FMECA与FTA分析1讲解学习.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,FMECA与FTA分析1,FMECA,历史,二十世纪五十年代初，美国格鲁门飞机公司在研制飞机,主操作系统时首次采用,FMEA,。,二十世纪六十年代，,Apollo,项目，美国航天。,1974年，,MIL-STD-1629,诞生，美国海军。,1976年，美国国防部确定,FMEA,所有武器采购的必要活动。,七十年代后期，美国汽车工业采用,FMEA,作为风险评估工具。,八十年代中期，美国汽车工业采用过程,FMEA。,1991,年，,ISO9000,推荐。,1994年，,QS9000,强制。,2,FMECA,依据,GB 7826-87,失效模式和效应分析（,FMEA,）程序,GJB 450A-2004,装备可靠性工作通用要求,GJB 1391-92,故障模式、影响及危害性分析程序,国家军用标准,故障模式、影响及危害性分析程,序,和,故障分析,实施指南，,1994,3,第一章 故障模式、影响及危害性分析,4,主要内容,第一节 概述,第二节 故障模式影响分析,第三节 危害性分析,第四节 确定重要件和关键件,第五节 进行,FMEA FMECA,应注意的问题,第六节 应用实例,第一节 概述,FMECA,是一种系统化的可靠性分析程序，用来保障系统完成给定任务的可靠性。,故障：产品丧失规定的功能或危害安全的现象。,是产品或产品的一部分不能或将不能完成预定功能的事件或状态。,故障模式：故障或失效的形式。,故障影响：一个部件故障时对整机所产生的影响。,故障危害性：故障影响的严重程度。分为四级,6,第一节 概述,四级故障影响的危害程度：,-,灾难性的，可能造成人身伤亡或全系统损坏。,-,严重的，可能造成严重损害，全系统故障。,-,一般的，可能造成一般损害，使系统性能下降。,-,次要的，不致对系统造成损害，但可能需要进行计划外的维修。,7,第一节 概述,故障分析：对发生或可能发生的故障的系统及其组成单元进行分析，鉴别其故障模式、故障原因（即故障机理），估计该故障模式对系统可能产生何种影响，以及分析这种影响是否是致命的（即影响和后果分析），以便采取措施，提高系统的可靠性。,8,第一节 概述,是一种系统化的可靠性分析，是在产品设计过程中，按照一定的格式有步骤地对产品各组成部件潜在的各种故障模式及其故障机理,以及对产品功能的影响进行分析，并把每一个潜在故障模式按它的严重程度予以分类，判断这种故障模式影响的致命程度有多大，并提出可以采取的预防改进措施，以提高产品可靠性的一种设计分析方法。,FMECA,的定义,9,第一节 概述,FMECA,特点及其重要性：,FMECA,应该有统一的格式；,内容与形式需要有统一的标准；,FMECA,是设计决策时的一种依据；,设计更改愈晚愈被动，,FMECA,应在设计初期尽早开始。,10,第一节 概述,以往，人们是依靠自己的经验和知识来判断部件故障对系统产生的影响，这种判断依赖于人的知识水平和工作经验。为了摆脱对人为因素的过分依赖，需要找到一种系统的、全面的、标准的分析方法来正确作出判断，力图将导致严重影响的单点故障模式消灭在设计阶段。,FMECA,技术的形成,11,第一节 概述,是一种定性分析方法，不需要高深的数学理论，易于掌握，很有工程应用价值，受到工程部门的普遍重视。,FMEA,技术的优点,FMECA,技术的优点,是一种定量分析方法，需要高深的数学理论，很有工程应用价值，越来越受到工程部门的普遍重视。特别是在军工产品方面。,12,第一节 概述,（,a,）能帮助设计者和决策者从各种方案中选择满足可靠性要求的最佳方案；,（,b,）保证所有元器件的各种故障模式及影响都经过周密考虑；,（,c,）能找出对系统故障有重大影响的元器件和故障模式并分析其影响程度；,（,d,）有助于在设计审议中对有关措施（如冗余措施）、检测设备等作出客观的评价；,（,e,）能为进一步定量分析提供基础；,（,f,）能为进一步更改产品设计提供资料。,FMECA,达到的目的,13,第一节 概述,14,第二节 故障模式与影响分析（,FMEA,）,故障模式与影响分析,简记为,FMEA,15,2.1,概述,分析系统中每一产品所有可能产生的故障模式及其对系统造成的所有可能的影响，并按每一个故障模式的严重程度、发生频度以及检测难易程度予以分类的一种归纳分析方法。,FMEA,是低一层的故障模式，在高一层系统中去确定每一种故障模式对系统的影响（效应）。,FMEA,定义,16,2.1,概述,什么是,FMEA,？,用两句话概括,FMEA,的精髓！,“,早知道,就不,会,”,“,我,先,所以,没,有,”,17,什么是,FMEA,？,早知道,作好防震,设计,就不,会,造成大,楼倒塌,早知道,不,滥砍滥伐,就不,会,造成,泥石流,早知道,作好,桥梁维护,就不,会,造成,高架桥倒塌,“,早知道,就不,会,”,有些,早知道,是必需的,!,有些,就不,会,是不允,许发,生的,！,18,我先,看了,气象预报,所以,没,有,淋成,落汤鸡,我先,评估金融大厦高度,所以,没,有,影响飞行安全,我先,安装电脑防火墙,所以,没,有,被黑,“,我,先,所以,没,有,”,有些,我先,是必需的,!,有些,所以,没,有,是,预,期可避免的,。,什么是,FMEA,？,19,为什么要实施,FMEA,？,FMEA,分析的是潜在故障,(Potential Fault),，是可能发生但是现在还没有发生的故障；,它是,“,事前预防,”,，而不是,“,事后追悔,”；,事先花时间对设计进行分析，事先低成本进行改进；,减少未来更大损失的发生；,20,2.2,基本概念,故障原因分析：,找出每一个故障模式产生的独立原因。,故障模式分析：,找出系统中每一产品所有可能出现的,故障模式。,故障原因：,故障发生的根本原因。一种故障可能有不止,一种原因。,约定层次,：,根据分析的需要，按产品的相对复杂程度或功能关系所划分的产品层次。这些层次从比较复杂的,(,系统,),到比较简单的,(,零件,),进行划分。初始约定层、约定层、最低约定层。,21,液压系统,451000,其他系统,主液压分系统,451100,辅助液压分系统,451200,缓冲瓶,451110,液压油箱,451120,柱塞液压,泵,ZB-34,451130,泵轴,451131,轴承组件,451132,柱塞,451133,飞,机,450000,初始约定层次,约定层次,最低约定层次,系统,分系统,装备,设备,零组件,某型飞机约定层次的划分,22,制定编码体系,编码体系应满足：,（,a,）符合产品功能和结构层次的上、下级关系；,（,b,）能体现约定层次的上、下级关系，并与产品的功能框图和可靠性框图相一致；,（,c,）符合有关标准或文件规定的要求；,（,d,）对产品各组成部分应具有唯一、适用、简明和可追溯等特性；,23,2.2,基本概念,名称,定义,局部影响,某产品的故障模式对该产品自身或与该产品,所在约定层次的其他产品的使用、功能和状,态的影响。,高一层次影响,某产品的故障模式对该产品所在约定层次的,高一层次产品的使用、功能和状态的影响。,最终影响,指系统中某产品的故障模式对初始约定层次,的产品的使用、功能和状态的影响。,故障模式影响：,每种故障模式对产品使用、功能或状态所导致的影响,24,故障影响分析：,找出系统中每一产品每一种可能出现的故障模式所产生的影响，并按这些影响的严重程度进行分类,。,2.2,基本概念,检测：,分析每一个故障模式的检测方法，以便为系统的维修性、,测试性设计以及系统的维修工作提供依据。,25,补偿措施：,指在设计中能够防止故障原因发生的方法。,2.2,基本概念,补偿措施分析：,分析人员应提出并评价那些能够用来消除或,减轻故障影响的补偿措施,。,补偿措施分为,设计上的补偿措施,和,操作上的应急补偿措施。,26,2.3 FMEA,方法、资料及程序,1,、,FMEA,方法,FMEA,功能法：,设计初期，硬件方案尚不具体；复杂系统。,FMEA,硬件法：,从原理图、图样或其它设计文件等已经能了解到硬件单元的细节。,FMEA,功能和硬件综合法,各级,FMEA,合起来就成为了像树一样的一棵,FMEA,“树”,27,2.3 FMEA,方法、资料及程序,2,、,FMEA,必须掌握的资料,技术规范与研制方案：,技术规范和研制方案通常阐明了各种系统故障的判据，并规定了系统的任务剖面以及对系统适用、可靠性和维修性方面的设计和试验要求。,设计方案论证报告：,设计方案论证报告通常说明了各种设计方案的比较及与之相应的工作限制，它们有助于确定可能的故障模式及其原因。,28,2.3 FMEA,方法、资料及程序,设计数据和图纸：,设计数据和图纸通常确定了执行各种系统功能的每项产品及其结构，通常从系统级开始直至系统的最低一级产品对系统内部和接口功能进行详细描述。,可靠性数据：,为了确定可能的故障模式，就需要对系统及产品的可靠性数据进行分析。一般说来，最好利用可靠性试验所得到的数据。,29,2,、,FMEA,程序,以设计文件为根据，从功能、环境条件、工作时间、故障定义等各方面全面确定设计对象的定义，按递减的重要度分别考虑每一种工作模式；,针对每一种工作模式分别绘制系统功能框图和可靠性框图；,确定每一部件与接口应有的工作参数或功能；,查明一切部件与接口可能的故障模式、发生的原因与影响；,2.3 FMEA,方法、资料及程序,30,按可能的最坏影响评定每一故障模式的故障性级别；,确定每一故障模式的检测方法与补救措施或预防措施；,提出修改设计或采取其它措施的建议，同时指出设计更改或其他措施对各方面的影响；,写出分析报告，总结设计上无法改正的问题，并说明预防故障或控制故障危险性的必要措施。,2.3 FMEA,方法、资料及程序,31,3,、,FMEA,的实施,当前是怎么设计的？,可能会发生哪些问题？,导致什么影响？严重,?,几率,?,当前采用什么办法控制？,效果如何？,还需要做什么？,实际上,影响是,FMEA,！,32,FMEA,程序,使用,系统定义,分析,使,故障模式分析,析,使,故障原因分析,析,使,故障影响分析,析,危害性类别分析,故障检测方法分析,设计改进措施分析,使用补偿措施分析,使用,分析结果,分析,33,4,、,系统功能框图与可靠性框图,34,4,系统功能框图与可靠性框图,35,GJB1391FMEA,的分析表格,36,飞机,液压系统,45100,其他系统,主供压分系统,45110,助力供压分系统,45120,缓冲瓶,451110,油箱,451120,液压柱塞泵,ZB-34,451130,泵轴,451131,轴承组件,451132,柱塞,451133,某型飞机约定层次的划分,设备级,分系统级,系统级,37,设备级,飞机,液压柱塞泵,ZB-34,451131,451132,451133,泵轴,轴承组件,柱塞,38,分系统级,*飞机,主供压分系统,451110,451120,451130,缓冲瓶,液压柱故障,ZB-34,油箱,39,系统级,*飞机,液压系统,45110,45120,主供压分系统,助力供压分系统,40,41,第三节危害性分析,目的是按每一故障模式的严重程度及该故障模式发生的概率所产生的综合影响对系统中的产品划等分类，以便全面评价系统中各种可能出现的产品故障的影响。,目的,方法,风险优先数法,(RPN),危害性矩阵法,42,3.1,风险优先数法,某一产品的故障模式的风险优先数,RPN,由,故障模式发生概率等级,(OPR,）和,影响严酷度等级,（,ESR,）的乘积计算得出，即,RPN=OPR*ESR,故障模式的,RPN,数越高，则越重要。,Risk Priority Number,Occurrence Probability Ranking,Effective Severity Ranking,43,等级,故障发生的可能性,参考值,1,稀少,故障模式发生的可能性极低,1/10,6,2,3,低,故障模式发生的可能性相对较低,1/20000,1/4000,4,5,6,中等,故障模式发生的可能性中等,1/1000,1/400,1/80,7,8,高,故障模式发生的可能性高,1/40,1/20,9,10,非常高,故障模式发生的可能性非常高,1/8,1/2,故障模式发生概率评分准则,44,等级,故障影响的严重程度,1,轻微,对系统的性能不会产生影响，用户注意不到的轻微故障,2,3,低,对系统性能有轻微影响的故障,用户可能会注意到并引起轻微抱怨,4,5,6,中等,引起系统性能下降的故障,用户可能会感觉不舒适和不满意,7,8,高,中断操作的重大故障或提供舒适性的子系统不能工作的故障，用户会感到强烈不满意。但此类故障不会引起安全性影响也不违反政府法规。,9,10,非常高,引起生命、财产损失的致命故障或不符合政府法规的故障,严酷度等级的评分准则,45,当需要进行工艺的,FMEA,时，还应增加一个评定因素：,检测难度等级（,DDR,）,。,3.1,风险优先数法,Detection Difficulty Ranking,46,等级,检验程序查出故障的难度,1,2,非常低,检验程序可以检出的潜在设计缺陷,3,4,低,检验程序有较大机会检出的潜在设计缺陷,5,6,中等,检验程序可能检出的潜在设计缺陷,7,8,高,检验程序不大可能检出的潜在设计缺陷,9,非常高,检验程序不可能检出的潜在设计缺陷,10,无法检出,检验程序绝不可能检出的潜在设计缺陷,检验难度评分细则,47,当增加了检测难度等级后,RPN,的表达式为,:,它是三个定量的数率的乘积，分别相对于影响，要因和控制。,3.1,风险优先数法,要因,影响,控制,RPN=OPR*ESR*DDR,48,RPN,例子,故障影响（最终）,危害性,7(,高）,故障原因,发生度,8,（高）,检测度,5,（中等）,RPN,785,280,49,3.2,危害性矩阵法,分类,定性分析法,定量分析法,50,定性分析方法,在,GJB1391,中,给出的一种故障概率等级定义为：,3.2,危害性矩阵法,将每一个故障模式的发生可能性分成离散的级别，按所定义的等级对每个故障模式进行评定，之后再应用危害性矩阵对每个故障模式进行危害性分析。,51,故障概率等级定义,等级,定义,故障模式发生概率,/,使用期间总故障概率（在工作时间内）,A,经常发生,20%,B,有时发生,（,10%,，,20%,C,偶然发生,（,1%,，,10%,D,很少发生,（,0.1%,，,1%,E,极少发生,（,0,，,0.1,52,主要计算故障模式的,危害度,Cm,和,产品的危害度,Cr,，应用危害性矩阵对每个故障模式的,Cm,、产品的,Cr,进行危害性分析。,3.2,危害性矩阵法,定量分析方法,53,故障影响概率,指假定某故障模式已发生时，导致系统故障的条件概率。,产品故障表现为确定的故障模式的比率。,3.2,危害性矩阵法,基本定义,故障模式频数比,54,若要评价某一故故障式的危害性，应计算每一故障模影响危害度,Cmi,（,j,）：,Cmi,（,j,）,=,（,j),*,(j)*,p*t,，,j=,Cmi,（,j,）代表了产品在工作时间,t,内以第,i,种故障模式发生第,j,类严酷度类别的危害度,.,3.2,危害性矩阵法,故障模式危害度计算,p,：被分析产品在其阶段内的故障率；,55,该产品的危害度,Cr:,Cr,（,j,）,=Cm1,（,j,）,+Cm2,（,j,）,+,+Cmn,（,j,）故障中,n,为该产品在第,j,类严酷度类别下的故障模式总数。,j=,，,，,，,Cr,（,j,）代表了产品在工作时间,t,内产生的第,j,类严酷度类别的危害度,.,3.2,危害性矩阵法,产品危害度计算,56,例：,57,58,绘制的目的故障较每个故障模式的危害程度，进而为确定改进措施的先后顺序提供依据。,危害性矩阵图的做法是,:,横坐标一般按等距离表示严酷度类别,(,，,，,，,),；纵坐标为产品危害度,Cr(j),或故障模式危害度,Cmi,（,j,）或故障概率等级,(,当采用定性分析方法时,).,3.2,危害性矩阵图,危害性矩阵图,59,故障模式危害度,Cmi(j),故障概率等级,严酷度等级,危害性增加,M1,M2,危害性矩阵,产品危害度,Cr,60,其做法是：首先按,Cmi,（,j,）或概率等级在纵坐标上查到对应的点，再在横坐标上选取代表其严酷度类别的直线，并在直线上标注产品或故障模式的位置,(,利用产品过故障模式代码标注,),，从而构成产品或故障模式的危害性矩阵图。在这张图上，可得到各故障模式危害性的分布情况。,从图中所标记的故障模式分布点向对角线,(,图中虚线,),作垂线，以该垂线与对角线的交点到原点的距离作为度量故障模式危害性的依据，距离越长，其危害性越大，越需尽快采取改进措施。,3.3,危害性矩阵图,61,GJB1391CA,的分析表格,62,第四节,FMECA,的实施,使用,系统定义,分析,使,故障模式分析,析,使,故障原因分析,析,使,故障影响分析,析,严酷度类别分析,析,故障检测方法分析,设计改进措施分析,使用补偿措施分析,危,害,性,分,析,CA,故障模式影响分析（,FMEA,）,第五节 注意问题,FMECA,工作应与产品的设计同步进行；,对产品研制的不同阶段，应进行不同程度、不同层次的,FMECA,。,FMECA,工作应由产品设计人员完成；,FMECA,应加强规范化工作，以保证产品,FMECA,的分析结果具,有可比性,。,应对,FMECA,的结果进行跟踪与分析。,64,第二章 故障树,65,主要内容,第一节 概述,第二节 故障树的定性分析,第三节 故障树的定量分析,第四节 重要度分析,66,故障树分析法简称,FTA,是与可靠性框图法等价的系统可靠性分析方法，,用于大型复杂系统的可靠性、安全性分析。,第一节概述,FTA,的历史及发展,67,1961,年,美国贝尔实验室首先提出，并用于,“,民兵,”,导弹的发射系统的控制，取得了良好的效果,;,1965,年,在波音公司安全年会上公开发表，引起学术界的重视。,1974,年,美国原子能管理委员会的主要采用故障树分析商用原子反应堆安全性报告发表，进一步推动了对故障分析法的研究与运用。,目前，,FTA,是公认的对复杂系统进行安全性、可靠性分析的一种好方法，并逐步形成了一套完整的理论、方法和应用分析程序。,FTA,的历史及发展,68,故障树定义,根据确定产品故障原因的各种组合和（或）其发生的概率。,故障树,故障树用来表明产品哪些组成部分的故障或外界事件或它们的组合将导致产品发生一种给定故障的逻辑图。,故障树分析,故障树分析分为,定性分析,和,定量分析,。,69,FTA,的作用,FTA,可以让人们知道哪些事件的组合可以导致危机系统按全的故障，并计算它们发生的概率，然后通过设计改进和有效地故障监测、维修等措施，设法减少它们的发生概率。,FTA,还可以让分析者对系统有更深入的认识，对系统机构、功能、故障及维修保障的知识更加系统化，从而使设计、制造和操作过程中的可靠性改进更富有成效。,70,灵活性；,FTA,的特点,FTA,法是一种图形演绎方法，是故障事件在一定条件下的逻辑推理方法；,进行,FTA,的过程，也是一个对系统更深入的过程；,通过故障树可以定量地计算复杂系统的故障概率及其他可靠性参数，为改善系统可靠性提供定量依据；,71,FTA,法在系统,寿命周期,的任何阶段都可采用。然而，在下面两个阶段采用时最为有效：,FTA,使用范围,设计早期,+,详细设计和样机生产后、批生产前,阶段,72,FTA,名词术语和符号,Top,E1,X1,E2,X2,E3,S,S,逻辑与门,逻辑或门,事件,转移符号,73,事件及符号,故障树分析中各种故障状态和不正常情况皆称,故障事件,，各种完好状态或正常情况皆称为,成功事件,，两者均简称事件,底事件,基本事件,未探明事件,结果事件,顶事件,中间事件,特殊事件,开关事件,条件事件,名词术语和符号,74,名词术语和符号,底事件,仅仅导致其他事件的原因事件，因此底事件位于所讨论的故障树底端总是某个逻辑门的输入事件，而不是输出事件,。,基本事件,在特定的故障树分析中无需探明其发生原因的底事件，符号表示见右图,未探明事件,原则上应进一步探明其原因但暂时不必或暂时不能探明其原因的事件，符号表示见右图,输出,75,名词术语和符号,结果事件,由其他事件或事件组合导致的事件。,顶事件,在故障树分析中所关心的结果事件，它位于故障树的顶端。符号表示见右图,中间事件,位于底事件和顶事件之间的结果事件。符号表示见右图,输出,输入,76,名词术语和符号,特殊事件,在故障树分析中需用特殊符号表明其特殊性或引起注意的事件。,开关事件,是一种特殊事件，在正常情况下必然发生或者不发生，符号表示见右图,条件事件,是一种特殊事件，它规定了逻辑门起作用的条件，符号表示见右图,77,与门,或门,非门,基本门,AND gate,OR gate,NOT gate,输出,输入,逻辑门及其符号,在故障树分析中用逻辑门描述事件间的逻辑关系。,名词术语和符号,A=B1B2,Bn,A=B1B2,Bn,78,名词术语和符号,顺序门,表决门,异或门,禁门,顺序条件,r/,n,不同时发生,特殊门,禁门打开条件,上为输出,下为输入,Sequential AND gate,Voting gate,Exclusive OR gate,Inhibit gate,79,名词术语和符号,转移符号,为了避免画图时重复和使图简明而设置的符号。,转移符号,符号表示见右图,A,A,（,a),从某处转入,(b),从某处转出,80,建立故障树的基本思想,给定系统的故障作为顶事件，逐级分析：首先分析人员应该提出并回答,“,哪些直接因素能造成顶事件的出现,“,，并罗列出来,A,、,B,、,C,等，其次针对罗列出来的因素,A,、,B,、,C,等，再找出它们中每一个发生的下一级因素是那些，按照这个线索步步深入下去，一直追溯到系统的最基本事件为止。,81,建立故障树的注意事项,明确建树的边界条件，确定简化系统树；,故障事件应严格定义；,应从上向下逐级建树；,建树时不允许门,-,门直接相连；,用直接事件逐步取代间接事件；,82,故障树例子,图,1,所示输电网络，有,3,个变电站，由,A,站向,B,、,C,两站供电，,共有,5,条线路，只有线路故障才能引起电网故障。,电网故障的判据是：,1 B,和,C,中任何一站无输入；,2 B,或,C,站由单线供电。,试绘制电网系统故障的,故障树图。,83,解：（,1,）选取顶事件,根据要求选定电影响统故障为顶事件。,（,2,）从顶事件开始确定各事件之间的逻辑关系,因为题中规定，顶事件（电网故障）包括以下,3,个次级事件；,B,站无输入（,P,）；,C,站无输入（,Q,）；,B,或,C,站由单线供电（,R,）。所故障判定顶事件与,P,、,Q,和,R,三事件的逻辑关系是,“,或门,”,关系。,根据图,1,寻找产生,P,、,Q,和,R,事件的原因，一直找到基本事件。例如，分析事件,P,：,B,站无输入是因为同时出现输电线,1,故障（即基本事件,1,）、输电线,2,故障（即基本事件,2,）,、,C,站不向,B,站供电（,S,）事件，故此,P,与,1,、,2,和,S,三个事件的逻辑关系为,“,与门,”,。再分析中间事件,S,：,C,站故障,B,站供电可能因为输电线,3,故障（即基本事件,3,），使,C,站无电，也可能是,C,、,B,开路（,Z,），故此,S,与,3,、,Z,事件的逻辑关系为,“,或门,”,故障于中间事件,Z,，即,C,、,B,开路（,Z,）故障能是输电线,4,和,5,（即基本事件,4,和,5,）同时故障，因此事件,Z,和,4,、,5,事件的逻辑关系为,“,与门,”,。,依照上述对,P,事件的分析故障依次完成对,Q,、,R,事件的分析，并确定有关事件的逻辑关系。,（,3,）绘制电网系统的故障树图,按以上分析结果，绘制电网系统的故障树图，如图,2,所示。,84,图,2,图,1,所示系统的故障树,85,FTA,的步骤,选择顶事件,建造故障树,定性分析识别系统故障模式,定量分析,鉴别薄弱环节,采取改进措施,86,目的在于寻找导致顶事件发生的原因事件及原因事件的组合，即识别导致顶事件发生的所有故障模式集合；帮助分析人员发现潜在的故障，发现设计的薄弱环节，以便进行改进；还可用于指导故障诊断，改进使用和维修方案。,第二节 故障树的定性分析,87,割集,故障树中一些底事件的集合。当这些底事件同时发生时，顶事件必然发生。,最小割集,若将割集中所含的底事件任意去掉一个就不成为割集了，这样的割集就是最小割集。,路集,故障树中一些底事件的集合。当这些底事件不发生时，顶事件必然不发生。,最小路集,若将路集中所含的底事件任意去掉一个就不成为路集了，这样的路集就是最小路集。,88,网络可靠性,示例,1,示例,2,89,顶事件,T,+,中间事件,M,X2,X3,X1,故障树示例,90,1,找出最小割集对降低复杂系统潜在事故的风险具有重大意义。,第二节 故障树的定性分析,最小割集的意义,2,消除可靠性关键系统中的一阶最小割集。,3,最小割集可以指导系统的故障诊断和维修。,91,1,下行法（,Fussell-Vesely),根据故障树的实际结构，从顶事件开始，逐层向下寻查，找出割集。规则就是遇到,“,与门,”,增加割集阶数（割集所含底事件数目），遇到,“,或门,”,增加割集个数。具体做法就是把从顶事件开始逐层向下寻查的过程横向列表，遇到,“,与门,”,就将其输入事件取代输出事件排在表格的同一行下一列中，遇到,“,或门,”,就将其输入事件在下一列纵向依次展开，直到故障树的最底层。,最小割集求法,92,顶事件,T,+,X,1,M1,X,2,+,M2,M3,M4,M5,+,+,X,4,X,5,X,6,X,7,+,M6,+,X,8,X,6,X,3,故障树示例,93,用下行法求图所示故障树的割集与最小割集,下行法的过程列成下表。表故障步骤,1,到,2,，因,M1,下面是,“,或门,”,，所以在步骤,2,中,M1,的位置换之以,M2,，,M3,，且竖向串列。从步骤,2,到,3,，因,M2,下面是,“,与门,”,，所以在下一列同一行内用,M4,，,M5,代替,M2,横向排列，由此下去直到第,6,步，共得九个割集：,X1,，,X4,，,X6,，,X4,，,X7,，,X5,，,X6,，,X5,，,X7,，,X3,，,X6,，,X8,，,X2,可得最小割集为,X1,，,X2,，,X3,，,X6,，,X9,，,X4,，,X7,，,X5,，,X7,94,步骤,1,2,3,4,5,6,过程,X1,X1,X1,X1,X1,X1,M1,M2,M4,，,M5,M4,，,M5,X4,，,M5,X4,，,X6,X2,M3,M3,X3,X5,，,M5,X4,，,X7,X2,X2,M6,X3,X5,，,X6,X2,M6,X5,，,X7,X2,X3,X6,X8,X2,下行法的过程,95,2,上行法,从故障树的底事件开始，自下而上逐层地进行集合运算，将,“,或,”,门输出事件用输入事件的并（布尔和）代替，将,“,与门,”,输出事件用输入事件的交（布尔积）代替。在逐层代入过程中，按照布尔代数吸收律和等幂律来化简，最后将顶事件表示底事件积之和的最简式。,最小割集求法,96,故障树的最下一层为：,M4=X4 X5,，,M5=X6 X7,，,M6=X6 X8,往上一层为：,M2=M4M5=,（,X4 X5,）,（,X6 X7,）,M3=X3 M6=X3X6 X8,再往上一层为：,M1=M2 M3=,（,X4 X5,）,（,X6 X7,）,X3X6 X8,=,（,X4 X7,）,（,X5 X7,）,X3X6 X8,97,再往上一层为：,T=X1 X2 M1,=X1 X2 X3X6 X8,（,X4 X7,）,（,X5 X7,）,上式共有,7,个积项，因此得到,7,个最小割集：,X1,，,X2,，,X3,，,X6,，,X8,，,X4,，,X7,，,X5,，,X7,结果与下行法相同。,98,（,1,）阶数越小的最小割集越重要；,（,2,）在低阶最小割集中出现的底事件比高阶最小 割集中的底事件重要。,（,3,）在最小割集阶数相同的条件下，在不同最小割集中重复出现的次数越多的底事件越重要。,最小割集的定性分析,99,故障树的数学描述,研究一个由,n,个底事件构成的故障树，作如下假设：,（,1,）底事件之间相互独立,（,2,）底事件和顶事件只考虑两种状态：发生或不发生,第三节 故障树的定量分析,1,顶事件发生概率的计算,100,设,X,i,表示底事件的状态变量，根据以上假设，,X,i,仅取,0,或,1,两种状态；,表示顶事件的状态变量，,也仅取,0,或,1,两种状态，有如下定义：,1,，底事件,X,i,在,t,时刻发生（即元、部件故障）,0,，底事件,X,i,在,t,时刻不发生（即元、部件正常）,1,，顶事件,在,t,时刻发生（即系统故障）,0,，顶事件在,t,时刻不发生（即系统正常）,第三节故障树的定量分析,X,i,(t)=,(t)=,101,因为顶事件状态,完全由故障树中底事件状态所决定，即,=,（,X,）,式中,X=,（,X,1,X,2,X,3,Xn,）,称,=,（,X,）为故障树的结构函数，是表示系统状态的一种布尔代数，其自变量为该系统组成单元的状态。,故障树的定量分析,102,如果由,n,个事件组成的故障树，,那么顶事件发生的概率,F,S,(t),为,P,（顶事件发生）,=F,S,(t)=E,(X)=gF,（,t),式子中：,F(t)=(F,1,(t),F,2,(t),.,F,n,(t),故障树的定量分析,计算事件,i,发生的概率,PX,i,(t)=1=,EX,i,(t)=F,i,(t),103,顶事件,T,+,X,1,M,X,2,X,3,问题：请计算该简单结构的故障树顶事件发生的故障率？,答案,(X)=1-(1-X,1,)(1-X,2,X,3,),F,S,(t)=1-1-F,1,(t)1-F,2,(t)F,3,(t),104,通过最小割集求顶事件发生的概率,下面按最小割集之间,不交与相交,两种情况处理。,最小割集之间不相交的情况,已知故障树的全部最小割集为,并且假定在一个很短的时间间隔内同时发生两个或两个以上最小割集的概率为零，且各最小割集中没有重复出现的底事件，也就是假定最小割集之间是不相交的，则有,105,式中：,在时刻,t,第,j,个最小割集发生的概率,。,在时刻,t,第,j,个最小割集中第,i,个部件的故障的概率。,最小割集数。,106,最小割集之间相交的情况,精确计算顶事件发生概率的方法,在大多数情况下，底事件可能在几个最小割集中重复出现，也就是说最小割集之间是相交的。,式中：,第,i，j，k,个最小割集,最小割集数,107,由上式可以看出它共有 项。当最小割集数 足够大时，就会产生,“,组合爆炸,”,问题。解决的办法是先化相交和为不交和，然后再求顶事件发生概率的精确解。,直接化法,根据集合运算的性质，集合,的并可以用两项不交和表示：,108,109,将上式推广到一般通式如下：,按上式递推，直到化全部相交和为不交和为止。,110,递推化法,根据集合运算的性质，集合,的并可以用三项不交和表示：,将其推广到一般通式如下：,111,近似计算顶事件发生概率的方法,在许多实际工程问题中，这种精确计算是不必要的，因为：,（1）统计得到的基本数据往往不是很准确的，因此用底事件的数据计算顶事件发生的概率值时精确计算没有实际意义。,（2）一般情况下，产品的可靠度都比较高，对于武器装备尤其如此。因此产品的不可靠度值是很小的。故障树顶事件发生的概率（就是系统的不可靠度）按上式计算收敛得很快，,项的代数和中起主要作用的是首项及第二项，后面一些的数值极小。因此，实际计算时往往取首项来近似。,112,第二项为：,因此，取公式的前两项的近似计算式为,：,113,在工程设计中，重要度分析可应用于以下几个方面：,改善系统设计,确定系统需要监测的部位,制定系统故障诊断时的核对清单等。,第四节,重要度分析,系统中一个部件或最小割集对顶事件发生的贡献大小称为,重要度,。,114,定义：第,i,个部件不可靠度的变化引起系统不可靠度变化的程度。用数学公式表达为,式中：,概率重要度；,元、部件不可靠度；,系统不可靠度，,概率重要度,=,115,定义：元、部件在系统中所处位置的重要程度，与元、部件本身故障概率毫无关系。其数学表达式为,式中：,第,i,个元、部件的重要度；,n,系统所含元、部件的数量。,结构重要度,116,定义：第,i,个元、部件故障率变化所引起系统故障概率的变化率。它体现了改善一个比较可靠的元、部件比改善一个不太可靠的元、部件困难这一性质。数学表达式为：,关键重要度,117,其中：为关键重要度；,是,i,元、部件故障引发系统故障的概率，此数值越大表明,i,元、部件引发系统故障的概率越大。因此，对系统进行检修时应首先检查关键重要度大的元、部件。,关键重要度,118,例,故障树如图所示，,已知,.,试求,t=100h,时各部件的概率重要度,、结构重要度和关键重要度。,顶事件,T,+,X,1,M,X,2,X,3,119,（,1,）概率重要度,其结构函数为：,(X)=1-(1-X,1,)(1-X,2,X,3,),系统故障的概率函数为：,120,显然，部件,1,最重要。,121,（,2,）结构重要度,该系统有三个部件，所以共有 种状态。,显然部件,1,在结构中所占位置比部件,2,、,3,更重要。,122,（,3,）关键重要度,显然部件,1,最关键。,123,FTA,注意问题,1 FTA,应与设计工作结合进行；,2,FTA,应与设计工作同步进行；,3,FTA,应随设计的深入逐步细化并应作合理地简化；,4 选择恰当的顶事件；,5 FTA,对系统设计是否有帮助，在于是否能找到系统,的薄弱环节，采取恰当的改进或补偿措施，并落实到,实际设计工作之中；,124,谢 谢！,125,此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢,