FTA故障树分析介绍.docx

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1、故障树分析（FTA）概念：在系统设计进程中经过关于可能造成系统失效的各种因素（囊括硬件、软件、环境、人为因素）进行分析，画出逻辑框图（失效树），从而确定系统失效原因的各种可能组合方式或其发生概率，已计算系统失效概率，采取相应的纠正措施，以提高系统可靠性的一种设计分析方法。故障分析是以故障树作为模型关于系统经可靠性分析的一种方法。故障树分析把系统最不希望发生的故障状态作为逻辑分析的目标，在故隙树中称为顶事件，既而找出导致这一故隙状态发生的一切可能直接原因，在故障树中称为中间事件。再跟踪找出导致这些中间故隙事件发生的一切可能直接原因。直追寻到引起中间事件发生的全部部件状态，在故障树中称为底事件。用

2、相应的代表符号及逻辑们把顶事件、中间事件、底事件连接成树形逻辑图，责成此树形逻辑图为故障树。故障树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。a选择和确定顶事件：顶事件是系统最不希望发生的事件，或是指定进行逻辑分析的故障事件。b分析顶事件：寻找引起顶事件发生的直接的必要和充分的原因。将顶事件作为输出事件，将一切直接原因作为输入事件，并且根据这些事件实际的逻辑关系用适当的逻辑门相联系。C分析每一个与顶事件直接相联系的输入事件。如果该事件还能进一步分解，则将其作用下一级的输出事件，如同b中关于顶事件那样进行处理。反复上述步骤，逐级向下分解

3、，直到一切的输入事件不能再分解或不必要再分解为止，即建成了一棵倒置的故隙树。故障树分析是一种根据系统可能发生的事故或已经发生的事故结果，去寻找与该事故发生有关的原因、条件和规律，同时可以辨识出系统中可能导致事故发生的危险源。故障树分析是一种严密的逻辑进程分析，分析中所涉及到的各种事件、原因及其相互关系，需要应用一定的符号予以表达。故障树分析所用符号有三类，即事件符号，逻辑门符号，转移符号。b)c)d)图1故隙树的事件符号事件符号如图1所示囊括：1）矩形符号：矩形符号如图Ia）所示。它表示顶上事件或中间事件，也就是需要往下分析的事件。将事件扼要记入矩形方框内。2）圆形符号：圆形符号如图Ib）所示

4、。它表示基本原因事件，或称基本事件。它可以是人的差错，也可以是机械、元件的故障，或环境不良因素等。它表示最基本的、不能继续再往下分析的事件。3）屋形符号：屋形符号如图IC）所示。主要用于表示正常事件，是系统正常状态下发生的正常事件。4）菱形符号：菱形符号如图1）所示。它表示省略事件，主要用于表示不必进一步剖析的事件和由于信息不足，不能进一步分析的事件。e）排斥或门一逻辑与门。一逻辑或门。一条件与门。生的逻辑关系。一条件或门。一排斥或门。图2e）所示。图2故障树逻辑门符号逻辑门符号如图2所示囊括：表示仅当一切输入事件都发生时，输出事件才发生的逻辑关系，如图2a）所示。表示至少有一个输入事件发生，

5、输出事件就发生的逻辑关系，如图2b）所示。图2c）所示，表示Bl、B2不仅同时发生，而且还必需再满足条件a,输出事件A才会发图2）,表示任一输入事件发生时，还必需满足条件,输出事件A才发生的逻辑关系。表示几个事件当中，仅当一个输入事件发生时，输出事件才发生的逻辑关系，其符号如限制门。图2f）所示，表示当输入事件B发生，且满足条件X时，输出事件才会发生，否则，输出事件不发生。限制门仅有一个输入事件。一顺序与门。表示输入事件既要都发生，又要按一定的顺序发生，输出事件才会发生的逻辑关系，其符号如图2g）表示。a）转入符号b）转出符号一表决门。表示仅当n个事件中有m（mn）个或In个以上事件同时发生时

6、，输出事件才会发生，其符号如图2h）所示。图3故障树转移符号转移符号囊括：一转入符号。表示转入上面以关于应的字母或数字标注的子故障树部分符号，其符号如图3a）。一一转出符号。表示该部分故障树由此转出，其符号如图3b）。编制故障树应从以下几方面入手：熟悉系统。了解系统的构造、性能、操作、工艺、元件之间的关系及人、软件、硬件、环境的相互作用和系统工作原理等；一收集、调查系统事故资料。收集、调查系统的已有事故资料和类似系统的事故资料。确定顶上事件。根据关于系统已掌握的资料，在分析系统一类危险源的基础上，确定系统事故类型作为顶上事件。一调查分析顶上事件发生的原因，从人、机、物、环境和信息各方面入手调查

7、分析影响顶上事件发生的一切原因。下面以一液化石油气第一类危险源，选择顶上事件为火灾爆炸事故。故障树分析如图4。Al形成混合气；A2一遇火源；A3一液态燃泄漏；A4一未报警；A5一静电火花；A6一附近有机动车通行；A7一罐爆裂;A8一静电未消除；A9一罐超压；AlO一安全阀未起作用；AiI一未报警；A12未报警；A13一无显示；A14液面未显示；A15一压力无显示Xl-烟头未掐灭；X2一阀门泄漏；X3法兰垫片断裂；X4一报警器故障；X5一无报警器；X6-收油或油排入事故罐过快；X7未安装阻火器；X8-阻火器故障；X9一无接地线；XlO一接地线断开；Xl1一收油过量；X12一安全阀下部阀门未开；X

8、13一安全阀故障；X14一无报警器；X15一报警器故障；X16-液面计上下阀门未开；X17液面计故障；X18一无液面计；X19一无压力表；X20一压力表故障。故障树分析(FaUItTreeAnalysis,FTA)故障树分析(fta)技术是美国贝尔电话实验室于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。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判报

9、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。1数学基础1. 1基本概念(1)集：从最普遍的意义上说，集就是具有某种共通可识别特点的项(事件)的集合。这些共通特点使之能够区别于他类事物。(2)并且集把集合a的元素和集合b的元素合并且在一起，这些元素的全体构成的集合叫做a与b的并且集，记为aub或a+b。若a与b有公共元素，则公共元素在并且集中只出现一次。例若a=a、b、Cn)：b=c%ef；aub=ab、c、ef。(3)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aUb或a+bo根据定义，交是可以交换的，即ab=b.a例若a=a、b、c)；b=c、e

10、)；则ab=C)o(4)补集在整个集合(3)中集合a的补集为一个不属于a集的一切元素的集。补集又称余，记为展或al.2布尔代数规则布尔代数用于集的运算，与普通代数运算法则不同。它可用于故障讨分析，布尔代数可以帮助我们将事件表达为另一些基本事件的组合。将系统失效表达为基本元件失效的组合。演算这些方程即可求出导致系统失效的元件失效组合(即最小割集)，进而根据元件失效概率，计算出系统失效的概率。布尔代数规则如下(x、y代表两个集合)：交换律Xy=yX；+y=y+(2)接合律(3)分酉己律X(yz)：(xy)z；x+(y+z)=(x+y)+z；x(y+z)：x-y+xz；x+(yz)=(x+y)-(x

11、+z)(4)吸收律x(x+y)：x；x+(xy)：x(5)互补律+=l；xx=6(表示空集)(6)帚等律xx=x；x+x=x(7)狄.摩根定律(xy)=x+y；(x+y)=xy(8)关于合律(x)”二X(9)重叠律x+x,y=+y=y+y-2故障树的编制故障树是由各种事件符号和逻辑门组成的，事件之间的逻辑关系用逻辑门表示。这些符号可分逻辑符号、事件符号等。2. 1故障树的符号及意义(1)事件符号矩形符号：代表顶t=事件或中间事件，见图8-l(a)是经过逻辑门作用的、由一个或多个原因而导致的故障事件。圆形符号：代表基本事件，见图8-l(b)表示不要求进一步展开的基本引发故障事件。屋形符号：代表正

12、常事件，见图81(0。即系统在正常状态下发挥正常功能的事件。菱形符号：代表省略事件，见图81()。因该事件影响不大或因情报不足，因而没有进一步展开的故障事件。椭圆形符号：代表条件事件，见图8-l(e).表示施加于任何逻辑门的条件或限制。(2)逻辑符号故障树中表示事件之间逻辑关系的符号称门，主要有以下几种。或门：代表一个或多个输入事件发生，即发生输出事件的情况。或门符号见图8-2(a),或门示意图见图83。与门：代表当全部输入事件发生时，输出事件才发生的逻辑关系。表现为逻辑积的关系。与门符号见图8-2(b),与门示意图见图84。禁门：是与门的特殊情况。它的输出事件是由单输入事件所引起的。但在输入

13、造成输出之间，必需满足某种特定的条件。禁门符号见图8-2(c),禁门示意图见图85。例如许多化学反映只有在催化剂存在的情况下才能反映完全，催化剂不参加反映，但它的存在是必要的。这种逻辑如图86所示。2.2建树原则故障树的树形结构是进行分析的基础。故障树树形结构正确与否，直接影响到故障树的分析及其可靠程度。因此，为了成功地建造故障树，要遵循一套基本规则。(1)“直接原因原理”(细步思考法则)编制故障树时，首先从顶上事件分析，确定顶上事件的直接、必要和充分的原因，应注意不是顶上事件的基本原因。将这直接、必要和充分原因事件作为次顶上事件(即中间事件)，再来确定它们的直接、必要和充分的原因，这样逐步展

14、开。这时，“直接原因”是至关重要的。依照直接原因原理，才能保持故障树的严密的逻辑性，关于事故的基本原因作详尽的分析。(2)基本规则i事件方框图内填入故障内容，说明什么样的故障，在什么条件下发生。(3)基本规则ii关于方框内事件提问：”方框内的故障能否由一个元件失效构成?”如果关于该问题的回答是肯定的，把事件列为“元件类”故障。如果回答是否定的，把奇件列为“系统类”故障。“元件类”故障下，加卜或门，找出主因故障、次因故障、指令故障或其他影响。“系统类”故障下，根据具体情况，加上或门、与门或禁门等，逐项分析下去。主因故障为元件在规则的工作条件范围内发生的故障。如：设计压力Po的压力容器在工作压力p

15、po时的损坏。次因故障为元件在超过规则的工作条件范围内发生的故障。如：设计压力为PO的压力容器在压力ppo时的损坏。指令故障为元件的工作是正常的，但时间发生错误或地点发生错误。其他影响的故障：主要指环境或安装所致的故障，如湿度太大、接头锈死等。(4)完整门规则在关于某个门的全部输入事件中的任一输入尊件作进一步分析之前，应先关于该门的全部输入事件作出完整的定义。(5)非门门规则门的输入应当是恰当定义的故障事件，门与门之间不得直接相连，门门连接的出现说明粗心。在定量评定及简化故障树时，门门连接可能是关于的，但在建树进程中会导致混乱。2.3故障树分析步骤(1)确定所分析的系统确定分析系统即确定系统所囊括的内容及其边界范围。(2)熟悉所分析的系统指熟悉系统的整个情况，囊括系统性能、运行情况、操作情况及各种重要参数等，必要时要画出工艺流程图及部署图。(3)凋查系统发生的事故调查分析过去、现在和未来可能发生的故障，同时调查本单位及外单位同类系统曾发生的一切事故。(4)确定故障树的顶上事件是指确定所要分析的关于象事件。将易于发生且后果严重的事故作为顶卜事件。(5)调查与顶