什么是故障树分析?

Analysis Concept

在能够避免未来的失败之前,你必须先找出问题的根源。否则,失败是否会再次发生并不重要,只是时间问题而已。故障树分析是一种用于找出问题根源的方法,可以在设备出现故障之前识别并分析问题的根本原因。

故障树的发展

故障树分析法由美国贝尔电话研究所的沃森(Watson)和默恩斯(Mearns)于 1961 年首次提出并应用于分析民兵式导弹发射控制系统。之后波音公司的哈斯尔、舒劳德、杰克逊等人研制出故障树分析法计算程序,标志着故障树分析法进入了以波音公司为中心的宇航领域。

1974年,美国原子能委员会发表了以麻省理工学院(MIT)拉斯穆森为首的有60名专家参与的安全组进行了两年研究而编写的长达3000页的“商用轻水反应堆核电站事故危险性评价”的报告,该报告采用了美国国家航空和管理部于60年代发展起来的事件树(ET:Event Tree)和故障树分析方法,以美国100座核电反应堆为对象对核电站进行了风险评价,使FTA的应用得到很大发展。这一报告的发表引起了各方面的很大反响,被称为FTA发展进程中的一个重要里程碑。

什么是故障树

故障树又称之为错误树,是一种特殊的倒立树状逻辑因果关系图。主要通过事件符号、逻辑门符号以及转移符号,来表示事故或者故障事件发生的原因及其逻辑关系的逻辑树图。

fault tree example

IEC 61025 描述了故障树分析的方法,并提供了将其应用于分析的指导方针。同时确定了合适的假设、事件和故障模式,并给出了识别规则和符号的说明。

故障树中的事件及其符号

条件或动作的发生称之为事件

事件类型事件符号描述
基本事件basic event圆形框:表示基本事件,即不需要或不能再深究的原始根源故障
结果事件resultant event矩形框:表示顶端事件或中间事件,是需要进一步分析的故障或结果
未探明事件undeveloped event菱形框:表示省略事件,指由于资料不足或不重要而暂不深究的事件
开关事件switch event房形框:表示正常事件或条件开关事件,在正常情况下必然发生或处于特定状态
条件事件conditioning event椭圆框:限制逻辑门或影响特定事件发生的条件限制,通常配合限制门使用,表示满足此条件时输入才会导致输出

故障树中的逻辑门及其符号

在故障树分析中逻辑门只描述事件间的逻辑因果关系

逻辑门逻辑符号描述
与门and gate表示仅当所有输入事件发生时,输出事件才发生
或门or gate表示至少一个输入事件发生时,输出事件就发生
非门not gate表示输出事件是输入事件的对立事件
顺序与门priority and gate表示仅当输入事件按规定的顺序发生时,输出事件才发生
表决门voting gate表示仅当n个输入事件中有k个或k个以上的事件发生时,输出事件才发生
异或门exclusive or gate表示仅当单个输入事件发生时,输出事件才发生
禁门inhibit gate表示仅当条件事件发生时,输入事件的发生方导致输出事件的发生

故障树中的转移符号

转移符号是为了避免画图时重复和使图形简明而设置的符号

转移类型转移符号描述
相同转移符号identical transfer symbol 1identical transfer symbol 2相同转移符号,用以指明子树的位置
相似转移符号similar transfer symbol 1similar transfer symbol 2相似转移符号,用以指明相似子树的位置

可以发现个各种门实际上会包含布尔运算,所以故障树可以通过布尔运算进行简化。故障树就是用前面描述的事件符号、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”。

故障树分析可以做什么

  • 了解最上方事件和下方不希望出现状态之间的关系
  • 显示系统对于系统安全/可靠度规范的符合程度
  • 针对造成最上方事件的各原因列出优先次序:针对不同重要性的量测方式建立关键设备/零件/事件的列表
  • 监控及控制复杂系统的安全性能(例如:特定某飞机在油料阀x异常动作时是否可以安全飞行?此情形下飞机可以飞行多久?)
  • 最小化及最佳化资源需求
  • 协助设计系统。故障树分析可以作为设计工具,创建输出或较低层模组的需求
  • 诊断工具,可以用来识别及修正会造成最上方事件的原因,有助于创建诊断手册或是诊断程序

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