第六章系统失效分析
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5、为制定试验大纲提供定性信息。
6、为确定更换有寿件、元器件清单提供使用可靠性设计的
定性信息。
7、为确定需要重点控制质量及工艺的薄弱环节清单提供定
性信息。
8、 可及早发现设计、工艺中的各种缺陷。
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第6章 系统失效分析
故障概率等级
A级
（经常发生）
产品在工作期间发生故障概率很高，一种故障模式出现的
故障树分析（FTA）
建树步骤
1）广泛收集并分析系统及其故障的有关资料；
2）选择顶事件；
3）建造故障树；
4）简化故障树。
分析步骤
1）建立故障树；
2）故障树定性分析
3）故障树定量分析
4）重要度分析
5）分析结论：薄弱环节
6）确定改进措施
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故障树分析（FTA）
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第6章 系统失效分析
故障模式、影响和危害性分析FME（C）A
FMEA实质是一种定性评价法，即使没有定量的可靠性数
据，也能分析出问题的所在。 FMEA是从组成系统的最基本结
构（零件和部件）可能产生的各种故障分析入手，逐级向上分
析故障产生的影响，最终找出对系统的影响。它是由下而上的
2、中间事件：称故障事件。位于顶事件和底事件之间的
事件。--需要进一步探明原因的事件
3、底事件：位于故障树底部的事件，在已建成的故障树
中不必分解。（包含基本事件和未探明事件）--导致事件发
生的基本原因
4、结果事件：由其他事件或事件组合所导致的事件。
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故障树分析（FTA）
所谓事件，就是指描述系统、单元、部件零件的状态。
品的质量和可靠性水平提供改进依据。
2、保证有组织地定性找出系统的所有可能的故障模式及其
影响，进而采取相应的措施。
3、为制定关键项目和单点故障等清单或可靠性控制计划提
供定性依据。
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第6章 系统失效分析
4、为可靠性（R）、维修性（M）、安全性（S）、测试性
（T）和保障性（S）工作提供一种定性依据。
任务成功性以及维修或后勤保障等要求的影响。一般分为：对
自身、对上级及最终影响三个等级。
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第6章 系统失效分析
6. 危害度
它是指对某种故障模式出现的频率及其所产生的后果的相
应量度。
7. 检测方法
它是指在每个故障模式发生时的检测手段和方法。
8. 预防措施
它是指产品在设计、工艺、操作时应采取的纠正措施。
P(T )
k
P(C )
i
i1
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故障树分析法的步骤：
（1）建立故障树；
（2）建立故障树的数学模型；
（3）进行系统可靠性的定性分析；
（4）进行系统可靠性的定量分析。
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故障树分析（FTA）
故障树常用事件符号
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故障树分析（FTA）
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故障树分析（FTA）
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故障树分析（FTA）
定量分析：确定底事件失效模式，失效分布及其参数，
确定顶事件发生的概率。
若故障树最小割集C1，C2……,Ck,已知底事件X1， X2，
X3….Xn发生的概率时，求出顶事件发生的概率。
步骤：
1）对故障树进行定性分析，求最小割集；
2）求出顶事件发生的概率（失效概率）。
E1
E2
则将该或门的输入事件各排成一列，若是与门
用下行法求故障树的最小割集
输出，则将该门的输入事件排在同一行。
2
E3
E4
E5E6
3
X1X2X3
X3X4
X4E6
X6E6
4
X1X2X3
X3X4
X4X5
X4X6
X6X5
X6X6
5
X1X2X3
X3X4
X4X5
X6
最小割集为：{X6},{X4,X3},{X4,X5},{X1, X2,X3}
故障树分析分定性分析与定量分析。
定性分析的目的
1）寻找顶事件的原因事件及原因事件的
组合（最小割集）。
2）发现潜在的故障。
3）发现设计的薄弱环节，以便改进设计。
4）指导故障诊断，改进使用和维修方案。
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故障树分析（FTA）
•割集、最小割集概念
割集：故障树中一些底事件的集合，当这些底
质等。
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第6章 系统失效分析
3. 失效机理
失效机理是指引起产品或元器件失效的物理、化学变化等
的内在原因。
4. 失效分析
在产品失效后，通过对产品的结构、使用和技术文件的逻
辑性、系统性检查，来鉴别失效并确定失效机理及其基本原因。
5. 故障影响
故障影响是指故障模式会造成对系统安全性、战备完好性、
下几项 ：
1、时间性
2、层次性
3、灵活性
4、有效性
5、故障模式的完整性
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第6章 系统失效分析
弹药系统进行FMECA的步骤
根据GJB1391-92《故障模式、影响及危害性分析程度》的
要求，对弹药产品进行故障模式、影响及危害性分析，需要
按如下步骤进行：
1、熟悉和掌握有关资料；
2、系统的定义
一种分析方法。
为了使FMEA用于定量分析，加入了危害分析，这就是所
说的故障模式、影响及危害度分析（FMECA）.
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第6章 系统失效分析
FMECA的目的
1、从产品设计（功能设计、硬件设计、软件设计）、生产
（生产可行性分析、工艺设计、生产设备设计与使用）和使用
过程中发现各种影响产品可靠性的缺陷和薄弱环节，为提高产
生(发生概率极低)，则顶事件就恒不发生(发生概率极
低) ，系统潜在事故的发生概率降至最低。
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故障树分析（FTA）
• 最小割集可以指导系统的故障诊断和维修
如果系统某一故障模式发生了，则一定是该系统
中与其对应的某一个最小割集中的全部底事件全部发
生了。进行维修时，如果只修复某个故障部件，虽然
找出的导致故障（顶事件）发生的所有可能的各种中间因素（中间事
件），一直找到最基本原因（基本事件）。分析过程包括人为差错和
环境因素的影响，并研究这些因素（事件）间的逻辑关系。 FTA表达
直观，可用于系统可靠性的定性分析，也可以用于定量分析。它的分
析图表类似一树状，故称故障树。
故障树分析应用范围：系统的可靠性分析、系统安全性分析与事
概率为总故障概率的0.001~0.01。
E类
产品在工作期间发生故障概率为零，一种故障模式出现的
（极不可能发生） 概率小于总故障概率的0.001。
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第6章 系统失效分析
弹药系统进行FMECA的原则
FMECA 作为故障分析的一种有力手段，在可靠性工
作中发挥了巨大的作用，为了完成高水平的FMECA，注意以
系统按照规定要求完成功能称成功事件。系统完不成功能成
为故障事件。
在分析故障时间的原因时，应包括人的因素及环境因素。
一般分析单元（或部件）失效形式时，其功能失效可分为
四种形式：
1）过早投入运行；
2）规定时间不能投入运行；
3）规定时间内中断运行；
4）运行期间单元（部件）失效。
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故障树分析（FTA）
概率大于总故障概率的0.2.
B类
产品在工作期间发生故障概率中等，一种故障模式出现的
（很可能发生） 概率为总故障概率的0.1~0.2。
C类
（偶然发生）
产品在工作期间发生故障概率为偶然，一种故障模式出现
的概率为总故障概率的0.01~0.1。
D类
（很少发生）
产品在工作期间发生故障概率很小，一种故障模式出现的
第六章系统失效分析
第6章 系统失效分析
失效分析中的基本概念
1. 故障/失效
对于修复的产品来说，产品丧失规定的功能称为故障。
对于不可修复的产品来说，产品丧失规定的功能称为失效。
2. 故障模式
故障模式是指元器件或产品故障的一种表现形式，一般是
能被观察到的一种故障现象。
例如：炮弹的瞎火、早炸，弹簧的折断，火工品的受潮变
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故障树分析（FTA）
• 上行法
E3=X1X2X3, E4=X3X4,
E5=X4+X6,
E6=X5+X6,
E1=E3+E4=X1X2X3+X3X4
E2=E5E6=(X4+X6)(X5+X6)
上行法：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
下的各输入事件的和；若下面是与门
5）指导故障诊断，改进使用和维修方案。
6）利用故障树可以在产品的设计阶段，帮助判明系统潜在故障；
7）在系统使用阶段可以用来作故障诊断，预测系统故障的发生
及其原因，并可用来制定检修计划等。
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故障树分析（FTA）
故障分析术语
1、顶事件：是指被分析的系统不希望发生的事件，它位
于故障树的顶端。--系统故障
能够使系统恢复功能，但其可靠性水平还远未恢复。
根据最小割集的概念，只有修复同一最小割集中的所
有部件故障，才能恢复系统可靠性、安全性设计水平。
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故障树分析（FTA）
•示例
根据与、或门的性质和割集的
定义，可方便找出该故障树的割集
是：
{X1},{X2,X3},{X1,X2,X3},{X2,X1}
3、填写FMECA工作单
4、画危害度矩阵图
5、提交FMECA报告
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第6章 系统失效分析
故障树分析（FTA）
FTA是一种是60年代发展起来的用于大型复杂系统可靠性、安全
性分析和风险评价的逻辑推理方法，它是研究系统的故障（或人们不
希望发生的事件）与产生该故障的原因之间的因果关系。由上而下的
故分析、改进系统设计、对系统的可靠性进行评价。
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故障树分析（FTA）
故障树分析的目的
1）帮助判明可能发生的故障模式和原因。
2）发现可靠性和安全性薄弱环节，采取改进措施，以提高产品
可靠性和安全性。
3）计算故障发生概率；
4）发生重大故障或事故后，FTA是故障调查的一种有效手段，
可以系统而全面地分析事故原因，为故障“归零提供支持”。
事件同时发生时，顶事件必然发生；
最小割集：最小割集是导致正规故障树事件发
生的不能再缩减的底事件的集合。若将割集中所含
的底事件任意去掉一个就不再成为割集了，这样的
割集就是最小割集。
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故障树分析（FTA）
• 最小割集对降低复杂系统潜在事故风险具有重
大意义。
如果能使每个最小割集中至少有一个底事件恒不发
，{X1,X3}
根据与、或门的性质和割集的
定义，可方便找出该故障树的最小
割集是：
{X1},{X2,X3}
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故障树分析（FTA）
T
+
故障树
E2
•
E1
+
E3
•
E4
•
E5
+
E6
+
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下行法：对每一个输出事件，若是或门的输出，
故障树分析（FTA）
• 下行法
0
T
1
，则将此结果事件表示为该与门下的
输入事件的积。从底事件开始，由下
向上逐级进行。按照布尔运算的规则
，将顶事件表示成积或和的最简式，
其中每一项对应于故障的一个最小割
集，从而得到故障树的所有最小割集。
=X4X5+ X4X6 + X5X6 + X6X6
= X4X5 + X6
T=E1+E2=X1X2X3+X3X4+X6+X4X5
6、为确定更换有寿件、元器件清单提供使用可靠性设计的
定性信息。
7、为确定需要重点控制质量及工艺的薄弱环节清单提供定
性信息。
8、 可及早发现设计、工艺中的各种缺陷。
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第6章 系统失效分析
故障概率等级
A级
（经常发生）
产品在工作期间发生故障概率很高，一种故障模式出现的
故障树分析（FTA）
建树步骤
1）广泛收集并分析系统及其故障的有关资料；
2）选择顶事件；
3）建造故障树；
4）简化故障树。
分析步骤
1）建立故障树；
2）故障树定性分析
3）故障树定量分析
4）重要度分析
5）分析结论：薄弱环节
6）确定改进措施
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故障树分析（FTA）
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第6章 系统失效分析
故障模式、影响和危害性分析FME（C）A
FMEA实质是一种定性评价法，即使没有定量的可靠性数
据，也能分析出问题的所在。 FMEA是从组成系统的最基本结
构（零件和部件）可能产生的各种故障分析入手，逐级向上分
析故障产生的影响，最终找出对系统的影响。它是由下而上的
2、中间事件：称故障事件。位于顶事件和底事件之间的
事件。--需要进一步探明原因的事件
3、底事件：位于故障树底部的事件，在已建成的故障树
中不必分解。（包含基本事件和未探明事件）--导致事件发
生的基本原因
4、结果事件：由其他事件或事件组合所导致的事件。
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故障树分析（FTA）
所谓事件，就是指描述系统、单元、部件零件的状态。
品的质量和可靠性水平提供改进依据。
2、保证有组织地定性找出系统的所有可能的故障模式及其
影响，进而采取相应的措施。
3、为制定关键项目和单点故障等清单或可靠性控制计划提
供定性依据。
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第6章 系统失效分析
4、为可靠性（R）、维修性（M）、安全性（S）、测试性
（T）和保障性（S）工作提供一种定性依据。
任务成功性以及维修或后勤保障等要求的影响。一般分为：对
自身、对上级及最终影响三个等级。
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第6章 系统失效分析
6. 危害度
它是指对某种故障模式出现的频率及其所产生的后果的相
应量度。
7. 检测方法
它是指在每个故障模式发生时的检测手段和方法。
8. 预防措施
它是指产品在设计、工艺、操作时应采取的纠正措施。
P(T )
k
P(C )
i
i1
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故障树分析法的步骤：
（1）建立故障树；
（2）建立故障树的数学模型；
（3）进行系统可靠性的定性分析；
（4）进行系统可靠性的定量分析。
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故障树分析（FTA）
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故障树分析（FTA）
定量分析：确定底事件失效模式，失效分布及其参数，
确定顶事件发生的概率。
若故障树最小割集C1，C2……,Ck,已知底事件X1， X2，
X3….Xn发生的概率时，求出顶事件发生的概率。
步骤：
1）对故障树进行定性分析，求最小割集；
2）求出顶事件发生的概率（失效概率）。
E1
E2
则将该或门的输入事件各排成一列，若是与门
用下行法求故障树的最小割集
输出，则将该门的输入事件排在同一行。
2
E3
E4
E5E6
3
X1X2X3
X3X4
X4E6
X6E6
4
X1X2X3
X3X4
X4X5
X4X6
X6X5
X6X6
5
X1X2X3
X3X4
X4X5
X6
最小割集为：{X6},{X4,X3},{X4,X5},{X1, X2,X3}
故障树分析分定性分析与定量分析。
定性分析的目的
1）寻找顶事件的原因事件及原因事件的
组合（最小割集）。
2）发现潜在的故障。
3）发现设计的薄弱环节，以便改进设计。
4）指导故障诊断，改进使用和维修方案。
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故障树分析（FTA）
•割集、最小割集概念
割集：故障树中一些底事件的集合，当这些底
质等。
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第6章 系统失效分析
3. 失效机理
失效机理是指引起产品或元器件失效的物理、化学变化等
的内在原因。
4. 失效分析
在产品失效后，通过对产品的结构、使用和技术文件的逻
辑性、系统性检查，来鉴别失效并确定失效机理及其基本原因。
5. 故障影响
故障影响是指故障模式会造成对系统安全性、战备完好性、
下几项 ：
1、时间性
2、层次性
3、灵活性
4、有效性
5、故障模式的完整性
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第6章 系统失效分析
弹药系统进行FMECA的步骤
根据GJB1391-92《故障模式、影响及危害性分析程度》的
要求，对弹药产品进行故障模式、影响及危害性分析，需要
按如下步骤进行：
1、熟悉和掌握有关资料；
2、系统的定义
一种分析方法。
为了使FMEA用于定量分析，加入了危害分析，这就是所
说的故障模式、影响及危害度分析（FMECA）.
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第6章 系统失效分析
FMECA的目的
1、从产品设计（功能设计、硬件设计、软件设计）、生产
（生产可行性分析、工艺设计、生产设备设计与使用）和使用
过程中发现各种影响产品可靠性的缺陷和薄弱环节，为提高产
生(发生概率极低)，则顶事件就恒不发生(发生概率极
低) ，系统潜在事故的发生概率降至最低。
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故障树分析（FTA）
• 最小割集可以指导系统的故障诊断和维修
如果系统某一故障模式发生了，则一定是该系统
中与其对应的某一个最小割集中的全部底事件全部发
生了。进行维修时，如果只修复某个故障部件，虽然
找出的导致故障（顶事件）发生的所有可能的各种中间因素（中间事
件），一直找到最基本原因（基本事件）。分析过程包括人为差错和
环境因素的影响，并研究这些因素（事件）间的逻辑关系。 FTA表达
直观，可用于系统可靠性的定性分析，也可以用于定量分析。它的分
析图表类似一树状，故称故障树。
故障树分析应用范围：系统的可靠性分析、系统安全性分析与事
概率为总故障概率的0.001~0.01。
E类
产品在工作期间发生故障概率为零，一种故障模式出现的
（极不可能发生） 概率小于总故障概率的0.001。
沈阳理工大学装备工程学院
第6章 系统失效分析
弹药系统进行FMECA的原则
FMECA 作为故障分析的一种有力手段，在可靠性工
作中发挥了巨大的作用，为了完成高水平的FMECA，注意以
系统按照规定要求完成功能称成功事件。系统完不成功能成
为故障事件。
在分析故障时间的原因时，应包括人的因素及环境因素。
一般分析单元（或部件）失效形式时，其功能失效可分为
四种形式：
1）过早投入运行；
2）规定时间不能投入运行；
3）规定时间内中断运行；
4）运行期间单元（部件）失效。
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故障树分析（FTA）
概率大于总故障概率的0.2.
B类
产品在工作期间发生故障概率中等，一种故障模式出现的
（很可能发生） 概率为总故障概率的0.1~0.2。
C类
（偶然发生）
产品在工作期间发生故障概率为偶然，一种故障模式出现
的概率为总故障概率的0.01~0.1。
D类
（很少发生）
产品在工作期间发生故障概率很小，一种故障模式出现的
第六章系统失效分析
第6章 系统失效分析
失效分析中的基本概念
1. 故障/失效
对于修复的产品来说，产品丧失规定的功能称为故障。
对于不可修复的产品来说，产品丧失规定的功能称为失效。
2. 故障模式
故障模式是指元器件或产品故障的一种表现形式，一般是
能被观察到的一种故障现象。
例如：炮弹的瞎火、早炸，弹簧的折断，火工品的受潮变
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故障树分析（FTA）
• 上行法
E3=X1X2X3, E4=X3X4,
E5=X4+X6,
E6=X5+X6,
E1=E3+E4=X1X2X3+X3X4
E2=E5E6=(X4+X6)(X5+X6)
上行法：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
下的各输入事件的和；若下面是与门
5）指导故障诊断，改进使用和维修方案。
6）利用故障树可以在产品的设计阶段，帮助判明系统潜在故障；
7）在系统使用阶段可以用来作故障诊断，预测系统故障的发生
及其原因，并可用来制定检修计划等。
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故障树分析（FTA）
故障分析术语
1、顶事件：是指被分析的系统不希望发生的事件，它位
于故障树的顶端。--系统故障
能够使系统恢复功能，但其可靠性水平还远未恢复。
根据最小割集的概念，只有修复同一最小割集中的所
有部件故障，才能恢复系统可靠性、安全性设计水平。
沈阳理工大学装备工程学院
故障树分析（FTA）
•示例
根据与、或门的性质和割集的
定义，可方便找出该故障树的割集
是：
{X1},{X2,X3},{X1,X2,X3},{X2,X1}
3、填写FMECA工作单
4、画危害度矩阵图
5、提交FMECA报告
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第6章 系统失效分析
故障树分析（FTA）
FTA是一种是60年代发展起来的用于大型复杂系统可靠性、安全
性分析和风险评价的逻辑推理方法，它是研究系统的故障（或人们不
希望发生的事件）与产生该故障的原因之间的因果关系。由上而下的
故分析、改进系统设计、对系统的可靠性进行评价。
沈阳理工大学装备工程学院
故障树分析（FTA）
故障树分析的目的
1）帮助判明可能发生的故障模式和原因。
2）发现可靠性和安全性薄弱环节，采取改进措施，以提高产品
可靠性和安全性。
3）计算故障发生概率；
4）发生重大故障或事故后，FTA是故障调查的一种有效手段，
可以系统而全面地分析事故原因，为故障“归零提供支持”。
事件同时发生时，顶事件必然发生；
最小割集：最小割集是导致正规故障树事件发
生的不能再缩减的底事件的集合。若将割集中所含
的底事件任意去掉一个就不再成为割集了，这样的
割集就是最小割集。
沈阳理工大学装备工程学院
故障树分析（FTA）
• 最小割集对降低复杂系统潜在事故风险具有重
大意义。
如果能使每个最小割集中至少有一个底事件恒不发
，{X1,X3}
根据与、或门的性质和割集的
定义，可方便找出该故障树的最小
割集是：
{X1},{X2,X3}
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故障树分析（FTA）
T
+
故障树
E2
•
E1
+
E3
•
E4
•
E5
+
E6
+
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下行法：对每一个输出事件，若是或门的输出，
故障树分析（FTA）
• 下行法
0
T
1
，则将此结果事件表示为该与门下的
输入事件的积。从底事件开始，由下
向上逐级进行。按照布尔运算的规则
，将顶事件表示成积或和的最简式，
其中每一项对应于故障的一个最小割
集，从而得到故障树的所有最小割集。
=X4X5+ X4X6 + X5X6 + X6X6
= X4X5 + X6
T=E1+E2=X1X2X3+X3X4+X6+X4X5