故障树分析

故障树分析
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课题大纲
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• 故障树的历史 • 故障树名词／术语 • 事件记号 • 故障树分析的基本程序
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什么是故障树分析法
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• 故障树分析(Fault Tree Analysis，FTA)故障 树分析(FTA)技术是美国贝尔电报公司的电话 实验室于1962年开发的，它采用逻辑的方法， 形象地进行危险的分析工作，特点是直观、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。体现了以系统工程方法研 究安全问题的系统性、准确性和预测性，它是 安全系统工程的主要分析方法之一。
并集:把集合A的元素和集合B的元素合并在一起 ，这些元素的全体构成的集合叫做A与B的并集 ，记为A∪B或A+B。若A与B有公共元素，则公 共元素在并集中只出现一次。 例若A={a、b、c、d}； B={c、d、e、f}； A∪B= {a、b、c、d、e、f}。
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故障树分析法的数学基础
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事件记号
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相同专用符号，用经指明 之树的位置，转向或转 引字母表示相同。
Op ` Ì g
(IN)
转向符号
(OUT)
转此符号
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移动记号的使用例
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欠け クラック 変形
＝崩缺+裂纹+变形 ＝0.01+0.02+0.005
1%
2%
0.5%
＝0.035 ＝ 3.5％
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逻辑记号
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X
ຫໍສະໝຸດ Baidu ð
禁门 表示仅当条件发生时 ，输入事件的发生方 导致输出事件的发生
A
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爆発
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故障树分析的基本程序
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7.分析：按故障树结构进行简化，确定各基本事件的结构重 要度。
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故障树分析的基本程序
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8.事故发生概率：确定所有事故发生概率，标在故障树上， 并进而求出顶上事件(事故)的发生概率。
5.调查原因事件：顶上事件确定之后，就要分析与之有关的 各种原因事件，也就是找出系统的所有潜在危险因素和薄 弱环节，包括设备元件等硬件故障、软件故障、人为差错 以及环境因素，凡与事故有关的原因都找出来，作为事故 树的原因事件，原因事件定义也要确切，简单扼要说明故 障类型及发生条件，不能含糊不清。
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故障树分析的基本程序
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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。
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故障树分析的基本程序
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3.确定顶上事件：在广泛搜集事故资料的基础上，确定一个 或几个事故作为顶上事件进行分析。一个系统发生的事故 可能会有多种，不可能也没有必要都进行事故树分析，一 般选择发生可能性较大且能造成一定后果的那些事故作为 分析对象。有些事故尽管不易发生，但是一旦发生造成严 重的后果。为避免这类重大事故的发生。也常采用事故树 分析法。有的事故虽然过去没有发生过，特别是新开发的 或运转周期不长的系统，可根据物料性质、工艺条件、设 备结构、人员操作水平、类似系统的经验等预想事故作为 顶上事件。确定顶上事件时，要坚持一个事故编一棵树的 原则且定义要明确，例如“加氢反应温度过高”，“氧气 钢瓶超压爆炸”。而象“过程火灾”、“化工厂爆炸”这 些事件就太笼统，无法向下分析。
X
或门 表示出现任何一个输 入现象时都会引起输 出现象。 Ａ与Ｂ随便一个出现 时，都会引起Ｘ出现 。
B
A
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根据逻辑记号计算概率
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使用逻辑记号，在清楚下位现象的发生概率时， 能计算出上位现象的发生概率。
外観不良
或形用加法计算
外观不良的发生
Z` Ì g
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事件记号
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• 底事件：位于故障树底部的事
件称为底事件，也是基本事件； 是分析中无需探明其发生原因的 事件。
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菱形符号是故障树分析中的未探 0011 0010 1010 1101 0001 0100 明事件，即原则上应进一步探 1011 明其原因但暂时不必或者暂时 不能探明其原因的事件，它又 代表省略事件，一般表示那些 可能发生，但是概率值微小的 事件；或者对此系统到此为止 H` Ì g 不需要再进一步分析的故障事 件，这些故障事件在定性分析 中或定量计算中一般都可以忽 略不计。
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4.确定目标值：根据经验教训和事故案例，经统计分析后， 求解事故发生的概率(频率)，以此作为要控制的事故目标 值。
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故障树分析法的数学基础
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(1)基本概念 集:从最普遍的意义上说，集就是具有某种 共同可识别特点的项(事件)的集合。这 些共同特点使之能够区别于他类事物。
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故障树分析法的数学基础
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练习
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磁芯破裂
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应力导致的FTA
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磁芯破裂
热冲击
张力
剪断
以下要考虑在何处受到应力。 ※定义由参加人员统一决定。
事件记号
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事件记号
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房形图示
房形符号是开关事件，在正 常工作条件下必然发生或 者必然不发生的事件，当 房形中所有给定的条件满 足时，房形所在们的其他 输入保留，否则除去，根 据故障要求，可以是正常 事件，也可以是故障事件 。
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压缩
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工程导致的FTA（碰撞处）
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磁芯破裂
卷线
焊锡
测试
以下需考虑在各工程的何处会发生碰撞。
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上纸带
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什么是故障树分析法
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一般来讲，安全系统工程的发展也是以故 障树分析为主要标志的。1974年美国原 子能委员会发表了关于核电站危险性评 价报告，即“拉姆森报告”，大量、有 效地应用了FTA，从而迅速推动了它的发 展。
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什么是故障树
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逻辑记号
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X
与门 表示出现所有输入现 象时才会引起输出现 象。 Ａ与Ｂ同时出现时， 产生Ｘ。
B
A
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逻辑记号
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是一种特殊的倒立树状逻辑因果关系图， 它用事件符号、逻辑门符号和转移符号 描述系统中各种事件之间的因果关系。 逻辑门的输入事件是输出事件的"因"， 逻辑门的输出事件是输入事件的"果"。
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什么是故障树图(FTD)
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有空气与汽油存在， 混合气的范围在1.4～ 7.6%之间，又有火源 时就会引起爆炸。
発火源
1. 4～7. 6％ 混合気
ガソリ 汽油ン
空気
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故障树分析的基本程序
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1.熟悉系统：在分析之前首先明确分析的范围和边界，系
统内包含那些内容。特别是化工、石油化工生产过程都是 连续化、大型化，各工序、设备之间相互连接，如不划定 界限，得到的事故树会很庞大。之后要详细了解所要分析 的对象，包括工艺流程、设备构造、操作条件、环境状况 及控制系统和安全装置等。同时还要广泛搜集系统发生过 的事故。在调查事故时尽量做到全面，不仅要掌握本单位 的事故情况，还要了解同行业类似系统或设备以及国外事 故资料，以便确定所要分析的事故类型含有哪些内容，供 编事故树时进行危险因素分析。
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故障树分析的基本程序
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6.画出故障树：从顶上事件开始，采取演绎分析方法，逐层 向下找出直接原因事件，直到所有最基本的事件为止。每 一层事件都按照输入（原因）与输出（结果）之间逻辑关 系用逻辑门连接起来。这样得到的图形就是事故树图。要 注意，任何一个逻辑门都有输入与输出事件，门与门之间 不能直接相连。初步编好的事故树应进行整理和简化，将 多余事件或上下两层逻辑门相同的事件去掉或合并。如有 相同的子树，可以用转移符号表示省略其中一个，以求结 构简洁、清晰。
• 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。
• (3)补集 • 在整个集合(Ω)中集合A的补集为一 个不属于A集的所有元素的集。补集又称 余，记为￢A或A'
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事件记号
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• 顶事件：顶事件就
是所分析系统不希望 发生的事件，它位于 故障树的顶端，因此 它总是逻辑门的输出 而不可能是任何逻辑 门的输入。通常在故 障树中顶事件用“矩 形”符号表示。
(2)交集 两个集合A与B的交集是两个集合的公共元 素所构成的集合，记为A∪B或A+B。根据 定义，交是可以交换的，即A∩B。 例若A={a、b、c、d}； B={c、d、e}； 则A∩B={c、d}。
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Z ` Ì g
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事件记号
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• 中间事件：除了顶事件外的其
他结果事件均属于中间事件，它 位于顶事件和底事件之间，它是 某个逻辑门的输出事件，同时又 是另一个逻辑门的输入事件。通 常在故障树中中间事件也用“矩 形”符号表示。
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定性分析
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• 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)
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定量分析
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• 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.