 8 = { X1X9}F4.3.3.2.2 结构重要度分析因为X i在所有最小割集中出现，所以I (1)最大，而X9均在最小割集中出现一次,且它们所对应割集阶数均为2,而最大出现次数为1。
基于模糊故障树的废热锅炉失效概率分析
童
加 熟
２ ０ １ ３年 第 ４ ２卷 第 ６期
Ｖ Ｏ１ ．４２ Ｎ Ｏ． ６ ２０１ ３
Ｉ ＮＤＵＳ ＴＲＩ ＡＬ ＨＥＡＴＩ ＮＧ
Ｄ ＯＩ ：１ Ｏ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ．１ ０ ０ ２ － １ ６ ３ ９ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ６ ． ０ ０ ２
Ｐｒ ｏｂａ ｂｉ ｌ ｉ ｔ ｙ Ａ ｎａ ｌ ｙｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ｆａ ｉ ｌ ｕｒ ｅ Ｄａ ｍａ ｇ ｅ ｔ ｏ Ｗ ａ ｓ ｔ ｅ Ｈｅ ａ ｔ Ｂｏ ｉ ｌ ｅ ｒ Ｂａｓ ｅ ｄ ｏｎ Ｆｕｚ ｚ ｙ Ｆａｕｌ ｔ Ｔｒ ｅ ｅ
Ｗ Ｕ Ｔｉ ａ ｎ ｌ ｏ ｎ ｇ ，Ｊ Ｉ ＡＮＧ Ｆ ｅ ｎ ｇ ， ＷＡＮＧ Ｌｉ ｘ ｉ ｎ ，ＤＵ Ｃｈ ａ ｏ ｆ ｅ ｉ
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：ｗａ ｓ ｔ ｅ ｈ ｅ ａ ｔ ｂ ｏ ｉ ｌ ｅ ｒ ；ｆ ｕ ｚ ｚ ｙ ｆ ａ ｕ ｌ ｔ ｔ ｒ ｅ ｅ ；ｑ ｕ ａ ｎ ｔ ｉ ｔ ￣ｉ ｖ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ；ｆ ａ ｉ ｌ ｕ ｒ ｅ
废 热锅炉 由于经常在高温下运行，受烟气和介质 中 有害杂质 的侵蚀和粉尘 的磨损…。如果对 废热锅炉管理 不严 ，操作不当，容易引发各类事故，轻则停炉影响生 产 ，重则发生爆 炸，导致厂房 、设备毁坏，甚至人员伤 亡ｌ ２ 。 ］ 。根据 ２ ０ ０ １ －２ ０ ０ ９年全国废热锅炉事故 的不完全 统 计，发生爆炸事故的有 ３ １ 起 ，死亡人数达到了 ３ ５ 人， 重伤人数达 ７ ２ 人＿ ４ Ｊ 。发达 国家对锅炉压 力容器 的监管 十 分严格，制定 了完整 的法律法规和技术标准 ，建立 了锅 炉压力容器 的风险安全评价体系 。文章针对现有废热锅 炉破坏失效事故数据资料不完全 、发生概率缺 乏可靠值 的现状，提 出了针对我 国废 热锅 炉系统基于模 糊故障树
注气锅炉系统故障树的建立与分析
维普资讯
・
３ － ６
锅
炉
制 造
总第 ２２ ０ 期
机理都为已知 ， 而且无需再深究 的原因为止。故
证。不合格 的水质对锅炉有三大危害：１结垢 ： （）
障树分析法是从所研究的故障现象出发寻找产生 它使锅炉炉管传热能力降低 ， 由此而造成管壁 并
这一故障的根源 ， 是从果到因的研究过程， 用倒立 的树状图形表示出来。通常把最不希望发生的故
过热使其强度下 降 ， 甚至变形 或发生爆管事故。
（） ２积盐 ： 它使锅炉 的热效率下降， 积盐严重时可
障作为顶事件 ， 把不能再分解 的基本故障作为底
事件 ， 介于顶事件 和底事件之间的一切事件称作 中间事件 。然后用相应的符号代表这些事件 ， 再 用适当的逻辑门（ 与门和或门） 把这些事件联接成 树状图， 这种倒立的树状图形称为故障树。 锅炉系统的所有故障与其个子系统故障以及
ａ ｐ ｉａｉｎ ｏ ｘ ｅ ｔｓｓｅ ａ ｄ ｔｅ ｂｏｅ ｙ ｔｍ ｕ ｔ ｉｇ ｏ ｉ ． ｐ ｌ ｔ ｆｅ ｐ ｒ ｙ ｔｍ ｎ ｉｌ ｓ ｓｅ ｆ ｌ ｄ ａ ｎ ｓｓ ｃ ｏ ｈ ｒ ａ
Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｏｌｒｓｓ ｍ； ａ ｌ ｔ ｅ ｗ ｔ ｉｐ ｓｌｓｓ ｍ ｙ ｒ ｓ Ｂ ｉ ｙｔ Ｆ ｕｔｒ ； ａｅ ｄｓｏａ ｙ ｔ ｅ ｅ ｅ ｒ ｅ
３ Ｓ ａｇｏｇＳｒ ｔ ｅＭ ｃａｉ ｏＬｄ ｔ ｈｑ ｅｃｎｒ） ．ｈｎｄｎ ｔ ｃ ｒ ｅｈｎｓ Ｃ ．ｔ． ｉ ｅｔ ｕｕ ｍ ｃ ｅ ｕ ｅ
Ａｂ ｔａ ｔＴ ｉ ｐ ｐ ｒ ｋｓｌｙ ｒ ｂ ｓｒ ｃ ： ｈｓ ａ ｅ ｍａ ｅ ａ ｅ — ｙ— ｈ ｅ ａｙｉ ｂ ｓｄ ｏ ｅ ｌ ｅ ｒａ ｙ ｒａ ｌ ｓ ａｅ ｎ ｔ ａ ｒｂｅ ｋ— ｄｗ ｆｂ ｉ ｒｓｓ ｍ ｎ ｓ ｈ ｙ ｏ ｎ ｏ ｏｌ ｔ ｅ ｙｅ ｓ ｒｔｒ ｄｆｎ ｔ ｎ ａ ｌｔ ｅｉ ｆｕ ｄ ｄｂ ｓｄｏ ｕｔｒ ａｙｉ， ｈｃ ｙ ｅｆｕ ｄ ｔ ｎｆ ｅ ｔ ｃ ｅａ ｃ ｏ ．Ｆ ｕｔ ｒ ｎ ｅ ａｅ ｎｆ ｌｔ ｅ ａｌ ｓｓ ｗ ｉｈｌ ｓｔ ｎ ａ ｏ ｒｔ ｕ ｕ ｎ ｕ ｉ ｅ ｓｏ ａ ｅ ｎ ａ ｈ ｏ ｉ ｏｈ
故障树分析法在石化热电厂供汽系统可靠性分析中的应用
基于贝叶斯网络的故障树分析
基于贝叶斯网络的故障树分析故障树分析是一种常用的系统可靠性分析方法，通过构建故障树来分析系统故障的发生概率。
而基于贝叶斯网络的故障树分析进一步整合了贝叶斯网络的概率推理和故障树分析方法，可以更加准确地评估系统的可靠性。
贝叶斯网络是一种表示变量间依赖关系的图模型，采用有向无环图来表示变量之间的依赖关系。
而故障树是一种基于布尔运算的树状结构，用于描述系统在各种故障模式下的故障发生概率。
基于贝叶斯网络的故障树分析结合了这两种方法的优势，能够使分析更加准确，并能够在系统故障发生后，根据实际观测到的信息，更新系统的故障概率，提供动态的可靠性评估。
在基于贝叶斯网络的故障树分析中，首先需要根据系统的功能要求和故障模式，构建故障树。
故障树是通过将系统中的故障模式以逻辑门的形式组合起来，来描述系统故障发生的概率。
每个故障模式作为一个节点，节点之间通过与、或、非等逻辑门连接起来。
例如，一个系统出现故障的逻辑表达式可以是A并且B或C，其中A、B、C表示不同的故障模式。
然后，根据故障树中每个节点的故障概率和相互之间的依赖关系，可以利用贝叶斯网络进行概率推理，计算出系统整体的故障概率。
贝叶斯网络通过条件概率表来描述节点之间的依赖关系，可以在给定一些节点观测值的情况下，推断出其他节点的概率分布。
对于故障树分析来说，可以利用贝叶斯网络来推断未观测到的故障模式的概率。
最后，在系统实际运行过程中，可以根据实际观测到的信息，更新节点的概率值，重新进行概率推理，提供动态的可靠性评估。
这样可以根据实际情况，及时更新系统的可靠性分析结果，并优化系统的维护策略和故障处理方案。
1.能够更加准确地评估系统的可靠性，通过结合故障树和贝叶斯网络的优势，可以更好地描述系统的故障模式和依赖关系。
2.能够提供动态的可靠性评估，根据实际观测到的信息，实时更新系统的故障概率，提供更精确的评估结果。
3.能够指导系统的维护和故障处理，在分析系统可靠性的同时，可以根据故障发生的概率和影响，优化系统的维护策略和故障处理方案。
机械工程中的可靠性分析与优化设计
机械工程中的可靠性分析与优化设计在机械工程中，可靠性是一个至关重要的概念。
机械设备的可靠性决定了它们是否能够在设计寿命内正常运行，而可靠性分析与优化设计则是确保机械设备具有高度可靠性的关键。
可靠性分析是通过对机械设备的各种故障形式和失效原因进行分析，以确定可能导致失效的主要因素。
这些因素可以包括材料质量、制造工艺、工作环境等等。
通过对这些因素的分析，可以找出引起故障的根本原因，并采取相应的措施来提高机械设备的可靠性。
一种常用的可靠性分析方法是故障模式和效应分析（Failure Mode and Effects Analysis，简称FMEA）。
FMEA的基本原理是通过分析潜在的失效模式和它们对系统性能的影响，来确定机械设备中的关键零部件和失效途径。
通过对失效途径的分析，可以找出引起故障的原因，并采取相应的措施来预防故障的发生。
而在可靠性优化设计方面，一种常用的方法是可靠性设计优化（Reliability-based Design Optimization，简称RBDO）。
RBDO是一种结合了可靠性分析和优化技术的方法，旨在通过将可靠性约束嵌入到设计优化过程中，以实现对机械设备的可靠性进行优化。
在RBDO中，首先需要对机械设备的可靠性进行分析，确定失效概率和可靠度等指标。
然后，在设计优化过程中，将这些可靠性指标作为约束条件，以保证设计方案具有足够的可靠性。
通过不断优化设计方案，可以得到一个在可靠性和性能方面都达到最优的机械设备。
除了这些传统的可靠性分析与优化方法外，近年来一些新兴的技术也被应用到机械工程中的可靠性分析与优化设计中。
例如，基于故障树分析（Fault Tree Analysis，简称FTA）的可靠性分析方法可以更加直观地描述故障的发生途径；而基于人工智能技术的优化算法如遗传算法、神经网络等能够更高效地搜索最优解。
需要注意的是，机械工程中的可靠性分析与优化设计应该考虑的因素众多。
除了上述提到的材料质量、制造工艺、工作环境等外，还包括设计参数的选择、零部件的可靠性要求、运输和安装过程中的影响等。
基于故障树方法的柴油机产品可靠性分析
第一 ，Ｆ Ａ是一种图形演绎法 ，是事故事件在一 定条件下 Ｔ
的逻 辑 推 理 方 法 。它 是 自结 果一 不 希 望 发 生 的顶 事 件 （ 级 事 上
件 ）向原 因方面 （ 下级 事件 ）作树形 分解 ，自上而下 的分 析。 ＦＡ清晰地用图说明系统的事故是 如何发生 的 ，它也 是系统某 Ｔ 个特定故 障状态 的快速照相。 第二 ，Ｆ Ａ把系统的事故 与组成 系统 的部件 的故 障有机地 Ｔ 联 系在一起 。通过 Ｆ Ａ可 以找 出系 统 的全 部故 障模 式 ，也就 Ｔ 是故 障树 的全部最小割集 ，或者称它们是 系统 的故 障谱 。 第三 ，故障树本身也是一种 形象 化的技术 资料 ，当它建成
定 量 分 析 中 的重 要 部 分 。 三 、故 障 树 分 析 的 基 本 步 骤
实验 的结果 。随着概率论 、图论 、集合论和计算机 技术 的发展 和完善 ，故障树分析广泛地应用于生产实践 ，对安全管理及 企 业 产品 的质量管理的现代化起 到了很大 的推动作用。本 文利 用 故 障树分析方法对某 柴油机公 司的发动机起动困难故障作了质 中 图Leabharlann 类 号 ：Ｆ ２ ．３ ２４３
引言
文 献 标 识 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：１０ —２２ （０８０ — ０６— ３ ０ ４ ９ Ｘ ２０ ）１ ０ １ ０ 二 、故 障 树 分 析 法 的 特 点
一
、
发动机起动困难 故障是现 在某柴油机公 司发动机产品所有 质量 问题 中相对常见的故 障类 型之一 ，也是不太容易预防和控 制的故 障类型之一。发动机 的设计与构造 由于其特有的技术 和 难度 ，起动困难 故障有时会发 生。随着技术 革新的不 断发展 ， 以及发动机 的结构的不断复杂化 ，人 、机 、环境不安全 因素增 多 ，发动机不起动故障的发生率有上升趋势 ，占据各类 技术及 操作故障的首位 ，且 呈居 高不下态 势。特别是 ２０ ００年发生 一
系统可靠性设计中的故障树分析案例分享(八)
系统可靠性设计中的故障树分析案例分享一、引言在工程设计与管理中，系统可靠性是一个至关重要的问题。
无论是汽车、飞机、电子设备还是工业生产线，都需要保证系统的可靠性。
故障树分析作为一种系统可靠性设计的方法，在工程领域得到了广泛的应用。
本文将分享一个实际案例，介绍故障树分析在系统可靠性设计中的应用。
二、案例介绍某高端数控机床在运行过程中出现了频繁的故障，导致生产进度延误和设备维护成本增加。
经过初步排查，发现故障可能涉及多个系统组件，包括液压系统、电气系统和控制系统。
为了找出故障的根本原因，工程团队决定进行故障树分析，并邀请了专业的可靠性工程师进行指导。
三、故障树分析1. 事件识别首先，工程团队对可能导致机床故障的事件进行了识别。
这些事件包括液压系统压力异常、电气系统短路、控制系统指令错误等。
通过对这些事件的分析，确定了可能导致机床故障的根本原因。
2. 逻辑关系建立在确定了可能的故障事件之后，工程团队开始建立故障树的逻辑关系。
他们首先确定了各个故障事件之间的逻辑关系，然后将这些事件按照逻辑关系进行了组织和排列。
通过这一步骤，他们建立了一个完整的故障树结构。
3. 概率分析在建立了故障树结构之后，工程团队对每个事件的发生概率进行了分析。
他们通过实际数据和专业知识，确定了每个事件发生的概率，并将这些概率值应用到了故障树的分析中。
4. 根本原因分析最后，工程团队对故障树进行了综合分析，找出了机床故障的根本原因。
通过故障树分析，他们发现机床故障的根本原因是液压系统的压力异常，导致了电气系统的短路和控制系统的指令错误。
基于这一分析结果，工程团队制定了相应的改进方案，解决了机床故障问题。
四、结论与展望通过故障树分析，工程团队找出了机床故障的根本原因，并制定了相应的改进方案。
这不仅解决了机床故障问题，还提高了机床的可靠性和稳定性。
未来，工程团队将继续运用故障树分析方法，提高系统的可靠性，并不断优化产品设计和生产管理流程。
ETS系统故障树建模与马尔可夫模型可靠性分析
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
（上接第 29 页）
手段能摆脱以往系统故障分析时抽象的数据统计，为解决系 统的整体可靠性提供了新思路。 参考文献
1 王付生. 电厂热工自动控制与保护. 北京： 中国电力出版社，2005 2 汪晓光. 可编程控制原理及应用. 北京：机械工业出版社， 1995 3 中华人民共和国国家标准.GB 7829- 87，1987.故障树 分析程序.中国：
靠 性 分 析 技 术 ：失 效 模 式 和 效 应 分 析 （FMEA）程 序.1987
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
（上接第 32 页）
求。 我们认为，还必须考虑汽轮机转子于热状态时和轴承油 膜厚度引起的中心升高以及轴颈较粗，其轴心运动轨迹比主 油泵轴心偏移得要多一些，因此在冷态组装时需预先抬高油 泵的中心和尽量偏向机轴旋转的方向。 我厂主油泵找中心 时 ，油 泵 轴 心 预 偏 高 0.30~0.45mm、偏 左 0.10~0.17mm，并 预 留下端面偏差和右端面偏差。
图 5 汽轮机 ETS 保护系统马尔可夫模型 行定量分析，因最终 结果简化表示为使用或门连接的树形结构，要想得到故障树 顶端事件的最终故障率，只需将逐层结果的实效概率值代入 并相加，就能分析出系统故障率。 马尔可夫模型的建立可以 在整体上分析系统的可靠性，根据各个事件的概率可以求出 系统的稳定可靠率、时变可用率、时变失效率 。 这种方法分析
2012．NO．2． 28
能源技术
ISSN1672-9064 CN35-1272/TK
图 2 汽轮机 ETS 原理图
统 （FSSS）下 的 主 燃 料 跳 闸 （MFT）；数 字 电 液 控 制 系 统 （DEH） 失电；轴振动大；差胀大；高压缸排汽压力高；发电机内部故 障；手操跳闸等。 图 3 为紧急跳闸动作失效故障树，其中的每 一个部分出现故障都会使系统关闭所有汽门以及抽汽逆止 阀，导致汽轮机紧急跳闸。 3.2 汽轮机超速故障树分析
生物质锅炉故障树分析
万方数据
２１
预防生物质锅炉结垢措施：通过 对事故树的定性分析，本事故有７个 最小割集，也就是说，形成结垢的可 能性有７种．其中５种可能性是单事 件，所以生物质锅炉结垢极易发生， 为防止生物质锅炉发生结垢，必须采 取以下措施： （１）生水不能直接进入锅炉， （２）必须采用炉外炉内同时进行 水处理，炉外处理要严格控制水质指 标，水质不合格的水不得进入锅炉，
Ｔｒｅｅ
能的失效状态，也就是故障树的全部最小径集。 １．１生物质锅炉超压分析 生物质锅炉超压事故树分析，如图１。 （１）求最小径集 用最小径集进行分析，结构函数式为： Ｔ＝ＸｌＸ毯Ⅸ一Ｘ寸Ｘ甚１Ｘ辽≯ｔ甚ＬＬＸ。２Ｘ、撂、ⅨＩｓ
从而得到最小径集３组，分别为：
Ａｎａｌｙｓｉｓ），
Ｐ．＝｛五｝，Ｐ２＝｛Ｘ。丑玛咒｝
靠性的意义很大，方法 很多，ＦＴＡ分析法是其
图４生物质锅炉严重腐蚀事故树分析
中的一种。通过ＦＴＡ分
（２）结构重要度分析： 因为Ｚ。在所有最小割集中出现，所以ｚ州）最大，
析可定性或定量的分析电厂典型事故发生的原因及 概率，并可根据分析得到的结论提出提高锅炉可靠 性的对策。若将这些对策按照其重要度分别实施于
Ｐ
此法在核电站的安全分析、宇航、电子等领域已广泛 应用，取得良好效果，同时也被应用在锅炉工业和电 器设备制造业中。故障树分析法把系统最不希望发 生的故障状态作为故障分析的目标，把选定的系统 故障状态作为顶端事件，其实质是事件之问的一张 逻辑关系图。
３＝｛凰ｘ７ｘ８ｘ∥ｌｏＸｌｌＸｌ ２Ｘ】凼∥１ ５｝
对交换剂要及时做到活化和更换－
（３）司炉工必须严格执行操作 规程，定期进行排污，适当开启连续 排污，保持排污管道畅通。 １．４生物质锅炉严重腐蚀分析 生物质锅炉严重腐蚀事故树分 析，如图４。 （１）求最小割（径）集
机械工程中的可靠性与故障分析
机械工程中的可靠性与故障分析在机械工程领域，可靠性与故障分析是一个非常重要的主题。
可靠性是指设备或系统在规定的条件下，在规定的时间内正确执行所需功能的能力。
而故障分析则是通过对设备或系统的故障进行分析，找出故障发生的原因和机制，以便在未来减少或避免类似故障的发生。
接下来，我们将深入探讨机械工程中的可靠性与故障分析的重要性、方法和应用。
一、可靠性与故障分析的重要性可靠性与故障分析在机械工程中至关重要。
首先，可靠性分析可以帮助设计师评估产品的可靠性。
通过对产品的功能要求、设计参数和材料特性进行分析，可以预测产品在实际使用过程中可能出现的故障情况。
这有助于提前发现问题并进行改进，提高产品的可靠性。
其次，故障分析可以帮助工程师找出故障的根本原因。
故障可能是由多种因素引起的，如设计缺陷、制造不良、材料问题等。
通过对故障进行分析，可以确定故障的具体原因，从而采取相应的措施避免类似故障的再次发生。
最后，可靠性与故障分析可以提供数据支持，帮助企业进行决策。
通过收集和分析故障数据，企业可以评估产品的可靠性水平，优化维修计划，改进产品设计和制造流程，降低维修和生产成本，提高客户满意度。
二、可靠性与故障分析的方法在机械工程中，有多种方法可以用于进行可靠性与故障分析。
以下是其中几种常用方法的简要介绍：1.故障树分析（FTA）：故障树分析是一种定性的故障分析方法，用于确定导致系统故障的各种可能的事件及其之间的逻辑关系。
通过构建故障树，可以识别出导致系统故障的根本原因和重要因素，从而采取相应的措施进行改进。
2.失效模式与影响分析（FMEA）：失效模式与影响分析是一种定量的故障分析方法，用于评估系统中各种零部件的失效模式、失效后果和影响等级。
通过对系统中各个零部件进行分析，可以确定失效模式及其影响，从而采取相应的预防措施，提高系统的可靠性。
3.可靠性增长分析（RGA）：可靠性增长分析是一种基于故障数据的可靠性评估方法，用于估计系统在实际使用过程中的故障率和可靠性水平。
文献综述-基于故障树的可靠性分析
文献综述基于故障树的可靠性分析一.故障树研究1.什么是故障树图故障树图（或者负分析树)是一种逻辑因果关系图，它根据元部件状态(基本事件)来显示系统的状态(顶事件)。
就像可靠性框图(RBDs)，故障树图也是一种图形化设计方法，并且作为可靠性框图的一种可替代的方法。
一个故障树图是从上到下逐级建树并且根据事件而联系，它用图形化“模型”路径的方法，使一个系统能导致一个可预知的，不可预知的故障事件（失效），路径的交叉处的事件和状态，用标准的逻辑符号(与，或等等)表示。
在故障树图中最基础的构造单元为门和事件，这些事件与在可靠性框图中有相同的意义并且门是条件。
[编辑]故障树和可靠性框图(RBD)FTD和RBD最基本的区别在于RBD工作在“成功的空间”，从而系统看上去是成功的集合，然而，故障树图工作在“故障空间”并且系统看起来是故障的集合。
传统上，故障树已经习惯使用固定概率(也就是，组成树的每一个事件都有一个发生的固定概率)然而可靠性框图对于成功(可靠度公式)来说可以包括以时间而变化的分布，并且其他特点。
2.故障树分析方法故障数分析的方法有定性分析和定量分析两种：定性分析是找出导致顶事件发生的所有可能的故障模式,既求出故障的所有最小割集(MCS).定量分析主要有两方面的内容:一是由输入系统各单元(底事件)的失效概率求出系统的失效概率；二是求出各单元(底事件)的结构重要度，概率重要度和关键重要度，最后可根据关键重要度和关键重要度，最后可根据关键重要度，概率重要度和关键重要度，最后可根据关键重要度的大小排序出最佳故障诊断和修理顺序，同时也可作为首先改善相对不大可靠的单元的数据。
3.故障树分析的基本程序（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。
基于故障树的系统可靠性估计不确定性分析
统可靠性估计方差分析方法求 得系统 可靠性 估计 方差 ， 并把 然而 实 际情况 中 ， 组成 单元 可 靠 性 通 常是 估 计值 ， 一 系统 可靠 性估计方 差近 似分 解成 组成 单元 可靠 性估 计 方差
性． 因此 ， 系统 可靠 性优 化研 究 不 仅 要使 系统 可 靠性 估 计最 大 ， 而且 要使 可靠 性 估计 尽 可能 准确 ． 为 了提 高 系 统 可 靠 性 估 计 的准 确性 ， 须 对 系 必
关 键 词 ：故 障 树 ；不 确 定 性 ；可靠 性估 计 ；可靠 性 估 计 方 差 ； 串并 联 系统 中 图分 类 号 ： Ｂ １４ ３ Ｔ １ ． 文献标识码 ： Ａ
的线 性组 合 ， 出对 系统可靠性估 计不确 定性影 响大 的组成 找
单元 ． 过鱼雷 系统可 性分析 ， 利 于改善 系统 可靠性 估计 有
的准 确性 ．
可靠 性 是 不 确 定 的 ， 然 会 导 致 整 个 系 统 的可靠 性 必 估 计 也 具 有 不 确 定 性 ， 低 系统 可 靠 性 估 计 的 可信 降
Ｕｎ ｅ ｔｉ ｔ Ａｎ ｌｓｓ ｆ ｙ ｔｍ Ｒｅｉｂｌ ｙ ｃ ｒａｎ ｙ ａｙ ｉ ｏ Ｓ ｓｅ ｌ ｉｔ ａ ｉ
Ｅｓ ｉ ａ ｅＢａ ｅ ｎ Ｆａ ｌ ｅ ｔｍ ｔ ｓ ｄ ｏ ｕ ｔＴｒ ｅ
Ｔ ＯＹｎｊ ｎ Ｄ Ｎ ｅ ｎ Ｒ Ｖ ｅ Ａ ｏｇｉ ， Ｏ ＧＤｃ ， ￣ Ｐｗ ａ ｕ
（ｏｌｇ ｆＴ ａ ｓｏｔｔ ｎＥ ｇｎ ｅｉｇ Ｃ ｌ ｅｏ ｒｎｐ ｒａｉ ｎ ｉｅ ｒ ，Ｔｏｇｉ ｉｅｓｔ，Ｓ ａ ｇ ａ ｅ ｏ ｎ ｎ ｊＵｎｖ ｒｉ ｙ ｈｎ ｈ ｉ
基于故障树的系统可靠性仿真分析
ｌ 引 言
随着科学技术的进步 ， 系统越来越大 型化 、 多功能化 ， 使 法建立系统 的仿 真模型 ， 把系统不 能完
成规定功能的事件 作为顶事 件 ， 顶事件 开始 ， 用逻辑 运 从 使 算符号（ 门）逐层 建立故障树 。
２ １ 系统 组 成 ．
ＫＵ Ｍｉ ｇ—ｙ ｎ ， ｎ ａ ｇ ＧＵＯ Ｊａ ｉ ｎ—ｙ ｎ ｉｇ
（ ａｂｎＵ ｉｅｓｙｏ ｃ ｎｅａ ｄＴ ｃ ｎ ｌ ｙ Ｈａ ｉ ｅ ｏ ｇ ａ ｇ１０ ８ ， ｈｎ ） Ｈ ｒｉ ｎｖｒ ｔ ｆ ｉ ｃ ｎ ｅｈ ｏ ｇ ， ｒ ｎＨ ｉ ｎｊ ｎ ５０ ０ Ｃ ｉａ ｉ Ｓ ｅ ｏ ｂ ｌ ｉ
摘要： 如何推断系统 的寿命分布 ， 目前可靠性 工程领域 的一个重要问题。 是 文章应用改进 的故障树分析法建立系统 的仿真模 型， 利用蒙特卡洛法在计算机上产生等价于基本部件寿命实现值的随机数 ， 将其代人到 系统 的仿真模型中 ， 经过逻辑运算得
到等价于系统 寿命实现值的随机数。 这个 过程重复多次 ， 便得到足够多的代表系统 寿命 的实现值的随机序列。 在概率 图中对 随机序列进行统 计推断 ， 从而得到系统的寿命分 布。 此方法简单易行 ， 计算结果精度高 ， 系统的可靠性分析有重要意义 。 对
ＡＢＳ ＴＲＡＣＴ： Ｗ ｔ ｅ ｕ ｅ ｔｅ ｌｆ ｉｔｉｕｉｎ ｏ ｈ ｙｔｍ Ｓ ｏ ｅ ｏ ｈ ｒ ｉａ Ｓ ｂｅ ｔ ｎ ｅｉｂｌ ｙ ＨＯ ｏ ｄ ｄ ｃ ｈ ｉ ｄｓｒｂ ｔｏ ｆｔｅ ｓ ｓｅ ｉ ｎ ｆｔ ｅ ｃ ｉｃ ｌ Ｈ ｊｃｓ ｉ ｒｌ ｉｔ ｅ ｔ ａ ｉ
维普资讯
第４ 第８ ２卷 ０期
文章编号 ：０６—９４ （ ０ ７ ０ １０ ３８ ２ ０ ）８—０７ ０ ８—０ ３
基于故障树分析法的建筑设备可靠性分析
天 ０ ３ ４） ３ ０ ３ ２ 天津城 市 建设 学 院 ， 津 ３ ０ ８ ０ １０；
要： 通过对可能造成建筑设备故 障的各 种因素 （ 包括硬件 、 软件 、 环境 、 人为 因
迟 长 春 （ ９ ６ ） １６ 一 ， 女 ， 教 授 ， 究方 副 研
素等 ） 进行分析 ， 建立 了故 障树模 型 ， 从而确定 系统故 障原 因的各 种可能组合 方式及其 发生概率 ， 提高 了系统可靠性 ， 展了故障树分析法 的使用领域 。该方法在建筑 物设 计 拓 阶段 ， 以帮助设计人员找 出关键 单元 ， 可 对设 计 提供一 定 的参考 意见 。在 使用 维修 阶 段， 可以帮助人们进行故障诊断和降低 出错 的可能性。
Ｒｅ ｉ ｂ ｌ ｙ Ａｎ ｌ ｉ ｆＢｕｉｄ ｎｇ Ｅｑ ｉ ｅ ｓ ｄ ｏ ｌａ ｉ ｔ ａ ｙｓｓ ｏ ｉ ｌ ｉ ｕ ｐｍ ｎｔＢａ ｅ ｎ ＦＴＡ
，
ＣＨＩ Ｃｈ ｇｃ “ － ａｎ ｈ ｎ ，． Ｌ ＩＫｕ ． ｉ
Ｙ ＵＥ ｗｅ Ｄａ ｉ
（ ．Ｈｅｅ Ｕ ｉｅｓｙｏ Ｔ ｃ ｎｌｇ ，ｉｎｉ ３ ０ Ｃ ｉａ １ ｂ ｉ ｎｖｒｉ ｆ ｅｈ ｏ ｙ Ｔａｊ ０ １０， ｈｎ ； ｔ ｏ ｎ ３ ２ ｉ ｉ ｎｔｕｅｏ ｒａ ｏ ｓ ｕ ｔ ｎ Ｔａ ｊ ０ ３ ４ ｈｎ ） ．Ｔａ ｉ Ｉｓｔｔ ｆ ｂ ｎＣ ｎｔ ｃ ｏ ， ｉ ｉ ３ ０ ８ ，Ｃ ｉａ ｎｎ ｉ Ｕ ｒ ｉ ｎｎ
Ａｂ ｔａ ｔ ｈｏ ｇ ｈ ｎ ｌｓｓｏ ｖ ｒ ｉｄ ｏ ａ ｔｒ ｓ ｃ ｓｈ ｒｗａｅ ｏｔ ａｅ ｎ ｉｏ ｍｅ ｔ ｕ ｎ ｓｒ ｃ ：Ｔ ｒｕ ｈ ｔｅａ ａｙｉ ｎｅ ｅｙ ｋｎ ｆｆｃｏｓ（ ｕ ｈ ａ ａｄ ｒ ，ｓｆ ｒ ，ｅ ｖｒｎ ｎ ，ｈ ｍａ ｗ
系统可靠性设计中的故障树分析方法(八)
系统可靠性设计中的故障树分析方法在工程领域中，系统可靠性设计是非常重要的一个方面。
系统可靠性设计的核心目标是确保系统在各种不同的操作条件下能够正常运行，同时减少系统故障的概率。
故障树分析方法是一种经典的可靠性工程技术，通过对系统故障进行分析，可以帮助工程师们找出系统的薄弱环节，并采取相应的措施来提高系统的可靠性。
本文将介绍故障树分析的原理和方法，以及在系统可靠性设计中的应用。
故障树分析的原理是基于一种自顶向下的分析方法，它将系统故障的各种可能性进行了系统化的分类和组合，从而找出导致系统故障的根本原因。
通过构建故障树模型，可以清晰地呈现出系统故障的逻辑结构，以及各种故障事件之间的因果关系。
在故障树中，顶部是系统的总体故障事件，底部是一系列基本故障事件，中间是各种逻辑门，如与门、或门等。
通过逻辑门的组合，可以描述出导致系统故障的各种可能路径，从而找出系统的薄弱环节。
故障树分析的方法包括故障分类、故障事件的定义、逻辑门的应用和故障树模型的构建。
首先，工程师们需要对系统故障进行分类，将系统可能出现的故障事件进行清晰的定义。
其次，需要确定适当的逻辑门，来描述故障事件之间的关系。
例如，与门表示多个故障事件同时发生的情况，或门表示多个故障事件中至少一个发生的情况。
最后，构建故障树模型，将各种故障事件和逻辑门组合起来，形成一张清晰的逻辑结构图。
在系统可靠性设计中，故障树分析方法可以帮助工程师们找出系统的薄弱环节，从而采取相应的措施来提高系统的可靠性。
首先，通过对系统故障进行分析，可以找出导致系统故障的根本原因，从而对系统进行改进和优化。
其次，可以通过故障树分析的结果来确定系统的关键部件和关键环节，从而加强这些关键部件的设计和制造，以提高系统的可靠性。
此外，还可以通过故障树分析来确定系统的备用方案和应急措施，以应对可能发生的故障事件。
总之，故障树分析方法是系统可靠性设计中非常重要的一种工程技术。
通过对系统故障进行系统化的分类和组合，可以找出系统的薄弱环节，从而采取相应的措施来提高系统的可靠性。
基于故障树分析的质量管理方法探讨
基于故障树分析的质量管理方法探讨质量管理是一个组织内对质量进行规划、控制和改进的过程，其目标是保证产品、服务的质量满足顾客的需求和期望。
在质量管理中，故障树分析是一种常用的工具和方法，可以帮助企业识别和解决质量问题，提升产品和服务的质量水平。
故障树分析是一种通过分析系统中可能出现的故障，定量分析故障原因以及其发生的概率和影响的方法。
其核心思想是将系统中的故障事件以及导致故障发生的因素进行逻辑推理，构建起一个树状结构。
在这个树状结构中，根节点代表系统的故障事件，分支节点代表导致故障发生的因素，叶节点代表故障事件中的最终发生因素。
通过故障树分析，可以清晰地了解系统中各个因素之间的关系以及其对系统故障发生的贡献程度。
这有助于企业对质量问题进行量化分析和评估，并找出优先解决的问题点。
在质量管理中，故障树分析被广泛应用于诊断产品或服务中的缺陷和故障，以及改进和改善产品和服务过程，提升质量。
在进行故障树分析时，首先需要定义系统的故障事件，这可以是产品或服务中的某个不符合要求的现象或问题。
例如在汽车制造业中，故障事件可以是引擎无法启动或制动失灵。
接下来，需要收集系统中可能导致故障发生的因素，并对其进行分类和归纳。
例如，在汽车制造业中，可能的因素可以包括燃油供给问题、电路故障、制动系统故障等。
然后，根据这些因素之间的关系，构建起故障树的分析模型。
对于每个因素，可以进一步拆分成更加具体的子因素，直至最终的导致故障事件发生的原因。
在构建故障树模型时，可以利用评估技术和数据，定量地评估每个因素的发生概率和影响程度。
这有助于企业建立起对质量问题的整体认识，并确定关键的质量改进措施。
在质量管理过程中，故障树分析的应用可以帮助企业更好地理解系统的故障机理和故障产生的原因。
通过对故障树的分析，企业可以深入了解质量问题的根本原因，发现潜在的风险点，并采取相应的措施进行纠正和改进。
这有助于企业实现质量问题的预防和控制，提升产品和服务的质量稳定性，从而有效降低质量成本和提高顾客满意度。
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汽包 是 自然循 环 锅 炉 中最 重要 的受 压 元 件 。
其工况 复杂苛刻 ， 在 长时间 的运行 中容 易产生 缺陷
垢接 触 的表 面上 产 生 较 大应 力 ， 当应 力 超 过 钢 板 的强度极 限时发生 开 裂导致 过热 鼓包 。若 材料 内 部存 在粗 大 的夹 杂 物 ， 这 些 夹 杂 物也 就 相 当于 金 属 内部 的锐 角 ， 会 导致 应力 集 中 ， 使其 在 变形过 程
中成为裂 纹 源 ， 并 在外 力 的持续 作用 下 ， 进 一 步扩
展， 最终 导致 开裂 。
ｂ ．腐蚀 断 裂 ， 汽 包 的 内 壁 由于 长 期 受 到 炉 水 的浸 渍 ， 在水 中氧 的去极 化作 用下 ， 在 管 内的钝 化膜破 裂 处发 生氧腐 蚀 ； 从 制 造到 安装 、 运行 都有 可能发 生 氧腐蚀 。应 力集 中区域会 促使 点蚀 的产 生， 受 到热 冲击 时 ， 会 使 内壁 中性 区域 产生疲 劳 裂 纹， 在停 炉 时存 在积 水也会 产 生 内壁腐 蚀 。 Ｃ ．低 周疲 劳 断裂 ， 低周 疲劳 损伤 是汽 包 的主 要失效 形 式之 一 。 调 峰机 组 启 停 频 繁 ， 经 常 处 于急 剧 的变 负荷 工 况 ， 造 成 疲 劳 裂 纹 的 产生 。这 些疲 劳裂 纹容 易在 给水 管孔 、 下 降管孔 处 产生 ， 且
型复杂 系统 的安 全性 和可 靠性 的有 效工 具 。该方 法 已在 核能 、 航 空航 天及 石 油 化 工 等 领 域得 到 广 泛 的应用 。故 障树分 析是 从分 析 失效 因果关 系 中
的运行 ， 汽包 底部 沉积 大量 垢渣 ， 锅垢 与钢 板 的膨
胀系 数 不 同 ，在 加 热 和 冷却 时 ， 汽 包 的钢 板 与 锅
行 管理等 多个 环 节 来保 证 的 ， 任 何 一 个 环 节 失 控 都 会导致 其 寿命 降低甚 至失 效 。其失 效形 式主 要
分 为 以下 ３种 ： ａ ．鼓 包 变 形 开 裂 ， 由于 水 质 不 良和 长 时 问
２ ． １ 故 障树 的建立
故 障树 分析法 （ Ｆ ａ ｕ ｌ ｔ Ｔ ｒ ｅ ｅ Ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ） 是 分析 大
全面而 又快捷的分析汽 包的可靠性 ， 作者 引用 了故 障树分析方法 ， 利用其直 观明 了 ， 思 路清 晰 ， 逻辑 性 强， 可 以做定 性分析也 可以做定量分 析 的特点来 对
汽包 的可靠 性进行分析 。 １ 汽 包的 失效模 式 分析 汽包 的可靠性 是通 过设 计 、 制造、 安装 以及运
与最 大应 力方 向垂 直 ， 在纵焊 缝 ， 环焊 缝 和人孔 焊 缝 处也 可能 产 生 。汽 包 局 部 区域 的应 力 集 中 ， 焊 接 的缺 陷和裂 纹往 往是 低周 疲 劳裂纹 的 源点 。
２ 汽 包 的 失 效 故 障 树 分 析
可靠 性 ， 但此方 法 缺乏对 汽 包 整体 的 全面 考 虑 ； 晏
甚至失 效 ， 这会 导致 锅炉 发 生故 障 ， 从 而 造成 巨大
的损 失 ， 国内、 外 众多 学者 就 维护 汽 包安 全运 行 和
可靠 性分析展开 了大量 的研 究 。Ｂ ｅ ｌ ｙ ａ ｋ ｏ ｖ Ｉ Ｉ 等 根据 现场经验 和计 算分 析 找 出了汽 包 内部 部件 损 坏的原 因 ， 并提 出了相应 的方 法来提高 汽包运 行 的
思聪等 提 出一 种 概率疲 劳断裂 失 效分 析 的新方 法， 该 疲劳可靠性 分析模 型所 预测 的结 果 比较 理想 且精度很高 ， 但 同时也需要初 始疲 劳质量 。而其他 方法 ， 例如 Ｉ ｃ法 、 一次 二矩阵法 和蒙特 卡罗分 析法
均需要大量 的数据为支撑 。针对 以上 问题 ， 为 了
裂 。同样 ， 以 汽包失 效 的 ３个原 因作为 中间事 件 ， 用 类 似方 法继 续 深入 分 析 ， 找 出 中间 事 件 发生 的 原 因 。依次 类 推 ， 直 至分 解 到代 表 各 种 故 障形 式 的基 本 事 件 为 止 。 图 １为 建 立 的 汽 包 失 效 故 障
｝ 田 乾 ， 男， １ ９ ８ ６年 １ ２月 生 ， 硕 士 研 究 生 。北 京 市 ， １ ０ ０ ０ ２ ９ 。
第４ ０卷
第 ２期
化
工
机
械
１ ６ ７
的“ 顶部” 开始 直 到 “ 底部 ” 事件 ， 从果 到因、 自上
而下进 行 分析 。通 过故 障树 分析 可确 定 系统 的薄 弱 环节 。故 障树 的结 构 函数 可用 最小 割集 进行 有 效 描述 ，其结 构 函数一 般分 为 或 门和 与 门事故 树
通 过 求 出故 障树 的各 阶 最 小割 集 以及 各 个基 本 事件 的 概 率 重要 度 ，确 定 汽 包 主要 的 失 效 影 响 因 素 ，并
提 出相 应 的 解 决措 施 。
关键 词
锅 炉 汽 包 故 障树
Ｔ Ｑ ０ ５ ４
可靠性
最小割集
Ａ
概 率 重 要 度
文章编号 ０ ２ ５ ４ － ６ ０ ９ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ － ０ １ ６ ６ － ０ ５
结 构 函数 。在 对 汽包 进 行 故 障 树 分 析 时 ， 选 取 “ 汽包 的失 效 ” 为顶事 件 ， 引起 波 纹 管失 效 的最 直
１ ６ ６ 于故 障树 的锅 炉 汽 包 可 靠 性分 析
田 乾 陈 平 石 莹 徐 雪倩
（ 北 京化 工大 学 机 电工 程 学 院 Ｃ Ａ Ｅ研 究 中 心 ）
摘
要
对 可 能 引起 汽 包 失效 的各 个 因 素 进 行 了 系统 的 分 析 ，建 立 了 以 汽 包失 效 为 顶 事 件 的 故 障 树 。